什么是SPICE?使用SPICE可以做什么?SPICE的历史介绍和模型
rohm 2022-01-27

SPICE是对电子电路的模拟工作进行模拟的软件。
取" Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis "的首字母组成"SPICE"。
于1973年由加利福尼亚大学伯克利分校开发,经过下表的开发变迁发展至今。
最初发行的SPICE是使用FORTRAN语言编写的。
而现在大家所使用的商用SPICE模拟器是在SPICE2G.6的基础上,使用C语言描述的。

在此处略作说明。。。
FORTRAN是面向科学技术计算的过程式编程语言。
目的是使有助于实现高速化的并行计算易于达到最优化,实现高速处理。
换句话说就是进行这样的设计的语言。
那时是在被称为主机架的大型计算机上运行程序。

使用SPICE可以做什么?


SPICE是"对电子电路的模拟工作进行模拟的软件",具体来说即为非线性DC分析、非线性过渡分析以及线性AC分析的通用电路模拟程序。
具体方式为根据"基尔霍夫电流定律、电压定律"使利用修正节点法输入的电路方程式化(生成),并将表示元件工作的理论、实验方程式(称之为元器件模型)组合起来求解。

【元器件模型】
基于理论或试验性的考察开发的分析式

可模拟的元件和要素如下。

  • 无源元件(电阻、电容器、电感器等)
  • 有源元件(二极管、双极晶体管、MOSFET晶体管等)
  • 传输线路
  • 各种电源

分析方法可使用以下方法。

  • 过渡分析
  • 直流分析
  • 小信号交流分析
  • 杂音分析

在SPICE出现以前,全部都是通过手工计算进行IC设计。
但是,随着生产技术的进步,配置于IC的元件数发生了飞跃性的增加,且因计算机的出现等原因,使必须电路设计电子化的元件也对SPICE的出现起到了推动作用。
铿腾电子科技有限公司的PSpice®是利用PC操作的第一个模拟器,这是随着从主机架转变到PC而推出的一款模拟器。

PSpice最初是作为电子电路的模拟器使用的,随着CPU的高速工作,PCB电路板的设计也需要模拟元件,现在已成为传输高速电气信号的电路板设计所必需的一个工具。

  • 电子电路设计用 (PSpice模型)
  • PCB电路板设计和验证 (IBIS模型)

电路模拟流程和元器件模型



现在的模拟器的电路模拟流程如下图所示 "电路描述" ⇒ "电路分析" ⇒"分析结果输出" 。
由于GUI (Graphical User Interface 的简称。 可利用计算机图形进行直观操作的方法)的改进而作为独立封装的软件进行供给。

以前是使用正文编辑器输入下图 "电路分析"右侧所示的【xxx描述】部分。
而现在是将使用电路图编辑器输入的电路图变换为网表,交付给分析机,自动实施模拟。

这里,请注意下图的【模型参数的描述】。另外,也请不要忘记前项的"元器件模型"。

【元器件模型】
基于理论或试验性的考察开发的分析式

元器件模型=分析式,构成此分析式的变量和常量即为模型参数。
换句话说即为使用模型参数将实际存在的元件特性再现于模拟器上。

模型参数的描述


宏模型



内容并不难,我想大家应该已经理解了SPICE模拟器到底是干什么的。
实际的电子电路组合了多个IC、分立元件等。
那么,所谓的IC的SPICE模型是什么样的呢?
就现在的IC来说,简单的IC是由几十个元件构成,而被称为ULSI的IC是由几亿个元件构成。
若如实制作每个晶体管,则无法在模拟器上使其工作,或因模拟时间超长而变得不耐用。
所以,IC的SPICE模型与实际电路不同,是简化了电路的模型。 我们称之为宏模型。

以宏模型提供!


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