SPICE

SPICE ist ein universelles Simulationsprogramm zur Analyse elektronischer Schaltungen. Es können nichtlineare Gleichstrom-, nichtlineare Einschwingund lineare Kleinsignal-Wechselstrom-Analysen bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt werden. Neben den passiven Schaltelementen und den unabhängigen und den gesteuerten Quellen können sieben verschiedene Halbleitermodelle simuliert werden.

SPICE berechnet die Schaltung mittels Knotenanalyse. Hierzu wird jedem Knoten der Schaltung eine Knotennummer zugeordnet. Als Knotennummern dienen die positiven ganzen Zahlen. Ein Knoten muß die Nummer Null erhalten, erdient als Bezugsknoten. Die übrigen Knoten brauchen nicht aufeinanderfolgend numeriert zu werden. Knoten, die durch einen Kurzschluß miteinander verbunden sind, zählen als ein Knoten und erhalten die gleiche Knotennummmer. An jedem Knoten müssen mindestens zwei Schaltelemente angeschlossen sein (Ausnahmen: Leitungen und der Substratknoten bei MOSFET s), siehe auch Bild 2.0.1a). l/on allen Knoten muß ein Gleichstromweg mit einem endlichen Widerstand zum Bezugsknoten 0 führen, Bilder 2.0.1b) bis 2.0.1f); wo dieser Weg nicht vorhanden ist, kann ein hochohmiger Widerstand, der die Schaltungseigenschaften nicht beeinflußt, zum Knoten 0 geschaltet werden. Es dürfen keine aus Schaltelementen gebildete Maschen vorhanden sein, deren gesamter Gleichstromwiderstand gleich Null ist (Bilder 2.0.1 g, h, i), als Abhilfe kann ein niederohmiger Hilfswiderstand in die Masche geschaltet werden, der die Schaltungseigenschaften nicht beeinflußt.

Es können beliebige lineare oder nichtlineare Schaltungen, die aus den in Kap. 2 beschriebenen Elementen aufgebaut sind, berechnet werden. Jede gewünschte Analyseart wird auf einer eigenen Steueranweisung spezifiziert. Eine Steueranweisung beginnt mit einem. (Punkt), unmittelbar gefolgt von einem Kennwort.

In Tab. 4.0.1 sind die sieben mit SPICE simulierbaren Halbleitermodelle aufgelistet.

Gleiche Schaltungskomplexe, die in einer größeren Schaltung mehrfach auftreten, brauchen nur einmal als Teilschaltung (subcircuit) programmiert werden und können dann an mehreren Stellen der äußeren Schaltung eingebettet werden. In Kap. 5.2 wird das Makromodell des Operationsverstärkers als Beispiel für eine häufig benutzte Teilschaltung beschrieben.

Mit Hilfe der.OPTIONS — Anweisung kann der Benutzer in den Programmablauf eingreifen um z.B. Konvergenzschwierigkeiten zu beseitigen, höhere Genauigkeiten zu erreichen oder Ersatzwerte zu verändern. In beliebiger Reihenfolge ist jede Kombination der folgenden Optionen zulässig. Das Zeichen x bedeutet eine positive Zahl.

In diesem Kapitel sollen die vielfältigen Möglichkeiten von SPICE an Beispielen aus verschiedenen Gebieten der Elektronik dargestellt werden. Zum Teil wurden bewußt einfache Schaltungen (Emitterverstärker, Übertrager, Kippschaltungen, Colpitts-Oszillator) gewählt, damit die Analysen von SPICE vom Leser leicht nachzuvollziehen sind. Andererseits haben wir aber auch einige umfangreichere Schaltungen ausgewählt, deren Analyse, wenn überhaupt, nur sehr schwer mit konventionellen Mitteln gelingt (gekoppelte Leitungen, integrierter CMOS-Operationsverstärker, aktiver Bandpaß 6. Grades). Hiermit sollen die Leistungen von SPICE aufgezeigt und die Anwendung der Simulation auf dem Computer bei der Analyse elektronischer Schaltungen gerechtfertigt werden.

Die jeweils neueste SPICE - Version für Computer von Burroughs, CDC, DEC, Honeywell, IBM, Sperry und Prime wird kostenlos abgegeben. Nähere Einzelheiten sind einem Informationsblatt /8.1/ der Berkeley - Universität in Kalifornien zu entnehmen. Diese Liste enthält auch die Titel einiger Druckschriften über SPICE, die von der Universität Berkeley bezogen warden können. Informationen über SPICE - Versionen für andere Computer gibt die SPICE Users Group /8.2/. Auch ein unregelmäßig erscheinender Rundbrief /8.3/ wird von der Gruppe herausgegeben, der als Forum für SPICE – Benutzer dienen soll.