SPICE语法
SPICE语法
本文仅记录了可用于LTspice的部分SPICE语法，更多的命令语句可以查阅LTspice中的help（默认的快捷键为F1）。
元件描述语句
元件的命名
元件的命名必须以指定的字母为开头，各种元件名称首字母规定如下：
| 元件名 | 首字母 |
|---|---|
| 砷化镓场效应晶体管 | B |
| 电容 | C |
| 二极管 | D |
| 电压控制电压源 | E |
| 电流控制电流源 | F |
| 电压控制电流源 | G |
| 电流控制电压源 | H |
| 独立电流源 | I |
| 结型场效应晶体管 | J |
| 耦合电感（变压器） | K |
| 电感 | L |
| MOS场效应晶体管 | M |
| 双极型晶体管 | Q |
| 电阻 | R |
| 电压控制开关 | S |
| 传输线 | T |
| 独立电压源 | V |
| 子电路 | X |
描述语句
电阻
Rname N+ N- value [TC=TC1, TC2]
N+和N-是节点名称，电流方向从N+流向N-，value为电阻值，单位为 Ω \Omega Ω，值可正可负但不能为0。TC1和TC2是电阻的温度系数，满足
R v a l u e = v a l u e [ 1 + T C 1 ( T − T N O M ) + T C 2 ( T − T N O M ) 2 ] R_{value}=\mathrm{value}[1+\mathrm{TC1(T-T_{NOM})+TC2(T-T_{NOM})^{2}}] Rvalue=value[1+TC1(T−TNOM)+TC2(T−TNOM)2]
式中 T N O M \mathrm{T_{NOM}} TNOM为室温，可在选项中设置，默认值为27℃。
电感
Lname N+ N- value [IC = initial_current]
IC = initial_vurrent是起始电流值，value的单位是H。方括号内的部分是可选的。
电容
Cname N+ N- value [IC = initial_voltage]
IC = initial_voltage是起始电压值，value的单位是F。方括号内的部分是可选的。
独立电压源 & 独立电流源
Vname N+ N- [DC value] [AC magnitude phase]
[PULSE V1 V2 td tr tf pw per]
[SIN VO Va freq td df phase]
[EXP V1 V2 td1 t1 td2 t2]
[PWL t1 V1 t2 V2 ... tn Vn]
[SFFM VO Va freq md fs]
Iname N+ N- [DC value] [AC magnitude phase]
[PULSE I1 I2 td tr tf pw per]
[SIN IO Ia freq td df phase]
[EXP I1 I2 td1 t1 td2 t2]
[PWL t1 I1 t2 I2 ... tn In]
[SFFM IO Ia freq md fs]
独立电压源和独立电流源都可以用于直流分析、交流分析和瞬态分析，一个独立源每一次仿真只能使用一种源。
分析语句
标题
程序文件的第一行是标题，无论写什么，程序都会将其定义为标题。
注释
注释行以*号开头。
工作点分析
.OP
该命令可以对电路进行静态工作点分析。输出各节点电压值，电路中电压源的电流和功耗，电路中二极管的参数。
直流分析
.DC SOURCE_NAME START_VALUE STOP_VALUE INCREMENT_VALUE
也可以在后面多加一组电源参数，用作双扫描。
瞬态分析
.TRAN TSTEP TSTOP
- TSTEP：绘图增量
- TSTOP：结束时刻
：可选。仿真开始时刻 ：可选。仿真的最大步长 ：可选。用来指定电容元件和电感元件的初值
在进行瞬态分析的时候，需要用到一些信号发生源，一般使用独立电源来进行设置。
SPICE一共提供了五种信号源。
脉冲信号源
PULSE (V1 V2 td tr tf pw per)
- V1：脉冲初始值
- V2：脉冲电压值
- td：延迟时间
- tr：上升时间，默认值为TSTEP
- tf：下降时间，默认值为TSTEP
- pw：脉冲宽度，默认值为TSTOP
- per：脉冲周期，默认值为TSTOP
指数信号源
EXP (V1 V2 td1 tau1 td2 tau2)
- V1：初始值，必须设置
- V2：峰值，必须设置
- td1：上升延迟时间，默认值为0
- tau1：上升时间常数，默认值为TSTEP
- td2：为下降延迟时间，默认值为（td1+TSTEP）
- tau2：下降时间常数，默认值为TSTEP
分段线性信号源
PWL (T1 V1 T2 V2 ... Tn Vn)
每一对（时间-电压）值对应信号源的一点，时间按递增顺序排列。各点之间的电压值由线性插值得到。
阻尼正弦信号源
SIN (Vo Va freq td df phase)
- Vo：偏置电压
- Va：电压振幅
- freq：信号频率，默认值为1/TSTEP
- td：延迟时间，默认为零
- df：阻尼系数，默认为零
- phase：初始相位，默认为零
输出信号满足以下公式：
v ( t ) = V o + V a sin [ 2 π ( f r e q ( t − t d ) − ( p h a s e 360 ) ] e − ( t − t d ) d f v(t)=V_{o}+V_{a}\sin\left[ 2\pi(\mathrm{freq(t-td)-\left( \frac{phase}{360} \right)} \right]e^{-\mathrm{(t-td)df}} v(t)=Vo+Vasin[2π(freq(t−td)−(360phase)]e−(t−td)df
单频调频信号源
SFFM (Vo Va fc mdi fs)
- Vo：偏置电压，无默认值
- Va：电压振幅：无默认值
- fc：载波频率，默认值为TSTOP
- mdi：调制系数，默认值为零
- fs：信号频率
输出信号满足以下公式：
v ( t ) = V o + V a [ sin ( 2 π ∗ f c ∗ t ) + m d i ∗ sin ( 2 π ∗ f s ∗ t ) ] v(t)=V_{o}+V_{a}[\sin(2\pi*\mathrm{fc*t})+\mathrm{mdi}*\sin(2\pi*\mathrm{fs*t})] v(t)=Vo+Va[sin(2π∗fc∗t)+mdi∗sin(2π∗fs∗t)]
初始值设置
.NODESET V(node1)=value1 V(node2) = value2
- V(node1)、V(node2)：节点电压
- value1、value2：电压初始值
交流分析
.AC FREQ_VAR NP FSTART FSTOP
- FREQ_VAR：有三种模式
- DEC：十倍频
- OCT：八倍频
- LIN：线性
- NP：扫描点数
- FSTART：起始频率。不能为零
- FSTOP：截止频率
转移函数命令
.TF OUTPUT_VARIABLE INPUT_SOURCE
用于计算电路的小信号增益和输入、输出阻抗
直流灵敏度分析
.SENS OUTPUT_VARIABLE
- OUTPUT_VARIABLE：输出变量，电压或电流。若为电流，则该电流必须经过电压源。
如果一个电路包含元件（R1、R2、R3、Vs1），输出变量为Vx，则该命令计算公式为
∂ V x ∂ R i , ∂ V x ∂ V S 1 , i = 1 , 2 , 3 绝对灵敏度 \frac{\partial V_{x}}{\partial R_{i}}, \frac{\partial V_{x}}{\partial V_{S1}},i=1,2,3 \quad 绝对灵敏度 ∂Ri∂Vx,∂VS1∂Vx,i=1,2,3绝对灵敏度
∂ V x ∂ R i ( R i 100 ) , ∂ V x ∂ V S 1 ( V S 1 100 ) , i = 1 , 2 , 3 相对灵敏度 \frac{\partial V_{x}}{\partial R_{i}}\left( \frac{R_{i}}{100} \right), \frac{\partial V_{x}}{\partial V_{S1}}\left( \frac{V_{S1}}{100} \right),i=1,2,3 \quad 相对灵敏度 ∂Ri∂Vx(100Ri),∂VS1∂Vx(100VS1),i=1,2,3相对灵敏度
温度分析
.TEMP TEMP1 TEMP2 TEMP3 ... TEMPN
.DC TEMP START_VALUE STOP_VALUE INCREMENT
元件参数设置
PARAM语句
.PARAM PARAMETER_VALUE = VALUE
.PARAM PARAMETER_NAME = {MATHEMATICAL_EXPRESSION}
- 数学表达式定义的参数值一定要写在
{}内
数学表达式函数
以下函数可以用在参数定义的数学表达式中
| 函数 | 表达式 |
|---|---|
| ABS(X) | ∣ X ∣ \lvert X\rvert ∣X∣ |
| ACOS(X) | cos − 1 ( X ) \cos ^{-1}(X) cos−1(X) |
| ASIN(X) | sin − 1 ( X ) \sin ^{-1}(X) sin−1(X) |
| ATAN(X) | tan − 1 ( X ) \tan ^{-1}(X) tan−1(X) |
| ATAN2(Y,X) | tan − 1 ( Y / X ) \tan ^{-1}(Y/X) tan−1(Y/X) |
| COS(X) | cos ( X ) \cos(X) cos(X) |
| DDT(X) | d X d t \frac{\mathrm{d}X}{\mathrm{d}t} dtdX |
| EXP(X) | e X e^{X} eX |
| IMG(X) | ℑ [ X ] \Im[X] ℑ[X] |
| LOG(X) | ln ( X ) \ln(X) ln(X) |
| LOG10(X) | log 10 X \log_{10}X log10X |
| MAX(X,Y) | max ( X , Y ) \max (X,Y) max(X,Y) |
| MIN(X,Y) | min ( X , Y ) \min (X,Y) min(X,Y) |
| M(X) | ∣ X ∣ \lvert X\rvert ∣X∣ |
| P(X) | ∠ X \angle X ∠X |
| PWR(X) | ∣ X ∣ Y \lvert X\rvert^{Y} ∣X∣Y |
| R(X) | ℜ [ X ] \Re[X] ℜ[X] |
| SDT(X) | ∫ X d x \int X \, \mathrm{d}x ∫Xdx |
| SGN(X) | s g n ( X ) \mathrm{sgn}(X) sgn(X) |
| SQRT(X) | X \sqrt{ X } X |
| SIN(X) | sin ( X ) \sin(X) sin(X) |
| TAN(X) | tan ( X ) \tan(X) tan(X) |
STEP通用扫描语句
.STEP SWEEP_TYPE SWEEP_NAME START_VALUE END_VALUE INCNP
.STEP SWEEP_NAME LIST
- SWEEP_TYPE：扫描类型，有三种模式
- DEC：十倍频
- OCT：八倍频
- LIN：线性
- SWEEP_NAME：扫描变量名称
- START_VALUE：起始值
- END_VALUE：最终值
- INCNP：步长或点数
如改变让电阻R1的阻值在1k、2k、3k下分别进行仿真，该语句可写为
.STEP PARAM R1 1K 3K 1K
.STEP PARAM R1 LIST 1K 2K 3K
自定义函数
.FUNC FUNC_NAME (ARG) {BODY}
- FUNC_NAME：函数名称，必须与
内嵌函数不同 - ARG：函数自变量
- BODY：函数体，里面可以包含其他函数
函数主体必须放在一行
模拟行为模型（ABM）
使用将某一局部电路视为一个系统进行仿真，而不是将其视为由若干简单元件组成的复杂网络。
常用于ABM模型的元件有电压控制电压源E和电压控制电流源G。
通用格式为：
ENAME CONNECTING_NODES ABM_KEYWORD ABM_FUNCTION
GNAME CONNECTING_NODES ABM_KEYWORD ABM_FUNCTION
- CONNECTING_NODES：元件的正负节点
- ABM_KEYWORD：传递函数表达模式，有四种
- VALUE：算数表达式
- TABLE：表格
- FREQ：频率响应
- LAPLACE：拉普拉斯传递函数
- ABM_FUNCTION：传递函数表达式
VALUE模式
NAME N+ N- VALUE = {(EXPRESSION)}
- EXPRESSION：可以使用 + − × ÷ +-\times \div +−×÷和
内嵌函数
VALUE后面必须有一个空格；EXPRESSION必须写在一行，否则下一行需要以+号开头。
TABLE模式
NAME N+ N- TABLE {EXPRESSION} = < - EXPRESSION：输入变量名
- 表格中的输入数据必须从大到小排列
- EXPRESSION必须写在一行，否则下一行需要以
+号开头 - 两点之间采用线性插值法
- TABLE后面必须有一个空格
FREQ模式
NAME N+ N- FREQ {EXPRESSION} = FREQUENCY VALUE,MAGNITUDE IN DB,PHASE VALUE
- EXPRESSION：表格输入变量
- FREQ后面必须有一个空格
- EXPRESSION必须写在一行，否则下一行需要以
+号开头 - 表格由多对数组构成，数组第一个数表示频率（Hz），第二个数表示增益（dB），第三个数表示相位（°）
- 频率必须从低到高排列
- 相位采用线性插值，增益采用对数插值
LAPLACE模式
NAME N+ N- LAPLACE {EXPRESSION} = {TRANSFORM}
- EXPRESSION：传递函数输入值
- TRANSFORM：传递函数表达式
- LAPLACE后面必须跟一个空格
- EXPRESSION和REANSFORM必须在同一行
蒙特卡洛分析
.MC NUM_RUNS ANALYSIS OUTPUT_VARIABLE FUNCTION OPTIONS [SEED=VALUE]
- NUM_RUNS：分析次数，打印结果最大为2000，图形显示结果最大为400
- ANALYSIS：分析类型，直流、交流、瞬态
- OUTPUT_VARIABLE：输出变量
- FUNCTION：求值函数，主要有5中，函数计算结果对仿真无影响
- YMAX：在指定运行次数中，于第一次运行结果相比每次波形的最大差异值
- MAX：为每次运行结果的最大值
- MIN：为每次运行结果的最小值
- RISE_EDGE
：为波形第一次超过阈值 - FALL_EDGE
：为波形第一次低于阈值
- OPTIONS：附加选项
- LIST：每次运行开始时，将该次仿真的模型参数值打印输出
- OUTPUT：输出类型设置
- ALL：生成所有仿真数据
- FIRST
：只生成前 次数据 - EVERY
：每运行 生成一次数据 - RUN
：对指定的运行次数进行数据输出， 为数据列表 - RANGE(
, )：输出指定范围内的数据
容差设置
元件的容差需要使用.MODEL语句中进行设置，有两方式，格式为
[DEV/DISTRIBUTION] [%]
[LOT/DISTRIBUTION] [%]
DEV为元件容差，允许每个元件单独变化。
LOT为系统容差，规定同类元件的容差同时变化。
DISTRIBUTION为分布类型，主要包括以下三种：
- UNIFORM：均匀分布
- GAUSS：高斯分布
- USER_DIFFINED DISTRIBUTION：用户指定分布
例如，使用.MODEL语句修改元件的DEV误差
R1 1 2 RMOD1 10k
R2 2 3 RMOD1 50k
.MODEL RMOD1 RES (R=1 DEV = 10%)
让R1和R2独立变化，最大的变化值为10%。
灵敏度和最坏情况分析
.WCASE ANALYSIS OUTPUT_VARIABLE FUNCTION [OPTIONS]
- ANALYSIS：分析类型，直流、交流、瞬态
- OUTPUT_VARIABLE：输出变量
- FUNCTION：求值函数
- OPTION：选项
- LIST：输出灵敏度分析的模型参数
- OUTPUT ALL：保存所有输出模型
- RANGE(
, )：用于指定输出上限和下限 - HI或LOW：指定最坏情况下相对于标称值的运行方向
- VARY DEV/VARY LOT/VARY BOTH：选择容差
- DEVICES：设别类型列表
傅里叶分析
.FOUR FUNDA_FREQUENCY NUMBER_OF_HARMONICS OUTPUT_VARIABLE
- FUNDA_FREQUENCY：基波频率，单位为Hz
- NUMBER_OF_HARMONICS：谐波阶数，默认为9
- OUTPUT_VARIABLE：输出变量
参考资料：
[1] John Okyere Attia etc.PSpice和MATLAB总和电路仿真与分析[M].北京:机械工业出版社, 2016