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 ее 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 University of California, Berkeley SPICE1 был основан на более ранней программе CANCER,^[1] того же автора, Laurence Nagel. 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 Berkeley в 1960-е года. В то время большая часть симуляторов электронных схем разрабатывалась по грантам и контрактам министерства обороны США и одним из требований была возможность оценки влияния радиации на работу схем (См. en:radiation hardness). После смены научного руководителя, Нагелю пришлось переписать проприетарный CANCER так, чтобы новую программу можно было публиковать и передать в общественное достояние.^[2]

Впервые SPICE1 был представлен на конференции в 1973.^[3] 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 с фиксированным шагом по времени. Популярность пришла ко второй версии программы, SPICE2^[4], в 1975 году. Она тоже была написана на FORTRAN, но имела больше элементов, позволяла изменять шаг по времени в transient analysis, устраняя тем самым ограничения метода узловых потенциалов. Последняя версия SPICE на языке FORTRAN — 2G.6 (1983). Следующая версия, SPICE3^[5] разработана Thomas Quarles в 1989. Она написана на языке Си, использует тот же синтаксис входного формата (netlist) и поддерживает визуализацию в среде X Window System.

Виды анализа

SPICE2 включает в себя:

• AC анализ
• DC анализ
• анализ DC transfer curve
• анализ шумов
• анализ передаточной функции (входное и выходное усиление малых сигналов и вычисление импеданса)
• анализ переходных процессов

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 напряжением), 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

• Advanced Design System Transient Convolution Simulator
• Input Output Buffer Information Specification (IBIS)
• List of free electronics circuit simulators
• Multisim
• PSpice
• Ngspice
• Spectre Circuit Simulator
• Transistor models (BSIM4, Модель МОП-транзистора ЭКВ)

Примечания