향신료

SPICE
그 외의 사용법에 대해서는, 「Spice(구체적인 설명)」를 참조해 주세요.
스파이스 1
원저작자로렌스 나겔
초기 릴리즈1973년, 49년 전(연장)
기입처포트란
유형전자 회로 시뮬레이션
면허증.퍼블릭 도메인 소프트웨어
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스파이스 2
초기 릴리즈1975년; 47년 전 (재설정)
안정된 릴리스
2G.6 / 1983
기입처포트란
유형전자 회로 시뮬레이션
면허증.BSD 3 조항
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스파이스 3
원저작자토머스 퀼스
초기 릴리즈1989년; 33년 전 (2011년)
안정된 릴리스
3f.5 / 1993년 7월
기입처C
유형전자 회로 시뮬레이션
면허증.BSD 라이선스(2절 변경)
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SPICE(집적회로 강조 시뮬레이션 프로그램)[1][2]는 범용 오픈소스 아날로그 전자회로 시뮬레이터입니다.회로 설계의 무결성을 확인하고 회로 동작을 예측하기 위해 집적회로 및 기판 레벨 설계에 사용되는 프로그램입니다.

서론

개별 부품으로 구성된 보드 수준 설계와는 달리, 제조 전에 브레드보드 집적회로에는 실용적이지 않습니다.또, 포토 리소그래피 마스크등의 고비용의 제조 전제조건에 의해, 집적회로를 최초로 구축하기 전에, 회로를 가능한 한 완전하게 설계하는 것이 불가결하다.SPICE를 사용한 회로 시뮬레이션은 집적회로 제조에 착수하기 전에 트랜지스터 수준에서 회로의 동작을 검증하는 업계 표준 방법입니다.

기판 레벨의 회로 설계는 테스트를 위해 종종 브레드보드(breadboard)를 사용할 수 있습니다.브레드보드를 사용하더라도 기생저항이나 용량 등 최종 프린트 배선 기판에 비해 일부 회로 특성이 정확하지 않을 수 있습니다.이러한 기생 컴포넌트는 SPICE 시뮬레이션을 사용하여 보다 정확하게 추정할 수 있습니다.또한 설계자는 단일 목업에서 얻을 수 있는 것보다 회로에 대한 더 많은 정보를 원할 수 있습니다.예를 들어 회로 성능은 부품 제조 공차에 의해 영향을 받습니다.이러한 경우 SPICE를 사용하여 컴포넌트 변동이 성능에 미치는 영향에 대한 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하는 것이 일반적이며, 상당히 복잡한 회로에 대해 손으로 직접 계산을 사용하는 것은 비현실적입니다.

SPICE 및 파생상품이 가장 두드러진 회로 시뮬레이션 프로그램은 회로 소자(트랜지스터, 저항, 캐패시터 등)와 그 연결을 설명하는 텍스트넷리스트를 가져와 이 설명을[3] 방정식으로 변환합니다생성된 일반 방정식은 비선형 미분 대수 방정식이며, 암묵적 적분 방법, 뉴턴의 방법 및 희박한 행렬 기법을 사용하여 해결됩니다.

오리진스

SPICE는 Laurence Nagel이 연구 어드바이저인 Professor, Professor의 지시로 버클리 캘리포니아 대학의 Electronics Research Laboratory에서 개발했습니다.도널드 피더슨입니다SPICE1은 주로 Nagel이 Professor 밑에서 연구했던 CARGE 프로그램의 [4]파생상품입니다.로날드 로러.CARGER는 "방사선을 제외한 비선형 회로의 컴퓨터 분석(Computer Analysis of Narnal Circuits, Exclusing Radiation)"의 약자로, 1960년대 [5]버클리 자유주의를 암시한다. 당시 많은 회로 시뮬레이터는 회로의 방사선 경도를 평가할 수 있는 능력을 필요로 하는 미국 국방부와 계약에 따라 개발되었다.나겔의 원래 조언자였던 교수님이요로러, 버클리대를 떠났어요페더슨은 그의 조언자가 되었다.Pederson은 독점 프로그램인 CARGE가 제한을 없애고 프로그램이 공공영역에 [6]들어갈 수 있을 정도로 다시 쓰여져야 한다고 주장했다.

SPICE1은 1973년 [1]컨퍼런스에서 처음 발표되었습니다.SPICE1은 FORTRAN으로 코드화되어 노드 분석을 사용하여 회로 방정식을 구성합니다.노드 분석에는 인덕터, 부동 전압원 및 제어된 다양한 형태의 선원을 나타내는 데 한계가 있습니다.SPICE1은 사용 가능한 회선 요소가 비교적 적고 고정 시간 간격 과도 분석을 사용합니다.SPICE의 진정한 인기는 1975년 SPICE2에서 시작되었다[2].더 많은 회로 소자들과 SPICE2, 또한 포트란이란 언어로 코드화는much-improved 프로그램, 가변timestep 과도 상태 분석은 사다리꼴(두번째 주문 Adams-Moulton 법)또는 기어 통합 법(또한 아스팔트 고화 처리 시설로 알려진), 변형된 절점 analysis[7](결절성 분석의 한계를 피하고)을 통해 방정식 공식화, 그리고 innov을 사용하여.a다른 대학원생인 Ellis Cohen이 개발한 tive FORTRAN 기반 메모리 할당 시스템.SPICE의 마지막 FORTRAN 버전은 1983년 2G.6입니다.SPICE3는[8] Thomas Quarles(A와 함께)에 의해 개발되었습니다. 리처드 뉴턴)이 1989년에 고문으로 임명되었습니다.C로 기술되어 있으며 동일한 넷리스트 구문을 사용하며 X Window System 플롯이 추가되었습니다.

SPICE는 소스 코드를 사용할 [9]수 있는 초기 퍼블릭 도메인 소프트웨어 프로그램으로서 널리 보급되어 사용되었습니다.「SPIX a circuit(회로에서 SPICE로)」는, [10]회로 시뮬레이션의 대명사로 남습니다.SPICE 소스 코드는 처음부터 UC Berkeley가 (자기테이프 비용을 충당하기 위해) 명목상의 요금으로 배포한 것입니다.라이센스에는 당초 미국에 우호적이지 않다고 간주되는 국가에 대한 배포 제한이 포함되어 있었지만, 현재 소스 코드는 BSD 라이선스의 대상이 되고 있습니다.

SPICE의 탄생은 2011년에 IEEE 마일스톤으로 명명되었습니다.이 엔트리에는 SPICE가 "세계 표준 집적회로 [11]시뮬레이터로 진화했습니다"라고 기재되어 있습니다.나겔은 2019 IEEE Donald O를 수상했습니다.Pederson [12]Award for Solid-State Circuits (SPICE 개발 부문)

후계자

오픈 소스 후계자

버클리 SPICE의 새로운 버전은 1993년 [13]버전 3f5 이후 출시되지 않았습니다.그 이후로, 전자 회로 시뮬레이션 프로그램의 오픈 소스나 학업 continuations:XSPICE,[14]조지아 공대, 행동 시뮬레이션용 혼합 analog/digital"코드 모델"이라고 덧붙였다에서 전자 회로 시뮬레이션 프로그램 3f5에 따라 CIDER[15](이전에 CODECS), UC버클리와 오리건 주립 대학교, 반도체 장치 시뮬레이션으로 개발된, ngspice,[16][17]을 포함한다.;그리고 WRspice,[18]원본 spice3f5 코드를 C++로 다시 씁니다.

상용 버전 및 스피노프

Berkeley SPICE는 학계, 산업계 및 상업용 제품에서 많은 다른 회로 시뮬레이션 프로그램에 영감을 주고 기반이 되었습니다.SPICE의 첫 번째 상용 버전은 ISPICE입니다.ISPICE는 [19]타임쉐어 서비스인 National CSS의 인터랙티브 버전입니다.SPICE의 가장 유명한 상용 버전에는 HSPICE(원래는 Meta Software의 Ashawna와 Kim Hailey가 상용화했지만 현재는 Synopsys가 소유)와 PSPICE(현재는 Cadence Design Systems가 소유)가 있습니다.집적회로 업계는 SPICE를 빠르게 도입했고 상용 버전이 잘 개발되기 전까지는 많은 IC 설계 회사가 [20]SPICE의 독점 버전을 보유하고 있었습니다.

오늘날, 일반적으로 대기업인 몇몇 IC 제조업체들은 SPICE 기반 회로 시뮬레이션 프로그램을 계속 개발하고 있습니다.아날로그 디바이스의 ADICE, 아날로그 디바이스의 LTSpice(프리웨어로 일반 이용 가능), 프리스케일 세미컨덕터의 Mica, 텍사스 인스트루먼트의 TINA-TI[21] 등이 있습니다.LTSpice와 TINA-TI는 모두 해당 [22][23]회사의 모델과 함께 제공됩니다.IBM의 PowerSpice, Infineon Technologies의 TITAN, Intel Corporation의 Lynx, NXP Semiconductor의 [24]Pstar 등 SPICE를 직접 기반으로 하지 않는 내부 회로 시뮬레이터를 보유하고 있는 기업도 있습니다.

프로그램 기능 및 구조

SPICE는 당시의 집적회로를 설계하는 데 필요한 분석과 모델을 포함하고 있으며 [25]실용적으로 사용할 수 있을 만큼 견고하고 신속했기 때문에 인기를 끌게 되었습니다.SPICE의 선구자들은 대개 다음과 같은 단일 목적을 가지고 있었습니다.예를 들어 바이어스 프로그램은 바이폴라[26] 트랜지스터 회로 작동 지점을 시뮬레이션하고 SLIC 프로그램은[27] 소규모 신호 분석만 수행했습니다.SPICE는 동작 포인트솔루션, 과도 분석 및 다양한 소신호 분석을 다수의 회선을 정상적으로 시뮬레이트하기 위해 필요한 회로 요소 및 디바이스 모델과 조합했습니다.

분석

SPICE2에는 다음과 같은 분석이 포함되어 있습니다.

  • AC분석(선형 소신호 주파수 영역 분석)
  • DC 분석(비선형 대기점 계산)
  • DC 전달 곡선 분석(입력 전압 또는 전류 또는 회로 파라미터를 스위프하면서 계산된 일련의 비선형 작동 지점)
  • 노이즈 분석(선택된 출력 지점에서 상관되지 않은 노이즈 전류를 합산하는 인접 매트릭스 기법을 사용하여 이루어지는 소규모 신호 분석)
  • 전달 함수 분석(작은 신호 입출력 게인 및 임피던스 계산)
  • 과도해석(비선형 미분대수방정식의 시간영역 대신호해법)

SPICE는 일반적으로 비선형 회로 모델링에 사용되므로 작은 신호 분석에는 회로가 선형화되는 대기점 계산이 선행되어야 합니다.SPICE2에는 다른 소신호 분석용 코드(감도 분석, 극 제로 분석 및 소신호 왜곡 분석)도 포함되어 있습니다.다양한 온도에서 분석은 온도에 대한 반도체 모델 파라미터를 자동으로 업데이트하여 회로를 극한 온도에서 시뮬레이션할 수 있도록 합니다.

이후 다른 회로 시뮬레이터는 SPICE2의 분석 이외의 많은 분석을 추가하여 변화하는 업계 요건에 대응하고 있습니다.파라메트릭 스위프가 추가되어 제조 공차 또는 동작 조건의 변화에 따른 회로 성능을 분석했습니다.아날로그 회로에 대한 루프 게인 및 안정성 계산이 추가되었습니다.RF 및 스위치드 캐패시터 회로 설계를 위해 고조파 밸런스 또는 시간 영역 정상 상태 분석이 추가되었습니다.그러나 SPICE의 인기를 이어가기 위해 필요한 최신 분석 및 기능을 포함하는 퍼블릭 도메인 회로 시뮬레이터는 아직 [25]등장하지 않았습니다.

신중하게 선택된 매개변수와 함께 적절한 분석을 사용하는 것이 매우 중요합니다.예를 들어 비선형 회로에 대한 선형 해석의 적용은 별도로 정당화되어야 한다.또한 디폴트 시뮬레이션 파라미터에 의한 과도분석을 적용하면 회로역학에서 [28]질적으로 잘못된 결론이 나올 수 있습니다.

디바이스 모델

SPICE2에는 MOSFET 모델, Ebers–Moll 및 Gummel–Poon 양극성 모델, JFET 모델 및 접합 다이오드 모델 등 많은 반도체 장치 소형 모델이 포함되어 있습니다.이 외에도 저항기, 콘덴서, 인덕터(커플링 포함), 독립 전압 및 전류 소스, 이상적인 전송 라인, 활성 부품 및 전압 및 전류 제어 소스 등 많은 요소가 포함되어 있었습니다.

SPICE3는 반도체 기술의 진보로 필요한 MOSFET 모델을 추가했다.특히 UC 버클리에서도 개발된 BSIM 패밀리 모델이 추가되었습니다.

테크놀로지의 진보와 이전 모델이 불충분해짐에 따라 상용 및 산업용 SPICE 시뮬레이터는 다른 많은 디바이스 모델을 추가했습니다.모델 파라미터 세트를 다른 시뮬레이터에서 사용할 수 있도록 이러한 모델의 표준화를 시도하기 위해 표준 모델의 선택, 유지 및 사용을 촉진하기 위해 산업 워킹 그룹인 콤팩트 모델 [29]협의회를 구성했습니다.현재 표준 모델에는 BSIM3, BSIM4, BSIMSOI, PSP, HICUM 및 MEXTRAM이 포함됩니다.

입력 및 출력:넷리스트, 개략도 캡처 및 플롯

SPICE2는 텍스트 Netlist를 입력으로 사용하여 출력으로 라인프린터 목록을 생성합니다.이것은 1975년의 컴퓨팅 환경에 적합합니다.이러한 목록은 계산된 출력(일반적으로 전압 또는 전류)에 해당하는 숫자 열 또는 라인 프린터 문자 "plots"입니다.SPICE3는 회선 설명을 위해 넷리스트를 유지하지만 C 쉘과 유사한 명령줄 인터페이스에서 분석을 제어할 수 있습니다.SPICE3는 UNIX와 엔지니어링 워크스테이션이 보편화됨에 따라 기본적인 X 플롯도 추가했습니다.

공급업체 및 다양한 무료 소프트웨어 프로젝트에서는 SPICE에 도식 캡처 프런트 엔드를 추가하여 회로도를 작성하고 네트워크 목록을 자동으로 생성할 수 있습니다.또한 실행할 시뮬레이션을 선택하고 전압 및 전류 출력 벡터를 조작하기 위한 그래피컬 사용자 인터페이스가 추가되었다.또한 파라미터 종속성의 파형 및 그래프를 볼 수 있는 매우 강력한 그래프 작성 유틸리티가 추가되었습니다.이러한 확장 프로그램에는 몇 가지 무료 버전이 있으며, 일부는 소개용 한정 패키지로, 일부는 제한 없이 제공됩니다.

전자 시뮬레이션을 넘어서는 SPICE 사용률

SPICE는 일반적으로 비선형 미분 대수 방정식을 풀기 때문에 전기적 영역 이외의 시뮬레이션에 적용할 수 있습니다.

열 시스템은 전자 SPICE 소자에 매핑된 일괄 회로 요소(열 용량 → 캐패시턴스/저항 → 전도/저항, 온도 → 전압, 열 흐름 또는 열 발생 → 전류)로 설명할 수 있기 때문에 가장 두드러지는 것이 열 시뮬레이션입니다.으로서 열 및 전자 시스템 밀접하게 전력 손실과 냉각 시스템,electro-thermal 시뮬레이션 오늘까지 연결된 반도체 소자 제조 업체[31일]둘 다 전기 및 열 노드와(트랜지스터)모델을 선 보이고에 의해서 지탱됩니다.첫번째self-heating를 일으키고 매개 변수 variatio에 결과 전기 전력 손실을 얻을 수 있다.단일 시뮬레이션 실행으로 냉각 시스템 효율성 향상

SPICE는 모터 드라이브의 전자 부품에 대한 시뮬레이션을 매우 잘 수행할 수 있습니다.그러나 모터의 전기 기계 모델을 똑같이 잘 설명할 수 있습니다.이는 다시 기계 장치를 전기 요소에 매핑함으로써 달성됩니다(표준 → 전압, 각속도 → 전류, 점성 마찰 계수 → 저항, 관성 모멘트 → 인덕턴스).[32]따라서 최종 모델은 SPICE와 호환되는 일괄회로 소자만으로 구성되지만 시뮬레이션 시 전기 데이터와 함께 기계적인 이점을 얻을 수 있습니다.

전자기 모델링은 PEEC(Partial Element Equivalent Circuit) 방식을[34] 통해 SPICE 시뮬레이터에 액세스할 수 있습니다.Maxwell의 방정식은 매핑되었고, RLC, 피부 효과, 유전체 또는 자성 물질, 입사 또는 복사장이 모델링되었습니다.

그러나 2019년 현재 SPICE는 "광자 회로 [35]시뮬레이터에서 광자와 전자 장치를 함께 시뮬레이션"하는 데 사용할 수 없기 때문에 아직 광자 집적회로의 테스트 시뮬레이터로 간주되지 않는다.

마이크로 유체 회로는 공압 FET를 생성하여 SPICE를 사용하여[36] 모델링되었습니다.

SPICE는 합성생물학 설계도구 및 바이오센서 및 랩온칩의[37] 가상 프로토타이핑 등 생물학적 시스템과 전자 시스템 간의 인터페이스를 모델링하기 위해 적용되었습니다.

SPICE는 엔지니어링을 완전히 벗어난 상태에서도 Operations Research 등에서 교란된 서플라이 체인(supply-chain[38])을 평가하기 위한 응용 프로그램을 찾아냈습니다.이것은 시기적절합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크

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이력, 원본 논문