Introduction to SPICE

Microelectronics (I)

What is SPICE?

• Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis

• SPICE was developed by U.C. Berkeley in 1970.

• There are many commercial SPICE programs, such as PSPICE, HSPICE, IS-SPICE, IG-SPICE,.etc.

PSPICE Data Flow

Schematics

.sch

PSPICE

(simulation) Graph Tools

Create

netlist

.cir

.net

.als

Graph Dataoutput

.dat

circuits editor

檔案說明 檔案 代表內容

.sch 儲存利用電路圖形編輯器產生的電路圖。

.als 儲存電路節點名稱、模型的特性及元件別名。

.net 儲存所有元件和元件之間連接的情形。

.cir 儲存參考到 netlist 、 alias 和 model 資料的檔案，可以直接送入 PSPICE 分析結果，這是 PSPICE 軟體中最重要的檔案 。

.dat 儲存圖形資料結果，可以送入 Graph Tool 中，分析圖形 。

.out 儲存文字輸出結果 。

You can use hot-key : Ctrl+G

used part

description

元件庫說明

Symbol Lib. Resource Description

abm.slb Pspice A/D 模擬時可用到的函數analog.slb 電阻、電容、電感、傳輸線、變壓器、控制電

源。breakout.slb 半導體元件 (diode, MOS, BJT…) 、開

關、 ADC 、 DAC 、 RAM 、 ROM 等。connect.slb 各種接腳eval.slb 各種已存在元件 ( 如 74 系列 IC)

port.slb 各種接腳 ( 含接地等… )

source.slb 各種電源sourcstm.slb 電源special.slb Pspice command 與特殊符號

• You can modify the component attribute by double click the part. Only parameter without ’ * ‘ can be modified.

• You can change the component placement direction by hot-key Ctrl+R, or using the dialog “Change Display”.

• You can use “Ctrl+W” to draw wires.• Add label for wire -> select the wire then double click.• Select and delete.

Basic Analysis

• DC Analysis: 1. Bias point detail

2. DC sweep

• Transient Analysis : transient

• AC Analysis: AC sweep

Bias point detail

• Choose Analysis / setup

• Choose Analysis / Simulate

DC sweep

與更改變數的元件名稱相同。

Marker

※測量電流的 marker必須在元件端點。

Transient AnalysisInitial condition 要記得設定。 ( 參數 IC = ** V)

AC sweep

• 電壓源必須要選擇 VAC

The Diode Model

PSPICE9.1 版元件庫中， 有四種二極體模型

D1N4004 、 D1N4148 、 D1N750 、 D1N914 。

其中 D1N4148 為 Si 質二極體。

D1N750 為 Zener Diode 。

Diode 近似模型 平常我們在紙上分析電路時，不可能實際地考量 diode的

物理特性，所以介紹幾個常用的近似模型。

(1)

(2)

(3)

理想二極體模型(Ideal Diode Model ）

定壓降模型 （ Constant Voltage Drop Model ）

電池加電阻模型

（ Battery Plus Resistance Model ）

+

-

ideal

V

I

0

+

-ideal

V

I

0

Vd

Vd

+

-ideal

V

I

0

VdVd

1/Rs

Rs

Exercise

利用 PSPICE 畫出 D1N4148 二極體的 I-V curve 。

箝位電路（ Clamping circuit ）

Vsin Parameter

DC DC voltage magnitude(used for bias point)

AC AC magnitude(used in AC sweep)

Voff offset voltage

Vampl Voltage amplitude of sinusoid (transient analysis only)

Freq freqency of sinusoid (transient analysis only)

TD Delay

DF Damping factor

Phase Differential phase of sinusoid

Simulationly x

the voltage doubler

Clamping circuit The Peak Rectifier ( 峰值整流器 )