4. 回路シミュレーション

  1. シミュレーション環境の起動

    1. テストベンチを表示した回路図エディタのメニューより、[Launch] → [ADE XL]を選ぶ。
    2. Launch ADE (G)XLフォームが表示されるので、Create New View にチェックを入れて、OKボタンをクリック(※)。
    3. Create new ADE (G)XL viewフォームが起動するので、View 欄が adexl となっていることを確認してOKボタンをクリック。
    4. Choosing Designフォームが表示された場合は、tb_MUX2が選択されていることを確認してOKボタンをクリック。

    ※ すでにadexl view を作成済みの場合は、Open Existing Viewにチェックをすると、前に作成したシミュレーション設定を使用することが出来る。

    ADE XL (Analog Design Environment XL)が起動し、Library Managerにadexl viewが作成される。adexl viewは、シミュレーション設定を管理しているViewであり、次回からは、Library Managerからadexl viewを開いてシミュレーションを実行することができる。

    Fig.4.1
    ADE XLの画面構成

    ツールバーより、Create Test(歯車アイコン)または adexlタブの中に記載された項目Testsの、click hereの文字をクリックする(上図参照)。Choosing Designフォームが表示されたら、tb_MUX2の文字色が反転しているのを確認して、OKボタンをクリック。ADE XL Test Editor が起動する。ADE XL Test Editorにより各種の回路シミュレーション条件の設定を行うことが出来る。

    [注意] ADE XL Test Editor で設定した内容は、ADE XLのData View欄のTestsアイコン横の+をクリックして展開し、その配下に表示される "ライブラリ名:テストベンチ名" をクリックして呼び出すことができる。Create Test(歯車アイコン)により、何度もADE XL Test Editorを呼び出すと、複数の設定が保存されて、シミュレーション実行時に全ての設定でシミュレーションを繰り返し実行しようとするため、非常に時間がかかったりコンピュータのメモリが不足したりする恐れがあるので、注意しよう。

    Fig.4.2
    Data View欄

  2. 回路シミュレーションの設定と実行

    1. シミュレータの設定
      ADE XL Test Editor のメニューより、[Setup] → [Simulator...] を選択し、Simulator欄で、hspiceDを選んで、OKボタンをクリック。
    2. MOSFETモデルの指定
      ADE XL Test Editor のメニューより、[Setup] → [Model Libraries...]を選ぶと、Model Library Setupフォームが表示されるので、<Click here to add model file>という文字をクリックし、さらに右側の...ボタンをクリックして、下記のモデルファイルを指定してOpenボタンをクリックする。bu40n1.skwは、2回選択しておく。Section欄は、ドロップダウンリストによりMOSFETの特性の統計ばらつきに対する偏差を選択する。NTとPTは、それぞれ、n-ch MOSFETとp-ch MOSFETのモデルパラメータが平均値(偏差ゼロ)である。
      Model FileSection
      spice/hspice/bu40n1.mdl
      spice/hspice/bu40n1.skwNT
      spice/hspice/bu40n1.skwPT

    3. 解析条件の設定
      ADE XL Test Editor のメニューより、[Analyses] → [Choose...] を選ぶか、Choose Analyses...ボタンをクリックし、Choosing Analyses フォームで、次の設定を行いOKボタンをクリックする。この設定で、16ns間のTRAN解析(過渡応答解析)が行われる。
      Analysistran
      Start0n
      Stop16n
      Step0.1n
      EnabledCheckを入れる

    4. 観測する配線の指定
      ADE XL Test Editor のメニューより、[Outputs] → [Setup...] を選ぶか、Setup Outputs...ボタンをクリックして、Setting Outputsフォームを起動する。From Schematicボタンをクリックすると、回路図エディタが表示されるので、A, B, SEL, Yに繋がる配線を順次クリックしていく。選ばれた配線は色が変わる。ここで、配線をクリックすると、電圧が観測される。また、インスタンスの赤四角のPinをクリックすると、そこに流れ込む電流が観測できる。ここでは、電圧波形を観測するので、青色の配線部分をクリックするように注意すること。全て選択し終わったら、ESCキーで、選択モードを解除し、Setting OutputsフォームのOKボタンをクリックして終了。もし、間違った配線を選択した場合は、ADE XL Test Editor のOutputs欄から、削除したい配線名をクリックして、Deleteボタン(赤いばつのアイコン)をクリックして削除し、再度、Setting Outputsフォームで正しい配線を選ぶ。
    5. 結果出力形式の指定
      ADE XL Test Editor のメニューより、[Simulation] → [Analog Options] → [Interface Options ...] を選択し、POST = ASCII(2)として、OKボタンをクリック。

      Fig.4.3
      ADE XL Test Editorの設定

    6. ネットリストの出力
      ADE XL Test Editor のメニューより、[Simulation] → [Netlist] → [Create] を実行すると、新規ウインドウが起動しネットリストが表示される。ネットリストが表示されたウインドウのメニューより、[File] → [Save As ...] で、適当なファイル名を付けて保存する(例:mux2.sp)。[注] 作業ディレクトリ内でシミュレーションを行うと、多量にシミュレーション関係のファイルが作成されるので、作業ディレクトリ/sim に保存するとよい。
    7. ネットリストの修正
      保存したネットリスト(例:mux2.sp)をテキストエディタで開いて、下記のように修正する。
      テキストエディタは、以下のコマンドで起動する。
      vlsi> cd  ~/i/sim
      
      vlsi> emacs  mux2.sp &
      または
      vlsi> gedit  mux2.sp &
      

      修正箇所は、.OPTION 以下の部分と.END の前の部分である。
      
      +     ARTIST=2   →    行頭に * を追加
      +     PSF=2      →    行頭に * を追加
      

      Netlist 1

  3. シミュレーションの実行
    ネットリストを保存したディレクトリをカレントディレクトリにして、以下のコマンドで、シミュレーションを実行する。
    vlsi>cd  ~/i/sim
    vlsi> setlic
    Synopsys HSPICEに相当する番号を入力
    vlsi> hspice  mux2.sp
    
          .
          .
          .
          .
    >info:         ***** hspice job concluded
    
    上記のように、hspice job concluded が表示されたら、シミュレーションが成功している。 エラーが表示される場合は、ファイル名が正しいか、ネットリストが正しく編集されているかを確認する。何らかの問題がありシミュレーションが実行できない場合は、CIWに、エラーメッセージが表示されるので、エラーメッセージの内容に従って修正を行う。

  4. シミュレーション結果の確認
    HSPICEのシミュレーション結果は、CosmosScopeを使用してグラフ表示することができる。真理値表の通りに動作しているか確認しておこう。真理値表と異なっているようならば、配線や入力波形の設定に間違いがないか確認する。

    vlsi> cd  ~/i/sim
    vlsi> cscope &
    
    1. CosmosScopeのメニューから、[File] → [Open] → [Plotfiles...]
    2. 過渡応答解析のシミュレーション結果ファイル mux2.tr0 を選択し、Openボタンをクリック
    3. 信号名のリストウインドウが表示されるので、CTRLキーを押しながら、入力信号と出力信号の電圧波形 v(a), v(b), v(sel), v(y) をマウスで選んで、Plotボタンを押す。

      CosmosScope

    4. CosmosScopeウインドウ下部のツールボックスのMeasurement Toolを使って立ち上がり時間、立ち下がり時間、遅延時間などを測定することができる。

  5. レポート提出用データの保存

    1. レポートとして提出するデータを保存しておくためのディレクトリを作成する。
      vlsi> cd ~/i
      vlsi> mkdir ic1_bbb_cccc
      ただし、bbbは名列番号、ccccは姓(ローマ字、文字数は任意)とする。
      
    2. テキストエディタ(emacs, geditなど)で、readme.txt というファイルを作成。中には、名列番号と氏名を記入。
    3. シミュレーション結果のグラフデータの保存
      必要な波形を表示した状態で、CosmosScopeのメニューより、[File] → [Export Image...]を選ぶ。ファイルフォーマットはPNGとし、File name:欄は、./ic1_bbb_cccc/simulation_bbb_cccc.png として保存。ただし、bbbは名列番号、ccccは姓のローマ字とする。
    4. シミュレーション結果のCSVファイル(表計算ソフト等で読める)の保存
      グラフの右側の信号名(v(y)など)を、CTRLキーを押しながら、マウスで選択して、反転させる。保存する信号名を全て選ぶこと。CosmosScopeのメニューより、[File] → [Save Waveforms...]を選ぶ。ファイルフォーマットはTextとし、File name:欄は、./ic1_bbb_cccc/simulation_bbb_cccc.txt として保存。ただし、bbbは名列番号、ccccは姓のローマ字とする。


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