高速电路信号完整性分析与设计十--仿真分析模型.pdf

第十章信号完整性仿真分析模型

仿真设计可行性和有效性取决于模型的建立，本章在介绍SPICE仿真模型基本原理及
其存在的主要问题的基础上，重点介绍IBIS模型原理和应用。
10.1SPICE仿真模型原理与使用

10.1.1SPICE模型概述

Spice(SimulationProgramwithintegratedCircutiEmphasis)是一种通用电路分析程序，能
够分析和模拟一般条件下的各种电路特性。
Spice的发展已有30多年的历史。20世纪60年代中期，IBM公司开发了ECAP程序。
以此为起点，美国加州伯克利大学分校于60年代末开发了CANCER电路分析程序，并在
此基础上，于1972年推出了Spice程序。1975年后，伯克利大学又相继推出了升级版。Spice
源程序是开放的，能够迅速的进行扩展和改进，使得它的电路分析功能不断扩充，算法不断
完善，元器件和模型不断增加和更新，分析精度和运行时间也得到有效的改善，因而成为工
业和科研上电路模拟的标准工具。
Pspice是Spice家族的一员，其主要算法与Spice相同。它是美国Microsim公司于1984
年推出的。随着版本的升级，Pspice的功能不断完善，具有高超的电路仿真能力。

10.1.2SPICE的功能和特点

Spice程序能够代替面包板、示波器等整个电子实验室的功能，对复杂的电路与系统进
行分析，这主要是由于Spice程序含有高精度的元器件模型。获取准确的器件模型参数对于
电路分析和设计人员来说是非常重要的（但又是困难的）。Spice程序具有庞大的器件库。其
中包括：
（1）无源器件模型，如电阻，电容，电感，传输线等等；
（2）半导体器件模型，如二极管，三极管，结型场效应管，MOS场效应管等；
（3）各种电源，包括线性和非线性的受控源，如独立电压源、电流源，受控电压源、
电流源等；
（4）A/D,D/A转换接口电路以及数字电路器件库。
应用Spice程序，可以建立许多宏模型电路，这使得运算放大器、电压比较器等电路功
能的模拟成为可能。应用Spice程序还可以进行多种电路分析，这些分析包括：
●非线性直流分析（.DC）,计算电路的直流工作点；
●线性小信号分析（.AC），分析电路的频率响应；
●瞬态分析（.TRAN），确定电路的时域响应；
●小信号电路直流传输特性分析（.TF）；

1
●直流灵敏度分析（.SENSS）；
●噪声分析（.NOISE），计算特定输出和输入节点的等效输出、输入噪声；
●输出变量的付里叶分析（.FOUR）（与瞬态分析同时完成）；
●温度分析（.TEMP）；
●数字电路分析，包括电路的逻辑运算和延迟时间的计算；
●A/D,D/A转换电路的分析；
Pspice程序与Spice程序和其他微机运行的Spice引伸版本相比，有以下特点：
（1）提高了器件模型精度，增加了模型和器件的种类。
（2）具有激励信号波形编辑功能，可以将需要的激励信号波形编辑成以时间，频率等
参数为变量的图形，以便进行电路分析。
（3）可输出曲线后外理程序（.Probe）。Probe可以协助用户快确地观察电路特性，并
具有软件测量功能。Probe可以测量各种各样的基本电路特性和衍生的电路特性数据。利用
曲线显示技术，Pspice可以得到任意电路节点和支路的电压、电流波形；可以显示出一些由
记录数据所衍生出来的波形数据，如波特图、相位边界、迟滞图、上升时间等；可以定义多
重窗口，在不同窗口显示不同信息，以利于电路特性比较，使用户能够轻松地出电路是否合
乎要求。
（4）可进行数字模拟和数模混合模拟。Spice程序没有数字模拟功能，而Pspice有数
模接口的IO电路，可以进行数模、模数信号转换，以及数字电路和数模混合电路的分析。
（5）具有元件库扩展功能。尽管OrcadPspiceA/D已经建立了许多常用的电子元件模
型，但是随着制版技术的进步和新的电子元件不断问世，可能会遇到元件库内没有的元件，
这时用户可以用元件编辑程序新建或修改元件的特性，造出合乎要求的新元件模型。Parts
软件具有参数提取功能，能通过用户提供的简单测量数据，生成适用于电路模拟的模型、参
数和特性曲线。所生成的Pspice格式的模型，既适用于建库，也可直接进行电路分析。
（6）模块化和层次化设计。随着电路的日益庞大、复杂，电路设计的方法也趋于模块
化和层次化。根据电路的特性和复杂程度，将整体电路切割成多个子电路，先绘制和模拟每
一个子电路，待相关的子电路模拟全部完成后，再将它们组合起来进行仿真，最后完成整体
电路。OrcadPspiceA/D具有协助模块化和层次化设计所需的功能。
（7）良好的人机界面和控制方式。Pspice有DOS和WINDOWS两种版本，都以下拉
式菜单的方