SPICE (симулятор электронных схем)

Поделись знанием:
Перейти к: навигация, поиск
У этого термина существуют и другие значения, см. Spice (значения).

SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) — симулятор электронных схем общего назначения с открытым исходным кодом. Является мощной программой, используемой в разработке как интегральных схем, так и печатных плат для проверки целостности схемы и для анализа её поведения.





Введение

Интегральные схемы, в отличие от печатных плат, практически не поддаются макетированию перед производством. Кроме того, высокая стоимость создания фотолитографических масок и других этапов полупроводникового производства приводят к необходимости очень тщательной разработки и верификации. Симуляция схемы при помощи SPICE является общепринятым в полупроводниковой промышленности способом верификации работы схемы на транзисторном уровне (перед её реализацией в кремнии).

Для печатных плат, особенно небольшой сложности, возможно проводить макетирование. Но на макетной плате некоторые свойства схем могут быть неточны по сравнению с итоговой платой. Например, на макетной плате у печатных дорожек будут иные паразитные сопротивления и ёмкости. Подобные паразитные элементы часто можно оценить при помощи симуляции на SPICE.

История

SPICE был разработан в Electronics Research Laboratory в Калифорнийском университете в Беркли Лоуренсом Нагелем (Laurence Nagel) и его научным руководителем профессором Дональдом Педерсоном (Donald Pederson). SPICE1 был в значительной степени основан на более ранней программе CANCER,[1] написанной Лоуренсом с другим научным руководителем, профессором Рональдом Рохрером (Ronald Rohrer). Название программы расшифровывалось как «Computer Analysis of Nonlinear Circuits, Excluding Radiation» (Компьютерный анализ нелинейных схем, исключая радиацию), что было отсылкой к относительной свободе в Университете Беркли в 1960-х годах[2]. В то время большая часть симуляторов электронных схем разрабатывалась по грантам и контрактам министерства обороны США, одним из требований которых была возможность оценки влияния радиации на работу схем (См. Radiation hardening). После смены научного руководителя, Нагелю пришлось переписать проприетарный CANCER так, чтобы новую программу можно было опубликовать в открытом доступе, таким образом передав в общественное достояние.[3]

Впервые SPICE1 был представлен на конференции в 1973.[4] Программа была написана на языке FORTRAN и использовала анализ цепи методом узловых потенциалов для построения уравнений схемы. Метод узловых потенциалов имел ограничения в работе с индуктивностями, источниками переменного напряжения и с различными вариантами управляемых генераторов тока и напряжения. В SPICE1 было доступно небольшое количество элементов, программа использовала анализ переходных процессов (transient analysis) с фиксированным шагом по времени. Популярность пришла ко второй версии программы, SPICE2[5], в 1975 году. Она тоже была написана на FORTRAN, но имела больше элементов, позволяла изменять шаг по времени при анализе переходных процессов, уравнения цепей формулировались при помощи модифицированного метода узловых потенциалов (modified nodal analysis)[6], устраняя тем самым ограничения метода узловых потенциалов. Последняя версия SPICE, написанная на языке FORTRAN, — 2G.6 (1983 год). Следующую версию, SPICE3[7] разработал Томас Кворлс (Thomas Quarles) в 1989. Она написана на языке Си, использует тот же формат данных об электрических цепях (netlist) и поддерживает визуализацию в среде X Window System.

С ранних версий SPICE являлась программным обеспечением с открытыми исходными кодами, что способствовало её широкому распространению и применению. SPICE стала индустриальным стандартом симуляции электрических схем[8]. Исходные коды SPICE распространялись университетом по номинальной стоимости (по цене магнитной ленты). Лицензия изначально включала в себя условия, ограничивающие передачу кода в некоторые недружественные США страны, но в настоящее время программа распространяется по условиям лицензии BSD.

SPICE послужил основой для разработки множества других программ симуляции схем, как в академической, так и в промышленной среде. Первая коммерческая версия — ISPICE,[9] (National CSS). Наиболее выдающиеся коммерческие версии SPICE: HSPICE (изначально Meta Software, ныне Synopsys) и PSPICE (ныне Cadence Design Systems). Академические версии программы: XSPICE (Georgia Tech, с поддержкой смешанных аналого-цифровых моделей) и Cider (ранее CODECS, UC Berkeley и Oregon State Univ.; с поддержкой полупроводниковых устройств). Индустрия проектирования интегральных схем достаточно рано начала пользоваться SPICE, и, до развития коммерческих реализаций, многие компании-разработчики микросхем имели собственные проприетарные версии SPICE.[10] В настоящее время крупные производители микросхем развивают собственные программы симулирования на базе SPICE. Например, ADICE у компании Analog Devices, LTspice у Linear Technology, Mica у Freescale Semiconductor, TISPICE у Texas Instruments.

В 2011 году появление SPICE было отнесено к IEEE Milestone,[11] было отмечено, что SPICE и его производные стали неотъемлемой частью разработки практически любой интегральной схемы.

Особенности и структура программы

SPICE стал популярен, поскольку поддерживал анализ и содержал модели, необходимые для разработки интегральных схем того времени, и при этом был достаточно быстрым для практического использования.[12] Предшественники SPICE часто имели лишь одно предназначение, например BIAS[13] позволял рассчитывать режимы биполярных транзисторов; SLIC[14] производил анализ малых сигналов. SPICE комбинировал в себе несколько режимов анализа и достаточно обширную библиотеку моделей устройств.

Виды анализа

SPICE2 включает в себя:

Модели элементов

Входные и выходные форматы: Netlist, schematic capture и plotting

SPICE2 принимает netlist в текстовом виде на вход и выдает line-printer listings как результат своей работы. Такая программа была типичной для 1975 года. Листинги представляют либо колонки с номерами, соответствующими рассчитанным выходным параметрам (чаще всего, токам и напряжениям), либо представляли собой рисунок из символов (ASCII art). SPICE3 оставил формат netlist для описания схем, но позволил контролировать анализ с помощью командного интерфейса (CLI). Также в SPICE3 появились базовые варианты отрисовки схемы в графической среде X Window, по мере того, как Unix и рабочие станции становились более популярными.

См. также

Напишите отзыв о статье "SPICE (симулятор электронных схем)"

Примечания

  1. ↑ Nagel, L. W., and Rohrer, R. A. (August 1971). «[ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=1050166 Computer Analysis of Nonlinear Circuits, Excluding Radiation]». IEEE Journal of Solid State Circuits SC-6: 166–182. DOI:10.1109/JSSC.1971.1050166.
  2. ↑ [www.designers-guide.org/Perspective/life-of-spice.pdf Life of SPICE]
  3. ↑ Perry, T. (June 1998). «[ieeexplore.ieee.org/search/wrapper.jsp?arnumber=681968 Donald O. Pederson]». IEEE Spectrum 35: 22–27. DOI:10.1109/6.681968.
  4. ↑ [www.eecs.berkeley.edu/Pubs/TechRpts/1973/22871.html SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)], Technical Report No. UCB/ERL M382, April 1973, Laurence W. Nagel and D.O. Pederson
  5. ↑ [www.eecs.berkeley.edu/Pubs/TechRpts/1975/9602.html SPICE2: A Computer Program to Simulate Semiconductor Circuits], Laurence W. Nagel, Berkeley Technical Report No. UCB/ERL M520 1975
  6. ↑ Ho, Ruehli, and Brennan (April 1974). "[ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=1084079 The Modified Nodal Approach to Network Analysis]". Proc. 1974 Int. Symposium on Circuits and Systems, San Francisco: 505–509. 
  7. ↑ Quarles, Thomas L., Analysis of Performance and Convergence Issues for Circuit Simulation, Memorandum No. UCB/ERL M89/42, University of California, Berkeley, Apr. 1989.
  8. ↑ Pescovitz, David. [www.coe.berkeley.edu/labnotes/0502/history.html 1972: The release of SPICE, still the industry standard tool for integrated circuit design], Lab Notes: Research from the Berkeley College of Engineering (2 мая 2002). Проверено 10 марта 2007.
  9. ↑ Vladimirescu, Andrei, SPICE — The Third Decade, Proc. 1990 IEEE Bipolar Circuits and Technology Meeting, Minneapolis, Sept. 1990, pp. 96-101
  10. ↑ K. S. Kundert, The Designer’s Guide to SPICE and SPECTRE, Kluwer. Academic Publishers, Boston , 1998
  11. ↑ [www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Milestones:List_of_IEEE_Milestones#Birth_of_the_SPICE_Circuit_Simulation_Program.2C_1971_Berkeley.2C_CA.2C_U.S.A..2C_Dedicated_20_February_2011_--_IEEE_Santa_Clara_Section List of IEEE Milestones]. IEEE Global History Network. IEEE. Проверено 1 января 2013. [www.webcitation.org/6DSXVujTa Архивировано из первоисточника 6 января 2013].
  12. ↑ Nagel, L., [www.cs.sandia.gov/nacdm/talks/Nagal_Larry_NACDM2004.pdf Is it Time for SPICE4?], 2004 Numerical Aspects of Device and Circuit Modeling Workshop, June 23-25, 2004, Santa Fe, New Mexico. Retrieved on 2007-11-10
  13. ↑ McCalla and Howard (February 1971). «[ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=1050153 BIAS-3 – A program for nonlinear D.C. analysis of bipolar transistor circuits]». IEEE J. of Solid State Circuits 6: 14–19. DOI:10.1109/JSSC.1971.1050153.
  14. ↑ Idleman, Jenkins, McCalla and Pederson (August 1971). «[ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=1050168 SLIC—a simulator for linear integrated circuits]». IEEE J. of Solid State Circuits 6: 188–203. DOI:10.1109/JSSC.1971.1050168.

Ссылки

Оригинальные работы о SPICE

  • [www.eecs.berkeley.edu/Pubs/TechRpts/1973/22871.html The original SPICE1 paper]
  • [www.eecs.berkeley.edu/Pubs/TechRpts/1975/9602.html L. W. Nagel’s dissertation (SPICE2)]
  • [www.eecs.berkeley.edu/Pubs/TechRpts/1989/1216.html Thomas Quarles' dissertation (SPICE3)]
  • [www.designers-guide.org/Perspective/life-of-spice.pdf Larry Nagel, «The Life of SPICE»]
  • [www.ecircuitcenter.com/SpiceTopics/History.htm A brief history of SPICE]

Версии SPICE с исходными кодами

  • [embedded.eecs.berkeley.edu/pubs/downloads/spice/index.htm SPICE2 and SPICE3 at UC Berkeley]
  • [embedded.eecs.berkeley.edu/pubs/downloads/cider/index.htm Cider at UC Berkeley]
  • [ngspice.sourceforge.net/ ngspice: SPICE3 with updates and XSPICE extensions]
  • [tclspice.sourceforge.net/ tclspice: ngspice and Tcl scripting]
  • [users.ece.gatech.edu/~mrichard/Xspice/ XSPICE at Georgia Tech]
  • [nanohub.org/resources/227/ (Free to use online code)Spice3f4 ]

Руководства, информация для пользователей

  • [denethor.wlu.ca/PSpice/pspice_tutorial.html Comprehensive, detailed PSPICE tutorial and user guide at Wilfrid Laurier University, Canada ]
  • [bwrc.eecs.berkeley.edu/Classes/IcBook/SPICE/ The Spice Page]
  • [www.brorson.com/gEDA/SPICE/simulation.html SPICE on gEDA HOWTO]
  • [newton.ex.ac.uk/teaching/CDHW/Electronics2/userguide/ Spice 3 Userguide]
  • [newton.ex.ac.uk/teaching/CDHW/Electronics2/Spice3Quickstart.html Spice 3 Quickstart Tutorial]
  • [www.designers-guide.org Designer’s Guide Community]
  • [zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/5413 SPICE Simulation tutorial]

Applications

  • [www.sccs.swarthmore.edu/users/06/adem/engin/e77vlsi/lab2/ Sample Spice code and output for various circuits]
  • [www.nanodottek.com/NDT14_08_2007.pdf NanoDotTek Report NDT14-08-2007, 12 August 2007 ]

Отрывок, характеризующий SPICE (симулятор электронных схем)

– Вот как! Так ты что же?
– Я? – переспросила Наташа, и счастливая улыбка осветила ее лицо. – Ты видел Duport'a?
– Нет.
– Знаменитого Дюпора, танцовщика не видал? Ну так ты не поймешь. Я вот что такое. – Наташа взяла, округлив руки, свою юбку, как танцуют, отбежала несколько шагов, перевернулась, сделала антраша, побила ножкой об ножку и, став на самые кончики носков, прошла несколько шагов.
– Ведь стою? ведь вот, – говорила она; но не удержалась на цыпочках. – Так вот я что такое! Никогда ни за кого не пойду замуж, а пойду в танцовщицы. Только никому не говори.
Ростов так громко и весело захохотал, что Денисову из своей комнаты стало завидно, и Наташа не могла удержаться, засмеялась с ним вместе. – Нет, ведь хорошо? – всё говорила она.
– Хорошо, за Бориса уже не хочешь выходить замуж?
Наташа вспыхнула. – Я не хочу ни за кого замуж итти. Я ему то же самое скажу, когда увижу.
– Вот как! – сказал Ростов.
– Ну, да, это всё пустяки, – продолжала болтать Наташа. – А что Денисов хороший? – спросила она.
– Хороший.
– Ну и прощай, одевайся. Он страшный, Денисов?
– Отчего страшный? – спросил Nicolas. – Нет. Васька славный.
– Ты его Васькой зовешь – странно. А, что он очень хорош?
– Очень хорош.
– Ну, приходи скорей чай пить. Все вместе.
И Наташа встала на цыпочках и прошлась из комнаты так, как делают танцовщицы, но улыбаясь так, как только улыбаются счастливые 15 летние девочки. Встретившись в гостиной с Соней, Ростов покраснел. Он не знал, как обойтись с ней. Вчера они поцеловались в первую минуту радости свидания, но нынче они чувствовали, что нельзя было этого сделать; он чувствовал, что все, и мать и сестры, смотрели на него вопросительно и от него ожидали, как он поведет себя с нею. Он поцеловал ее руку и назвал ее вы – Соня . Но глаза их, встретившись, сказали друг другу «ты» и нежно поцеловались. Она просила своим взглядом у него прощения за то, что в посольстве Наташи она смела напомнить ему о его обещании и благодарила его за его любовь. Он своим взглядом благодарил ее за предложение свободы и говорил, что так ли, иначе ли, он никогда не перестанет любить ее, потому что нельзя не любить ее.
– Как однако странно, – сказала Вера, выбрав общую минуту молчания, – что Соня с Николенькой теперь встретились на вы и как чужие. – Замечание Веры было справедливо, как и все ее замечания; но как и от большей части ее замечаний всем сделалось неловко, и не только Соня, Николай и Наташа, но и старая графиня, которая боялась этой любви сына к Соне, могущей лишить его блестящей партии, тоже покраснела, как девочка. Денисов, к удивлению Ростова, в новом мундире, напомаженный и надушенный, явился в гостиную таким же щеголем, каким он был в сражениях, и таким любезным с дамами и кавалерами, каким Ростов никак не ожидал его видеть.


Вернувшись в Москву из армии, Николай Ростов был принят домашними как лучший сын, герой и ненаглядный Николушка; родными – как милый, приятный и почтительный молодой человек; знакомыми – как красивый гусарский поручик, ловкий танцор и один из лучших женихов Москвы.
Знакомство у Ростовых была вся Москва; денег в нынешний год у старого графа было достаточно, потому что были перезаложены все имения, и потому Николушка, заведя своего собственного рысака и самые модные рейтузы, особенные, каких ни у кого еще в Москве не было, и сапоги, самые модные, с самыми острыми носками и маленькими серебряными шпорами, проводил время очень весело. Ростов, вернувшись домой, испытал приятное чувство после некоторого промежутка времени примеривания себя к старым условиям жизни. Ему казалось, что он очень возмужал и вырос. Отчаяние за невыдержанный из закона Божьего экзамен, занимание денег у Гаврилы на извозчика, тайные поцелуи с Соней, он про всё это вспоминал, как про ребячество, от которого он неизмеримо был далек теперь. Теперь он – гусарский поручик в серебряном ментике, с солдатским Георгием, готовит своего рысака на бег, вместе с известными охотниками, пожилыми, почтенными. У него знакомая дама на бульваре, к которой он ездит вечером. Он дирижировал мазурку на бале у Архаровых, разговаривал о войне с фельдмаршалом Каменским, бывал в английском клубе, и был на ты с одним сорокалетним полковником, с которым познакомил его Денисов.
Страсть его к государю несколько ослабела в Москве, так как он за это время не видал его. Но он часто рассказывал о государе, о своей любви к нему, давая чувствовать, что он еще не всё рассказывает, что что то еще есть в его чувстве к государю, что не может быть всем понятно; и от всей души разделял общее в то время в Москве чувство обожания к императору Александру Павловичу, которому в Москве в то время было дано наименование ангела во плоти.
В это короткое пребывание Ростова в Москве, до отъезда в армию, он не сблизился, а напротив разошелся с Соней. Она была очень хороша, мила, и, очевидно, страстно влюблена в него; но он был в той поре молодости, когда кажется так много дела, что некогда этим заниматься, и молодой человек боится связываться – дорожит своей свободой, которая ему нужна на многое другое. Когда он думал о Соне в это новое пребывание в Москве, он говорил себе: Э! еще много, много таких будет и есть там, где то, мне еще неизвестных. Еще успею, когда захочу, заняться и любовью, а теперь некогда. Кроме того, ему казалось что то унизительное для своего мужества в женском обществе. Он ездил на балы и в женское общество, притворяясь, что делал это против воли. Бега, английский клуб, кутеж с Денисовым, поездка туда – это было другое дело: это было прилично молодцу гусару.
В начале марта, старый граф Илья Андреич Ростов был озабочен устройством обеда в английском клубе для приема князя Багратиона.
Граф в халате ходил по зале, отдавая приказания клубному эконому и знаменитому Феоктисту, старшему повару английского клуба, о спарже, свежих огурцах, землянике, теленке и рыбе для обеда князя Багратиона. Граф, со дня основания клуба, был его членом и старшиною. Ему было поручено от клуба устройство торжества для Багратиона, потому что редко кто умел так на широкую руку, хлебосольно устроить пир, особенно потому, что редко кто умел и хотел приложить свои деньги, если они понадобятся на устройство пира. Повар и эконом клуба с веселыми лицами слушали приказания графа, потому что они знали, что ни при ком, как при нем, нельзя было лучше поживиться на обеде, который стоил несколько тысяч.
– Так смотри же, гребешков, гребешков в тортю положи, знаешь! – Холодных стало быть три?… – спрашивал повар. Граф задумался. – Нельзя меньше, три… майонез раз, – сказал он, загибая палец…
– Так прикажете стерлядей больших взять? – спросил эконом. – Что ж делать, возьми, коли не уступают. Да, батюшка ты мой, я было и забыл. Ведь надо еще другую антре на стол. Ах, отцы мои! – Он схватился за голову. – Да кто же мне цветы привезет?
– Митинька! А Митинька! Скачи ты, Митинька, в подмосковную, – обратился он к вошедшему на его зов управляющему, – скачи ты в подмосковную и вели ты сейчас нарядить барщину Максимке садовнику. Скажи, чтобы все оранжереи сюда волок, укутывал бы войлоками. Да чтобы мне двести горшков тут к пятнице были.
Отдав еще и еще разные приказания, он вышел было отдохнуть к графинюшке, но вспомнил еще нужное, вернулся сам, вернул повара и эконома и опять стал приказывать. В дверях послышалась легкая, мужская походка, бряцанье шпор, и красивый, румяный, с чернеющимися усиками, видимо отдохнувший и выхолившийся на спокойном житье в Москве, вошел молодой граф.
– Ах, братец мой! Голова кругом идет, – сказал старик, как бы стыдясь, улыбаясь перед сыном. – Хоть вот ты бы помог! Надо ведь еще песенников. Музыка у меня есть, да цыган что ли позвать? Ваша братия военные это любят.
– Право, папенька, я думаю, князь Багратион, когда готовился к Шенграбенскому сражению, меньше хлопотал, чем вы теперь, – сказал сын, улыбаясь.
Старый граф притворился рассерженным. – Да, ты толкуй, ты попробуй!
И граф обратился к повару, который с умным и почтенным лицом, наблюдательно и ласково поглядывал на отца и сына.
– Какова молодежь то, а, Феоктист? – сказал он, – смеется над нашим братом стариками.
– Что ж, ваше сиятельство, им бы только покушать хорошо, а как всё собрать да сервировать , это не их дело.
– Так, так, – закричал граф, и весело схватив сына за обе руки, закричал: – Так вот же что, попался ты мне! Возьми ты сейчас сани парные и ступай ты к Безухову, и скажи, что граф, мол, Илья Андреич прислали просить у вас земляники и ананасов свежих. Больше ни у кого не достанешь. Самого то нет, так ты зайди, княжнам скажи, и оттуда, вот что, поезжай ты на Разгуляй – Ипатка кучер знает – найди ты там Ильюшку цыгана, вот что у графа Орлова тогда плясал, помнишь, в белом казакине, и притащи ты его сюда, ко мне.
– И с цыганками его сюда привести? – спросил Николай смеясь. – Ну, ну!…
В это время неслышными шагами, с деловым, озабоченным и вместе христиански кротким видом, никогда не покидавшим ее, вошла в комнату Анна Михайловна. Несмотря на то, что каждый день Анна Михайловна заставала графа в халате, всякий раз он конфузился при ней и просил извинения за свой костюм.
– Ничего, граф, голубчик, – сказала она, кротко закрывая глаза. – А к Безухому я съезжу, – сказала она. – Пьер приехал, и теперь мы всё достанем, граф, из его оранжерей. Мне и нужно было видеть его. Он мне прислал письмо от Бориса. Слава Богу, Боря теперь при штабе.
Граф обрадовался, что Анна Михайловна брала одну часть его поручений, и велел ей заложить маленькую карету.
– Вы Безухову скажите, чтоб он приезжал. Я его запишу. Что он с женой? – спросил он.
Анна Михайловна завела глаза, и на лице ее выразилась глубокая скорбь…
– Ах, мой друг, он очень несчастлив, – сказала она. – Ежели правда, что мы слышали, это ужасно. И думали ли мы, когда так радовались его счастию! И такая высокая, небесная душа, этот молодой Безухов! Да, я от души жалею его и постараюсь дать ему утешение, которое от меня будет зависеть.


Источник — «http://wiki-org.ru/wiki/index.php?title=SPICE_(симулятор_электронных_схем)&oldid=78547841»