Ch3：混合模式仿真

来源：sdevice_ug.pdf 第 3 章（W-2024.09） 🔨 进行中说明：本页按原章小节顺序进行逐段翻译，并在对应位置插入原文图示。

本章目录

3.1 混合模式仿真概述
3.2 混合模式仿真操作
- 从单器件到多器件命令文件的转换
- 混合模式文件命名约定

3.1 混合模式仿真概述

Sentaurus Device 是一款单器件仿真器，同时也是一种混合模式器件和电路仿真器。单器件命令文件通过网格（mesh）、接触（contact）、物理模型（physics model）和求解命令（solve command）规范来定义。

对于多器件仿真，命令文件必须包含每个器件的网格规范（File 部分）、接触规范（Electrode 部分）和物理模型规范（Physics 部分）。此外，还必须定义电路网表来连接各个器件（见图 7），并指定求解命令来求解整个器件系统。

图片：../../../public/images/sdevice/sdevice_fig7.png

图 7 多器件仿真中器件通过电路网表连接示意

Device 命令定义每个物理器件。一个命令文件可以包含任意数量的 Device 部分。Device 部分定义了一个器件，但 System 部分是创建和连接器件所必需的。

紧凑模型

Sentaurus Device 为混合模式仿真提供了不同的紧凑模型，并支持以下几种指定紧凑模型的方式：

网表文件支持 Synopsys PrimeSim™ HSPICE® 语言的一个子集。您可以使用这些文件来指定参数集和 SPICE 模型及 PrimeSim HSPICE 模型的实例（见 PrimeSim HSPICE 网表文件）。
SPICE 电路文件（扩展名 .scf）可用于 SPICE 模型、PrimeSim HSPICE 模型和内置模型。参数集和实例都可以被指定（见 SPICE 电路文件）。
紧凑电路文件（扩展名 .ccf）支持 Sentaurus Device 中的紧凑模型接口。用户定义模型的器件和参数集必须在紧凑电路文件中指定。实例可以出现在紧凑电路文件中，也可以出现在命令文件的 System 部分（见用户定义紧凑模型）。
电气和热路电路可以在命令文件的 System 部分中定义。可以为电路节点指定初始条件，也可以添加 Plot 语句来生成输出（见 System 部分）。

紧凑模型层次描述

在 Sentaurus Device 中，每个紧凑模型通过三层层次结构来描述：

器件（Device）：器件描述紧凑模型的基本属性。这包括模型名称、电极名称、热端名称和内部变量名称，以及内部状态和参数的名称和类型。SPICE 模型和内置模型的器件是预定义的。对于用户定义的模型，您必须指定器件。
参数集（Parameter set）：每个参数集派生自一个器件。它为紧凑模型的参数定义默认值。通常，在多个实例之间共享的参数在参数集中定义。大多数 SPICE 模型和内置模型提供一个默认参数集，可以直接在电路描述中引用。对于更复杂的模型（如 MOSFET），您可以引入新的参数集。
实例（Instance）：实例对应 Sentaurus Device 电路中的元件。每个实例派生自一个参数集。必要时，它可以覆盖其参数的值。

对于 SPICE 模型和内置模型，您需要定义参数集和实例。对于用户定义的模型，可以（也是必需的）引入新器件。

表 9 Sentaurus Device 中可用的 SPICE 模型

模型	器件名称	默认参数集名称
Resistor（电阻）	Resistor	Resistor_pset
Capacitor（电容）	Capacitor	Capacitor_pset
Inductor（电感）	Inductor	Inductor_pset
Coupled inductors（耦合电感）	mutual	mutual_pset
Voltage-controlled switch（电压控制开关）	Switch	Switch_pset
Current-controlled switch（电流控制开关）	CSwitch	CSwitch_pset
Voltage source（电压源）	Vsource	Vsource_pset
Current source（电流源）	Isource	Isource_pset
Voltage-controlled current source（电压控制电流源）	VCCS	VCCS_pset
Voltage-controlled voltage source（电压控制电压源）	VCVS	VCVS_pset
Current-controlled current source（电流控制电流源）	CCCS	CCCS_pset
Current-controlled voltage source（电流控制电压源）	CCVS	CCVS_pset
MOSFET	Mos1/Mos2/Mos3/Mos6/BSIM1/BSIM2/BSIM3/BSIM4/B3SOI	对应的 pset
Diode（二极管）	Diode	Diode_pset
Bipolar junction transistor（双极结型晶体管）	BJT	BJT_pset
Junction field effect transistor（结型场效应管）	JFET	JFET_pset
GaAs MESFET	MES	MES_pset

表 10 Sentaurus Device 中可用的 PrimeSim HSPICE 模型

模型	器件名称	模型	器件名称
HSPICE Level 1	HMOS_L1	HSPICE Level 61	HMOS_L61
HSPICE Level 2	HMOS_L2	HSPICE Level 62	HMOS_L62
HSPICE Level 3	HMOS_L3	HSPICE Level 64	HMOS_L64
HSPICE Level 28	HMOS_L28	HSPICE Level 68	HMOS_L68
HSPICE Level 49	HMOS_L49	HSPICE Level 69	HMOS_L69
HSPICE Level 53	HMOS_L53	HSPICE Level 72	HMOS_L72
HSPICE Level 54	HMOS_L54	HSPICE Level 73	HMOS_L73
HSPICE Level 57	HMOS_L57	HSPICE Level 76	HMOS_L76
HSPICE Level 59	HMOS_L59	HSPICE Level 78	HMOS_L78

表 11 Sentaurus Device 中的内置模型

模型	器件名称	默认参数集名称
Electrothermal resistor（电热电阻）	Ter	Ter_pset
Ferroelectric capacitor（铁电电容）	ferroelectric	ferroelectric_pset
MOS harness	MOS_harness	MOS_harness_pset
Parameter interface	Param_Interface_Device	Param_Interface
Saturable inductor（可饱和电感）	satinductor	satinductor_pset
SPICE temperature interface	Spice_Temperature_Interface_Device	Spice_Temperature_Interface

用户定义紧凑模型

Sentaurus Device 为用户定义的紧凑模型提供了紧凑模型接口（CMI）。这些模型由您使用 C++ 实现，并在运行时链接到 Sentaurus Device。无需访问 Sentaurus Device 的源代码。

要实现一个新的用户定义模型：

为紧凑模型中的每个变量提供相应的方程。对于电极电压，计算从器件流入电极的电流。对于内部模型变量，使用模型方程。
编写新紧凑模型的正式描述。Sentaurus Device 在加载模型之前读取此紧凑电路文件。
实现一组 C++ 接口子程序。Sentaurus Device 提供运行时环境。
将模型代码编译为共享对象文件，在运行时链接到 Sentaurus Device。cmi 脚本执行此编译。
使用 CMIPath 关键字在命令文件的 File 部分定义搜索路径。
在紧凑电路文件（扩展名 .ccf）或命令文件的 System 部分中直接引用用户定义的紧凑模型。

PrimeSim HSPICE 网表文件

Sentaurus Device 接受以单独文件形式提供的 PrimeSim HSPICE 网表。网表在 System 部分中指定，如下所示：

cpp

System { Netlist = "spice_netlist.sp" }

Sentaurus Device 只能处理 PrimeSim HSPICE 网表语法的一个子集。以下各节描述可识别的语法。

网表文件结构

网表文件的第一行始终被解释为网表的标题。您可以使用 .TITLE 语句使其明确。例如：

plaintext

.TITLE 'amplifier netlist'

但是，使用 .TITLE 语句是可选的，第一行的内容将始终被用作网表的标题。

注意：如果网表文件的第一行包含任何其他有效的网表语句，则该语句将被有效忽略，并被解释为网表的标题。例如，如果电路元件在网表的第一行中声明，则该元件将不会出现在仿真中，并且网表的标题将类似于 r1 n1 n2 resistance=1k。

标题行之后是一系列 PrimeSim HSPICE 语句，网表以可选的 .END 语句终止：

plaintext

.END

最终 .END 语句之后的所有内容都将被忽略。

网表解析器不区分大小写，但字符串文字或 .INCLUDE 语句中的文件名除外：

plaintext

.PARAM s = str('This is a case sensitive string.')
.INCLUDE 'Case/Sensitive/Filename'

注释

以美元符号（$）字符或星号（*）字符开头的行是注释行。例如：

plaintext

* This is a comment.

您可以在 $ 字符后使用内联注释：

plaintext

R1 1 2 R=100  $ drain resistor

续行

使用第一列中的加号（+）字符来表示续行：

plaintext

R1 1 0
+ R=500

`.INCLUDE` 语句

使用 .INCLUDE 语句将另一个网表包含在当前网表中：

plaintext

.INCLUDE models.sp

数值常数

您可以采用以下格式之一输入数字：

整数（例如，7）
浮点数（例如，-4.5）
带整数指数的浮点数（例如，3e8 和 -1.2e9）
带表 12 中列出的比例因子的整数（例如，6k）
带比例因子的浮点数（例如，-8.9meg）

表 12 比例因子

比例因子	描述	倍数
t	tera	10¹²
g	giga	10⁹
meg 或 x	mega	10⁶
k	kilo	10³
mil	千分之一英寸	25.4 × 10⁻⁶
m	milli	10⁻³
u	micro	10⁻⁶
n	nano	10⁻⁹
p	pico	10⁻¹²
f	femto	10⁻¹⁵
a	atto	10⁻¹⁸

注意：比例因子 a 不是包含安培的字符串中的比例因子。例如，表达式 20amps 被解释为 20 安培电流，而不是 20 × 10⁻¹⁸ mps。

参数和表达式

在 PrimeSim HSPICE 工具中，参数是您与值关联的名称。支持数值和字符串参数。例如：

plaintext

.PARAM a = 4
.PARAM b = '2*a + 7'
.PARAM s = str('This is a string')
.PARAM t = str(s)

支持以下内置数学函数：

sin, cos, tan, asin, acos, atan, sinh, cosh, tanh, abs, sqrt, pow, pwr, log, log10, exp, db, int, nint, sgn, sign, floor, ceil, min, max

子电路

可复用单元可以指定为子电路。一般定义如下：

plaintext

.SUBCKT name n1 n2 ... [param1=val] [param2=val] ...
.ENDS

或：

plaintext

.MACRO name n1 n2 ... [param1=val] [param2=val] ...
.EOM

也支持字符串参数：

plaintext

.SUBCKT name n1 n2 ... [param=str('string')] ...
.ENDS

`.MODEL` 语句

.MODEL 语句的一般语法为：

plaintext

.MODEL model_name type [level=num] [pname1=val1] [pname2=val2] ...

表 13 可识别的模型类型

类型	描述	类型	描述
c	电容模型	npn	npn BJT 模型
csw	电流控制开关	pjf	p 沟道 JFET 模型
d	二极管模型	pmf	p 沟道 MESFET
l	互感模型	pmos	p 沟道 MOSFET 模型
njf	n 沟道 JFET 模型	pnp	pnp BJT 模型
nmf	n 沟道 MESFET	r	电阻模型
nmos	n 沟道 MOSFET 模型	sw	电压控制开关

元件

元件名称必须以每个元件类型的特定字母开头。

表 14 支持的 PrimeSim HSPICE 元件类型

首字母	元件	示例
c	电容	`Cbypass 1 0 10pf`
d	二极管	`D7 3 9D1`
e	电压控制电压源	`Ea 1 2 3 4 K`
f	电流控制电流源	`Fsub n1 n2 vin 2.0`
g	电压控制电流源	`G12 4 0 3 0 10`
h	电流控制电压源	`H3 4 5 Vout 2.0`
i	电流源	`IA 2 6 1e-6`
j	JFET 或 MESFET	`J1 7 2 3 model_jfet w=10u l=10u`
k	线性互感	`K1 L1 L2 0.98`
l	线性电感	`Lx a b 1e-9`
m	MOS 晶体管	`M834 1 2 3 4 N1`
q	双极晶体管	`Q5 3 6 7 8 pnp1`
r	电阻	`R10 21 10 1000`
v	电压源	`V1 8 0 5`
x	子电路调用	`X1 2 4 17 31 MULTI WN=100 LN=5`

表 15 支持的 Berkeley SPICE 元件类型

首字母	元件	示例
s	电压控制开关	`S1 1 2 3 4 SWITCH1 ON`
w	电流控制开关	`W1 1 2 VCLOCK SWITCHMOD1`
z	GaAs MESFET	`Z1 7 2 3 ZM1 AREA=2`

网表命令

有限的一组网表命令被识别。

要使节点名称在所有子电路中全局化，请使用 .GLOBAL 语句。例如：

plaintext

.GLOBAL node1 node2 node3 ...

使用 .OPTION PARHIER 语句指定作用域规则。例如：

plaintext

.OPTION PARHIER=GLOBAL|LOCAL

其他未明确提及的 PrimeSim HSPICE 网表命令将被忽略。

在网表中指定物理器件

Sentaurus Device 支持 PrimeSim HSPICE 网表格式的扩展，以便您可以在 PrimeSim HSPICE 网表中指定物理器件。.SDEVICE 语句声明物理器件的名称及其触点：

plaintext

.SDEVICE device_name drain gate source bulk

物理器件的实例可以使用子电路命令插入网表：

plaintext

x1 d g s b device_name

.SDEVICE 语句和子电路实例化等效于 Sentaurus Device 命令文件的 System 部分中的以下规范：

cpp

System { device_name x1 (drain=d gate=g source=s bulk=b) }

注意：PrimeSim HSPICE 名称不区分大小写，网表解析器将所有标识符转换为小写。因此，在 Sentaurus Device 中必须使用小写指定物理器件。

SPICE 电路文件

您可以在外部 SPICE 电路文件（扩展名 .scf）中指定紧凑模型。参数集的声明格式为：

plaintext

PSET pset
DEVICE dev
PARAMETERS
parameter0 = value0
parameter1 = value1
...
END PSET

此声明引入从设备 dev 派生的参数集 pset。它为给定参数分配默认值。设备 dev 应该已经声明了参数名称。此外，分配给参数的值必须具有适当的类型。

表 16 SPICE 电路文件中的参数类型

参数类型	示例	参数类型	示例
char	`c = 'n'`	char[]	`cc = ['a' 'b' 'c']`
double	`d = 3.14`	double[]	`dd = [1.2 -3.4 5e6]`
int	`i = 7`	int[]	`ii = [1 2 3]`
string	`s = "hello world"`	string[]	`ss = ["hello" "world"]`

类似地，电路实例可以声明为：

plaintext

INSTANCE inst
PSET pset
ELECTRODES e0 e1 ...
THERMODES t0 t1 ...
PARAMETERS
parameter0 = value0
parameter1 = value1
...
END INSTANCE

根据此声明，实例 inst 派生自参数集 pset。其电极连接到电路节点 e0, e1, ...，其热端连接到 t0, t1, ...。此实例还定义或覆盖参数值。

示例

考虑以下简单整流电路：

out
  |
  R
  |
in --- D --- out

该电路包含三个紧凑模型，可以在文件 rectifier.scf 中定义为：

plaintext

PSET D1n4148
DEVICE Diode
PARAMETERS
is = 0.1p       // 饱和电流
rs = 16         // 欧姆电阻
cjo = 2p        // 结电容
tt = 12n        // 渡越时间
bv = 100        // 反向击穿电压
ibv = 0.1p     // 反向击穿电压下的电流
END PSET

INSTANCE v
PSET Vsource_pset
ELECTRODES in 0
PARAMETERS sine = [0 5 1meg 0 0]
END INSTANCE

INSTANCE d1
PSET D1n4148
ELECTRODES in out
PARAMETERS temp = 30
END INSTANCE

INSTANCE r
PSET Resistor_pset
ELECTRODES out 0
PARAMETERS resistance = 1000
END INSTANCE

参数集 D1n4148 定义了 1n4148 类型所有二极管共享的参数。实例参数通常对每个二极管不同，例如它们的工作温度。

注意：必须先声明参数集，然后实例才能引用它。

此仿真的命令文件可以为：

cpp

File { SPICEPath = ". lib spice/lib" }
System { Plot "rectifier" (time() v(in) v(out) i(r 0)) }
Solve {
  Circuit
  NewCurrentPrefix = "transient_"
  Transient (InitialTime = 0 FinalTime = 0.2e-5
    InitialStep = 1e-7 MaxStep = 1e-7) {Circuit}
}

File 部分中的 SPICEPath 被分配一个目录列表。扫描所有目录以查找 SPICE 电路文件（.scf）。检查 Sentaurus Device 的日志文件以查看找到了哪些电路文件并在仿真中使用。

System 部分包含一个 Plot 语句，该语句生成 rectifier_des.plt 文件，并绘制仿真时间、节点 in 和 out 的电压，以及电阻 r 流入节点 0 的电流。

Solve 部分描述了仿真。关键字 Circuit 表示要求解的电路方程。

电路中的实例也可以直接出现在命令文件的 System 部分中。例如：

cpp

System {
  Vsource_pset v (in 0) {sine = (0 5 1meg 0 0)}
  D1n4148 d1 (in out) {temp = 30}
  Resistor_pset r (out 0) {resistance = 1000}
}
Plot "rectifier" (time() v(in) v(out) i(r 0))

混合模式仿真的命令文件

本节讨论 Sentaurus Device 混合模式仿真命令文件的最重要部分。

System 部分

System 部分定义了要求解的物理器件和电路元件的网表。网表通过电路节点连接。

默认情况下，电路节点是电气的，但可以声明为电气或热：

cpp

Electrical ( enode0 enode1 ... )
Thermal ( tnode0 tnode1 ... )

Electrical 和 Thermal 语句也支持正则表达式语法，因此可以使用简单的表达式声明许多节点。例如：

cpp

Thermal ( node1 regexp("n[2-4]") regexp("x1.*") )

在此示例中，节点 node1、n2、n3、n4 以及子电路 x1 中定义的所有节点将被声明为热的。

每个电气节点与一个电压变量相关联，每个热节点与一个温度变量相关联。节点名称是数字或字母数字的。节点 0 预定义为接地节点（0 V）。

您可以在 PrimeSim HSPICE 网表文件（见 PrimeSim HSPICE 网表文件）或 SPICE 电路文件（见 SPICE 电路文件）中定义紧凑模型。但是，紧凑模型的实例也可以直接出现在命令文件的 System 部分中：

cpp

parameter-set-name instance-name (node0 node1 ...) {<attributes>}

节点在连接列表中的顺序对应于 SPICE 器件定义中的电极和热端顺序（见 Compact Models User Guide, Syntax of Compact Circuit (.ccf Files)）。

连接列表是联系人名=节点名连接的列表，用空格分隔。联系人名称是来自给定器件网格文件中的接触名称，节点名称是先前在电路元件定义中定义的电路网表节点的名称。

物理器件定义如下：

cpp

device-type instance-name (connectivity list) {<attributes>}

如果没有需要额外的器件参数，则无需大括号指定器件。例如：

cpp

device-type instance-name (<connectivity_list>)

器件参数会覆盖在器件类型中定义的参数。对于 Sentaurus Device 的器件类型，参数可以包括 Electrode、Thermode、File、Plot、Physics 和 Math 部分。

注意：Electrode 有设置每个电极电压的 Voltage 语句。如果电极通过连接列表连接到节点，这些值只是第一次 Newton 求解的提示（由关键字 Hint 定义），但它们不会像关键字 Set 那样将这些值设置为电极。默认情况下，连接到节点的电极是浮动的。
电极必须连接到电气节点，热端必须连接到热节点。这允许电极和热端共享相同的接触名称或编号。

物理器件和电路器件

物理器件使用先前定义的器件类型、名称、连接列表和可选参数进行实例化。例如：

cpp

device_type instance-name (<connectivity_list>) {
  <optional_device_parameters>
}

器件参数会覆盖在器件类型中定义的参数。

您可以在 PrimeSim HSPICE 网表文件（见 PrimeSim HSPICE 网表文件）或 SPICE 电路文件（见 SPICE 电路文件）中声明 SPICE 实例。它们也可以直接出现在命令文件的 System 部分中。例如：

cpp

pset inst (e0 e1 ... t0 t1 ...) {
  parameter0 = value0
  parameter1 = value1
  ...
}

数组参数必须用括号指定，而不是大括号。例如：

cpp

dd = (1.2 -3.4 5e6)
ss = ("hello" "world")

某些 SPICE 模型具有可以通过 instance_name.internal_node 形式访问的内部节点。例如，SPICE 电感创建一个内部节点分支，它代表通过实例的电流。因此，表达式 v(l.branch) 可用于访问电感 l 的电流。这对于绘制内部数据或初始化电感中的电流很有用。

电气和热网表

电气和热网表可以在同一系统中共存。例如：

cpp

Device PRES {
  Electrode {
    { Name="Anode"   Voltage=0 }
    { Name="Cathode" Voltage=0 }
  }
  Thermode {
    { Name="Anode"   Temperature=300 SurfaceResistance=1e-4 }
    { Name="Cathode" Temperature=300 SurfaceResistance=1e-4 }
  }
  ...
}
System {
  * 热节点定义
  Thermal (ta tc t300)
  Set (t300 = 300)
  Hint (ta = 300 tc = 300)

  * 电气电路
  PRES pres ("Anode"=a "Cathode"=0 "Anode"=ta "Cathode"=tc)
  Isource_pset i (a 0) {dc = 0}

  * 热电路
  Resistor_pset ra (ta t300) {resistance = 1}
  Resistor_pset rc (tc t300) {resistance = 1}
}
Plot "pres" (v(a) t(ta) t(tc) h(pres ta) h(pres tc) i(pres 0))

该电路由单个物理器件 pres 组成，其两个电极连接到电气电路，两个热端连接到热电路。

Plot 语句访问节点 a 的电压、节点 ta 和 tc 的温度、pres 流入 ta 和 tc 的热通量，以及 i 流入接地节点 0 的电流。

请注意，电气和热电路是分开的，它们之间的桥梁是物理器件。物理器件的电极只能连接到电气电路中的节点，热端只能连接到热电路中的节点。

此外，物理器件的热端必须定义 SurfaceResistance，因为如果热端要连接到热电路，它必须是阻性的。这意味着每个热端必须定义 SurfaceResistance 或 SurfaceConductance，如果未定义，Sentaurus Device 会报告错误。

许多 SPICE 模型为电热仿真提供了温度参数。在 Sentaurus Device 中，温度参数通过参数接口连接到热电路。

要将热节点 t 的值作为参数输入电阻 r，需要一个参数接口：

cpp

System {
  Thermal (t)
  Set (t = 300)
  Isource_pset i (1 0) {dc = 1}
  cres_pset r (1 0) {temp = 27 l = 0.01 w = 0.001}
  Param_Interface rt (t) {parameter = "r.temp" offset = -273.15}
}
Plot "cres" (t(t) p(r temp) i(r 0) v(1))

参数接口 rt 在变量 t 更改时更新 r 中 temp 的值。这是 Sentaurus Device 中允许电路节点连接到模型参数的一般机制。

注意：在引用实例之后声明参数接口非常重要。否则，Sentaurus Device 无法建立参数接口和实例之间的连接。
Sentaurus Device 中的温度以开尔文为单位。SPICE 温度以摄氏度测量。因此，必须使用 -273.15 的偏移量将开尔文转换为摄氏度。

Math 部分中的参数 Spice_Temperature 在仿真开始时初始化全局 SPICE 电路温度。它不能用于稍后更改 SPICE 温度。要在仿真期间修改 SPICE 温度，必须使用 SPICE 温度接口。

SPICE 温度接口有一个可以连接到电极或热端的触点。当电极或热端的价值 u 发生变化时，全局 SPICE 温度会根据以下公式更新：

Spice temperature = offset + c₁u + c₂u² + c₃u³

默认情况下，offset = c₂ = c₃ = 0 且 c₁ = 1。因此，SPICE 温度接口确保全局 SPICE 温度与值 u 相同。

在以下示例中，SPICE 温度接口用于将全局 SPICE 温度从 300 K 斜升到 400 K：

cpp

System {
  Set (st = 300)
  Spice_Temperature_Interface ti (st) { }
}
Solve {
  Quasistationary (Goal {Node=st Value=400} DoZero InitialStep=0.1
    MaxStep=0.1) {
    Coupled {Circuit}
  }
}

节点初始化

Set 语句建立节点值。（Unset 语句用于在 Set 语句之后释放节点。）此值在所有后续仿真中保持固定，直到在 Solve 部分中使用 Set 或 Unset 语句（见混合模式电学边界条件），或者节点成为控制节点本身的 Quasistationary 的 Goal（见混合模式中的准静态）。对于已设置的节点，相应的方程（即电气节点的电流平衡方程和热节点的热平衡方程）不会像未设置的节点那样被求解。

注意：Set 和 Unset 语句存在于 Solve 部分中。它们的作用类似于 System 级别的 Set，但提供了更大的灵活性（见 System 部分）。

您还可以使用 Set 语句更改紧凑模型中参数的值。在以下示例中，电阻 r1 的电阻变为 1000 Ω：

cpp

Set (r1."resistance" = 1000)

Initialize 语句类似于 Set 语句，只是节点值仅在非瞬态仿真期间保持。当瞬态仿真开始时，节点被释放为其实际值，即节点被取消设置。

注意：Initialize 语句可以与内部节点一起使用，以在瞬态仿真之前设置通过电感的电流。例如：
cpp
Inductor_pset L2 (a b){ inductance = 1e-5 }
Initialize (L2.branch = 1.0e-4)
1
2

Hint 语句仅为未设置的节点提供第一次 Newton 步骤的猜测值。数值以伏特、安培或开尔文给出。电流值仅对电路器件中的内部电流节点有意义。

绘制量

System 部分可以包含任意数量的 Plot 语句，以打印节点处的电压、通过器件的电流或电路元件参数。输出存储在指定文件名中。如果未提供文件名，则输出被发送到标准输出文件和日志文件。Plot 语句的语法为：

cpp

Plot [<filename>] (<plot_command_list>)

注意：Plot 命令区分大小写。
Plot 语句默认不打印时间。绘制瞬态仿真时，必须添加 time() 命令。

示例

cpp

Plot (a b i(r1 a) p(r1 rT) p(v0 "sine[0]"))
Plot "plotfile" (time() v(a b) i(d1 a))

修改绘图输出

您可以在 System 部分中使用 ACPlot 语句来修改 Sentaurus Device AC 绘图文件中的输出：

cpp

System {
  ACPlot (<plot_command_list>)
}

如果指定了 ACPlot 语句，则给定数量将绘制在包含 AC 分析结果的 Sentaurus Device AC 绘图文件中。否则，只有 AC 节点的电压会随 AC 分析结果一起绘制。

Device 部分

命令文件的 Device 部分定义系统中要仿真的不同器件类型。每个器件类型必须有一个在关键字 Device 之后遵循的标识符名称。每个 Device 部分可以包含 Electrode、Thermode、File、Plot、Physics 和 Math 部分。例如：

cpp

Device "resist" {
  Electrode { ... }
  File { ... }
  Physics { ... }
  ...
}

如果未在 Device 部分中指定信息，则使用命令文件最低级别的信息（如果在那里定义）。例如：

cpp

# 默认 Physics 部分
Physics { ... }

Device resist {
  # 此器件没有 Physics 部分，因此它使用上面定义的默认集
  Electrode { ... }
  File { ... }
}

File 部分

在 File 部分中，您可以指定以下内容：

输出文件名（关键字 Output）和小信号 AC 提取文件的关键字（关键字 ACExtract）
Sentaurus Device 目录路径（关键字 DevicePath）
SPICE 模型搜索路径（关键字 SPICEPath）和紧凑模型（关键字 CMIPath）
器件的默认文件名

对于关键字 Output 和 ACExtract，只需要一个不带扩展名的文件名。Sentaurus Device 自动附加预定义的扩展名：

cpp

File {
  Output = "mct"
  ACExtract = "mct"
}

对于关键字 DevicePath、SPICEPath 和 CMIPath，您必须分配一个目录列表，Sentaurus Device 会搜索该列表。例如：

cpp

File {
  DevicePath = "../devices:/usr/local/tcad/devices:."
  SPICEPath = ". lib lib/spice"
  CMIPath   = ". libcmi"
}

Math 部分

您可以在全局 Math 部分为混合模式仿真指定以下关键字：

cpp

Math {
  Spice_Temperature=<float>
  Spice_gmin=<float>
}

关键字 Spice_Temperature 是全局 SPICE 电路温度（默认值：300.15 K）。关键字 Spice_gmin 指 SPICE 中的最小电导（默认值：10⁻¹² Ω⁻¹）。

要计算 SPICE 行为模型（E 元件和 G 元件）的数值 Jacobian，您需要在全局 Math 部分指定以下关键字：

cpp

Math { BehavSrcNumericDeriv=0.001 }

关键字 BehavSrcNumericDeriv 是变量的偏差。它的默认值是 0，表示不计算 Jacobian。

3.2 混合模式仿真操作

在 Sentaurus Device 中，混合模式仿真作为单器件仿真的直接扩展来处理。

从单器件到多器件命令文件的转换

Sentaurus Device 的命令文件接受单器件和多器件问题。虽然这两种形式的输入看起来不同，但它们符合相同的输入语法模式。这是可能的，因为命令文件具有多级定义，并且 System 部分有内置的默认机制。

完整的输入语法允许三层器件定义：全局、器件和实例（见图 8）。这些级别是链接的，因为全局级别是器件级别和实例级别的默认值。

图 8 三层器件定义

图片：../../../public/images/sdevice/sdevice_fig8.png

默认情况下，如果不存在 Device 部分，则使用全局器件的内容创建单个器件。如果不存在 System 部分，则使用此单个器件创建一个。此默认转换过程可以手动执行，方法是创建一个 Device 和 System 部分，每个部分只有一个条目。

注意：默认创建的器件名称为 ""（即空字符串）。

图片：../../../public/images/sdevice/sdevice_fig9.png

Solve 部分也可以通过指定 NoAutomaticCircuitContact 进行转换。

图片：../../../public/images/sdevice/sdevice_fig10.png

混合模式文件命名约定

您可以在命令文件的所有级别定义 File 部分。因此，默认文件名可能由多个器件包含。

在以下示例中，r1 和 r2 都使用在 res 的定义中设置的保存器件参数：

cpp

Device res {
  File { Save="res" ... }
  ...
}
System {
  res r1
  res r2
}

因此，原则上 r1 和 r2 具有相同的 Save 默认值（即 res）。由于将两个器件实例保存到同一名称是不切实际的，器件实例的名称（即 r1 和 r2）被连接到文件名以生成文件 res.r1 和 res.r2。

此文件名扩展过程适用于 File 部分的关键字 Current、Plot 和 Save，也适用于文件名从全局默认值复制到器件类型声明时。

表 17 Current、Plot 和 Save 关键字的文件名扩展

级别	文件名格式
Instance（实例）	`<given name>`
Device（器件）	`<given name>.<instance name>`
Global（全局）	`<given name>.<device type>.<instance name>`

原文参考：Sentaurus™ Device User Guide, W-2024.09, Chapter 3 "Mixed-Mode Simulations"

Ch3：混合模式仿真 ​

3.1 混合模式仿真概述 ​

紧凑模型 ​

紧凑模型层次描述 ​

用户定义紧凑模型 ​

PrimeSim HSPICE 网表文件 ​

网表文件结构 ​

注释 ​

续行 ​

.INCLUDE 语句 ​

数值常数 ​

参数和表达式 ​

子电路 ​

.MODEL 语句 ​

元件 ​

网表命令 ​

在网表中指定物理器件 ​

SPICE 电路文件 ​

示例 ​

混合模式仿真的命令文件 ​

System 部分 ​

物理器件和电路器件 ​

电气和热网表 ​

节点初始化 ​

绘制量 ​

修改绘图输出 ​

Device 部分 ​

File 部分 ​

Math 部分 ​

3.2 混合模式仿真操作 ​

从单器件到多器件命令文件的转换 ​

混合模式文件命名约定 ​

Ch3：混合模式仿真

3.1 混合模式仿真概述

紧凑模型

紧凑模型层次描述

用户定义紧凑模型

PrimeSim HSPICE 网表文件

网表文件结构

注释

续行

`.INCLUDE` 语句

数值常数

参数和表达式

子电路

`.MODEL` 语句

元件

网表命令

在网表中指定物理器件

SPICE 电路文件

示例

混合模式仿真的命令文件

System 部分

物理器件和电路器件

电气和热网表

节点初始化

绘制量

修改绘图输出

Device 部分

File 部分

Math 部分

3.2 混合模式仿真操作

从单器件到多器件命令文件的转换

混合模式文件命名约定