基于SPICE、SPECTRE与Fast-SPICE的电路及显示面板快速仿真原理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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雷东 著

图书标签:

• SPICE
• SPECTRE
• Fast-SPICE
• 电路仿真
• 显示面板
• 模拟电路
• 快速仿真
• 电路分析
• 电子设计自动化
• EDA

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121325779

版次：1

商品编码：12189329

包装：平装

丛书名： EDA应用技术

开本：16开

出版时间：2017-09-01

用纸：轻型纸

页数：172

字数：275000

正文语种：中文

内容简介

本书是基于作者多年的电路和显示面板仿真设计经验编写而成的。本书详细阐述了以SPICE为代表的电路仿真器的发展过程，以及仿真原理和技术。全书共6章。第1章阐述了电路仿真器SPICE的发展历程，及其在电路和面板仿真领域的应用情况。第2章分析并阐述了SPICE在进行电路仿真过程中所要经历的流程，以及需要建立并求解的方程组，包括针对电路连接特性所建立的方程组，以及用于描述器件电学特性的模型方程组。第3章主要阐述了SPICE在进行电路的直流、交流或瞬态分析的时候，所采用的数值计算方法。第4章主要阐述了SPICE仿真的收敛性、精度和速度。第5章专门针对目前电路仿真领域发展比较快的Fast-SPICE的快速仿真原理进行了较为深入的介绍。第6章对目前常用的SPICE及SPECTRE电路仿真的语法进行了较为详细的说明。本书适合显示面板设计及电路设计的相关从业人员阅读，也可以作为微电子相关专业的学生或研究人员的学习参考书。

作者简介

雷东，内蒙古包头市人，毕业于浙江大学材料系硅材料国家重点实验室，研究领域为半导体硅材料。

目录

第1章 SPICE的发展及其在显示面板设计中的应用 1
1．1 SPICE的发展 1
1．2 SPICE在显示面板设计中的应用 3
参考文献 7
第2章 电路的SPICE仿真流程与方程的建立 8
2．1 电路的SPICE仿真流程 8
2．2 节点分析法 10
2．2．1 线性电阻 11
2．2．2 电容 11
2．2．3 电感 12
2．2．4 独立的电流源 12
2．3 改进的节点分析法 15
2．3．1 独立电压源 16
2．3．2 压控电压源（VCVS） 17
2．3．3 压控电流源（VCCS） 18
2．3．4 流控电压源（CCVS） 19
2．3．5 流控电流源（CCCS） 19
2．4 器件模型与模型方程 20
2．4．1 线性电阻 21
2．4．2 电容 22
2．4．3 电感 23
2．4．4 独立电流源 24
2．4．5 独立电压源 25
2．4．6 压控电流源 25
2．4．7 二极管 26
2．4．8 场效应晶体管（MOSFET） 32
2．4．9 薄膜晶体管（TFT）的SPICE模型 38
参考文献 39
第3章 电路的SPICE分析 41
3．1 直流（DC）分析 41
3．1．1 线性电路的直流分析 42
3．1．2 非线性电路的直流分析 44
3．2 交流（AC）分析 51
3．3 瞬态（Tran）分析 52
3．3．1 欧拉法 52
3．3．2 欧拉法的截断误差 54
3．3．3 欧拉法的稳定性 55
3．3．4 梯形法及其稳定性 56
3．3．5 Gear法及其稳定性 58
3．3．6 对储能元件的分析 59
参考文献 60
第4章 SPICE仿真的收敛性、精度、速度与Fast-SPICE 61
4．1 SPICE仿真的收敛性 61
4．1．1 直流仿真的收敛性 62
4．1．2 交流仿真的收敛性 70
4．1．3 瞬态仿真的收敛性 70
4．2 SPICE仿真的精度 73
4．2．1 直流仿真的精度 73
4．2．2 交流仿真的精度 75
4．2．3 瞬态仿真的精度 75
4．3 SPICE仿真的速度与Fast-SPICE 80
4．3．1 稀疏矩阵技术 80
4．3．2 器件模型的处理 82
4．3．3 计算方法 84
4．3．4 快速仿真器Fast-SPICE 86
参考文献 88
第5章 Fast-SPICE仿真原理 89
5．1 电路分割（Circuit Partition） 89
5．1．1 电路分割的原则 89
5．1．2 对功率网络的划分 90
5．1．3 对晶体管栅极连接点的划分 92
5．1．4 对理想电压源的划分 92
5．2 Fast-SPICE中电路的层次仿真（Hierarchical Simulation） 94
5．2．1 层次仿真的基本概念 94
5．2．2 层次仿真中的节点 98
5．2．3 层次仿真中电路的存储方式 98
5．2．4 等效阻抗分割法 99
5．2．5 基于分割电路的层次仿真 103
5．3 寄生RC网络的压缩 118
参考文献 122
第6章 SPICE及SPECTRE电路仿真的语法 123
6．1 SPICE及SPECTRE电路仿真网表的结构 123
6．2 控制语句 127
6．2．1 电路初始条件控制 128
6．2．2 选项设置（OPTIONS） 128
6．3 器件（元件）及器件模型的SPICE语法 129
6．3．1 电源 129
6．3．2 器件 140
6．3．3 器件模型 150
6．4 参数与表达式 153
6．5 宏模型与子电路 154
6．6 电路分析的SPICE语法 156
6．7 仿真结果输出的SPICE语法 158
参考文献 162

前言/序言

半导体制造领域的成本投入是十分可观的。不论是制造设备的成本，还是原材料的成本，或是人力成本的投入，都是巨大的。因此，对利润的把控，就不能仅仅局限在最终的产品质量上，而是应该关注产品制造的每一个环节。集成电路或显示面板的设计，通常会存在一些不确定因素，使得设计出来的产品和制造出来的产品之间，总是存在着或大或小的差异。这种差异，有时候可能是正面的，更多时候，制造出来的产品会相对设计时要求的性能变差，导致产品优良率下降。如果在这个时候才发现了问题并进行修正，会延长产品的生产周期，并会造成生产资源的极大浪费，最终导致生产成本增加。因此，在产品设计的阶段，就要尽可能地减少由于设计所引入的不确定因素。而这种“减少”，一方面需要相关的设计人员具有较好的专业训练；另一方面，需要有力的验证手段来验证设计结果，SPICE仿真便是其中之一。

对于集成电路和显示面板的设计来说，在正式生产之前，把相关的电路及器件的电学特性，通过SPICE在计算机中进行仿真，可以根据仿真结果，验证所设计的电路功能或逻辑是否能够通过现有的产品实现。此外，通过仿真不同工艺条件下的器件特性，也可以在一定程度上反映工艺变化对产品功能的影响。然后，设计人员可以根据这些结果，逐步修正产品设计。笼统地讲，通过SPICE进行的器件和电路仿真，是将产品的设计结果在计算机中，以“虚拟”的方式仿真一遍，并根据仿真结果，验证电路或显示面板设计的合理性。对于大规模的集成电路，以往的仿真是针对某些电路单元的逻辑和功能进行的。对于显示面板，同样也只是对驱动电路中的某些单元，或者像素电路中的某几行进行仿真。之所以在SPICE中，只对某些电路单元进行仿真，是因为目前的SPICE的仿真能力还不足以实现对整个电路，或者全显示面板的快速仿真。因此，Fast-SPICE技术应运而生。

本书由雷东、罗晶编著。合肥京东方显示技术有限公司的廖燕平先生审阅了本书的全稿，并提出了很多宝贵的意见。借此机会，作者一并向北京大学信息工程学院的张盛东教授、林信南副教授，以及香港科技大学的陈文新教授说一声谢谢。感谢他们在平时的工作中和我们进行的讨论。Cadence电子科技有限公司的陈伟先生也为本书的出版提出了很多宝贵的意见。此外，深圳市视显光电技术有限公司对本书的出版给予了很大的支持，在此一并表示感谢！

由于作者水平有限，书中若有不妥之处，还请各位同行多多批评指正。

编著者

2017年7月

《精密信号链路设计与优化：从理论到实践》 内容简介： 在当今瞬息万变的电子技术领域，信号的精确传输与处理是所有高性能电子系统设计的基石。无论是高速通信、精密测量，还是复杂的嵌入式系统，信号链路的质量直接决定了整个系统的性能、稳定性和可靠性。本书《精密信号链路设计与优化：从理论到实践》旨在为读者提供一个全面、深入的视角，系统性地解析精密信号链路的设计原理、关键技术以及优化策略，帮助工程师们在实际工作中应对各种挑战，设计出卓越的信号链路。 本书并非探讨模拟仿真软件的特定模型或加速技术，而是将重点聚焦在信号链路本身的物理特性、电磁效应、噪声分析、失真机理以及如何通过合理的电路拓扑和器件选择来实现信号的完整性与时序的精确控制。我们不深入讨论 SPICE、SPECTRE 或 Fast-SPICE 等仿真工具的内部工作原理、模型库的构建或其加速算法的细节。相反，本书的核心在于“链路”本身——即信号从源端产生，经过传输介质，在接收端被准确恢复的全过程。 第一部分：信号链路基础理论与建模 本部分将从最基本的物理原理出发，建立对信号链路行为的深刻理解。 信号的本质与传输模型： 我们将首先回顾数字信号和模拟信号的基本特性，并引入集总参数模型和分布式参数模型在不同频率和尺度下的适用性。读者将了解信号在传输线上的传播速度、阻抗特性以及波的反射和驻波现象。 传输线理论： 详细阐述传输线的特性阻抗、传播延迟、衰减常数、相移常数等关键参数。我们将探讨不同类型的传输线，如微带线、带状线、同轴线等的结构特点及其对信号传输的影响。理解传输线效应是设计高性能信号链路的前提，我们将通过理论推导和直观的物理图像相结合的方式，帮助读者掌握这一核心知识。 电磁兼容性（EMC）基础： 信号链路的设计与电磁兼容性密切相关。我们将介绍辐射、传导、耦合等基本电磁干扰（EMI）机理，以及信号完整性（SI）问题如何引发EMI。了解这些原理有助于我们在设计阶段就规避潜在的EMC问题。 噪声与失真分析： 详细分析信号链路中常见的噪声源，包括热噪声、散粒噪声、闪烁噪声、电源噪声、串扰噪声等，以及它们如何累积并影响信号质量。同时，我们将探讨信号在传输和处理过程中发生的失真，如非线性失真、频率选择性衰减、瞬态失真等，并介绍分析这些失真的常用方法。 第二部分：关键信号链路设计要素 本部分将深入探讨构成精密信号链路的各个关键环节，并提供实际的设计指导。 信号源设计与匹配： 介绍高性能信号源的设计要求，包括输出阻抗的匹配、驱动能力、上升/下降时间的控制以及抖动（Jitter）的产生与抑制。我们将讨论不同类型的输出级设计，如推挽、图腾柱等，以及它们在不同负载下的表现。 传输介质的选择与布线： 详细分析PCB（Printed Circuit Board）作为信号传输介质的特性。我们将探讨不同层叠结构、介质材料（如FR-4、高频板材）的选择对信号传播的影响。重点讲解差分信号传输的原理、优势及其布线规则，包括差分对的匹配、长度一致性、对地的考虑等。此外，还将讨论过孔（Via）的寄生效应及其对信号完整性的影响，以及如何最小化过孔的负面效应。 连接器与线缆的影响： 分析不同类型连接器（如RF连接器、高速背板连接器）的电气特性，包括插入损耗、回波损耗、串扰等。探讨线缆的选型、长度和屏蔽对信号传输的影响。 终端匹配策略： 详细介绍各种终端匹配技术，如端点匹配（Series Termination）、并端匹配（Parallel Termination）、回差匹配（Thevenin Termination）、AC/DC匹配等。阐述不同匹配技术的适用场景、优缺点以及如何根据传输线特性和源/负载阻抗进行选择和计算。 电源完整性（PI）分析： 强调电源完整性对于信号完整性的重要性。我们将探讨电源噪声的产生机制、电源分配网络（PDN）的设计原则，包括去耦电容的选择、布局、排序以及电源平面的设计。理解PI是避免信号链路出现意外故障的关键。 第三部分：信号链路的优化与测试 本部分将聚焦于如何通过系统性的优化和精确的测试来提升信号链路的性能。 信号完整性（SI）优化技术： 深入探讨通过调整布线、阻抗匹配、器件选型等手段来改善信号形状、减小反射、抑制串扰。我们将介绍眼图（Eye Diagram）的分析方法，如何通过眼高、眼宽、抖动、噪声等参数来评估信号质量，并指导读者如何根据眼图特征进行优化。 抖动（Jitter）的产生、测量与容忍度： 详细分解抖动的各种组成部分，如随机抖动（RJ）、确定性抖动（DJ），以及DJ中的数据相关抖动（DDS）、周期抖动（PJ）、带内抖动（IBJ）等。介绍常用的抖动测量技术和标准，并探讨如何设计接收端电路以提高其抖动容忍度。 信号链路的测试与验证： 介绍在不同阶段进行信号链路测试的重要性，包括组件级测试、板级测试和系统级测试。重点讲解如何使用示波器、向量网络分析仪（VNA）、时域反射计（TDR）等仪器对信号链路的关键参数进行测量和验证。我们将分享实际的测试流程和注意事项，以及如何解读测试结果并指导设计修改。 实际案例分析与问题诊断： 结合具体的工程实践，分析在精密信号链路设计中可能遇到的典型问题，如信号反射过大、串扰严重、时序错误、传输速率受限等。通过对这些案例的深入剖析，引导读者掌握问题诊断的思路和解决策略。 本书特色： 理论与实践并重： 本书在严谨的理论基础上，结合了大量的工程实践经验，为读者提供了可操作的设计指导。 系统性强： 全面覆盖信号链路设计的各个方面，从基础理论到高级优化，构成一个完整的知识体系。 强调物理原理： 侧重于信号在物理介质上传播的本质，而非仅停留在仿真工具的使用层面。 面向工程应用： 旨在解决工程师在实际工作中遇到的信号完整性、时序、噪声和失真等问题。 《精密信号链路设计与优化：从理论到实践》是一本为电子工程师、硬件设计人员、信号完整性专家以及相关领域的研究生量身打造的参考书。通过阅读本书，读者将能够更深入地理解精密信号链路的设计原理，掌握有效的优化方法，从而设计出更可靠、更高性能的电子产品。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对电子工程领域，特别是模拟电路设计和大规模集成电路仿真抱有浓厚兴趣的在校研究生，我发现这本书的标题《基于SPICE、SPECTRE与Fast-SPICE的电路及显示面板快速仿真原理》简直是为我量身定做的。SPICE作为基础， SPECTRE作为行业内的标杆，Fast-SPICE作为效率提升的关键，这三个要素的组合，预示着这本书将带我深入理解仿真技术的深度和广度。我一直很好奇，SPICE的那些基本算法是如何工作的？SPECTRE又是如何在SPICE的基础上进行改进，实现更高的精度和更快的速度的？而Fast-SPICE，这个听起来就充满魔力的词汇，究竟包含了哪些革命性的技术？书中是否会深入剖析这些技术背后的数学原理和工程实现？例如，在处理大规模电路时，传统的SPICE方法会遇到哪些瓶颈？Fast-SPICE又是如何克服这些瓶颈的？此外，将仿真技术应用于显示面板这一具体领域，也让我非常期待。显示面板的设计往往涉及复杂的模拟信号传输、数字控制逻辑以及功耗优化等问题，这些都需要精确的仿真来验证。我希望书中能够提供一些关于如何针对显示面板的特点，选择和配置仿真工具，以及如何优化仿真模型以获得准确且高效结果的指导。这本书对我而言，不仅是一本技术手册，更是一个打开我对前沿仿真技术认识大门的钥匙，我渴望从中学习到能够指导我未来学术研究和职业发展的宝贵知识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字听起来就非常有吸引力，尤其是对于我这种对电路仿真技术一直非常好奇的读者来说。“SPICE”、“SPECTRE”和“Fast-SPICE”这些名词，虽然我已经有所耳闻，但总觉得它们之间以及它们在实际应用中的区别和联系，还有很多我尚未深入了解的地方。这本书的题目直接点出了“快速仿真原理”，这正是我迫切想掌握的技能。在实际的电路设计和开发过程中，仿真速度往往是制约效率的关键瓶颈，尤其是在处理大规模、复杂的电路系统，或者需要进行大量参数扫描和优化的时候。如果这本书能够真正深入浅出地讲解这些仿真工具的内在原理，以及如何通过“Fast-SPICE”等技术来提升仿真效率，那对我来说将是巨大的福音。我特别期待书中能够详细介绍不同仿真器在算法、精度、速度之间的权衡，以及在选择和使用时需要注意的各种细节。此外，题目中还提到了“显示面板”，这更是一个让我眼前一亮的点，因为显示面板的驱动电路和信号处理往往非常复杂，对仿真精度的要求也很高，能够将快速仿真技术应用到这个领域，绝对是理论与实践的完美结合。我希望书中能提供一些实际的案例分析，展示如何在显示面板设计中运用这些仿真技术，解决实际遇到的难题。总而言之，这本书的题目已经激起了我极大的兴趣，我满怀期待地想要一探究竟。

评分☆☆☆☆☆

看到这本书的名字《基于SPICE、SPECTRE与Fast-SPICE的电路及显示面板快速仿真原理》，我首先想到的是，这似乎是一本能够帮助我解决实际工程问题的“硬核”技术书籍。作为一名在电子行业摸爬滚打多年的技术爱好者，我虽然不是专业工程师，但对电路仿真一直有着浓厚的兴趣，尤其是在看到“Fast-SPICE”这个词时，我能感受到其中蕴含的技术突破。SPICE是我们了解电路行为的基础，而SPECTRE则代表了更专业的仿真环境。然而，随着电路越来越复杂，仿真速度就成了一个巨大的挑战。这本书的标题直接指出了“快速仿真原理”，这正是我一直想要深入了解的。我好奇这本书是否会深入浅出地解释SPICE和SPECTRE的仿真原理，以及它们在精度和速度上的优劣势。更让我兴奋的是“Fast-SPICE”的部分，我希望它能揭示如何通过更先进的技术来加速仿真过程，例如如何优化算法、如何利用并行计算，甚至是可能的一些硬件加速方法。如果书中能够结合实际的电路设计案例，尤其是与显示面板相关的应用，来展示这些快速仿真技术是如何发挥作用的，那就再好不过了。我希望这本书不仅仅是理论的介绍，更能提供一些可以实践的指导，让我能够更好地理解和应用这些技术，从而在自己的电子项目或者学习中，能够更高效地进行电路设计和验证，摆脱漫长的仿真等待。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字，特别是“快速仿真原理”这几个字，让我立刻联想到我在工作中遇到的种种仿真效率难题。作为一名在显示驱动IC领域多年的资深工程师，我们经常需要面对大尺寸、高分辨率的显示面板设计，以及与之配套的复杂驱动电路。每一次的参数调整、版图修改，都需要重新进行长时间的仿真验证，这种漫长的等待极大地削弱了我们的创新热情和开发效率。SPICE和SPECTRE我们是熟稔于心，但如何真正地“加速”它们，利用Fast-SPICE技术来突破瓶颈，一直是我们在技术上追求的目标。我非常好奇，这本书是否能够深入剖析Fast-SPICE背后的核心技术，例如各种模型降阶技术、并行计算策略、或者特定结构电路的加速方法？它是否会详细解释不同仿真器在面对复杂显示面板电路时，在速度与精度之间是如何取得平衡的？我更希望书中能够提供一些实用的指导，比如如何根据显示面板的具体应用场景（例如LCD、OLED、Micro-LED等），选择最合适的仿真工具和仿真策略，以及如何针对性地优化仿真模型，减少不必要的计算量。此外，如果书中能够结合一些具体的显示面板驱动电路设计案例，来演示Fast-SPICE技术的应用效果，那将是极大的加分项。这本书的出现，让我看到了解决实际工程痛点的希望，我非常期待它能够带来前沿的理论指导和实用的工程实践经验。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题《基于SPICE、SPECTRE与Fast-SPICE的电路及显示面板快速仿真原理》一下子就抓住了我这个在集成电路设计领域摸爬滚打多年的工程师的注意力。SPICE，这个经典的电路仿真软件，我们每天都在用，但说实话，很多时候我们只是停留在调用它的层面，对其深层原理知之甚少，更不用说SPECTRE这样更高端的商业仿真器了。而“Fast-SPICE”这个词，更是让我感觉这本书可能会触及到当前仿真技术的前沿，解决我们在实际工作中经常遇到的效率问题。很多时候，一个复杂的电路，一个精细的显示面板模型，仿真时间动辄数小时甚至数天，这极大地拖慢了我们的迭代速度和研发周期。如果这本书能够揭示加速仿真的核心技术和关键策略，比如模型降阶、并行计算、或者针对特定电路结构的优化算法，那价值就太大了。我特别想知道，这些不同的仿真器在精度和速度上的具体表现是怎样的？它们各自擅长解决什么样的问题？在设计复杂的显示面板驱动电路时，我们应该如何选择合适的仿真工具和仿真模式？书中是否会包含一些关于如何构建高效仿真流程的指导，比如如何设置仿真参数，如何优化网表，甚至是如何利用硬件加速？我希望这本书不仅仅是理论的堆砌，更能提供一些实用的技巧和经验，帮助我们真正实现“快速仿真”，把宝贵的研发时间用在更有价值的设计创新上，而不是枯燥的等待仿真结果。