Hspice仿真不收敛问题

五、控制语句和option语句1.OPTION语句：.options语句格式：.optionsoptlopt2opt3.opt=x一般在每个仿真文件中设置options为.optionsacctlistpost,也可以设置为.optionsnodeopts,其中.optionlist表示将器件网表、节点连接方式等输入到列表文件，用于debug与电路拓扑结构有关的问题,.optionnode表示将输出节点连接表到列表文件,用于debug与由于电路拓扑结构引起的不收敛问题,.optionacct表示在列表文件中输出运行时间统计和仿真效率,.optionopts在列表文件中报告所有的.option设置，.optionnomod表示不输出MODEL参数，以便减小列表文件的大小,.optionbrief=1表示不输出网表信息,直到设置.optionbrief=0，.protect/.unprotect用于屏蔽网表文件中要保护的信息,.optionbypass=1不计算latent器件,.optionautostop表示当所有.measure语句完成时，终止仿真，.optionaccurate=1表示设置为最精确的仿真算法和容差,tstep表示仿真步长值,delmax表示最大允许时间步长,其中delmax=tstep*max,.optiondvdt=4用于数字CMOS电路仿真（默认设置）,.optiondcca=1在直流扫描时强行计算随电压变化的电容，.optioncaptab对二极管、BJT管、MOS、JFET、无源电容器,打印出信号的节点电容值,.optiondcstep=val将直流模型和器件转换为电导，主要应用于“NoDCPathtoGround”或有直流通路，但不符合Hspice定义的情况。2. MODELOPTION语句：六、仿真控制和收敛Hspice仿真过程采用Newton-Raphson算法通过迭代解矩阵方程，使节点电压和支路电流满足Kirchoff定律。迭代算法计算不成功的节点，主要是因为计算时超过了Hspice限制的每种仿真迭代的总次数从而超过了迭代的限制，或是时间步长值小于Hspice允许的最小值。造成Hspice仿真不收敛主要有“NoConvergenceinDCSolution”和“TimesteptooSmall”，其可能的原因是：1.电路的拓扑结构：电路拓扑结构造成仿真不收敛主要有：电路连线错误，scale、scalm和param语句错误，其他错误可以通过查找列表文件中的warning和errors发现。解决的方法是：将电路分成不同的小模块，分别进行仿真；简化输入源；调整二极管的寄生电阻；调整错误容差，重新设置RELV，ABSV，RELI，ABSI，RELMOS，ABSMOS等。2.仿真模型：由于所有的半导体器件模型都可能包含电感为零的区域，因此可能引起迭代的不收敛。解决的方法是在PN结或MOS的漏与源之间跨接一个小电阻将.option中默认的GMINDC、GMIN增大。3.仿真器的options设置：仿真错误容差决定了仿真的精度和速度，要了解你所能接受的容差是多少。解决的方法是：调整错误容差，重新设置RELV，ABSV,RELI，ABSI，RELMOS，ABSMOS等。(2)针对仿真分析中可能出现的不收敛情况进行分析：1.直流工作点分析：每种分析方式都以直流操作点分析开始，由于Hspice有很少的关于偏置点的信息，所以进行DCOP分析是很困难的，分析结果将输出到.ic文件中。对DCOP分析不收敛的情况，解决方法是：删除.option语句中除acct，list，node，post之外的所有设置，采用默认设置，查找.lis文件中关于不收敛的原因；使用.nodeset和.ic语句自行设置部分工作点的偏置；DCOP不收敛还有可能是由于model引起的，如在亚阈值区模型出现电导为负的情况。2.直流扫描分析：在开始直流扫描分析之前，Hspice先做DCOP计算，引起直流扫描分析不收敛的原因可能是快速的电压或电流变化，模型的不连续。解决的方法是：对于电压或电流变化太快，通过增加ITL2来保证收敛，.optionITL2是在直流扫描分析中在每一步允许迭代的次数，通过增加迭代次数，可以在电压或电流变化很快的点收敛。对于模型的不收敛，主要是由于MOS管线性区和饱和区之间的不连续，Newton-Raphson算法再不连续点处进行迭点计算产生震荡，可以通过增减仿真步长值或改变仿真初始值来保证收敛，如：.dcvin0v5v0.1v的直流分析不收敛，可以改为.devin0v5v0.2v增大步长值，.devin0.01v5.01v0.1v改变仿真的范围。3. AC频率分析：由于AC扫描是进行频率分析，一旦有了DCOP,AC分析一般都会收敛，造成不收敛的原因主要是DCOP分析不收敛，解决的方法可以参看前面关于DCOP的分析。4. 瞬态分析：瞬态分析先进行直流工作点的计算,将计算结果作为瞬态分析在T0时刻的初始值，再通过Newton-Raphson算法进行迭代计算，在迭代计算过程中时间步长值是动态变化的，.trantstep中的步长值并不是仿真的步长值,只是打印输出仿真结果的时间间隔的值,可以通过调整.optionslvltimimaximin来调整步长值。瞬态分析不收敛主要是由于快速的电压变化和模型的不连续，对于快速的电压变化可以通过改变分析的步长值来保证收敛。对模型的不连续，可以通过设置CAPOP和ACM电容，对于给定的直流模型一般选择CAPOP=4,ACM=3,对于level49,ACM=0。对瞬态分析，默认采用Trapezoidal算法，精度比较高，但容易产生寄生振荡,采用GEAR算法作为滤波器可以滤去由于算法产生的振荡,具有更高的稳定性七、输入语句对于.param语句，.paramPARHIER=GLOBAL是默认的，使得参数可以按照Top-Down变化，.paramPARHIER=LOCAL，可以是参数只在局部有效。对于.measure语句，可以采用的模式有rise，fall，delay，average，rms，min，peak-to-peak，Find-When，微分和积分等。对Find-When语句，.measureresultfindvalwhenout_val=val(optimizationoptions，对微分和积分语句，.measureresultval。对于.ALTER语句，可以通过改变.ALTER来改变使用不同的库，其中.ALTER语句可以包含element语句、.data、.lib、.dellib、.include、.model、.nodeset、.ic、.op、.options、.param、.temp、.tf、.de、.ac语句，不能包含.print、.plot、.graph或其他I/O语句，同时应该避免在.ALTER中增加分析语句八、统计分析仿真主要是对器件和模型进行MonteCarlo分析，随机数的产生主要依赖Gaussian、Uniform、Limit分析，通过.param设置分布类型，将de、ac、tran设置为MonteCarlo分析，用.measure输出分析结果，女如.paramtox=agauss(200,10,1).tran20p1nsweepMONTE=20.modeltox=tox其中，对Gaussian分析.paramver=gauss(nom_val,rel_variation,sigma,mult)，.paramver=agauss(nom_val,abs_variation,sigma,mult)，对Uniform分析，.paramver=unif(nom_val,rel_variation,mult)，.paramver=aunif(nom_val,abs_variation,mult)，对Limit分析，.paramver=limit(nom_val,abs_variation)，如果你拼错Gauss或Uniform、Limit，不会产生警告，但不将产生分布。参考文献1.K.S.Kundert,TheDesignersGuidetoSpice&Spectre;2.Synopsys,HSPICETMSimulationandAnalysisUserGuide;