基於SPICE、SPECTRE與Fast-SPICE的電路及顯示麵闆快速仿真原理 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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雷東 著

圖書標籤:

• SPICE
• SPECTRE
• Fast-SPICE
• 電路仿真
• 顯示麵闆
• 模擬電路
• 快速仿真
• 電路分析
• 電子設計自動化
• EDA

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121325779

版次：1

商品編碼：12189329

包裝：平裝

叢書名： EDA應用技術

開本：16開

齣版時間：2017-09-01

用紙：輕型紙

頁數：172

字數：275000

正文語種：中文

內容簡介

本書是基於作者多年的電路和顯示麵闆仿真設計經驗編寫而成的。本書詳細闡述瞭以SPICE為代錶的電路仿真器的發展過程，以及仿真原理和技術。全書共6章。第1章闡述瞭電路仿真器SPICE的發展曆程，及其在電路和麵闆仿真領域的應用情況。第2章分析並闡述瞭SPICE在進行電路仿真過程中所要經曆的流程，以及需要建立並求解的方程組，包括針對電路連接特性所建立的方程組，以及用於描述器件電學特性的模型方程組。第3章主要闡述瞭SPICE在進行電路的直流、交流或瞬態分析的時候，所采用的數值計算方法。第4章主要闡述瞭SPICE仿真的收斂性、精度和速度。第5章專門針對目前電路仿真領域發展比較快的Fast-SPICE的快速仿真原理進行瞭較為深入的介紹。第6章對目前常用的SPICE及SPECTRE電路仿真的語法進行瞭較為詳細的說明。本書適閤顯示麵闆設計及電路設計的相關從業人員閱讀，也可以作為微電子相關專業的學生或研究人員的學習參考書。

作者簡介

雷東，內濛古包頭市人，畢業於浙江大學材料係矽材料國傢重點實驗室，研究領域為半導體矽材料。

目錄

第1章 SPICE的發展及其在顯示麵闆設計中的應用 1
1．1 SPICE的發展 1
1．2 SPICE在顯示麵闆設計中的應用 3
參考文獻 7
第2章 電路的SPICE仿真流程與方程的建立 8
2．1 電路的SPICE仿真流程 8
2．2 節點分析法 10
2．2．1 綫性電阻 11
2．2．2 電容 11
2．2．3 電感 12
2．2．4 獨立的電流源 12
2．3 改進的節點分析法 15
2．3．1 獨立電壓源 16
2．3．2 壓控電壓源（VCVS） 17
2．3．3 壓控電流源（VCCS） 18
2．3．4 流控電壓源（CCVS） 19
2．3．5 流控電流源（CCCS） 19
2．4 器件模型與模型方程 20
2．4．1 綫性電阻 21
2．4．2 電容 22
2．4．3 電感 23
2．4．4 獨立電流源 24
2．4．5 獨立電壓源 25
2．4．6 壓控電流源 25
2．4．7 二極管 26
2．4．8 場效應晶體管（MOSFET） 32
2．4．9 薄膜晶體管（TFT）的SPICE模型 38
參考文獻 39
第3章 電路的SPICE分析 41
3．1 直流（DC）分析 41
3．1．1 綫性電路的直流分析 42
3．1．2 非綫性電路的直流分析 44
3．2 交流（AC）分析 51
3．3 瞬態（Tran）分析 52
3．3．1 歐拉法 52
3．3．2 歐拉法的截斷誤差 54
3．3．3 歐拉法的穩定性 55
3．3．4 梯形法及其穩定性 56
3．3．5 Gear法及其穩定性 58
3．3．6 對儲能元件的分析 59
參考文獻 60
第4章 SPICE仿真的收斂性、精度、速度與Fast-SPICE 61
4．1 SPICE仿真的收斂性 61
4．1．1 直流仿真的收斂性 62
4．1．2 交流仿真的收斂性 70
4．1．3 瞬態仿真的收斂性 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 瞬態仿真的精度 75
4．3 SPICE仿真的速度與Fast-SPICE 80
4．3．1 稀疏矩陣技術 80
4．3．2 器件模型的處理 82
4．3．3 計算方法 84
4．3．4 快速仿真器Fast-SPICE 86
參考文獻 88
第5章 Fast-SPICE仿真原理 89
5．1 電路分割（Circuit Partition） 89
5．1．1 電路分割的原則 89
5．1．2 對功率網絡的劃分 90
5．1．3 對晶體管柵極連接點的劃分 92
5．1．4 對理想電壓源的劃分 92
5．2 Fast-SPICE中電路的層次仿真（Hierarchical Simulation） 94
5．2．1 層次仿真的基本概念 94
5．2．2 層次仿真中的節點 98
5．2．3 層次仿真中電路的存儲方式 98
5．2．4 等效阻抗分割法 99
5．2．5 基於分割電路的層次仿真 103
5．3 寄生RC網絡的壓縮 118
參考文獻 122
第6章 SPICE及SPECTRE電路仿真的語法 123
6．1 SPICE及SPECTRE電路仿真網錶的結構 123
6．2 控製語句 127
6．2．1 電路初始條件控製 128
6．2．2 選項設置（OPTIONS） 128
6．3 器件（元件）及器件模型的SPICE語法 129
6．3．1 電源 129
6．3．2 器件 140
6．3．3 器件模型 150
6．4 參數與錶達式 153
6．5 宏模型與子電路 154
6．6 電路分析的SPICE語法 156
6．7 仿真結果輸齣的SPICE語法 158
參考文獻 162

前言/序言

半導體製造領域的成本投入是十分可觀的。不論是製造設備的成本，還是原材料的成本，或是人力成本的投入，都是巨大的。因此，對利潤的把控，就不能僅僅局限在最終的産品質量上，而是應該關注産品製造的每一個環節。集成電路或顯示麵闆的設計，通常會存在一些不確定因素，使得設計齣來的産品和製造齣來的産品之間，總是存在著或大或小的差異。這種差異，有時候可能是正麵的，更多時候，製造齣來的産品會相對設計時要求的性能變差，導緻産品優良率下降。如果在這個時候纔發現瞭問題並進行修正，會延長産品的生産周期，並會造成生産資源的極大浪費，最終導緻生産成本增加。因此，在産品設計的階段，就要盡可能地減少由於設計所引入的不確定因素。而這種“減少”，一方麵需要相關的設計人員具有較好的專業訓練；另一方麵，需要有力的驗證手段來驗證設計結果，SPICE仿真便是其中之一。

對於集成電路和顯示麵闆的設計來說，在正式生産之前，把相關的電路及器件的電學特性，通過SPICE在計算機中進行仿真，可以根據仿真結果，驗證所設計的電路功能或邏輯是否能夠通過現有的産品實現。此外，通過仿真不同工藝條件下的器件特性，也可以在一定程度上反映工藝變化對産品功能的影響。然後，設計人員可以根據這些結果，逐步修正産品設計。籠統地講，通過SPICE進行的器件和電路仿真，是將産品的設計結果在計算機中，以“虛擬”的方式仿真一遍，並根據仿真結果，驗證電路或顯示麵闆設計的閤理性。對於大規模的集成電路，以往的仿真是針對某些電路單元的邏輯和功能進行的。對於顯示麵闆，同樣也隻是對驅動電路中的某些單元，或者像素電路中的某幾行進行仿真。之所以在SPICE中，隻對某些電路單元進行仿真，是因為目前的SPICE的仿真能力還不足以實現對整個電路，或者全顯示麵闆的快速仿真。因此，Fast-SPICE技術應運而生。

本書由雷東、羅晶編著。閤肥京東方顯示技術有限公司的廖燕平先生審閱瞭本書的全稿，並提齣瞭很多寶貴的意見。藉此機會，作者一並嚮北京大學信息工程學院的張盛東教授、林信南副教授，以及香港科技大學的陳文新教授說一聲謝謝。感謝他們在平時的工作中和我們進行的討論。Cadence電子科技有限公司的陳偉先生也為本書的齣版提齣瞭很多寶貴的意見。此外，深圳市視顯光電技術有限公司對本書的齣版給予瞭很大的支持，在此一並錶示感謝！

由於作者水平有限，書中若有不妥之處，還請各位同行多多批評指正。

編著者

2017年7月

《精密信號鏈路設計與優化：從理論到實踐》 內容簡介： 在當今瞬息萬變的電子技術領域，信號的精確傳輸與處理是所有高性能電子係統設計的基石。無論是高速通信、精密測量，還是復雜的嵌入式係統，信號鏈路的質量直接決定瞭整個係統的性能、穩定性和可靠性。本書《精密信號鏈路設計與優化：從理論到實踐》旨在為讀者提供一個全麵、深入的視角，係統性地解析精密信號鏈路的設計原理、關鍵技術以及優化策略，幫助工程師們在實際工作中應對各種挑戰，設計齣卓越的信號鏈路。 本書並非探討模擬仿真軟件的特定模型或加速技術，而是將重點聚焦在信號鏈路本身的物理特性、電磁效應、噪聲分析、失真機理以及如何通過閤理的電路拓撲和器件選擇來實現信號的完整性與時序的精確控製。我們不深入討論 SPICE、SPECTRE 或 Fast-SPICE 等仿真工具的內部工作原理、模型庫的構建或其加速算法的細節。相反，本書的核心在於“鏈路”本身——即信號從源端産生，經過傳輸介質，在接收端被準確恢復的全過程。 第一部分：信號鏈路基礎理論與建模 本部分將從最基本的物理原理齣發，建立對信號鏈路行為的深刻理解。 信號的本質與傳輸模型： 我們將首先迴顧數字信號和模擬信號的基本特性，並引入集總參數模型和分布式參數模型在不同頻率和尺度下的適用性。讀者將瞭解信號在傳輸綫上的傳播速度、阻抗特性以及波的反射和駐波現象。 傳輸綫理論： 詳細闡述傳輸綫的特性阻抗、傳播延遲、衰減常數、相移常數等關鍵參數。我們將探討不同類型的傳輸綫，如微帶綫、帶狀綫、同軸綫等的結構特點及其對信號傳輸的影響。理解傳輸綫效應是設計高性能信號鏈路的前提，我們將通過理論推導和直觀的物理圖像相結閤的方式，幫助讀者掌握這一核心知識。 電磁兼容性（EMC）基礎： 信號鏈路的設計與電磁兼容性密切相關。我們將介紹輻射、傳導、耦閤等基本電磁乾擾（EMI）機理，以及信號完整性（SI）問題如何引發EMI。瞭解這些原理有助於我們在設計階段就規避潛在的EMC問題。 噪聲與失真分析： 詳細分析信號鏈路中常見的噪聲源，包括熱噪聲、散粒噪聲、閃爍噪聲、電源噪聲、串擾噪聲等，以及它們如何纍積並影響信號質量。同時，我們將探討信號在傳輸和處理過程中發生的失真，如非綫性失真、頻率選擇性衰減、瞬態失真等，並介紹分析這些失真的常用方法。 第二部分：關鍵信號鏈路設計要素 本部分將深入探討構成精密信號鏈路的各個關鍵環節，並提供實際的設計指導。 信號源設計與匹配： 介紹高性能信號源的設計要求，包括輸齣阻抗的匹配、驅動能力、上升/下降時間的控製以及抖動（Jitter）的産生與抑製。我們將討論不同類型的輸齣級設計，如推挽、圖騰柱等，以及它們在不同負載下的錶現。 傳輸介質的選擇與布綫： 詳細分析PCB（Printed Circuit Board）作為信號傳輸介質的特性。我們將探討不同層疊結構、介質材料（如FR-4、高頻闆材）的選擇對信號傳播的影響。重點講解差分信號傳輸的原理、優勢及其布綫規則，包括差分對的匹配、長度一緻性、對地的考慮等。此外，還將討論過孔（Via）的寄生效應及其對信號完整性的影響，以及如何最小化過孔的負麵效應。 連接器與綫纜的影響： 分析不同類型連接器（如RF連接器、高速背闆連接器）的電氣特性，包括插入損耗、迴波損耗、串擾等。探討綫纜的選型、長度和屏蔽對信號傳輸的影響。 終端匹配策略： 詳細介紹各種終端匹配技術，如端點匹配（Series Termination）、並端匹配（Parallel Termination）、迴差匹配（Thevenin Termination）、AC/DC匹配等。闡述不同匹配技術的適用場景、優缺點以及如何根據傳輸綫特性和源/負載阻抗進行選擇和計算。 電源完整性（PI）分析： 強調電源完整性對於信號完整性的重要性。我們將探討電源噪聲的産生機製、電源分配網絡（PDN）的設計原則，包括去耦電容的選擇、布局、排序以及電源平麵的設計。理解PI是避免信號鏈路齣現意外故障的關鍵。 第三部分：信號鏈路的優化與測試 本部分將聚焦於如何通過係統性的優化和精確的測試來提升信號鏈路的性能。 信號完整性（SI）優化技術： 深入探討通過調整布綫、阻抗匹配、器件選型等手段來改善信號形狀、減小反射、抑製串擾。我們將介紹眼圖（Eye Diagram）的分析方法，如何通過眼高、眼寬、抖動、噪聲等參數來評估信號質量，並指導讀者如何根據眼圖特徵進行優化。 抖動（Jitter）的産生、測量與容忍度： 詳細分解抖動的各種組成部分，如隨機抖動（RJ）、確定性抖動（DJ），以及DJ中的數據相關抖動（DDS）、周期抖動（PJ）、帶內抖動（IBJ）等。介紹常用的抖動測量技術和標準，並探討如何設計接收端電路以提高其抖動容忍度。 信號鏈路的測試與驗證： 介紹在不同階段進行信號鏈路測試的重要性，包括組件級測試、闆級測試和係統級測試。重點講解如何使用示波器、嚮量網絡分析儀（VNA）、時域反射計（TDR）等儀器對信號鏈路的關鍵參數進行測量和驗證。我們將分享實際的測試流程和注意事項，以及如何解讀測試結果並指導設計修改。 實際案例分析與問題診斷： 結閤具體的工程實踐，分析在精密信號鏈路設計中可能遇到的典型問題，如信號反射過大、串擾嚴重、時序錯誤、傳輸速率受限等。通過對這些案例的深入剖析，引導讀者掌握問題診斷的思路和解決策略。 本書特色： 理論與實踐並重： 本書在嚴謹的理論基礎上，結閤瞭大量的工程實踐經驗，為讀者提供瞭可操作的設計指導。 係統性強： 全麵覆蓋信號鏈路設計的各個方麵，從基礎理論到高級優化，構成一個完整的知識體係。 強調物理原理： 側重於信號在物理介質上傳播的本質，而非僅停留在仿真工具的使用層麵。 麵嚮工程應用： 旨在解決工程師在實際工作中遇到的信號完整性、時序、噪聲和失真等問題。 《精密信號鏈路設計與優化：從理論到實踐》是一本為電子工程師、硬件設計人員、信號完整性專傢以及相關領域的研究生量身打造的參考書。通過閱讀本書，讀者將能夠更深入地理解精密信號鏈路的設計原理，掌握有效的優化方法，從而設計齣更可靠、更高性能的電子産品。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題《基於SPICE、SPECTRE與Fast-SPICE的電路及顯示麵闆快速仿真原理》一下子就抓住瞭我這個在集成電路設計領域摸爬滾打多年的工程師的注意力。SPICE，這個經典的電路仿真軟件，我們每天都在用，但說實話，很多時候我們隻是停留在調用它的層麵，對其深層原理知之甚少，更不用說SPECTRE這樣更高端的商業仿真器瞭。而“Fast-SPICE”這個詞，更是讓我感覺這本書可能會觸及到當前仿真技術的前沿，解決我們在實際工作中經常遇到的效率問題。很多時候，一個復雜的電路，一個精細的顯示麵闆模型，仿真時間動輒數小時甚至數天，這極大地拖慢瞭我們的迭代速度和研發周期。如果這本書能夠揭示加速仿真的核心技術和關鍵策略，比如模型降階、並行計算、或者針對特定電路結構的優化算法，那價值就太大瞭。我特彆想知道，這些不同的仿真器在精度和速度上的具體錶現是怎樣的？它們各自擅長解決什麼樣的問題？在設計復雜的顯示麵闆驅動電路時，我們應該如何選擇閤適的仿真工具和仿真模式？書中是否會包含一些關於如何構建高效仿真流程的指導，比如如何設置仿真參數，如何優化網錶，甚至是如何利用硬件加速？我希望這本書不僅僅是理論的堆砌，更能提供一些實用的技巧和經驗，幫助我們真正實現“快速仿真”，把寶貴的研發時間用在更有價值的設計創新上，而不是枯燥的等待仿真結果。

評分☆☆☆☆☆

這本書的名字聽起來就非常有吸引力，尤其是對於我這種對電路仿真技術一直非常好奇的讀者來說。“SPICE”、“SPECTRE”和“Fast-SPICE”這些名詞，雖然我已經有所耳聞，但總覺得它們之間以及它們在實際應用中的區彆和聯係，還有很多我尚未深入瞭解的地方。這本書的題目直接點齣瞭“快速仿真原理”，這正是我迫切想掌握的技能。在實際的電路設計和開發過程中，仿真速度往往是製約效率的關鍵瓶頸，尤其是在處理大規模、復雜的電路係統，或者需要進行大量參數掃描和優化的時候。如果這本書能夠真正深入淺齣地講解這些仿真工具的內在原理，以及如何通過“Fast-SPICE”等技術來提升仿真效率，那對我來說將是巨大的福音。我特彆期待書中能夠詳細介紹不同仿真器在算法、精度、速度之間的權衡，以及在選擇和使用時需要注意的各種細節。此外，題目中還提到瞭“顯示麵闆”，這更是一個讓我眼前一亮的點，因為顯示麵闆的驅動電路和信號處理往往非常復雜，對仿真精度的要求也很高，能夠將快速仿真技術應用到這個領域，絕對是理論與實踐的完美結閤。我希望書中能提供一些實際的案例分析，展示如何在顯示麵闆設計中運用這些仿真技術，解決實際遇到的難題。總而言之，這本書的題目已經激起瞭我極大的興趣，我滿懷期待地想要一探究竟。

評分☆☆☆☆☆

這本書的名字，特彆是“快速仿真原理”這幾個字，讓我立刻聯想到我在工作中遇到的種種仿真效率難題。作為一名在顯示驅動IC領域多年的資深工程師，我們經常需要麵對大尺寸、高分辨率的顯示麵闆設計，以及與之配套的復雜驅動電路。每一次的參數調整、版圖修改，都需要重新進行長時間的仿真驗證，這種漫長的等待極大地削弱瞭我們的創新熱情和開發效率。SPICE和SPECTRE我們是熟稔於心，但如何真正地“加速”它們，利用Fast-SPICE技術來突破瓶頸，一直是我們在技術上追求的目標。我非常好奇，這本書是否能夠深入剖析Fast-SPICE背後的核心技術，例如各種模型降階技術、並行計算策略、或者特定結構電路的加速方法？它是否會詳細解釋不同仿真器在麵對復雜顯示麵闆電路時，在速度與精度之間是如何取得平衡的？我更希望書中能夠提供一些實用的指導，比如如何根據顯示麵闆的具體應用場景（例如LCD、OLED、Micro-LED等），選擇最閤適的仿真工具和仿真策略，以及如何針對性地優化仿真模型，減少不必要的計算量。此外，如果書中能夠結閤一些具體的顯示麵闆驅動電路設計案例，來演示Fast-SPICE技術的應用效果，那將是極大的加分項。這本書的齣現，讓我看到瞭解決實際工程痛點的希望，我非常期待它能夠帶來前沿的理論指導和實用的工程實踐經驗。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對電子工程領域，特彆是模擬電路設計和大規模集成電路仿真抱有濃厚興趣的在校研究生，我發現這本書的標題《基於SPICE、SPECTRE與Fast-SPICE的電路及顯示麵闆快速仿真原理》簡直是為我量身定做的。SPICE作為基礎， SPECTRE作為行業內的標杆，Fast-SPICE作為效率提升的關鍵，這三個要素的組閤，預示著這本書將帶我深入理解仿真技術的深度和廣度。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的基礎上進行改進，實現更高的精度和更快的速度的？而Fast-SPICE，這個聽起來就充滿魔力的詞匯，究竟包含瞭哪些革命性的技術？書中是否會深入剖析這些技術背後的數學原理和工程實現？例如，在處理大規模電路時，傳統的SPICE方法會遇到哪些瓶頸？Fast-SPICE又是如何剋服這些瓶頸的？此外，將仿真技術應用於顯示麵闆這一具體領域，也讓我非常期待。顯示麵闆的設計往往涉及復雜的模擬信號傳輸、數字控製邏輯以及功耗優化等問題，這些都需要精確的仿真來驗證。我希望書中能夠提供一些關於如何針對顯示麵闆的特點，選擇和配置仿真工具，以及如何優化仿真模型以獲得準確且高效結果的指導。這本書對我而言，不僅是一本技術手冊，更是一個打開我對前沿仿真技術認識大門的鑰匙，我渴望從中學習到能夠指導我未來學術研究和職業發展的寶貴知識。

評分☆☆☆☆☆

看到這本書的名字《基於SPICE、SPECTRE與Fast-SPICE的電路及顯示麵闆快速仿真原理》，我首先想到的是，這似乎是一本能夠幫助我解決實際工程問題的“硬核”技術書籍。作為一名在電子行業摸爬滾打多年的技術愛好者，我雖然不是專業工程師，但對電路仿真一直有著濃厚的興趣，尤其是在看到“Fast-SPICE”這個詞時，我能感受到其中蘊含的技術突破。SPICE是我們瞭解電路行為的基礎，而SPECTRE則代錶瞭更專業的仿真環境。然而，隨著電路越來越復雜，仿真速度就成瞭一個巨大的挑戰。這本書的標題直接指齣瞭“快速仿真原理”，這正是我一直想要深入瞭解的。我好奇這本書是否會深入淺齣地解釋SPICE和SPECTRE的仿真原理，以及它們在精度和速度上的優劣勢。更讓我興奮的是“Fast-SPICE”的部分，我希望它能揭示如何通過更先進的技術來加速仿真過程，例如如何優化算法、如何利用並行計算，甚至是可能的一些硬件加速方法。如果書中能夠結閤實際的電路設計案例，尤其是與顯示麵闆相關的應用，來展示這些快速仿真技術是如何發揮作用的，那就再好不過瞭。我希望這本書不僅僅是理論的介紹，更能提供一些可以實踐的指導，讓我能夠更好地理解和應用這些技術，從而在自己的電子項目或者學習中，能夠更高效地進行電路設計和驗證，擺脫漫長的仿真等待。