Hspice在电子类课程教学中的应用

胡玉松

摘要：各类仿真软件为电子专业学习以及工程实践提供了一个验证平台，在教学中引入仿真软件有助于加深学生对知识的理解和提高学生的互动性。文章介绍了Hspice软件在电子类专业课程教学中的意义，给出了在比较器仿真应用实例。实践表明，该仿真软件不仅仅局限于理想信号验证，还可以仿真各种寄生参数对电路的影响，进一步提升了学生对知识的理解与掌握。

关键词：Hspice；比较器；寄生参数

现阶段的教学大多数都引入了计算机辅助软件，可以直观地对课程内容进行仿真验证，增加了直观性、趣味性和说服性，对电子类专业更是如此。例如Multisim，proteus等被广泛应用，但这些软件都有它的局限性，主要有4个方面。（l）仿真模型有限，有些元器件没有模型，且新建模型对大多数使用者来说工作量太大。（2）仿真的模型都是基于理想的模型，不能验证寄生参数以及外部环境参数对电路的影响，对工程实践不能起到很好的指导作用。（3）信号源类型局限于常规的信号.很多信号源不能按照自己的方式去定义或者定义方式异常复杂。（4）仿真结果可测试的参数有限，不能根据公式绘制测试曲线，这些方面决定了这类软件使用的范围。

Hspice仿真软件可以弥补上诉局限性，不仅在高校应用广泛，且在工程实践上也是备受工程师的青睐，尤其是集成电路的开发领域。Hspice还可以与许多主要的EDA工具，如cadence，workview等兼容，并且可以在直流到高于100 GHz频率范围内对电路进行精确仿真、分析和优化。

1 Hspice仿真步骤

Hspice软件不能直接仿真电路图，需要将电路图用节点语句来描述，描述的方法可以是手写或者借助cadence生成节点网表，然后通过添加信号源及绘制的曲线相关语句完成仿真，具体得步骤如图1所示。从图l可以看出，Hspice兼容多种EDA工具，如信号编辑器、cadence和cscope波形观测等。

2 Hspice在教学中的应用实例

为让学生尽快掌握Hspice用法，我们采取了课堂示范和学生自主探究相结合以及课堂辅导和学生实验相结合的方法。首先通过一个简单的电路来介绍仿真网表語句书写方法（见图2）。

图2电路的网表：

*A SIMPLE CS AMPLIFIER*第一行为标题

.OPTION POST NODE *设置

.TRAN 200P 20N *瞬态分析

.PRINT TRAN V（l） V（2）*绘制两节点仿真结果

M1 2 1 00NL=1.6U W=50U *mos管连接描述

R3 2 SKVDD 3 0 3V *电阻连接描述

VIN l o dc=2V *电源信号的描述

.MODEL N NMOS LEVEL=I*模型参数的定义

.END*描述语句结束

通过讲解网表语句书写方法，又结合课本知识给出如图3所示的电路图，让学生现场动手仿真，并给出仿真结果。首先简单给学生介绍电路原理，图3是一个两级放大的比较器电路，M2和M3构成差分的输入，M4做差分的微电流源，MO和M1构成有源负载，M6和M5构成第二级共源放大。

讲解完电路工作原理后，让学生参考上例完成网表书写并仿真比较器的失调电压。根据任务，需要将INN运放的反向端固定一个电压值，INP比较器正向端从低到高进行线性扫描，观察输出端跳变电压，并对遇到的问题进行指导。

比较器失调电压仿真结果如图4所示。从仿真结果看出，失调电压约24μv，输出电压有2条曲线，分别代表两种不同的仿真温度，temp25、temp125分别为25度和125度的仿真条件，温度不同会影响器件的参数，最终在仿真结果上出现细微的差别，MOS管温度特性曲线会随着温度上升而向左移，仿真结果也证实了这一点。

3结语

Hspice软件仿真精度高、模型多、语法与控制选项多、仿真大电路收敛性好，而且学起来简单直观，将此软件引入电子类专业课程的教学中，给出了比较器的仿真电路，介绍了电路的工作原理，讲解了Hspice语句的书写方式，详细讲述了怎样改变电路参数、怎样仿真演示，怎样有机地与教学相结合。实践表明，仿真电路的引入加深了学生对比较器电路原理的理解及对仿真软件的掌握，激发了学生的学习兴趣，起到了良好的教学效果。