HSPICE Applications Manual

290702500

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290702500

内容：


1. Performing Digital Cell Characterization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Performing Basic Cell Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Rise, Fall, and Delay Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Delay versus Fanout. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Pin Capacitance Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Op-amp Characterization of LM124. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Performing Advanced Cell Characterization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Cell Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Input File Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10


2. Timing Analysis Using Bisection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Overview of Bisection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Bisection Methodology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Using Bisection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Examining the Command Syntax. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Performing Transient Analyses with Bisections . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Setup Time Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Input Listing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20


3. Behavioral Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Behavioral Design Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Using Behavioral Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Controlled Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Digital Stimulus Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Behavioral Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Op-Amp Subcircuit Generators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Voltage and Current Controlled Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Modeling with Digital Behavioral Components. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Behavioral AND and NAND Gates. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Behavioral D-Latch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Behavioral Double-Edge Triggered Flip-Flop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Calibrating Digital Behavioral Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Building Behavioral Lookup Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Subcircuit Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Behavioral N-Channel MOSFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Creating a Behavioral Inverter Lookup Table . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Optimizing Behavioral CMOS Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Optimizing Behavioral Ring Oscillators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Example Five-Stage Ring Oscillator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Analog Behavioral Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Behavioral Integrator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Behavioral Differentiator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Ideal Transformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Behavioral Tunnel Diode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Behavioral Silicon-Controlled Rectifier (SCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Behavioral Triode Vacuum Tube Subcircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Behavioral Amplitude Modulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Behavioral Data Sampler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Op-Amps, Comparators, and Oscillators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Op-Amp Model Generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Op-Amp Element Statement Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
COMP=0 (internal compensation) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
COMP=1 (external compensation) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Op-Amp .MODEL Statement Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Op-Amp Model Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Op-Amp Model Parameter Defaults . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Op-Amp Subcircuit Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
AUTOSTOP Option . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
AC Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Simulation Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Unity Gain Resistor Divider Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
741 Op-Amp from Controlled Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Inverting Comparator with Hysteresis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Voltage-Controlled Oscillator (VCO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
LC Oscillator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Phase-Locked Loops (PLL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Phase Detector, with Multi-Input NAND Gates. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
PLL BJT Behavioral Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
VCO Example. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
BJT Level Phase Detector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75


4. Pole/Zero Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Overview of Pole/Zero Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Using Pole/Zero Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Matrix Approach. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Muller Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Pole/Zero Analysis Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Example 1 – Low-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Example 2 – Kerwin’s Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Example 3 – High-Pass Butterworth Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Example 4 – CMOS Differential Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Example 5 – Simple Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
Example 6— Active Low-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92


5. FFT Spectrum Analysis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
Using Windows in FFT Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
Using the .FFT Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Examining the FFT Output. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
AM Modulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Input and Output Listing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Graphical Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Balanced Modulator and Demodulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
Input and Output Listing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
Signal Detection Test Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
Input Listing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113


6. Modeling Filters and Networks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Transient Modeling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Using G and E Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Laplace Transform Function Call . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Element Statement Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
G and E Element Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
Laplace Band-Reject Filter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
Laplace Low-Pass Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Circular Convolution Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
30-Degree Phase Shift Circuit File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
Laplace and Pole-Zero Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
Laplace Transform (LAPLACE) Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
General Form of the Transfer Function. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
Finding the Transfer Function. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
Determining the Laplace Coefficients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
Laplace Transform POLE (Pole/Zero) Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
POLE Function Call . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
General Form of the Transfer Function. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
Reduced Form of the Transfer Function. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
RC Line Modeling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
AWE Transfer Function Modeling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Y Parameter Line Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
Comparison of Circuit and Pole/Zero Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
Circuit Model Input Listing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
Pole/Zero Model Input Listing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
Simulation Time Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
Modeling Switched Capacitor Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
Switched Capacitor Network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
Switched Capacitor Network Example. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Switched Capacitor Filter Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Input File for Switched Capacitor Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152


7. Library Encryption. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
Library Encryption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
Controlling the Encryption Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
Library Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
Encryption Guidelines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
Installing and Running the Encryptor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
Installing the Encryptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
Running the Encryptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
Metaencrypt Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
8-Byte Key Encryption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
Encryption Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
.sp File Encryption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
.lib File Encryption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
.inc File Encryption. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
.load Encryption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
Encrypting 80+ Columns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
Statements Not Supported. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
Additional Recommendations for Encryption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
Encryption Structure Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162


8. Converter Utility. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
Converter Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
PSF Converter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
PWL/DATA/VEC Converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167


9. Triple DES Encryption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
Public and random keys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
metaencrypt command . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
Syntax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

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