VLSI 시스템 설계 Pspice 사용법과 예시.

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1 VLSI 시스템 설계 Pspice 사용법과 예시

2 P S P I C E SPICE  Simulation Program for Integrated Circuit Emphasis
 비선형 회로의 직류응답, 과도응답, 선형 교류 해석  BJT, MOSFET, JFET, DIODE ect.  AC, DC, Transient Simulation  RLC, 독립전압원과 전류원, Transmission Line, 스위치

3 P S P I C E Simulation flow 회로를 바탕으로 netlist 작성.
Simulation 환경설정. (인가신호, 해석방법(dc, ac, tran ect.), 모델 파라미터) Simulation 파일생성 후 결과확인.

4 입 력 형 식 문자 값 T 1E12 G 1E9 MEG 1E6 K 1E3 MIL 25.4E-6 M 1E-3 U 1E-6 N
P 1E-12 F 1E-15  Scale Factor가 아닌 물리량을 나타내는 문자 무시 ( 10, 10V, 10Volt )  대소문자 구분 않음

5 입 력 형 식 Title 카드 .END Comment 카드  반드시 netlist입력의 맨 첫 줄에 기록
 명령에 상관 없음  (EX) Test of Operational Amplifier .END  맨 끝에 기록  (EX) .END Comment 카드  주석처리, 회로 표현과 무관 (*, $, ;)  (EX) * R1= 1k

6 Element 저항 커패시터 인덕터  Rxxxxx N1 N2 val  (EX) R1 11 0 1k
커패시터  Cxxxxx N+ N- val < IC= 초기조건>  (EX) CIN UF IC=3V 1 2 인덕터  Lxxxxx N+ N- val < IC= 초기조건>  (EX) L U

7 Element 다이오드  다이오드 D<이름> <-마디> <-마디> [(모델)명] [(규모)값]  예> D DIODE : DCLAMP DIN914 10 20 DCLAMP DIN914 BJT  BJT Q<이름> <collector마디> <base마디> <emitter마디> [(모델)명] [(규모)값] : Q N2222 .Model 2N NPN (IS=3.1 e-1 bf = 200) 1 2 Q1 2N2222

8 Element JFET JFET J<이름> <drain마디> <gate마디> <source마디> [(모델)명] [(규모)값] : J1N JMOD .Model JMOD NJF (IS=100e-14 RD=10 RS=10 VTO=-5) 1 2 JIN 모델: JMOD MOSFET  MOSFET M<이름> <drain마디> <gate마디> <source마디> <bulk/substrate마디> [(모델)명] + [L=값] [W=값] [AD=값] [AS=값] [PD=값] [PS=값] [NRD=값] + [NRS=값] [NRG=값] [NRB=값] [M=값] M NMOD L=1u w= 20u .Model NMOD NMOS (VTO=2 RD=10 RS=10 RB=0 RG=0) 3 4 5 M1 NMOD L=1u W= 20u

9 독 립 신 호 원

10 독 립 신 호 원 펄스형(pulse)  PULSE ( V1 V2 TD TR TF PW PER )
독 립 신 호 원 펄스형(pulse)  PULSE ( V1 V2 TD TR TF PW PER )  (EX) V PULSE N 20N 20N 100N 300N Amplitude v2 v1 tr pw td tf td t per

11 독 립 신 호 원 정현파( SINUSOIDAL ) 형  SIN ( VO VA FREQ TD THETA )
독 립 신 호 원 정현파( SINUSOIDAL ) 형  SIN ( VO VA FREQ TD THETA ) VO : Offset (v or i) VA( amplitude) FREQ (Hz) TD( time delay ) THETA

12 독 립 신 호 원 지수형(exponential)  exp ( VINI VPUL TD1 TCR TD2 TFR )
독 립 신 호 원 지수형(exponential)  exp ( VINI VPUL TD1 TCR TD2 TFR )  (EX) VIN EXP U 10U 50U 10U Aplitude VPUL TCR TFR VINI TD1 t TD2

13 독 립 신 호 원 PIECE-WISE LINEAR형
독 립 신 호 원 PIECE-WISE LINEAR형  PWL ( T1 V1 <T2 V2 <T3 V3 ..> > >)  (EX) VIN PWL 1U 2 2U 3 4U 6 6U 1 Aplitude v4 v2 v3 v1 t1 t2 t3 t4 t

14 예 제 [ subcurcuit ] .subckt eqsub 10 30 VIN 10 30 SIN (0 0.5 1K)
~ 20 R1 10k R2 1k CLOAD 0.1uF Vin =0.5sin .subckt eqsub VIN SIN ( K) R k R k CLOAD u ; ends eqsub vin vin 0 pulse(0 5v 5n 0.1n 0.1n 10n 20n) vcc vcc 0 5v M2 vout vin vcc vcc pmos l=1u w=2u M1 vout vin 0 0 nmos l=1u w=2u C1 vout p

15 해석의 종류 DC(직류)신호 해석 AC(교류)신호 해석  모든 신호원의 주파수가 0일 때
 인덕터( short ), 커패스터( open )  교류 : 직류 동작점에서 소신호 모델에 필요한 파라미터  직류전달곡선  .DC VIN VSTART VSTOP VINCR  .DC VIN –5V 10V 0.25V AC(교류)신호 해석  주파수의 함수  비선형 소자의 선형화된 소신호 모델  소신호 해석  전달함수 : 전압이득, 전류이득, transimpedance , transconductance  .AC LIN NP FSTART FSTOP LIN,OCT,DEC  .AC LIN Hz 10KHz

16 해석의 종류 과도 응답 해석  지정한 시간 동안 시간에 따른 출력값의 응답  초기조건 : 직류해석에 의해 결정
 .TRAN TSTEP TSTOP [TSTART TMAX]  .TRAN 5US 1MS 200US 0.1NS

17 .PRINT와 .PLOT문에 사용되는 출력 형태
DC해석  V<마디> V(3) ; 마디4과 접지사이의 전압  V<+마디 , -마디> V(3,2) ; 마디3과 마디2사이의 전압  2단자 V<소자명> V(R1) ; 저항R1에 걸리는 전압 VX<소자명> 3단자와 X단자와 접지사이 전압 VB<Q3> BJT Q3의 base와 접지사이 전압 VXY 단자와 X단자와 Y단자사이 전압 VGS(M1) MOSFET M1의 VGS I<소자명> I(D5) ; D5를 통해 흐르는 전류 IX<소자명> 3단자 소자의 전류가 X단자로 유입되는 전류 IG(J10) ; JFET J10의 GATE로 유입되는 전류 AC해석  V(2,3) : 마디 2~3의 전압 진폭  VM(2) : 마디2와 접지사이의 전압 진폭  VDB(R1) : 저항 R1에 걸리는 전압의 데시벨 단위 진폭  .PRINT : table  .PLOT : output plot  .PROBE : graphic

18 Simulation Example Mos를 사용한 Inverter
spec : mosfet의 length는 0.5u, pulse input (delay 10n, period 20n, duty 1:1)

19 - [File]-[New]-[Text File]
Simulation Example Mos를 사용한 Inverter netlist 편집창 생성 - [File]-[New]-[Text File] netlist 입력 후 저장. - 이 때 저장할 파일의 경로는 모두 영어로만 구성되어야 함. - File 이름은 “xxxx.cir”과 같이 파일명 뒤에 확장자 .cir을 붙여주어야 함.

20 시뮬레이션 Simulation Example - 시뮬레이션 하고자 하는 file의 netlist를 불러온 후,
Mos를 사용한 Inverter 시뮬레이션 - 시뮬레이션 하고자 하는 file의 netlist를 불러온 후, Run 버튼을 눌러서 시뮬레이션 한다. (file이름이 나타나야 함.) 검은 빈 창이 뜨면 Add Trace 버튼을 눌러서, 확인하고자 하는 노드를 클릭하여 파형을 확인한다.

21 흰 바탕으로 복사 Simulation Example Mos를 사용한 Inverter
- [Window] – [Copy to Clipboard] – [change white to black]을 이용하면 시뮬레이션창의 검은 바탕이 흰 바탕으로 바뀌어서 클립보드에 복사.

22 Simulation Example Mos를 사용한 Inverter
***************Inverter***************** Mp1 vout vin vdd vdd pmos l=xx w=xx Mn1 vout vin 0 0 nmos l=xx w=xx vin vin 0 pulse( ) vdd vdd 0 5v ***SPICE LEVEL3 PARAMETERS*** .MODEL NMOS NMOS LEVEL=3 PHI=0.7 TOX=9.5E-09 XJ=0.2U TPG=1 + VTO=0.7 DELTA=8.8E-01 LD=5E-08 KP=1.56E-04 + UO=420 THETA=2.3E-01 RSH=2.0E+00 GAMMA= NSUB=1.40E+17 NFS=7.20E+11 VMAX=1.8E+05 ETA=2.125E-02 + KAPPA=1E-01 CGDO=3.0E-10 CGSO=3.0E-10 + CGBO=4.5E-10 CJ=5.50E-04 MJ=0.6 CJSW=3E-10 + MJSW=0.35 PB=1.1 ***SPICE LEVEL3 PARAMETERS*** .MODEL PMOS PMOS LEVEL=3 PHI=0.7 TOX=9.5E-09 XJ=0.2U TPG=-1 + VTO=-0.95 DELTA=2.5E-01 LD=7E-08 KP=4.8E-05 + UO=130 THETA=2.0E-01 RSH=2.5E+00 GAMMA= NSUB=1.0E+17 NFS=6.50E+11 VMAX=3.0E+05 ETA=2.5E-02 + KAPPA=8.0E+00 CGDO=3.5E-10 CGSO=3.5E-10 + CGBO=4.5E-10 CJ=9.50E-04 MJ=0.5 CJSW=2E-10 + MJSW=0.25 PB=1 .tran 1n 80n .probe .end

23 Simulation Example Mos를 사용한 Inverter  spice simulation 결과

24 Simulation Example Mos를 사용한 AND, OR gate AND gate OR gate