Hspice在電子類課程教學中的應用

胡玉松

摘要：各類仿真軟件為電子專業(yè)學習以及工程實踐提供了一個驗證平臺，在教學中引入仿真軟件有助于加深學生對知識的理解和提高學生的互動性。文章介紹了Hspice軟件在電子類專業(yè)課程教學中的意義，給出了在比較器仿真應用實例。實踐表明，該仿真軟件不僅僅局限于理想信號驗證，還可以仿真各種寄生參數對電路的影響，進一步提升了學生對知識的理解與掌握。

關鍵詞：Hspice；比較器；寄生參數

現階段的教學大多數都引入了計算機輔助軟件，可以直觀地對課程內容進行仿真驗證，增加了直觀性、趣味性和說服性，對電子類專業(yè)更是如此。例如Multisim，proteus等被廣泛應用，但這些軟件都有它的局限性，主要有4個方面。（l）仿真模型有限，有些元器件沒有模型，且新建模型對大多數使用者來說工作量太大。（2）仿真的模型都是基于理想的模型，不能驗證寄生參數以及外部環(huán)境參數對電路的影響，對工程實踐不能起到很好的指導作用。（3）信號源類型局限于常規(guī)的信號.很多信號源不能按照自己的方式去定義或者定義方式異常復雜。（4）仿真結果可測試的參數有限，不能根據公式繪制測試曲線，這些方面決定了這類軟件使用的范圍。

Hspice仿真軟件可以彌補上訴局限性，不僅在高校應用廣泛，且在工程實踐上也是備受工程師的青睞，尤其是集成電路的開發(fā)領域。Hspice還可以與許多主要的EDA工具，如cadence，workview等兼容，并且可以在直流到高于100 GHz頻率范圍內對電路進行精確仿真、分析和優(yōu)化。

1 Hspice仿真步驟

Hspice軟件不能直接仿真電路圖，需要將電路圖用節(jié)點語句來描述，描述的方法可以是手寫或者借助cadence生成節(jié)點網表，然后通過添加信號源及繪制的曲線相關語句完成仿真，具體得步驟如圖1所示。從圖l可以看出，Hspice兼容多種EDA工具，如信號編輯器、cadence和cscope波形觀測等。

2 Hspice在教學中的應用實例

為讓學生盡快掌握Hspice用法，我們采取了課堂示范和學生自主探究相結合以及課堂輔導和學生實驗相結合的方法。首先通過一個簡單的電路來介紹仿真網表語句書寫方法（見圖2）。

圖2電路的網表：

*A SIMPLE CS AMPLIFIER*第一行為標題

.OPTION POST NODE *設置

.TRAN 200P 20N *瞬態(tài)分析

.PRINT TRAN V（l） V（2）*繪制兩節(jié)點仿真結果

M1 2 1 00NL=1.6U W=50U *mos管連接描述

R3 2 SKVDD 3 0 3V *電阻連接描述

VIN l o dc=2V *電源信號的描述

.MODEL N NMOS LEVEL=I*模型參數的定義

.END*描述語句結束

通過講解網表語句書寫方法，又結合課本知識給出如圖3所示的電路圖，讓學生現場動手仿真，并給出仿真結果。首先簡單給學生介紹電路原理，圖3是一個兩級放大的比較器電路，M2和M3構成差分的輸入，M4做差分的微電流源，MO和M1構成有源負載，M6和M5構成第二級共源放大。

講解完電路工作原理后，讓學生參考上例完成網表書寫并仿真比較器的失調電壓。根據任務，需要將INN運放的反向端固定一個電壓值，INP比較器正向端從低到高進行線性掃描，觀察輸出端跳變電壓，并對遇到的問題進行指導。

比較器失調電壓仿真結果如圖4所示。從仿真結果看出，失調電壓約24μv，輸出電壓有2條曲線，分別代表兩種不同的仿真溫度，temp25、temp125分別為25度和125度的仿真條件，溫度不同會影響器件的參數，最終在仿真結果上出現細微的差別，MOS管溫度特性曲線會隨著溫度上升而向左移，仿真結果也證實了這一點。

3結語

Hspice軟件仿真精度高、模型多、語法與控制選項多、仿真大電路收斂性好，而且學起來簡單直觀，將此軟件引入電子類專業(yè)課程的教學中，給出了比較器的仿真電路，介紹了電路的工作原理，講解了Hspice語句的書寫方式，詳細講述了怎樣改變電路參數、怎樣仿真演示，怎樣有機地與教學相結合。實踐表明，仿真電路的引入加深了學生對比較器電路原理的理解及對仿真軟件的掌握，激發(fā)了學生的學習興趣，起到了良好的教學效果。