spice

電路系統的設計人員有時需要對系統中的部分電路作電壓與電流關係的詳細分析，此時需要做晶體管級模擬（電路級），這種模擬演演算法中所使用的電路模型都是最基本的元件和單管。模擬時按時間關係對每一個節點的I/V關係進行計算。這種模擬方法在所有模擬手段中是最精確的，但也是最耗費時間的。

Spice是一種功能強大的通用模擬電路模擬器，已經具有幾十年的歷史了，該程序主要用於集成電路的電路分析程序中，Spice的網表格式變成了通常模擬電路和晶體管級電路描述的標準，其第一版本於1972年完成，是用Fortran語言寫成的，1975年推出正式實用化版本，1988年被定為美國國家工業標準，主要用於IC，模擬電路，數模混合電路，電源電路等電子系統的設計和模擬。由於Spice模擬程序採用完全開放的政策，用戶可以按自己的需要進行修改，加之實用性好，迅速得到推廣，已經被移植到多個操作系統平台上。自從Spice問世以來，其版本的更新持續不斷，有Spice2、Spice3等多個版本，新版本主要在電路輸入、圖形化、數據結構和執行效率上有所增強，人們普遍認為Spice2G5是最為成功和有效的，以後的版本僅僅是局部的變動。同時，各種以伯克利的Spice模擬程序的演演算法為核心的商用Spice電路模擬工具也隨之產生，運行在PC和UNIX平台，許多都是基於原始的SPICE2G6版的源代碼，這是一個公開發表的版本，它們都在Spice的基礎上做了很多實用化的工作，比較常見的Spice模擬軟體有Hspice、Pspice、Spectre、Tspice、

SmartSpice、IsSpice等，雖然它們的核心演演算法雷同，但模擬速度、精度和收斂性卻不一樣，其中以Synopsys公司的Hspice和Cadence公司的Pspice最為著名。Hspice是事實上的Spice工業標準模擬軟體，在業內應用最為廣泛，它具有精度高、模擬功能強大等特點，但它沒有前端輸入環境，需要事前準備好網表文件，不適合初級用戶，主要應用於集成電路設計；Pspice是個人用戶的最佳選擇，具有圖形化的前端輸入環境，用戶界面友好，性價比高，主要應用於PCB板和系統級的設計。

SPICE模擬軟體模型與模擬器是緊密地集成在一起的，所以用戶要添加新的模型類型是很困難的，但是很容易添加新的模型，僅僅需要對現有的模型類型設置新的參數即可。

SPICE模型由兩部分組成：模型方程式(ModelEquations)和模型參數(ModelParameters)。由於提供了模型方程式，因而可以把SPICE模型與模擬器的演演算法非常緊密地聯接起來，可以獲得更好的分析效率和分析結果。

現在SPICE模型已經廣泛應用於電子設計中，可對電路進行非線性直流分析、非線性瞬態分析和線性交流分析。被分析的電路中的元件可包括電阻、電容、電感、互感、獨立電壓源、獨立電流源、各種線性受控源、傳輸線以及有源半導體器件。SPICE內建半導體器件模型，用戶只需選定模型級別並給出合適的參數。

採用SPICE模型在PCB板級進行SI分析時，需要集成電路設計者和製造商提供詳細準確描述集成電路I/O單元子電路的SPICE模型和半導體特性的製造參數。由於這些資料通常都屬於設計者和製造商的知識產權和機密，所以只有較少的半導體製造商會在提供晶元產品的同時提供相應的SPICE模型。

SPICE模型的分析精度主要取決於模型參數的來源即數據的精確性，以及模型方程式的適用範圍。而模型方程式與各種不同的數字模擬器相結合時也可能會影響分析的精度。除此之外，PCB板級的SPICE模型模擬計算量較大，分析比較費時。

為了進行電路模擬，必須先建立元器件的模型，也就是對於電路模擬程序所支持的各種元器件，在模擬程序中必須有相應的數學模型來描述他們，即能用計算機進行運算的計算公式來表達他們。一個理想的元器件模型，應該既能正確反映元器件的電學特性又適於在計算機上進行數值求解。一般來講，器件模型的精度越高，模型本身也就越複雜，所要求的模型參數個數也越多。這樣計算時所佔內存量增大，計算時間增加。而集成電路往往包含數量巨大的元器件，器件模型複雜度的少許增加就會使計算時間成倍延長。反之，如果模型過於粗糙，會導致分析結果不可靠。因此所用元器件模型的複雜程度要根據實際需要而定。如果需要進行元器件的物理模型研究或進行單管設計，一般採用精度和複雜程度較高的模型，甚至採用以求解半導體器件基本方程為手段的器件模擬方法。二維准靜態數值模擬是這種方法的代表，通過求解泊松方程，電流連續性方程等基本方程結合精確的邊界條件和幾何、工藝參數，相當準確的給出器件電學特性。而對於一般的電路分析，應儘可能採用能滿足一定精度要求的簡單模型（Compactmodel）。

電路模擬的精度除了取決於器件模型外，還直接依賴於所給定的模型參數數值的精度。因此希望器件模型中的各種參數有明確的物理意義，與器件的工藝設計參數有直接的聯繫，或能以某種測試手段測量出來。

目前構成器件模型的方法有兩種：一種是從元器件的電學工作特性出發，把元器件看成‘黑盒子’，測量其埠的電氣特性，提取器件模型，而不涉及器件的工作原理，稱為行為級模型。這種模型的代表是IBIS模型和S-參數。其優點是建模和使用簡單方便，節約資源，適用範圍廣泛，特別是在高頻、非線性、大功率的情況下行為級模型幾乎是唯一的選擇。缺點是精度較差，一致性不能保證，受測試技術和精度的影響。另一種是以元器件的工作原理為基礎，從元器件的數學方程式出發，得到的器件模型及模型參數與器件的物理工作原理有密切的關係。SPICE模型是這種模型中應用最廣泛的一種。其優點是精度較高，特別是隨著建模手段的發展和半導體工藝的進步和規範，人們已可以在多種級別上提供這種模型，滿足不同的精度需要。缺點是模型複雜，計算時間長。

SEPIC(singleendedprimaryinductorconverter)是一種允許輸出電壓大於、小於或者等於輸入電壓的DCDC變換器。輸出電壓由主控開關(三極體或MOS管)的占空比控制。

這種電路最大的好處是輸入輸出同極性。尤其適合於電池供電的應用場合，允許電池電壓高於或者小於所需要的輸入電壓。比如一塊鋰電池的電壓為3V~4.2V，如果負載需要3.3V，那麼SEPIC電路可以實現這種轉換。

另外一個好處是輸入輸出的隔離，通過主迴路上的電容C1實現。同時具備完全關斷功能，當開關管關閉時，輸出電壓為0V。