home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ The Fred Fish Collection 1.5 / ffcollection-1-5-1992-11.iso / ff_disks / 200-299 / ff278.lzh / ASpice / SpiceMan.doc < prev    next >
Text File  |  1989-11-21  |  116KB  |  2,960 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7.                          SPICE Version 2G User's Guide
  8.                          _____ _______ __ ______ _____
  9.                                  (10 Aug 1981)
  10.  
  11.                           A.Vladimirescu, Kaihe Zhang,
  12.               A.R.Newton, D.O.Pederson, A.Sangiovanni-Vincentelli
  13.  
  14.            Department of Electrical Engineering and Computer Sciences
  15.                             University of California
  16.                               Berkeley, Ca., 94720
  17.  
  18.              Acknowledgement:  Dr.  Richard Dowell and  Dr.   Sally  Liu
  19.              ________________
  20.         have  contributed  to  develop the present SPICE version.  SPICE
  21.         was originally developed by Dr.  Lawrence  Nagel  and  has  been
  22.         modified extensively by Dr.  Ellis Cohen.
  23.  
  24.              SPICE is a general-purpose circuit simulation  program  for
  25.         nonlinear  dc,  nonlinear  transient,  and  linear  ac analyses.
  26.         Circuits may contain resistors,  capacitors,  inductors,  mutual
  27.         inductors,  independent  voltage and current sources, four types
  28.         of dependent sources, transmission lines, and the four most com-
  29.         mon semiconductor devices:  diodes, BJT's, JFET's, and MOSFET's.
  30.  
  31.              SPICE has built-in models for  the  semiconductor  devices,
  32.         and the user need specify only the pertinent model parameter va-
  33.         lues.  The model for the BJT is based  on  the  integral  charge
  34.         model  of Gummel and Poon;  however, if the Gummel- Poon parame-
  35.         ters are  not  specified,  the  model  reduces  to  the  simpler
  36.         Ebers-Moll model.  In either case, charge storage effects, ohmic
  37.         resistances, and a current-dependent output conductance  may  be
  38.         included.   The  diode model can be used for either junction di-
  39.         odes or Schottky barrier diodes.  The JFET model is based on the
  40.         FET  model  of Shichman and Hodges.  Three MOSFET models are im-
  41.         plemented;  MOS1 is described by a square-law  I-V  characteris-
  42.         tic, MOS2 is an analytical model, while MOS3 is a semi-empirical
  43.         model.  Both MOS2 and MOS3 include second-order effects such  as
  44.         channel  length  modulation, subthreshold conduction, scattering
  45.         limited   velocity   saturation,    small-size    effects    and
  46.         charge-controlled capacitances.
  47.  
  48.  
  49.  
  50.  
  51.  
  52.  
  53.  
  54.  
  55.  
  56.  
  57.  
  58.  
  59.  
  60.                                    CHAPTER 1
  61.  
  62.                                TYPES OF ANALYSIS
  63.  
  64.  
  65.  
  66.  
  67.  
  68.  
  69.         1.1  DC Analysis
  70.  
  71.         The dc analysis portion of SPICE  determines  the  dc  operating
  72.         point  of  the  circuit  with  inductors  shorted and capacitors
  73.         opened.  A dc analysis is automatically  performed  prior  to  a
  74.         transient  analysis  to  determine  the transient initial condi-
  75.         tions, and prior to an ac small-signal analysis to determine the
  76.         linearized,  small-signal  models for nonlinear devices.  If re-
  77.         quested, the dc small-signal value of a transfer function (ratio
  78.         of  output variable to input source), input resistance, and out-
  79.         put resistance will also be computed as a part of the  dc  solu-
  80.         tion.   The dc analysis can also be used to generate dc transfer
  81.         curves:  a specified independent voltage or  current  source  is
  82.         stepped  over a user-specified range and the dc output variables
  83.         are stored for each  sequential  source  value.   If  requested,
  84.         SPICE  also  will determine the dc small-signal sensitivities of
  85.         specified output variables with respect to  circuit  parameters.
  86.         The  dc analysis options are specified on the .DC, .TF, .OP, and
  87.         .SENS control cards.
  88.  
  89.              If one desires to see the small-signal models for nonlinear
  90.         devices  in  conjunction  with  a  transient  analysis operating
  91.         point, then the .OP card must be provided.  The dc  bias  condi-
  92.         tions  will  be identical for each case, but the more comprehen-
  93.         sive operating point information is not available to be  printed
  94.         when transient initial conditions are computed.
  95.  
  96.  
  97.  
  98.         1.2  AC Small Signal Analysis
  99.  
  100.  
  101.              The ac small-signal portion of SPICE computes the ac output
  102.         variables  as  a  function of frequency.  The program first com-
  103.         putes the dc operating point of the circuit and determines line-
  104.         arized,  small-signal models for all of the nonlinear devices in
  105.         the circuit.  The resultant linear circuit is then analyzed over
  106.         a user-specified range of frequencies.  The desired output of an
  107.         ac small- signal analysis is usually a transfer  function  (vol-
  108.  
  109.  
  110. TYPES OF ANALYSIS                                               PAGE 1-2
  111.  
  112.  
  113.  
  114.         tage gain, transimpedance, etc).  If the circuit has only one ac
  115.         input, it is convenient to set that  input  to  unity  and  zero
  116.         phase,  so  that  output  variables  have  the same value as the
  117.         transfer function of the output variable  with  respect  to  the
  118.         input.
  119.  
  120.              The generation of white noise by resistors and  semiconduc-
  121.         tor  devices can also be simulated with the ac small-signal por-
  122.         tion of SPICE.  Equivalent noise source  values  are  determined
  123.         automatically  from the small-signal operating point of the cir-
  124.         cuit, and the contribution of each noise source is  added  at  a
  125.         given summing point.  The total output noise level and the equi-
  126.         valent input noise level are determined at each frequency point.
  127.         The output and input noise levels are normalized with respect to
  128.         the square root of  the  noise  bandwidth  and  have  the  units
  129.         Volts/rt  Hz  or  Amps/rt  Hz.   The output noise and equivalent
  130.         input noise can be printed or plotted in  the  same  fashion  as
  131.         other  output variables.  No additional input data are necessary
  132.         for this analysis.
  133.  
  134.              Flicker noise sources can be simulated in  the  noise  ana-
  135.         lysis  by  including  values for the parameters KF and AF on the
  136.         appropriate device model cards.
  137.  
  138.              The  distortion  characteristics  of  a  circuit   in   the
  139.         small-signal  mode  can  be  simulated  as  a  part  of  the  ac
  140.         small-signal analysis.  The analysis is performed assuming  that
  141.         one or two signal frequencies are imposed at the input.
  142.  
  143.              The frequency range and the noise and  distortion  analysis
  144.         parameters  are specified on the .AC, .NOISE, and .DISTO control
  145.         lines.
  146.  
  147.  
  148.  
  149.         1.3  Transient Analysis
  150.  
  151.  
  152.              The transient analysis portion of SPICE computes the  tran-
  153.         sient   output   variables   as   a  function  of  time  over  a
  154.         user-specified time interval.  The initial conditions are  auto-
  155.         matically  determined  by  a dc analysis.  All sources which are
  156.         not time dependent (for example,  power  supplies)  are  set  to
  157.         their  dc  value.   For  large-signal  sinusoidal simulations, a
  158.         Fourier analysis of the output waveform can be specified to  ob-
  159.         tain  the  frequency domain Fourier coefficients.  The transient
  160.         time interval and the Fourier analysis options are specified  on
  161.         the .TRAN and .FOURIER control lines.
  162.  
  163.  
  164. TYPES OF ANALYSIS                                               PAGE 1-3
  165.  
  166.  
  167.  
  168.         1.4  Analysis at Different Temperatures
  169.  
  170.  
  171.              All input data for SPICE is assumed to have  been  measured
  172.         at  27 deg C (300 deg K).  The simulation also assumes a nominal
  173.         temperature of 27 deg C.  The circuit can be simulated at  other
  174.         temperatures by using a .TEMP control line.
  175.  
  176.              Temperature appears explicitly in the exponential terms  of
  177.         the BJT and diode model equations.  In addition, saturation cur-
  178.         rents have a built-in temperature dependence.   The  temperature
  179.         dependence of the saturation current in the BJT models is deter-
  180.         mined by:
  181.  
  182.            IS(T1) = IS(T0)*((T1/T0)**XTI)*exp(q*EG*(T1-T0)/(k*T1*T0))
  183.  
  184.         where k is Boltzmann's constant, q is the electronic charge,  EG
  185.         is the energy gap which is a model parameter, and XTI is the sa-
  186.         turation current temperature exponent (also a  model  parameter,
  187.         and  usually equal to 3).  The temperature dependence of forward
  188.         and reverse beta is according to the formula:
  189.  
  190.                          beta(T1)=beta(T0)*(T1/T0)**XTB
  191.  
  192.         where  T1  and  T0  are  in  degrees  Kelvin,  and  XTB   is   a
  193.         user-supplied  model parameter.  Temperature effects on beta are
  194.         carried out by appropriate adjustment to the values of BF,  ISE,
  195.         BR,  and  ISC.  Temperature dependence of the saturation current
  196.         in the junction diode model is determined by:
  197.  
  198.         IS(T1) = IS(T0)*((T1/T0)**(XTI/N))*exp(q*EG*(T1-T0)/(k*N*T1*T0))
  199.  
  200.         where N is the emission coefficient, which is a model parameter,
  201.         and the other symbols have the same meaning as above.  Note that
  202.         for Schottky barrier diodes, the value of the saturation current
  203.         temperature exponent, XTI, is usually 2.
  204.  
  205.              Temperature appears explicitly in the value of junction po-
  206.         tential, PHI, for all the device models.  The temperature depen-
  207.         dence is determined by:
  208.  
  209.                   PHI(TEMP) = k*TEMP/q*log(Na*Nd/Ni(TEMP)**2)
  210.  
  211.         where k is Boltzmann's constant, q is the electronic charge,  Na
  212.         is  the acceptor impurity density, Nd is the donor impurity den-
  213.         sity, Ni is the intrinsic concentration, and EG  is  the  energy
  214.         gap.
  215.  
  216.              Temperature appears explicitly in the value of surface  mo-
  217.         bility, UO, for the MOSFET model.  The temperature dependence is
  218.         determined by:
  219.  
  220.                      UO(TEMP) = UO(TNOM)/(TEMP/TNOM)**(1.5)
  221.  
  222.  
  223.  
  224. TYPES OF ANALYSIS                                               PAGE 1-4
  225.  
  226.  
  227.  
  228.              The effects of temperature on resistors is modeled  by  the
  229.         formula:
  230.  
  231.        value(TEMP) = value(TNOM)*(1+TC1*(TEMP-TNOM)+TC2*(TEMP-TNOM)**2))
  232.  
  233.         where TEMP is the circuit temperature, TNOM is the nominal  tem-
  234.         perature,  and  TC1 and TC2 are the first- and second-order tem-
  235.         perature coefficients.
  236.  
  237.  
  238.  
  239.  
  240.  
  241.  
  242.  
  243.  
  244.  
  245.  
  246.  
  247.  
  248.  
  249.                                    CHAPTER 2
  250.  
  251.                                   CONVERGENCE
  252.  
  253.  
  254.  
  255.  
  256.              Both dc and transient solutions are obtained by  an  itera-
  257.         tive process which is terminated when both of the following con-
  258.         ditions hold:
  259.  
  260.              1.  The nonlinear branch  currents  converge  to  within  a
  261.                  tolerance  of  0.1  percent or 1 picoamp (1.0E-12 Amp),
  262.                  whichever is larger.
  263.  
  264.              2.  The node voltages converge to within a tolerance of 0.1
  265.                  percent  or  1  microvolt  (1.0E-6  Volt), whichever is
  266.                  larger.
  267.  
  268.  
  269.              Although the algorithm used in SPICE has been found  to  be
  270.         very reliable, in some cases it will fail to converge to a solu-
  271.         tion.  When this failure occurs, the program will print the node
  272.         voltages  at  the last iteration and terminate the job.  In such
  273.         cases, the node voltages that are printed  are  not  necessarily
  274.         correct or even close to the correct solution.
  275.  
  276.              Failure to converge in the dc analysis is usually due to an
  277.         error  in  specifying  circuit  connections,  element values, or
  278.         model parameter values.  Regenerative switching circuits or cir-
  279.         cuits  with  positive feedback probably will not converge in the
  280.         dc analysis unless the OFF option is used for some of  the  dev-
  281.         ices in the feedback path, or the .NODESET card is used to force
  282.         the circuit to converge to the desired state.
  283.  
  284.  
  285.  
  286.  
  287.  
  288.  
  289.  
  290.  
  291.  
  292.  
  293.  
  294.  
  295.  
  296.                                    CHAPTER 3
  297.  
  298.                                   INPUT FORMAT
  299.  
  300.  
  301.  
  302.  
  303.              The input format for SPICE is  of  the  free  format  type.
  304.         Fields  on  a card are separated by one or more blanks, a comma,
  305.         an equal (=) sign, or a left or right parenthesis;  extra spaces
  306.         are  ignored.  A card may be continued by entering a + (plus) in
  307.         column 1 of the following card;  SPICE continues reading  begin-
  308.         ning with column 2.
  309.  
  310.              A name field must begin with a letter  (A  through  Z)  and
  311.         cannot  contain any delimiters.  Only the first eight characters
  312.         of the name are used.
  313.  
  314.              A number field may be an integer field (12, -44), a  float-
  315.         ing  point  field (3.14159), either an integer or floating point
  316.         number followed by an integer exponent (1E-14, 2.65E3),  or  ei-
  317.         ther  an  integer  or a floating point number followed by one of
  318.         the following scale factors:
  319.          
  320.             T=1E12   G=1E9    MEG=1E6   K=1E3     MIL=25.4E-6
  321.             M=1E-3   U=1E-6   N=1E-9    P=1E-12   F=1E-15
  322.          
  323.  
  324.              Letters immediately following a number that are  not  scale
  325.         factors  are  ignored, and letters immediately following a scale
  326.         factor are ignored.  Hence, 10, 10V, 10VOLTS, and 10HZ  all  re-
  327.         present  the  same number, and M, MA, MSEC, and MMHOS all repre-
  328.         sent the same scale factor.  Note  that  1000,  1000.0,  1000HZ,
  329.         1E3, 1.0E3, 1KHZ, and 1K all represent the same number.
  330.  
  331.  
  332.  
  333.  
  334.  
  335.  
  336.  
  337.  
  338.  
  339.  
  340.  
  341.  
  342.  
  343.                                    CHAPTER 4
  344.  
  345.                               CIRCUIT DESCRIPTION
  346.  
  347.  
  348.  
  349.  
  350.              The circuit to be analyzed is described to SPICE by  a  set
  351.         of  element cards, which define the circuit topology and element
  352.         values, and a set of control cards, which define the model  par-
  353.         ameters  and the run controls.  The first card in the input deck
  354.         must be a title card, and the last card must  be  a  .END  card.
  355.         The  order  of  the  remaining  cards  is  arbitrary (except, of
  356.         course, that continuation cards must immediately follow the card
  357.         being continued).
  358.  
  359.              Each element in the circuit is specified by an element card
  360.         that  contains  the element name, the circuit nodes to which the
  361.         element is connected, and the values of the parameters that  de-
  362.         termine  the  electrical  characteristics  of  the element.  The
  363.         first letter of the element name  specifies  the  element  type.
  364.         The format for the SPICE element types is given in what follows.
  365.         The strings XXXXXXX, YYYYYYY, and ZZZZZZZ denote  arbitrary  al-
  366.         phanumeric  strings.   For  example,  a resistor name must begin
  367.         with the letter R and can contain from one to eight  characters.
  368.         Hence, R, R1, RSE, ROUT, and R3AC2ZY are valid resistor names.
  369.  
  370.              Data fields that are enclosed in lt and gt signs '< >'  are
  371.         optional.   All indicated punctuation (parentheses, equal signs,
  372.         etc.) are required.  With respect to branch  voltages  and  cur-
  373.         rents,  SPICE uniformly uses the associated reference convention
  374.         (current flows in the direction of voltage drop).
  375.  
  376.              Nodes must be nonnegative integers but need not be numbered
  377.         sequentially.   The  datum  (ground) node must be numbered zero.
  378.         The circuit cannot contain a loop of voltage sources and/or  in-
  379.         ductors  and  cannot  contain a cutset of current sources and/or
  380.         capacitors.  Each node in the circuit must have  a  dc  path  to
  381.         ground.   Every  node  must have at least two connections except
  382.         for transmission line nodes (to permit unterminated transmission
  383.         lines)  and MOSFET substrate nodes (which have two internal con-
  384.         nections anyway).
  385.  
  386.  
  387.  
  388.  
  389.  
  390.  
  391.  
  392.  
  393.  
  394.  
  395.  
  396.  
  397.  
  398.                                    CHAPTER 5
  399.  
  400.                     TITLE CARD  COMMENT CARDS AND  END CARD
  401.  
  402.  
  403.  
  404.  
  405.  
  406.  
  407.         5.1  Title Card
  408.  
  409.         Examples
  410.         ________
  411.                        POWER AMPLIFIER CIRCUIT
  412.                        TEST OF CAM CELL
  413.  
  414.              This card must be the first card in the  input  deck.   Its
  415.         contents are printed verbatim as the heading for each section of
  416.         output.
  417.  
  418.  
  419.  
  420.         5.2  END Card
  421.  
  422.         Examples
  423.         ________
  424.                         .END
  425.  
  426.              This card must always be the last card in the  input  deck.
  427.         Note that the period is an integral part of the name.
  428.  
  429.  
  430.  
  431.         5.3  Comment Card
  432.  
  433.         General Form
  434.         _______ ____
  435.                        * <any comment>
  436.         Examples
  437.         ________
  438.                        * RF=1K      GAIN SHOULD BE 100
  439.                        * MAY THE FORCE BE WITH MY CIRCUIT
  440.  
  441.              The asterisk in the first column indicates that  this  card
  442.         is  a comment card.  Comment cards may be placed anywhere in the
  443.         circuit description.
  444.  
  445.  
  446.  
  447.  
  448.  
  449.  
  450.  
  451.  
  452.  
  453.  
  454.  
  455.  
  456.  
  457.                                    CHAPTER 6
  458.  
  459.                                  ELEMENT CARDS
  460.  
  461.  
  462.  
  463.  
  464.  
  465.  
  466.         6.1  Resistors
  467.  
  468.         General form
  469.         _______ ____
  470.          
  471.                        RXXXXXXX N1 N2 VALUE <TC=TC1<,TC2>>
  472.         Examples
  473.         ________
  474.          
  475.                        R1 1 2 100
  476.                        RC1 12 17 1K TC=0.001,0.015
  477.  
  478.              N1 and N2 are the two element nodes.  VALUE is  the  resis-
  479.         tance  (in  ohms)  and may be positive or negative but not zero.
  480.         TC1 and TC2 are the (optional) temperature coefficients;  if not
  481.         specified,  zero is assumed for both.  The value of the resistor
  482.         as a function of temperature is given by:
  483.  
  484.        value(TEMP) = value(TNOM)*(1+TC1*(TEMP-TNOM)+TC2*(TEMP-TNOM)**2))
  485.  
  486.  
  487.  
  488.         6.2  Capacitors and Inductors
  489.  
  490.         General form
  491.         _______ ____
  492.          
  493.             CXXXXXXX N+ N- VALUE <IC=INCOND>
  494.             LYYYYYYY N+ N- VALUE <IC=INCOND>
  495.          
  496.         Examples
  497.         ________
  498.          
  499.                        CBYP 13 0 1UF
  500.                        COSC 17 23 10U IC=3V
  501.                        LLINK 42 69 1UH
  502.                        LSHUNT 23 51 10U IC=15.7MA
  503.  
  504.              N+ and N- are the positive and negative element nodes, res-
  505.         pectively.  VALUE is the capacitance in Farads or the inductance
  506.         in Henries.
  507.  
  508.              For the capacitor, the (optional) initial condition is  the
  509.  
  510.  
  511. ELEMENT CARDS                                                   PAGE 6-2
  512.  
  513.  
  514.  
  515.         initial  (time-zero) value of capacitor voltage (in Volts).  For
  516.         the inductor, the (optional) initial condition  is  the  initial
  517.         (time-zero)  value of inductor current (in Amps) that flows from
  518.         N+, through the inductor, to N-.  Note that the  initial  condi-
  519.         tions  (if  any)  apply 'only' if the UIC option is specified on
  520.         the .TRAN card.
  521.  
  522.              Nonlinear  capacitors  and  inductors  can  be   described.
  523.         General form
  524.         _______ ____
  525.          
  526.                        CXXXXXXX N+ N- POLY C0 C1 C2 ... <IC=INCOND>
  527.                        LYYYYYYY N+ N- POLY L0 L1 L2 ... <IC=INCOND>
  528.  
  529.              C0 C1 C2 ...(and L0 L1 L2 ...) are the  coefficients  of  a
  530.         polynomial describing the element value.  The capacitance is ex-
  531.         pressed as a function of the voltage across  the  element  while
  532.         the  inductance  is a function of the current through the induc-
  533.         tor.  The value is computed as
  534.          
  535.                        value=C0+C1*V+C2*V**2+...
  536.                        value=L0+L1*I+L2*I**2+...
  537.          
  538.         where V is the voltage across the capacitor and  I  the  current
  539.         flowing in the inductor.
  540.  
  541.  
  542.  
  543.         6.3  Coupled  Mutual  Inductors
  544.  
  545.         General form
  546.         _______ ____
  547.          
  548.                        KXXXXXXX LYYYYYYY LZZZZZZZ VALUE
  549.          
  550.         Examples
  551.         ________
  552.          
  553.                        K43 LAA LBB 0.999
  554.                        KXFRMR L1 L2 0.87
  555.  
  556.              LYYYYYYY and LZZZZZZZ are the names of the two coupled  in-
  557.         ductors, and VALUE is the coefficient of coupling, K, which must
  558.         be greater than 0 and less than or equal to 1.  Using the  'dot'
  559.         convention, place a 'dot' on the first node of each inductor.
  560.  
  561.  
  562.  
  563.         6.4  Transmission Lines, Lossless
  564.  
  565.         General form
  566.         _______ ____
  567.   
  568.  TXXXXXXX N1 N2 N3 N4 Z0=VALUE <TD=VALUE> <F=FREQ <NL=NRMLEN>><IC=V1,I1,V2,I2>
  569.   
  570.         Examples
  571.         ________
  572.          
  573.                   T1 1 0 2 0 Z0=50 TD=10NS
  574.  
  575.  
  576. ELEMENT CARDS                                                   PAGE 6-3
  577.  
  578.  
  579.  
  580.              N1 and N2 are the nodes at port 1;  N3 and N4 are the nodes
  581.         at  port  2.  Z0 is the characteristic impedance.  The length of
  582.         the line may be expressed in either of two forms.  The transmis-
  583.         sion delay, TD, may be specified directly (as TD=10ns, for exam-
  584.         ple).  Alternatively, a frequency F may be given, together  with
  585.         NL,  the  normalized  electrical length of the transmission line
  586.         with respect to the wavelength in the line at the  frequency  F.
  587.         If  a  frequency is specified but NL is omitted, 0.25 is assumed
  588.         (that is, the frequency is assumed to be the  quarter-wave  fre-
  589.         quency).   Note that although both forms for expressing the line
  590.         length are indicated as optional, one of the two must be  speci-
  591.         fied.
  592.  
  593.              Note that this element models only  one  propagating  mode.
  594.         If  all  four nodes are distinct in the actual circuit, then two
  595.         modes may  be  excited.   To  simulate  such  a  situation,  two
  596.         transmission  line  elements  are required.  (see the example in
  597.         Appendix A for further clarification.)
  598.  
  599.              The (optional) initial condition specification consists  of
  600.         the  voltage and current at each of the transmission line ports.
  601.         Note that the initial conditions (if any) apply  'only'  if  the
  602.         UIC option is specified on the .TRAN card.
  603.  
  604.              One should  be  aware  that  SPICE  will  use  a  transient
  605.         time-step  which  does  not  exceed 1/2 the minimum transmission
  606.         line delay.  Therefore very short transmission  lines  (compared
  607.         with the analysis time frame) will cause long run times.
  608.  
  609.  
  610.  
  611.         6.5  Linear Dependent Sources
  612.  
  613.  
  614.              SPICE allows circuits to contain linear  dependent  sources
  615.         characterized by any of the four equations
  616.          
  617.                  i=g*v          v=e*v          i=f*i          v=h*i
  618.          
  619.         where g, e, f, and h  are  constants  representing  transconduc-
  620.         tance,  voltage gain, current gain, and transresistance, respec-
  621.         tively.
  622.  
  623.              Note:  A more complete description of dependent sources  as
  624.         implemented in SPICE is given in Appendix B.
  625.  
  626.  
  627.  
  628.         6.6  Linear Voltage Controlled Current Sources
  629.  
  630.         General form
  631.         _______ ____
  632.          
  633.                        GXXXXXXX N+ N- NC+ NC- VALUE
  634.          
  635.         Examples
  636.         ________
  637.  
  638.  
  639. ELEMENT CARDS                                                   PAGE 6-4
  640.  
  641.  
  642.  
  643.          
  644.                        G1 2 0 5 0 0.1MMHO
  645.  
  646.              N+ and N- are the positive and negative nodes,  respective-
  647.         ly.  Current flow is from the positive node, through the source,
  648.         to the negative node.  NC+ and NC- are the positive and negative
  649.         controlling  nodes, respectively.  VALUE is the transconductance
  650.         (in mhos).
  651.  
  652.  
  653.  
  654.         6.7  Linear Voltage Controlled Voltage Sources
  655.  
  656.         General form
  657.         _______ ____
  658.          
  659.                  EXXXXXXX N+ N- NC+ NC- VALUE
  660.         Examples
  661.         ________
  662.          
  663.                        E1 2 3 14 1 2.0
  664.  
  665.              N+ is the positive node, and N- is the negative node.   NC+
  666.         and NC- are the positive and negative controlling nodes, respec-
  667.         tively.  VALUE is the voltage gain.
  668.  
  669.  
  670.  
  671.         6.8  Linear Current Controlled Current Sources
  672.  
  673.         General form
  674.         _______ ____
  675.          
  676.                        FXXXXXXX N+ N- VNAM VALUE
  677.         Examples
  678.         ________
  679.          
  680.                        F1 13 5 VSENS 5
  681.  
  682.              N+ and N- are the positive and negative nodes,  respective-
  683.         ly.  Current flow is from the positive node, through the source,
  684.         to the negative node.  VNAM is the  name  of  a  voltage  source
  685.         through  which  the controlling current flows.  The direction of
  686.         positive controlling current flow is  from  the  positive  node,
  687.         through  the source, to the negative node of VNAM.  VALUE is the
  688.         current gain.
  689.  
  690.  
  691.  
  692.         6.9  Linear Current Controlled Voltage Sources
  693.  
  694.         General form
  695.         _______ ____
  696.          
  697.                        HXXXXXXX N+ N- VNAM VALUE
  698.         Examples
  699.         ________
  700.          
  701.                        HX 5 17 VZ 0.5K
  702.  
  703.              N+ and N- are the positive and negative nodes,  respective-
  704.  
  705.  
  706. ELEMENT CARDS                                                   PAGE 6-5
  707.  
  708.  
  709.  
  710.         ly.  VNAM is the name of a voltage source through which the con-
  711.         trolling current flows.  The direction of  positive  controlling
  712.         current  flow  is from the positive node, through the source, to
  713.         the negative node of VNAM.  VALUE  is  the  transresistance  (in
  714.         ohms).
  715.  
  716.  
  717.  
  718.         6.10  Independent Sources
  719.  
  720.         General form
  721.         _______ ____
  722.          
  723.           VXXXXXXX N+ N- <<DC> DC/TRAN VALUE> <AC <ACMAG <ACPHASE>>>
  724.           IYYYYYYY N+ N- <<DC> DC/TRAN VALUE> <AC <ACMAG <ACPHASE>>>
  725.          
  726.         Examples
  727.         ________
  728.          
  729.                        VCC 10 0 DC 6
  730.                        VIN 13 2 0.001 AC 1 SIN(0 1 1MEG)
  731.                        ISRC 23 21 AC 0.333 45.0 SFFM(0 1 10K 5 1K)
  732.                        VMEAS 12 9
  733.  
  734.              N+ and N- are the positive and negative nodes,  respective-
  735.         ly.   Note  that voltage sources need not be grounded.  Positive
  736.         current is assumed to flow from the positive node,  through  the
  737.         source,  to  the  negative  node.   A current source of positive
  738.         value, will force current to flow out of the  N+  node,  through
  739.         the  source, and into the N- node.  Voltage sources, in addition
  740.         to being used for circuit excitation,  are  the  'ammeters'  for
  741.         SPICE, that is, zero valued voltage sources may be inserted into
  742.         the circuit for the purpose of measuring current.  They will, of
  743.         course, have no effect on circuit operation since they represent
  744.         short-circuits.
  745.  
  746.              DC/TRAN is the dc  and  transient  analysis  value  of  the
  747.         source.   If  the source value is zero both for dc and transient
  748.         analyses, this value may be omitted.  If  the  source  value  is
  749.         time-invariant  (e.g.,  a  power supply), then the value may op-
  750.         tionally be preceded by the letters DC.
  751.  
  752.              ACMAG is the ac magnitude and ACPHASE is the ac phase.  The
  753.         source is set to this value in the ac analysis.  If ACMAG is om-
  754.         itted following the keyword AC, a value of unity is assumed.  If
  755.         ACPHASE  is  omitted, a value of zero is assumed.  If the source
  756.         is not an ac small-signal input, the keyword AC and the  ac  va-
  757.         lues are omitted.
  758.  
  759.              Any independent source can  be  assigned  a  time-dependent
  760.         value  for  transient  analysis.  If a source is assigned a time
  761.         dependent value, the time-zero value is used  for  dc  analysis.
  762.         There  are  five  independent source functions:  pulse, exponen-
  763.         tial, sinusoidal, piece-wise linear,  and  single-frequency  FM.
  764.         If  parameters  other  than  source values are omitted or set to
  765.         zero, the default values shown will be assumed.  (TSTEP  is  the
  766.         printing  increment  and  TSTOP is the final time (see the .TRAN
  767.  
  768.  
  769. ELEMENT CARDS                                                   PAGE 6-6
  770.  
  771.  
  772.  
  773.         card for explanation)).
  774.  
  775.  
  776.  
  777.         6.10.1  Pulse         PULSE(V1 V2 TD TR TF PW PER)
  778.  
  779.         Examples
  780.         ________
  781.          
  782.                        VIN 3 0 PULSE(-1 1 2NS 2NS 2NS 50NS 100NS)
  783.          
  784.               parameters              default values         units
  785.               __________              _______ ______         _____
  786.               V1 (initial value)                       Volts or Amps
  787.               V2 (pulsed value)                        Volts or Amps
  788.               TD (delay time)         0.0              seconds
  789.               TR (rise time)          TSTEP            seconds
  790.               TF (fall time)          TSTEP            seconds
  791.               PW (pulse width)        TSTOP            seconds
  792.               PER(period)             TSTOP            seconds
  793.  
  794.              A single pulse so specified is described by  the  following
  795.         table:
  796.          
  797.                                 time          value
  798.                                 ____          _____
  799.                                 0             V1
  800.                                 TD            V1
  801.                                 TD+TR         V2
  802.                                 TD+TR+PW      V2
  803.                                 TD+TR+PW+TF   V1
  804.                                 TSTOP         V1
  805.          
  806.  
  807.              Intermediate points are determined by linear interpolation.
  808.  
  809.  
  810.  
  811.         6.10.2  Sinusoidal    SIN(VO VA FREQ TD THETA)
  812.  
  813.         Examples
  814.         ________
  815.          
  816.                        VIN 3 0 SIN(0 1 100MEG 1NS 1E10)
  817.          
  818.               parameters                default value   units
  819.               __________                _______ _____   _____
  820.               VO     (offset)                           Volts or Amps
  821.               VA     (amplitude)                        Volts or Amps
  822.               FREQ   (frequency)        1/TSTOP         Hz
  823.               TD     (delay)            0.0             seconds
  824.               THETA  (damping factor)   0.0             1/seconds
  825.  
  826.              The shape of the waveform is  described  by  the  following
  827.         table:
  828.          
  829.          time          value
  830.          ____          _____
  831.         0 to TD       VO
  832.         TD to TSTOP   VO+VA*exp(-(time-TD)*THETA)*sin(2*pi*FREQ*(time+TD))
  833.  
  834.  
  835. ELEMENT CARDS                                                   PAGE 6-7
  836.  
  837.  
  838.  
  839.         6.10.3  Exponential  EXP(V1 V2 TD1 TAU1 TD2 TAU2)
  840.  
  841.         Examples
  842.         ________
  843.                        VIN 3 0 EXP(-4 -1 2NS 30NS 60NS 40NS)
  844.          
  845.             parameters                  default values   units
  846.             __________                  _______ ______   _____
  847.             V1   (initial value)                         Volts or Amps
  848.             V2   (pulsed value)                          Volts or Amps
  849.             TD1  (rise delay time)      0.0              seconds
  850.             TAU1 (rise time constant)   TSTEP            seconds
  851.             TD2  (fall delay time)      TD1+TSTEP        seconds
  852.             TAU2 (fall time constant)   TSTEP            seconds
  853.  
  854.              The shape of the waveform is  described  by  the  following
  855.         table:
  856.          
  857.                 time           value
  858.                 ____           _____
  859.                 0 to TD1       V1
  860.                 TD1 to TD2     V1+(V2-V1)*(1-exp(-(time-TD1)/TAU1))
  861.                 TD2 to TSTOP   V1+(V2-V1)*(1-exp(-(time-TD1)/TAU1))
  862.                                +(V1-V2)*(1-exp(-(time-TD2)/TAU2))
  863.  
  864.  
  865.  
  866.         6.10.4  Piece-Wise Linear  PWL(T1 V1 <T2 V2 T3 V3 T4 V4 ...>)
  867.  
  868.         Examples
  869.         ________
  870.          
  871.          VCLOCK 7 5 PWL(0 -7 10NS -7 11NS -3 17NS -3 18NS -7 50NS -7)
  872.  
  873.              Parameters and default values:  Each pair  of  values  (Ti,
  874.         Vi)  specifies  that  the value of the source is Vi (in Volts or
  875.         Amps) at time=Ti.  The value of the source at  intermediate  va-
  876.         lues  of time is determined by using linear interpolation on the
  877.         input values.
  878.  
  879.  
  880.  
  881.         6.10.5  Single-Frequency FM   SFFM(VO VA FC MDI FS)
  882.  
  883.         Examples
  884.         ________
  885.          
  886.              V1 12 0 SFFM(0 1M 20K 5 1K)
  887.          
  888.              parameters                default values   units
  889.              __________                _______ ______   _____
  890.              VO  (offset)                               Volts or Amps
  891.              VA  (amplitude)                            Volts or Amps
  892.              FC  (carrier frequency)   1/TSTOP          Hz
  893.              MDI (modulation index)
  894.              FS  (signal frequency)    1/TSTOP          Hz
  895.  
  896.              The shape of the waveform is  described  by  the  following
  897.         equation:
  898.  
  899.         value = VO + VA*sine((twopi*FC*time) + MDI*sine(twopi*FS*time))
  900.  
  901.  
  902. ELEMENT CARDS                                                   PAGE 6-8
  903.  
  904.  
  905.  
  906.  
  907.  
  908.  
  909.  
  910.  
  911.  
  912.  
  913.  
  914.  
  915.  
  916.  
  917.  
  918.  
  919.                                    CHAPTER 7
  920.  
  921.                              SEMICONDUCTOR DEVICES
  922.  
  923.  
  924.  
  925.  
  926.              The elements that have been described to this  point  typi-
  927.         cally  require only a few parameter values to specify completely
  928.         the electrical characteristics of the element.  However, the mo-
  929.         dels for the four semiconductor devices that are included in the
  930.         SPICE program require many  parameter  values.   Moreover,  many
  931.         devices in a circuit often are defined by the same set of device
  932.         model parameters.  For these reasons, a set of device model par-
  933.         ameters is defined on a separate .MODEL card and assigned a uni-
  934.         que model name.  The device element cards in SPICE  then  refer-
  935.         ence the model name.  This scheme alleviates the need to specify
  936.         all of the model parameters on each device element card.
  937.  
  938.              Each device element card  contains  the  device  name,  the
  939.         nodes  to  which  the  device is connected, and the device model
  940.         name.  In addition, other optional parameters may  be  specified
  941.         for each device:  geometric factors and an initial condition.
  942.  
  943.              The area factor used on the diode, BJT and JFET device card
  944.         determines the number of equivalent parallel devices of a speci-
  945.         fied model.  The affected parameters are marked with an asterisk
  946.         under  the  heading  'area'  in  the  model  descriptions below.
  947.         Several geometric factors associated with the  channel  and  the
  948.         drain  and source diffusions can be specified on the MOSFET dev-
  949.         ice card.
  950.  
  951.              Two different forms of initial conditions may be  specified
  952.         for  devices.  The first form is included to improve the dc con-
  953.         vergence for circuits that contain more than one  stable  state.
  954.         If  a  device is specified OFF, the dc operating point is deter-
  955.         mined with the terminal voltages for that device  set  to  zero.
  956.         After  convergence is obtained, the program continues to iterate
  957.         to obtain the exact value for the terminal voltages.  If a  cir-
  958.         cuit  has  more  than one dc stable state, the OFF option can be
  959.         used to force the solution to correspond to a desired state.  If
  960.         a device is specified OFF when in reality the device is conduct-
  961.         ing, the program will still obtain the correct solution  (assum-
  962.         ing the solutions converge) but more iterations will be required
  963.         since the program must independently converge  to  two  separate
  964.         solutions.   The  .NODESET  card serves a similar purpose as the
  965.         OFF option.  The .NODESET option is easier to apply and  is  the
  966.         preferred means to aid convergence.
  967.  
  968.  
  969. SEMICONDUCTOR DEVICES                                           PAGE 7-2
  970.  
  971.  
  972.  
  973.              The second form of initial conditions are specified for use
  974.         with   the   transient   analysis.    These  are  true  'initial
  975.         conditions' as opposed to the convergence aids above.   See  the
  976.         description  of  the  .IC card and the .TRAN card for a detailed
  977.         explanation of initial conditions.
  978.  
  979.  
  980.  
  981.         7.1  Junction Diodes
  982.  
  983.         General form
  984.         _______ ____
  985.                        DXXXXXXX N+ N- MNAME <AREA> <OFF> <IC=VD>
  986.         Examples
  987.         ________
  988.                        DBRIDGE 2 10 DIODE1
  989.                        DCLMP 3 7 DMOD 3.0 IC=0.2
  990.  
  991.              N+ and N- are the positive and negative nodes,  respective-
  992.         ly.   MNAME  is the model name, AREA is the area factor, and off
  993.         indicates an (optional) starting condition on the device for  dc
  994.         analysis.   If the area factor is omitted, a value of 1.0 is as-
  995.         sumed.  The (optional)  initial  condition  specification  using
  996.         IC=VD is intended for use with the UIC option on the .TRAN card,
  997.         when a transient analysis is desired starting  from  other  than
  998.         the quiescent operating point.
  999.  
  1000.  
  1001.  
  1002.         7.2  Bipolar Junction Transistors  BJT s
  1003.  
  1004.         General form
  1005.         _______ ____
  1006.          
  1007.              QXXXXXXX NC NB NE <NS> MNAME <AREA> <OFF> <IC=VBE,VCE>
  1008.          
  1009.         Examples
  1010.         ________
  1011.          
  1012.              Q23 10 24 13 QMOD IC=0.6,5.0
  1013.              Q50A 11 26 4 20 MOD1
  1014.  
  1015.              NC, NB, and NE are the collector, base, and emitter  nodes,
  1016.         respectively.  NS is the (optional) substrate node.  If unspeci-
  1017.         fied, ground is used.  MNAME is the model name, AREA is the area
  1018.         factor, and OFF indicates an (optional) initial condition on the
  1019.         device for the dc analysis.  If the area factor  is  omitted,  a
  1020.         value of 1.0 is assumed.  The (optional) initial condition spec-
  1021.         ification using IC=VBE,VCE is intended for use with the UIC  op-
  1022.         tion  on  the  .TRAN  card, when a transient analysis is desired
  1023.         starting from other than the quiescent operating point.  See the
  1024.         .IC  card  description for a better way to set transient initial
  1025.         conditions.
  1026.  
  1027.  
  1028. SEMICONDUCTOR DEVICES                                           PAGE 7-3
  1029.  
  1030.  
  1031.  
  1032.         7.3  Junction Field Effect Transistors  JFETs
  1033.  
  1034.         General form
  1035.         _______ ____
  1036.          
  1037.              JXXXXXXX ND NG NS MNAME <AREA> <OFF> <IC=VDS,VGS>
  1038.          
  1039.         Examples
  1040.         ________
  1041.          
  1042.                        J1 7 2 3 JM1 OFF
  1043.  
  1044.              ND, NG, and NS are the drain, gate, and source nodes,  res-
  1045.         pectively.   MNAME  is  the model name, AREA is the area factor,
  1046.         and OFF indicates an (optional) initial condition on the  device
  1047.         for  dc analysis.  If the area factor is omitted, a value of 1.0
  1048.         is assumed.  The  (optional)  initial  condition  specification,
  1049.         using  IC=VDS,VGS is intended for use with the UIC option on the
  1050.         .TRAN card, when a transient analysis is desired  starting  from
  1051.         other than the quiescent operating point (see the .IC card for a
  1052.         better way to set initial conditions).
  1053.  
  1054.  
  1055.  
  1056.         7.4  MOSFETs
  1057.  
  1058.         General form
  1059.         _______ ____
  1060.          
  1061.           MXXXXXXX ND NG NS NB MNAME <L=VAL> <W=VAL> <AD=VAL> <AS=VAL>
  1062.             <PD=VAL> <PS=VAL> <NRD=VAL> <NRS=VAL> <OFF> <IC=VDS,VGS,VBS>
  1063.          
  1064.         Examples
  1065.         ________
  1066.          
  1067.              M1 24 2 0 20 TYPE1
  1068.              M31 2 17 6 10 MODM L=5U W=2U
  1069.              M31 2 16 6 10 MODM 5U 2U
  1070.              M1 2 9 3 0 MOD1 L=10U W=5U AD=100P AS=100P PD=40U PS=40U
  1071.              M1 2 9 3 0 MOD1 10U 5U 2P 2P
  1072.          
  1073.         ND, NG, NS, and NB are the drain, gate, source, and  bulk  (sub-
  1074.         strate)  nodes, respectively.  MNAME is the model name.  L and W
  1075.         are the channel length and width, in meters.  AD and AS are  the
  1076.         areas  of  the  drain and source diffusions, in sq-meters.  Note
  1077.         that the suffix U specifies microns (1E-6 m)  and  P  sq-microns
  1078.         (1E-12  sq-m).  If any of L, W, AD, or AS are not specified, de-
  1079.         fault values are used.  The user may specify the  values  to  be
  1080.         used for these default parameters on the .OPTIONS card.  The use
  1081.         of defaults simplifies input deck preparation, as  well  as  the
  1082.         editing required if device geometries are to be changed.  PD and
  1083.         PS are the perimeters of the drain and source junctions, in  me-
  1084.         ters.  NRD and NRS designate the equivalent number of squares of
  1085.         the drain and source  diffusions;   these  values  multiply  the
  1086.         sheet  resistance  RSH specified on the .MODEL card for an accu-
  1087.         rate representation of the parasitic series drain and source re-
  1088.         sistance of each transistor.  PD and PS default to 0.0 while NRD
  1089.         and NRS to 1.0.  OFF indicates an (optional)  initial  condition
  1090.         on the device for dc analysis.  The (optional) initial condition
  1091.  
  1092.  
  1093. SEMICONDUCTOR DEVICES                                           PAGE 7-4
  1094.  
  1095.  
  1096.  
  1097.         specification using IC=VDS,VGS,VBS is intended for use with  the
  1098.         UIC  option  on the .TRAN card, when a transient analysis is de-
  1099.         sired starting from other than the  quiescent  operating  point.
  1100.         See the .IC card for a better and more convenient way to specify
  1101.         transient initial conditions.
  1102.  
  1103.  
  1104.  
  1105.         7.5  MODEL Card
  1106.  
  1107.         General form
  1108.         _______ ____
  1109.          
  1110.               .MODEL MNAME TYPE(PNAME1=PVAL1 PNAME2=PVAL2 ... )
  1111.          
  1112.         Examples
  1113.         ________
  1114.          
  1115.               .MODEL MOD1 NPN BF=50 IS=1E-13 VBF=50
  1116.  
  1117.              The .MODEL card specifies a set of  model  parameters  that
  1118.         will  be  used by one or more devices.  MNAME is the model name,
  1119.         and type is one of the following seven types:
  1120.          
  1121.                            NPN    NPN BJT model
  1122.                            PNP    PNP BJT model
  1123.                            D      diode model
  1124.                            NJF    N-channel JFET model
  1125.                            PJF    P-channel JFET model
  1126.                            NMOS   N-channel MOSFET model
  1127.                            PMOS   P-channel MOSFET model
  1128.  
  1129.              Parameter values are defined  by  appending  the  parameter
  1130.         name,  as  given below for each model type, followed by an equal
  1131.         sign and the parameter value.  Model  parameters  that  are  not
  1132.         given  a  value  are assigned the default values given below for
  1133.         each model type.
  1134.  
  1135.  
  1136.  
  1137.         7.6  Diode Model
  1138.  
  1139.  
  1140.              The dc characteristics of the diode are determined  by  the
  1141.         parameters  IS  and  N.   An  ohmic resistance, RS, is included.
  1142.         Charge storage effects are modeled by a transit time, TT, and  a
  1143.         nonlinear depletion layer capacitance which is determined by the
  1144.         parameters CJO, VJ, and M.  The temperature  dependence  of  the
  1145.         saturation  current  is defined by the parameters EG, the energy
  1146.         and XTI, the saturation current temperature  exponent.   Reverse
  1147.         breakdown  is  modeled by an exponential increase in the reverse
  1148.         diode current and is determined by the  parameters  BV  and  IBV
  1149.         (both of which are positive numbers).
  1150.   
  1151.     name   parameter                        units   default    example    area
  1152.     ____   _________                        _____   _______    _______    ____
  1153.   
  1154.   1   IS     saturation current               A       1.0E-14    1.0E-14    *
  1155.  
  1156.  
  1157. SEMICONDUCTOR DEVICES                                                   PAGE 7-5
  1158.  
  1159.  
  1160.  
  1161.   2   RS     ohmic resistance                 Ohm     0          10         *
  1162.   3   N      emission coefficient             -       1          1.0
  1163.   4   TT     transit-time                     sec     0          0.1Ns
  1164.   5   CJO    zero-bias junction capacitance   F       0          2PF        *
  1165.   6   VJ     junction potential               V       1          0.6
  1166.   7   M      grading coefficient              -       0.5        0.5
  1167.   8   EG     activation energy                eV      1.11       1.11 Si
  1168.                                                                  0.69 Sbd
  1169.                                                                  0.67 Ge
  1170.   9   XTI    saturation-current temp. exp     -       3.0        3.0 jn
  1171.                                                                  2.0 Sbd
  1172.  10   KF     flicker noise coefficient        -       0
  1173.  11   AF     flicker noise exponent           -       1
  1174.  12   FC     coefficient for forward-bias     -       0.5
  1175.              depletion capacitance formula
  1176.  13   BV     reverse breakdown voltage        V       infinite   40.0
  1177.  14   IBV    current at breakdown voltage     A       1.0E-3
  1178.  
  1179.  
  1180.  
  1181.         7.7  BJT Models  both NPN and PNP
  1182.  
  1183.  
  1184.              The bipolar junction transistor model in SPICE is an  adap-
  1185.         tation  of the integral charge control model of Gummel and Poon.
  1186.         This modified Gummel-Poon model extends the  original  model  to
  1187.         include several effects at high bias levels.  The model will au-
  1188.         tomatically simplify to the simpler Ebers-Moll model  when  cer-
  1189.         tain  parameters are not specified.  The parameter names used in
  1190.         the modified Gummel-Poon model have been chosen to be more easi-
  1191.         ly  understood  by  the program user, and to reflect better both
  1192.         physical and circuit design thinking.
  1193.  
  1194.              The dc model is defined by the parameters IS, BF, NF,  ISE,
  1195.         IKF,  and  NE  which  determine the forward current gain charac-
  1196.         teristics, IS, BR, NR, ISC, IKR, and NC which determine the  re-
  1197.         verse current gain characteristics, and VAF and VAR which deter-
  1198.         mine the output conductance for  forward  and  reverse  regions.
  1199.         Three  ohmic  resistances  RB, RC, and RE are included, where RB
  1200.         can be high current dependent.  Base charge storage  is  modeled
  1201.         by  forward  and  reverse  transit times, TF and TR, the forward
  1202.         transit time TF being bias dependent if desired,  and  nonlinear
  1203.         depletion  layer  capacitances which are determined by CJE, VJE,
  1204.         and MJE for the B-E junction , CJC, VJC, and  MJC  for  the  B-C
  1205.         junction and CJS, VJS, and MJS for the C-S (Collector-Substrate)
  1206.         junction.  The temperature dependence of the saturation current,
  1207.         IS, is determined by the energy-gap, EG, and the saturation cur-
  1208.         rent temperature exponent, XTI.  Additionally base current  tem-
  1209.         perature  dependence is modeled by the beta temperature exponent
  1210.         XTB in the new model.
  1211.  
  1212.              The BJT parameters used in the modified  Gummel-Poon  model
  1213.         are  listed below.  The parameter names used in earlier versions
  1214.         of SPICE2 are still accepted.
  1215.   
  1216.  
  1217.  
  1218. SEMICONDUCTOR DEVICES                                                   PAGE 7-6
  1219.  
  1220.  
  1221.  
  1222.               Modified Gummel-Poon BJT Parameters.
  1223.   
  1224.       name   parameter                               units   default    example
  1225.       ____   _________                               _____   _______    _______
  1226.   1    IS     transport saturation current            A       1.0E-16    1.0E-15
  1227.   2    BF     ideal maximum forward beta              -       100        100
  1228.   3    NF     forward current emission coefficient    -       1.0        1
  1229.   4    VAF    forward Early voltage                   V       infinite   200
  1230.   5    IKF    corner for forward beta
  1231.               high current roll-off                   A       infinite   0.01
  1232.   6    ISE    B-E leakage saturation current          A       0          1.0E-13
  1233.   7    NE     B-E leakage emission coefficient        -       1.5        2
  1234.   8    BR     ideal maximum reverse beta              -       1          0.1
  1235.   9    NR     reverse current emission coefficient    -       1          1
  1236.   10   VAR    reverse Early voltage                   V       infinite   200
  1237.   11   IKR    corner for reverse beta
  1238.               high current roll-off                   A       infinite   0.01
  1239.   12   ISC    B-C leakage saturation current          A       0          1.0E-13
  1240.   13   NC     B-C leakage emission coefficient        -       2          1.5
  1241.   14   RB     zero bias base resistance               Ohms    0          100
  1242.   15   IRB    current where base resistance
  1243.               falls halfway to its min value          A       infinite   0.1
  1244.   16   RBM    minimum base resistance
  1245.               at high currents                        Ohms    RB         10
  1246.   17   RE     emitter resistance                      Ohms    0          1
  1247.   18   RC     collector resistance                    Ohms    0          10
  1248.   19   CJE    B-E zero-bias depletion capacitance     F       0          2PF
  1249.   20   VJE    B-E built-in potential                  V       0.75       0.6
  1250.   21   MJE    B-E junction exponential factor         -       0.33       0.33
  1251.   22   TF     ideal forward transit time              sec     0          0.1Ns
  1252.   23   XTF    coefficient for bias dependence of TF   -       0
  1253.   24   VTF    voltage describing VBC
  1254.               dependence of TF                        V       infinite
  1255.   25   ITF    high-current parameter
  1256.               for effect on TF                        A       0
  1257.   26   PTF    excess phase at freq=1.0/(TF*2PI) Hz    deg     0
  1258.   27   CJC    B-C zero-bias depletion capacitance     F       0          2PF
  1259.   28   VJC    B-C built-in potential                  V       0.75       0.5
  1260.   29   MJC    B-C junction exponential factor         -       0.33       0.5
  1261.   30   XCJC   fraction of B-C depletion capacitance   -       1
  1262.               connected to internal base node
  1263.   31   TR     ideal reverse transit time              sec     0          10Ns
  1264.   32   CJS    zero-bias collector-substrate
  1265.               capacitance                             F       0          2PF
  1266.   33   VJS    substrate junction built-in potential   V       0.75
  1267.   34   MJS    substrate junction exponential factor   -       0          0.5
  1268.   35   XTB    forward and reverse beta
  1269.               temperature exponent                    -       0
  1270.   36   EG     energy gap for temperature
  1271.               effect on IS                            eV      1.11
  1272.   37   XTI    temperature exponent for effect on IS   -       3
  1273.   38   KF     flicker-noise coefficient               -       0
  1274.   39   AF     flicker-noise exponent                  -       1
  1275.   40   FC     coefficient for forward-bias
  1276.               depletion capacitance formula           -       0.5
  1277.  
  1278.  
  1279. SEMICONDUCTOR DEVICES                                           PAGE 7-7
  1280.  
  1281.  
  1282.  
  1283.         7.8  JFET Models  both N and P Channel
  1284.  
  1285.  
  1286.              The JFET model is derived from the FET  model  of  Shichman
  1287.         and  Hodges.   The dc characteristics are defined by the parame-
  1288.         ters VTO and BETA, which determine the variation of  drain  cur-
  1289.         rent with gate voltage, LAMBDA, which determines the output con-
  1290.         ductance, and IS, the saturation current of the two  gate  junc-
  1291.         tions.   Two ohmic resistances, RD and RS, are included.  Charge
  1292.         storage is modeled by nonlinear depletion layer capacitances for
  1293.         both  gate  junctions  which  vary as the -1/2 power of junction
  1294.         voltage and are defined by the parameters CGS, CGD, and PB.
  1295.   
  1296.       name     parameter                            units    default   example
  1297.       ____     _________                            _____    _______   _______
  1298.    1   VTO      threshold voltage                    V        -2.0      -2.0
  1299.    2   BETA     transconductance parameter           A/V**2   1.0E-4    1.0E-3
  1300.    3   LAMBDA   channel length modulation
  1301.                 parameter                            1/V      0         1.0E-4
  1302.    4   RD       drain ohmic resistance               Ohm      0         100
  1303.    5   RS       source ohmic resistance              Ohm      0         100
  1304.    6   CGS      zero-bias G-S junction capacitance   F        0         5PF
  1305.    7   CGD      zero-bias G-D junction capacitance   F        0         1PF
  1306.    8   PB       gate junction potential              V        1         0.6
  1307.    9   IS       gate junction saturation current     A        1.0E-14   1.0E-14
  1308.   10   KF       flicker noise coefficient            -        0
  1309.   11   AF       flicker noise exponent               -        1
  1310.   12   FC       coefficient for forward-bias         -        0.5
  1311.                           depletion capacitance formula
  1312.  
  1313.  
  1314.  
  1315.         7.9  MOSFET Models  both N and P channel
  1316.  
  1317.  
  1318.              SPICE provides three MOSFET device models which  differ  in
  1319.         the  formulation  of the I-V characteristic.  The variable LEVEL
  1320.         specifies the model to be used:
  1321.          
  1322.                 LEVEL=1 ->    Shichman-Hodges
  1323.                 LEVEL=2 ->    MOS2 (as described in 1)
  1324.                 LEVEL=3 ->    MOS3, a semi-empirical model(see 1)
  1325.  
  1326.              The dc characteristics of the MOSFET  are  defined  by  the
  1327.         device parameters VTO, KP, LAMBDA, PHI and GAMMA.  These parame-
  1328.         ters are computed by SPICE if  process  parameters  (NSUB,  TOX,
  1329.         ...)  are given, but user-specified values always override.  VTO
  1330.         is positive (negative) for enhancement mode and negative  (posi-
  1331.         tive)  for depletion mode N-channel (P-channel) devices.  Charge
  1332.         storage is modeled by three constant capacitors, CGSO, CGDO, and
  1333.         CGBO  which  represent  overlap  capacitances,  by the nonlinear
  1334.         thin-oxide capacitance which  is  distributed  among  the  gate,
  1335.         source,   drain,   and   bulk  regions,  and  by  the  nonlinear
  1336.         depletion-layer capacitances for both substrate junctions divid-
  1337.         ed  into  bottom  and  periphery,  which vary as the MJ and MJSW
  1338.         power of junction voltage respectively, and  are  determined  by
  1339.  
  1340.  
  1341. SEMICONDUCTOR DEVICES                                           PAGE 7-8
  1342.  
  1343.  
  1344.  
  1345.         the  parameters  CBD, CBS, CJ, CJSW, MJ, MJSW and PB.  There are
  1346.         two built-in models of the  charge  storage  effects  associated
  1347.         with  the  thin-oxide.  The default is the piecewise linear vol-
  1348.         tage-dependent capacitance model proposed by Meyer.  The  second
  1349.         choice  is  the  charge-controlled capacitance model of Ward and
  1350.         Dutton (note #1.) The XQC model parameter acts as a flag  and  a
  1351.         coefficient  at the same time.  As the former it causes the pro-
  1352.         gram to use Meyer's model whenever larger than 0.5 or not speci-
  1353.         fied,  and  the  charge-controlled model when between 0 and 0.5.
  1354.         In the latter case its value defines the share  of  the  channel
  1355.         charge  associated with the drain terminal in the saturation re-
  1356.         gion.  The thin-oxide charge storage effects are treated slight-
  1357.         ly different for the LEVEL=1 model.  These voltage dependent ca-
  1358.         pacitances are included only if TOX is specified  in  the  input
  1359.         description and they are represented using Meyer's formulation.
  1360.  
  1361.              There is some overlap among the parameters  describing  the
  1362.         junctions,  e.g.   the reverse current can be input either as IS
  1363.         (in A) or as JS (in A/m**2).  Whereas the first is  an  absolute
  1364.         value  the second is multiplied by AD and AS to give the reverse
  1365.         current of the drain and source  junctions  respectively.   This
  1366.         methodology  has been chosen since there is no sense in relating
  1367.         always junction characteristics with AD and AS  entered  on  the
  1368.         device card;  the areas can be defaulted.  The same idea applies
  1369.         also to the zero-bias junction capacitances CBD and CBS  (in  F)
  1370.         on  one  hand,  and  CJ (in F/m**2) on the other.  The parasitic
  1371.         drain and source series resistance can be expressed as either RD
  1372.         and  RS  (in ohms) or RSH (in ohms/sq.), the latter being multi-
  1373.         plied by the number of squares NRD and NRS input on  the  device
  1374.         card.
  1375.   
  1376.      name     parameter                             units     default  example
  1377.      ____     _________                             _____     _______  _______
  1378.   1    LEVEL    model index                           -         1
  1379.   2    VTO      zero-bias threshold voltage           V         0.0      1.0
  1380.   3    KP       transconductance parameter            A/V**2    2.0E-5   3.1E-5
  1381.   4    GAMMA    bulk threshold parameter              V**0.5    0.0      0.37
  1382.   5    PHI      surface potential                     V         0.6      0.65
  1383.   6    LAMBDA   channel-length modulation
  1384.                 (MOS1 and MOS2 only)                  1/V       0.0      0.02
  1385.   7    RD       drain ohmic resistance                Ohm       0.0      1.0
  1386.   8    RS       source ohmic resistance               Ohm       0.0      1.0
  1387.   9    CBD      zero-bias B-D junction capacitance    F         0.0      20FF
  1388.   10   CBS      zero-bias B-S junction capacitance    F         0.0      20FF
  1389.   11   IS       bulk junction saturation current      A         1.0E-14  1.0E-15
  1390.   12   PB       bulk junction potential               V         0.8      0.87
  1391.   13   CGSO     gate-source overlap capacitance
  1392.                 per meter channel width               F/m       0.0      4.0E-11
  1393.   14   CGDO     gate-drain overlap capacitance
  1394.                 per meter channel width               F/m       0.0      4.0E-11
  1395.   15   CGBO     gate-bulk overlap capacitance
  1396.                 per meter channel length              F/m       0.0      2.0E-10
  1397.   16   RSH      drain and source diffusion
  1398.                 sheet resisitance                     Ohm/sq.   0.0      10.0
  1399.   17   CJ       zero-bias bulk junction bottom cap.
  1400.                 per sq-meter of junction area         F/m**2    0.0      2.0E-4
  1401.  
  1402.  
  1403. SEMICONDUCTOR DEVICES                                                   PAGE 7-9
  1404.  
  1405.  
  1406.  
  1407.   18   MJ       bulk junction bottom grading coef.    -         0.5      0.5
  1408.   19   CJSW     zero-bias bulk junction sidewall cap.
  1409.                 per meter of junction perimeter       F/m       0.0      1.0E-9
  1410.   20   MJSW     bulk junction sidewall grading coef.  -         0.33
  1411.   21   JS       bulk junction saturation current
  1412.                 per sq-meter of junction area         A/m**2             1.0E-8
  1413.   22   TOX      oxide thickness                       meter     1.0E-7   1.0E-7
  1414.   23   NSUB     substrate doping                      1/cm**3   0.0      4.0E15
  1415.   24   NSS      surface state density                 1/cm**2   0.0      1.0E10
  1416.   25   NFS      fast surface state density            1/cm**2   0.0      1.0E10
  1417.   26   TPG      type of gate material:                -         1.0
  1418.                     +1 opp. to substrate
  1419.                     -1 same as substrate
  1420.                      0  Al gate
  1421.   27   XJ       metallurgical junction depth          meter     0.0      1U
  1422.   28   LD       lateral diffusion                     meter     0.0      0.8U
  1423.   29   UO       surface mobility                      cm**2/V-s 600      700
  1424.   30   UCRIT    critical field for mobility
  1425.                 degradation (MOS2 only)               V/cm      1.0E4    1.0E4
  1426.   31   UEXP     critical field exponent in
  1427.                 mobility degradation (MOS2 only)      -         0.0      0.1
  1428.   32   UTRA     transverse field coef (mobility)
  1429.                 (deleted for MOS2)                    -         0.0      0.3
  1430.   33   VMAX     maximum drift velocity of carriers    m/s       0.0      5.0E4
  1431.   34   NEFF     total channel charge (fixed and
  1432.                 mobile) coefficient (MOS2 only)       -         1.0      5.0
  1433.   35   XQC      thin-oxide capacitance model flag
  1434.                 and coefficient of channel charge
  1435.                 share attributed to drain (0-0.5)     -         1.0      0.4
  1436.   36   KF       flicker noise coefficient             -         0.0      1.0E-26
  1437.   37   AF       flicker noise exponent                -         1.0      1.2
  1438.   38   FC       coefficient for forward-bias
  1439.                 depletion capacitance formula         -         0.5
  1440.   39   DELTA    width effect on threshold voltage
  1441.                 (MOS2 and MOS3)                       -         0.0      1.0
  1442.   40   THETA    mobility modulation (MOS3 only)       1/V       0.0      0.1
  1443.   41   ETA      static feedback (MOS3 only)           -         0.0      1.0
  1444.   42   KAPPA    saturation field factor (MOS3 only)   -         0.2      0.5
  1445.  
  1446.              Note #1 A.  Vladimirescu and S.  Liu,  "The  Simulation  of
  1447.         MOS  Integrated  Circuits  Using  SPICE2",  ERL  Memo  No.   ERL
  1448.         M80/7,Electronics Research Laboratory, University of California,
  1449.         Berkeley, Oct.  1980.
  1450.  
  1451.  
  1452.  
  1453.  
  1454.  
  1455.  
  1456.  
  1457.  
  1458.  
  1459.  
  1460.  
  1461.  
  1462.  
  1463.                                    CHAPTER 8
  1464.  
  1465.                                   SUBCIRCUITS
  1466.  
  1467.  
  1468.  
  1469.  
  1470.              A subcircuit that consists of SPICE elements can be defined
  1471.         and  referenced in a fashion similar to device models.  The sub-
  1472.         circuit is defined in the input deck by a  grouping  of  element
  1473.         cards;  the program then automatically inserts the group of ele-
  1474.         ments wherever the subcircuit is referenced.  There is no  limit
  1475.         on  the  size  or complexity of subcircuits, and subcircuits may
  1476.         contain other subcircuits.  An example of  subcircuit  usage  is
  1477.         given in Appendix A.
  1478.  
  1479.  
  1480.  
  1481.         8.1  SUBCKT Card
  1482.  
  1483.         General form
  1484.         _______ ____
  1485.          
  1486.                         .SUBCKT subnam N1 <N2 N3 ...>
  1487.          
  1488.         Examples
  1489.         ________
  1490.          
  1491.                         .SUBCKT OPAMP 1 2 3 4
  1492.  
  1493.              A circuit definition is begun with a .SUBCKT card.   SUBNAM
  1494.         is the subcircuit name, and N1, N2, ...  are the external nodes,
  1495.         which cannot be zero.  The group of element cards which  immedi-
  1496.         ately  follow  the .SUBCKT card define the subcircuit.  The last
  1497.         card in a subcircuit definition is the .ENDS card  (see  below).
  1498.         Control  cards  may  not  appear within a subcircuit definition;
  1499.         however, subcircuit definitions may contain anything  else,  in-
  1500.         cluding other subcircuit definitions, device models, and subcir-
  1501.         cuit calls (see below).  Note that any device models or  subcir-
  1502.         cuit definitions included as part of a subcircuit definition are
  1503.         strictly local (i.e., such models and definitions are not  known
  1504.         outside the subcircuit definition).  Also, any element nodes not
  1505.         included on the .SUBCKT card are strictly local, with the excep-
  1506.         tion of 0 (ground) which is always global.
  1507.  
  1508.  
  1509. SUBCIRCUITS                                                     PAGE 8-2
  1510.  
  1511.  
  1512.  
  1513.         8.2  .ENDS Card
  1514.  
  1515.         General form
  1516.         _______ ____
  1517.                         .ENDS <SUBNAM>
  1518.         Examples
  1519.         ________
  1520.          
  1521.                         .ENDS OPAMP
  1522.  
  1523.              This card must be the last one for any  subcircuit  defini-
  1524.         tion.  The subcircuit name, if included, indicates which subcir-
  1525.         cuit definition is being terminated;  if omitted, all  subcircu-
  1526.         its  being defined are terminated.  The name is needed only when
  1527.         nested subcircuit definitions are being made.
  1528.  
  1529.  
  1530.  
  1531.         8.3  Subcircuit Calls
  1532.  
  1533.         General form
  1534.         _______ ____
  1535.                        XYYYYYYY N1 <N2 N3 ...> SUBNAM
  1536.         Examples
  1537.         ________
  1538.                        X1 2 4 17 3 1 MULTI
  1539.  
  1540.              Subcircuits are used in SPICE by specifying pseudo-elements
  1541.         beginning with the letter X, followed by the circuit nodes to be
  1542.         used in expanding the subcircuit.
  1543.  
  1544.  
  1545.  
  1546.  
  1547.  
  1548.  
  1549.  
  1550.  
  1551.  
  1552.  
  1553.  
  1554.  
  1555.  
  1556.                                    CHAPTER 9
  1557.  
  1558.                                  CONTROL CARDS
  1559.  
  1560.  
  1561.  
  1562.  
  1563.  
  1564.  
  1565.         9.1  .TEMP Card
  1566.  
  1567.         General form
  1568.         _______ ____
  1569.          
  1570.                         .TEMP T1 <T2 <T3 ...>>
  1571.          
  1572.         Examples
  1573.         ________
  1574.          
  1575.                         .TEMP -55.0 25.0 125.0
  1576.  
  1577.              This card specifies the temperatures at which  the  circuit
  1578.         is  to  be  simulated.   T1, T2, ...  Are the different tempera-
  1579.         tures, in degrees C.  Temperatures less than -223.0  deg  C  are
  1580.         ignored.  Model data are specified at TNOM degrees (see the .OP-
  1581.         TIONS card for TNOM);  if the .TEMP card is omitted, the simula-
  1582.         tion will also be performed at a temperature equal to TNOM.
  1583.  
  1584.  
  1585.  
  1586.         9.2  .WIDTH Card
  1587.  
  1588.         General form
  1589.         _______ ____
  1590.          
  1591.                         .WIDTH IN=COLNUM OUT=COLNUM
  1592.          
  1593.         Examples
  1594.         ________
  1595.          
  1596.                         .WIDTH IN=72 OUT=133
  1597.  
  1598.              COLNUM is the last column read from  each  line  of  input;
  1599.         the  setting  takes effect with the next line read.  The default
  1600.         value for COLNUM is 80.  The out parameter specifies the  output
  1601.         print  width.  Permissible values for the output print width are
  1602.         80 and 133.
  1603.  
  1604.  
  1605. CONTROL CARDS                                                   PAGE 9-2
  1606.  
  1607.  
  1608.  
  1609.         9.3  .OPTIONS Card
  1610.  
  1611.         General form
  1612.         _______ ____
  1613.          
  1614.                         .OPTIONS OPT1 OPT2 ... (or OPT=OPTVAL ...)
  1615.          
  1616.         Examples
  1617.         ________
  1618.          
  1619.                         .OPTIONS ACCT LIST NODE
  1620.  
  1621.              This card allows the user to reset program control and user
  1622.         options  for  specific  simulation purposes.  Any combination of
  1623.         the following options  may  be  included,  in  any  order.   'x'
  1624.         (below) represents some positive number.
  1625.    
  1626.    option        effect
  1627.    ______        ______
  1628.    ACCT          causes accounting and run time statistics to be printed
  1629.    LIST          causes the summary listing of the input data to be printed
  1630.    NOMOD         suppresses the printout of the model parameters.
  1631.    NOPAGE        suppresses page ejects
  1632.    NODE          causes the printing of the node table.
  1633.    OPTS          causes the option values to be printed.
  1634.    GMIN=x        resets the value of GMIN, the minimum conductance
  1635.                  allowed by the program.  The default value is 1.0E-12.
  1636.    RELTOL=x      resets the relative error tolerance of the program.  The
  1637.                  default value is 0.001 (0.1 percent).
  1638.    ABSTOL=x      resets the absolute current error tolerance of the
  1639.                  program.  The default value is 1 picoamp.
  1640.    VNTOL=x       resets the absolute voltage error tolerance of the
  1641.                  program.  The default value is 1 microvolt.
  1642.    TRTOL=x       resets the transient error tolerance.  The default value
  1643.                  is 7.0.  This parameter is an estimate of the factor by
  1644.                  which SPICE overestimates the actual truncation error.
  1645.    CHGTOL=x      resets the charge tolerance of the program.  The default
  1646.                  value is 1.0E-14.
  1647.    PIVTOL=x      resets the absolute minimum value for a matrix entry
  1648.                  to be accepted as a pivot.  The default value is 1.0E-13.
  1649.    PIVREL=x      resets the relative ratio between the largest column entry
  1650.                  and an acceptable pivot value. The default value is 1.0E-3.
  1651.                  In the numerical pivoting algorithm the allowed minimum
  1652.                  pivot value is determined by
  1653.                  EPSREL=AMAX1(PIVREL*MAXVAL,PIVTOL)
  1654.                  where MAXVAL is the maximum element in the column where
  1655.                  a pivot is sought (partial pivoting).
  1656.    NUMDGT=x      resets the number of significant digits printed for
  1657.                  output variable values.  X must satisfy the relation
  1658.                  0 < x < 8.  The default value is 4.  Note:  this option is
  1659.                  independent of the error tolerance used by SPICE (i.e., if
  1660.                  the values of options RELTOL, ABSTOL, etc., are not changed
  1661.                  then one may be printing numerical 'noise' for NUMDGT > 4.
  1662.    TNOM=x        resets the nominal temperature.  The default value is
  1663.                  27 deg C (300 deg K).
  1664.    ITL1=x        resets the dc iteration limit.  The default is 100.
  1665.    ITL2=x        resets the dc transfer curve iteration limit.  The
  1666.                  default is 50.
  1667.  
  1668.  
  1669. CONTROL CARDS                                                         PAGE 9-3
  1670.  
  1671.  
  1672.  
  1673.    ITL3=x        resets the lower transient analysis iteration limit.
  1674.                  the default value is 4.
  1675.    ITL4=x        resets the transient analysis timepoint iteration limit.
  1676.                  the default is 10.
  1677.    ITL5=x        resets the transient analysis total iteration limit.
  1678.                  the default is 5000.  Set ITL5=0 to omit this test.
  1679.    CPTIME=x      the maximum cpu-time in seconds allowed for this job.
  1680.    LIMTIM=x      resets the amount of cpu time reserved by SPICE for
  1681.                  generating plots should a cpu time-limit cause job
  1682.                  termination.  The default value is 2 (seconds).
  1683.    LIMPTS=x      resets the total number of points that can be printed
  1684.                  or plotted in a dc, ac, or transient analysis.  The
  1685.                  default value is 201.
  1686.    LVLCOD=x      if x is 2 (two), then machine code for the matrix
  1687.                  solution will be generated.  Otherwise, no machine code is
  1688.                  generated.  The default value is 2.  Applies only to CDC
  1689.                  computers.
  1690.    LVLTIM=x      if x is 1 (one), the iteration timestep control is used.
  1691.                  if x is 2 (two), the truncation-error timestep is used.
  1692.                  The default value is 2.  If method=Gear and MAXORD>2 then
  1693.                  LVLTIM is set to 2 by SPICE.
  1694.    METHOD=name   sets the numerical integration method used by SPICE.
  1695.                  Possible names are Gear or trapezoidal.  The default is
  1696.                  trapezoidal.
  1697.    MAXORD=x      sets the maximum order for the integration method if
  1698.                  Gear's variable-order method is used.  X must be between
  1699.                  2 and 6.  The default value is 2.
  1700.    DEFL=x        resets the value for MOS channel length; the default
  1701.                  is 100.0 micrometer.
  1702.    DEFW=x        resets the value for MOS channel width; the default
  1703.                  is 100.0 micrometer.
  1704.    DEFAD=x       resets the value for MOS drain diffusion area; the
  1705.                  default is 0.0.
  1706.    DEFAS=x       resets the value for MOS source diffusion area; the
  1707.                  default is 0.0.
  1708.  
  1709.  
  1710.  
  1711.         9.4  .OP Card
  1712.  
  1713.         General form
  1714.         _______ ____
  1715.          
  1716.                         .OP
  1717.  
  1718.              The inclusion of this card in  an  input  deck  will  force
  1719.         SPICE  to  determine  the dc operating point of the circuit with
  1720.         inductors shorted and capacitors opened.  Note:  a  dc  analysis
  1721.         is  automatically performed prior to a transient analysis to de-
  1722.         termine the transient initial conditions, and  prior  to  an  ac
  1723.         small-signal  analysis to determine the linearized, small-signal
  1724.         models for nonlinear devices.
  1725.  
  1726.              SPICE performs a dc operating point analysis  if  no  other
  1727.         analyses are requested.
  1728.  
  1729.  
  1730. CONTROL CARDS                                                   PAGE 9-4
  1731.  
  1732.  
  1733.  
  1734.         9.5  .DC Card
  1735.  
  1736.         General form
  1737.         _______ ____
  1738.          
  1739.               .DC SRCNAM VSTART VSTOP VINCR SRC2 START2 STOP2 INCR2
  1740.          
  1741.         Examples
  1742.         ________
  1743.          
  1744.                         .DC VIN 0.25 5.0 0.25
  1745.                         .DC VDS 0 10 .5 VGS 0 5 1
  1746.                         .DC VCE 0 10 .25 IB 0 10U 1U
  1747.  
  1748.              This card defines the dc transfer curve  source  and  sweep
  1749.         limits.  SRCNAM is the name of an independent voltage or current
  1750.         source.  VSTART, VSTOP, and VINCR are the starting,  final,  and
  1751.         incrementing  values respectively.  The first example will cause
  1752.         the value of the voltage source VIN to be swept from 0.25  Volts
  1753.         to  5.0  Volts  in  increments  of  0.25 Volts.  A second source
  1754.         (SRC2) may optionally be specified with associated sweep parame-
  1755.         ters.   In  this  case,  the first source will be swept over its
  1756.         range for each value of the second source.  This option  can  be
  1757.         useful  for  obtaining  semiconductor device output characteris-
  1758.         tics.  See the second example data deck in that section  of  the
  1759.         guide.
  1760.  
  1761.  
  1762.  
  1763.         9.6  .NODESET Card
  1764.  
  1765.         General form
  1766.         _______ ____
  1767.          
  1768.                         .NODESET V(NODNUM)=VAL V(NODNUM)=VAL ...
  1769.          
  1770.         Examples
  1771.         ________
  1772.          
  1773.                         .NODESET V(12)=4.5 V(4)=2.23
  1774.  
  1775.              This card helps the program find the dc or initial  transi-
  1776.         ent  solution  by  making  a preliminary pass with the specified
  1777.         nodes held to the given voltages.  The restriction is  then  re-
  1778.         leased  and  the  iteration continues to the true solution.  The
  1779.         .NODESET card may be necessary for convergence  on  bistable  or
  1780.         astable  circuits.  In general, this card should not be necessa-
  1781.         ry.
  1782.  
  1783.  
  1784.  
  1785.         9.7  .IC Card
  1786.  
  1787.         General form
  1788.         _______ ____
  1789.          
  1790.                         .IC V(NODNUM)=VAL V(NODNUM)=VAL ...
  1791.          
  1792.         Examples
  1793.         ________
  1794.          
  1795.  
  1796.  
  1797. CONTROL CARDS                                                   PAGE 9-5
  1798.  
  1799.  
  1800.  
  1801.                         .IC V(11)=5 V(4)=-5 V(2)=2.2
  1802.  
  1803.              This card is for setting transient initial conditions.   It
  1804.         has  two different interpretations, depending on whether the UIC
  1805.         parameter is specified on the .TRAN card.  Also, one should  not
  1806.         confuse  this card with the .NODESET card.  The .NODESET card is
  1807.         only to help dc convergence, and does not affect final bias  so-
  1808.         lution  (except for multi-stable circuits).  The two interpreta-
  1809.         tions of this card are as follows:
  1810.  
  1811.              1.  When the UIC parameter is specified on the .TRAN  card,
  1812.                  then  the  node  voltages specified on the .IC card are
  1813.                  used to compute the capacitor, diode,  BJT,  JFET,  and
  1814.                  MOSFET initial conditions.  This is equivalent to spec-
  1815.                  ifying the IC=...  parameter on each device  card,  but
  1816.                  is  much  more  convenient.   The IC=...  parameter can
  1817.                  still be specified and will take  precedence  over  the
  1818.                  .IC values.  Since no dc bias (initial transient) solu-
  1819.                  tion is computed before  the  transient  analysis,  one
  1820.                  should  take  care to specify all dc source voltages on
  1821.                  the .IC card if they are to be used to  compute  device
  1822.                  initial conditions.
  1823.  
  1824.              2.  When the UIC parameter is not specified  on  the  .TRAN
  1825.                  card,  the dc bias (initial transient) solution will be
  1826.                  computed before the transient analysis.  In this  case,
  1827.                  the  node  voltages  specified  on the .IC card will be
  1828.                  forced to the desired initial values  during  the  bias
  1829.                  solution.  During transient analysis, the constraint on
  1830.                  these node voltages is removed.
  1831.  
  1832.  
  1833.  
  1834.  
  1835.         9.8  .TF Card
  1836.  
  1837.         General form
  1838.         _______ ____
  1839.          
  1840.                         .TF OUTVAR INSRC
  1841.          
  1842.         Examples
  1843.         ________
  1844.          
  1845.                         .TF V(5,3) VIN
  1846.                         .TF I(VLOAD) VIN
  1847.  
  1848.              This card defines the small-signal output and input for the
  1849.         dc  small-signal  analysis.   OUTVAR  is the small-signal output
  1850.         variable and INSRC is the small-signal input  source.   If  this
  1851.         card  is  included, SPICE will compute the dc small-signal value
  1852.         of the transfer function (output/input), input  resistance,  and
  1853.         output  resistance.   For the first example, SPICE would compute
  1854.         the ratio of V(5,3) to VIN, the small-signal input resistance at
  1855.         VIN,  and  the  small-signal  output  resistance measured across
  1856.         nodes 5 and 3.
  1857.  
  1858.  
  1859. CONTROL CARDS                                                   PAGE 9-6
  1860.  
  1861.  
  1862.  
  1863.         9.9  .SENS Card
  1864.  
  1865.         General form
  1866.         _______ ____
  1867.          
  1868.                         .SENS OV1 <OV2 ... >
  1869.          
  1870.         Examples
  1871.         ________
  1872.          
  1873.                         .SENS V(9) V(4,3) V(17) I(VCC)
  1874.  
  1875.              If a .SENS card is included in the input deck,  SPICE  will
  1876.         determine  the  dc  small-signal sensitivities of each specified
  1877.         output variable with respect to every circuit parameter.   Note:
  1878.         for large circuits, large amounts of output can be generated.
  1879.  
  1880.  
  1881.  
  1882.         9.10  .AC Card
  1883.  
  1884.         General form
  1885.         _______ ____
  1886.          
  1887.                         .AC DEC ND FSTART FSTOP
  1888.                         .AC OCT NO FSTART FSTOP
  1889.                         .AC LIN NP FSTART FSTOP
  1890.          
  1891.         Examples
  1892.         ________
  1893.          
  1894.                         .AC DEC 10 1 10K
  1895.                         .AC DEC 10 1K 100MEG
  1896.                         .AC LIN 100 1 100HZ
  1897.  
  1898.              DEC stands for decade variation, and ND is  the  number  of
  1899.         points  per  decade.  OCT stands for octave variation, and NO is
  1900.         the number of points per octave.  LIN stands for  linear  varia-
  1901.         tion,  and  NP  is the number of points.  FSTART is the starting
  1902.         frequency, and FSTOP is the final frequency.  If  this  card  is
  1903.         included  in  the deck, SPICE will perform an ac analysis of the
  1904.         circuit over the specified frequency range.  Note that in  order
  1905.         for  this  analysis  to  be meaningful, at least one independent
  1906.         source must have been specified with an ac value.
  1907.  
  1908.  
  1909.  
  1910.         9.11  .DISTO Card
  1911.  
  1912.         General form
  1913.         _______ ____
  1914.          
  1915.                      .DISTO RLOAD <INTER <SKW2 <REFPWR <SPW2>>>>
  1916.          
  1917.         Examples
  1918.         ________
  1919.          
  1920.                         .DISTO RL 2 0.95 1.0E-3 0.75
  1921.  
  1922.              This card controls whether SPICE will compute  the  distor-
  1923.         tion  characteristic  of the circuit in a small-signal mode as a
  1924.  
  1925.  
  1926. CONTROL CARDS                                                   PAGE 9-7
  1927.  
  1928.  
  1929.  
  1930.         part of the ac small-signal  sinusoidal  steady-state  analysis.
  1931.         The  analysis  is performed assuming that one or two signal fre-
  1932.         quencies are imposed at the input;  let the two  frequencies  be
  1933.         f1 (the nominal analysis frequency) and f2 (=SKW2*f1).  The pro-
  1934.         gram then computes the following distortion measures:
  1935.  
  1936.              1.  HD2 - the magnitude of the frequency component 2*f1 as-
  1937.                  suming that f2 is not present.
  1938.  
  1939.              2.  HD3 - the magnitude of the frequency component 3*f1 as-
  1940.                  suming that f2 is not present.
  1941.  
  1942.              3.  SIM2 - the magnitude of the frequency  component  f1  +
  1943.                  f2.
  1944.  
  1945.              4.  DIM2 - the magnitude of the frequency  component  f1  -
  1946.                  f2.
  1947.  
  1948.              5.  DIM3 - the magnitude of the frequency component 2*f1  -
  1949.                  f2.
  1950.  
  1951.  
  1952.              RLOAD is the name of the output load  resistor  into  which
  1953.         all  distortion power products are to be computed.  INTER is the
  1954.         interval at which the summary printout of the  contributions  of
  1955.         all  nonlinear devices to the total distortion is to be printed.
  1956.         If omitted or set to zero, no summary  printout  will  be  made.
  1957.         REFPWR  is  the reference power level used in computing the dis-
  1958.         tortion products;  if omitted, a value of 1 mW (that is, 1  dbm)
  1959.         is used.  SKW2 is the ratio of f2 to f1.  If omitted, a value of
  1960.         0.9 is used (i.e., f2 = 0.9*f1).  SPW2 is the amplitude  of  f2.
  1961.         If omitted, a value of 1.0 is assumed.
  1962.  
  1963.              The distortion measures HD2, HD3, SIM2, DIM2, and DIM3  may
  1964.         also  be  be  printed and/or plotted (see the description of the
  1965.         .PRINT and .PLOT cards).
  1966.  
  1967.  
  1968.  
  1969.         9.12  .NOISE Card
  1970.  
  1971.         General form
  1972.         _______ ____
  1973.          
  1974.                         .NOISE OUTV INSRC NUMS
  1975.          
  1976.         Examples
  1977.         ________
  1978.          
  1979.                         .NOISE V(5) VIN 10
  1980.  
  1981.              This card controls the noise analysis of the circuit.   The
  1982.         noise  analysis is performed in conjunction with the ac analysis
  1983.         (see .AC card).  OUTV is an output  voltage  which  defines  the
  1984.         summing  point.  INSRC is the name of the independent voltage or
  1985.         current source which is the noise input reference.  NUMS is  the
  1986.         summary  interval.   SPICE  will  compute  the equivalent output
  1987.  
  1988.  
  1989. CONTROL CARDS                                                   PAGE 9-8
  1990.  
  1991.  
  1992.  
  1993.         noise at the specified output as well as  the  equivalent  input
  1994.         noise at the specified input.  In addition, the contributions of
  1995.         every noise generator in the circuit will be  printed  at  every
  1996.         NUMS  frequency points (the summary interval).  If NUMS is zero,
  1997.         no summary printout will be made.
  1998.  
  1999.              The output noise and the equivalent input noise may also be
  2000.         printed  and/or  plotted  (see the description of the .PRINT and
  2001.         .PLOT cards).
  2002.  
  2003.  
  2004.  
  2005.         9.13  .TRAN Card
  2006.  
  2007.         General form
  2008.         _______ ____
  2009.          
  2010.                         .TRAN TSTEP TSTOP <TSTART <TMAX>> <UIC>
  2011.          
  2012.         Examples
  2013.         ________
  2014.          
  2015.                         .TRAN 1NS 100NS
  2016.                         .TRAN 1NS 1000NS 500NS
  2017.                         .TRAN 10NS 1US UIC
  2018.  
  2019.              TSTEP  is  the   printing   or   plotting   increment   for
  2020.         line-printer  output.  For use with the post-processor, TSTEP is
  2021.         the suggested computing increment.  TSTOP is the final time, and
  2022.         TSTART is the initial time.  If TSTART is omitted, it is assumed
  2023.         to be zero.  The transient analysis always begins at time  zero.
  2024.         In  the  interval  <zero,  TSTART>,  the circuit is analyzed (to
  2025.         reach a steady state), but no outputs are stored.  In the inter-
  2026.         val  <TSTART,  TSTOP>,  the  circuit is analyzed and outputs are
  2027.         stored.  TMAX is the maximum stepsize that SPICE will  use  (for
  2028.         default,     the     program    chooses    either    TSTEP    or
  2029.         (TSTOP-TSTART)/50.0, whichever is smaller.  TMAX is useful  when
  2030.         one  wishes  to  guarantee a computing interval which is smaller
  2031.         than the printer increment, TSTEP.
  2032.  
  2033.              UIC (use initial conditions) is an optional  keyword  which
  2034.         indicates  that  the  user  does not want SPICE to solve for the
  2035.         quiescent operating point before beginning  the  transient  ana-
  2036.         lysis.   If  this  keyword  is  specified, SPICE uses the values
  2037.         specified using IC=...  on the various elements as  the  initial
  2038.         transient  condition and proceeds with the analysis.  If the .IC
  2039.         card has been specified, then the node voltages on the .IC  card
  2040.         are  used  to  compute  the intitial conditions for the devices.
  2041.         Look at the description on the .IC card for  its  interpretation
  2042.         when UIC is not specified.
  2043.  
  2044.  
  2045. CONTROL CARDS                                                   PAGE 9-9
  2046.  
  2047.  
  2048.  
  2049.         9.14  .FOUR Card
  2050.  
  2051.         General form
  2052.         _______ ____
  2053.          
  2054.                         .FOUR FREQ OV1 <OV2 OV3 ...>
  2055.          
  2056.         Examples
  2057.         ________
  2058.          
  2059.                         .FOUR 100K  V(5)
  2060.  
  2061.              This card controls whether SPICE performs  a  Fourier  ana-
  2062.         lysis  as  a part of the transient analysis.  FREQ is the funda-
  2063.         mental frequency, and OV1, ..., are  the  output  variables  for
  2064.         which  the  analysis  is  desired.  The Fourier analysis is per-
  2065.         formed over the interval <TSTOP-period, TSTOP>, where  TSTOP  is
  2066.         the  final time specified for the transient analysis, and period
  2067.         is one period of the fundamental frequency.   The  dc  component
  2068.         and the first nine components are determined.  For maximum accu-
  2069.         racy, TMAX (see the .TRAN card) should be  set  to  period/100.0
  2070.         (or less for very high-Q circuits).
  2071.  
  2072.  
  2073.  
  2074.         9.15  .PRINT Cards
  2075.  
  2076.         General form
  2077.         _______ ____
  2078.          
  2079.                         .PRINT PRTYPE OV1 <OV2 ... OV8>
  2080.          
  2081.         Examples
  2082.         ________
  2083.          
  2084.                         .PRINT TRAN V(4) I(VIN)
  2085.                         .PRINT AC VM(4,2) VR(7) VP(8,3)
  2086.                         .PRINT DC V(2) I(VSRC) V(23,17)
  2087.                         .PRINT NOISE INOISE
  2088.                         .PRINT DISTO HD3 SIM2(DB)
  2089.  
  2090.              This card defines the contents of a tabular listing of  one
  2091.         to  eight  output variables.  PRTYPE is the type of the analysis
  2092.         (DC, AC, TRAN, NOISE, or DISTO) for which the specified  outputs
  2093.         are  desired.   The form for voltage or current output variables
  2094.         is as follows:
  2095.          
  2096.                    V(N1<,N2>)
  2097.          
  2098.         specifies the voltage difference between nodes N1 and N2.  If N2
  2099.         (and  the  preceding  comma)  is omitted, ground (0) is assumed.
  2100.         For the ac analysis, five additional outputs can be accessed  by
  2101.         replacing the letter V by:
  2102.          
  2103.                                 VR  -    real part
  2104.                                 VI  -    imaginary part
  2105.                                 VM  -    magnitude
  2106.                                 VP  -    phase
  2107.                                 VDB -    20*log10(magnitude)
  2108.  
  2109.  
  2110. CONTROL CARDS                                                  PAGE 9-10
  2111.  
  2112.  
  2113.  
  2114.          
  2115.          
  2116.                    I(VXXXXXXX)
  2117.          
  2118.         specifies the current flowing in the independent voltage  source
  2119.         named  VXXXXXXX.  Positive current flows from the positive node,
  2120.         through the source, to the negative node.  For the ac  analysis,
  2121.         the  corresponding  replacements for the letter I may be made in
  2122.         the same way as described for voltage outputs.
  2123.  
  2124.              Output variables for the noise and distortion analyses have
  2125.         a different general form from that of the other analyses, i.e.
  2126.          
  2127.                                OV<(X)>
  2128.          
  2129.         where OV is any of ONOISE  (output  noise),  INOISE  (equivalent
  2130.         input  noise),  D2, HD3, SIM2, DIM2, or DIM3 (see description of
  2131.         distortion analysis), and X may be any of:
  2132.          
  2133.                  R  -    real part
  2134.                  I  -    imaginary part
  2135.                  M  -    magnitude (default if nothing specified)
  2136.                  P  -    phase
  2137.                  DB -    20*log10(magnitude)
  2138.          
  2139.         thus, SIM2 (or SIM2(M)) describes the magnitude of the SIM2 dis-
  2140.         tortion measure, while HD2(R) describes the real part of the HD2
  2141.         distortion measure.
  2142.  
  2143.              There is no limit on the number of .PRINT  cards  for  each
  2144.         type of analysis.
  2145.  
  2146.  
  2147.  
  2148.         9.16  .PLOT Cards
  2149.  
  2150.         General form
  2151.         _______ ____
  2152.          
  2153.              .PLOT PLTYPE OV1 <(PLO1,PHI1)> <OV2 <(PLO2,PHI2)> ... OV8>
  2154.          
  2155.         Examples
  2156.         ________
  2157.          
  2158.               .PLOT DC V(4) V(5) V(1)
  2159.               .PLOT TRAN V(17,5) (2,5) I(VIN) V(17) (1,9)
  2160.               .PLOT AC VM(5) VM(31,24) VDB(5) VP(5)
  2161.               .PLOT DISTO HD2 HD3(R) SIM2
  2162.               .PLOT TRAN V(5,3) V(4) (0,5) V(7) (0,10)
  2163.  
  2164.              This card defines the contents of one plot of from  one  to
  2165.         eight output variables.  PLTYPE is the type of analysis (DC, AC,
  2166.         TRAN, NOISE, or DISTO) for which the specified outputs  are  de-
  2167.         sired.   The  syntax  for  the  OVI is identical to that for the
  2168.         .PRINT card, described above.
  2169.  
  2170.              The optional plot limits (PLO,PHI) may be  specified  after
  2171.  
  2172.  
  2173. CONTROL CARDS                                                  PAGE 9-11
  2174.  
  2175.  
  2176.  
  2177.         any  of  the output variables.  All output variables to the left
  2178.         of a pair of plot limits (PLO,PHI) will  be  plotted  using  the
  2179.         same lower and upper plot bounds.  If plot limits are not speci-
  2180.         fied, SPICE will automatically determine the minimum and maximum
  2181.         values  of all output variables being plotted and scale the plot
  2182.         to fit.  More than one scale will be used if the output variable
  2183.         values  warrant (i.e., mixing output variables with values which
  2184.         are orders-of-magnitude different still gives readable plots).
  2185.  
  2186.              The overlap of two or more traces on any plot is  indicated
  2187.         by the letter X.
  2188.  
  2189.              When more than one output  variable  appears  on  the  same
  2190.         plot,  the  first  variable specified will be printed as well as
  2191.         plotted.  If a printout of all variables is desired, then a com-
  2192.         panion .PRINT card should be included.
  2193.  
  2194.              There is no limit on the number of  .PLOT  cards  specified
  2195.         for each type of analysis.
  2196.  
  2197.  
  2198.  
  2199.  
  2200.  
  2201.  
  2202.  
  2203.  
  2204.  
  2205.  
  2206.  
  2207.  
  2208.  
  2209.                                    CHAPTER 10
  2210.  
  2211.                         APPENDIX A   EXAMPLE DATA DECKS
  2212.  
  2213.  
  2214.  
  2215.  
  2216.  
  2217.  
  2218.         10.1  Circuit 1
  2219.  
  2220.  
  2221.              The following deck determines the dc  operating  point  and
  2222.         small-signal  transfer  function  of a simple differential pair.
  2223.         In addition, the ac small-signal response is computed  over  the
  2224.         frequency range 1Hz to 100MEGHz.
  2225.         SIMPLE DIFFERENTIAL PAIR
  2226.         VCC 7 0 12
  2227.         VEE 8 0 -12
  2228.         VIN 1 0 AC 1
  2229.         RS1 1 2 1K
  2230.         RS2 6 0 1K
  2231.         Q1 3 2 4 MOD1
  2232.         Q2 5 6 4 MOD1
  2233.         RC1 7 3 10K
  2234.         RC2 7 5 10K
  2235.         RE 4 8 10K
  2236.         .MODEL MOD1 NPN BF=50 VAF=50 IS=1.E-12 RB=100 CJC=.5PF TF=.6NS
  2237.         .TF V(5) VIN
  2238.         .AC DEC 10 1 100MEG
  2239.         .PLOT AC VM(5) VP(5)
  2240.         .PRINT AC VM(5) VP(5)
  2241.         .END
  2242.  
  2243.  
  2244.  
  2245.         10.2  Circuit 2
  2246.  
  2247.  
  2248.              The following deck computes the output characteristics of a
  2249.         MOSFET device over the range 0-10V for VDS and 0-5V for VGS.
  2250.          
  2251.         MOS OUTPUT CHARACTERISTICS
  2252.         .OPTIONS NODE NOPAGE
  2253.         VDS 3 0
  2254.         VGS 2 0
  2255.         M1 1 2 0 0 MOD1 L=4U W=6U AD=10P AS=10P
  2256.         .MODEL MOD1 NMOS VTO=-2 NSUB=1.0E15 UO=550
  2257.  
  2258.  
  2259. APPENDIX A   EXAMPLE DATA DECKS                                        PAGE 10-2
  2260.  
  2261.  
  2262.  
  2263.         *VIDS MEASURES ID, WE COULD HAVE USED VDS BUT ID WOULD BE NEGATIVE
  2264.         VIDS 3 1
  2265.         .DC VDS 0 10 .5 VGS 0 5 1
  2266.         .PRINT DC I(VIDS) V(2)
  2267.         .PLOT DC I(VIDS)
  2268.         .END
  2269.  
  2270.  
  2271.  
  2272.         10.3  Circuit 3
  2273.  
  2274.  
  2275.              The following deck determines the dc transfer curve and the
  2276.         transient pulse response of a simple RTL inverter.  The input is
  2277.         a pulse from 0 to 5 Volts with delay, rise, and  fall  times  of
  2278.         2ns  and  a pulse width of 30ns.  The transient interval is 0 to
  2279.         100ns, with printing to be done every nanosecond.
  2280.          
  2281.               SIMPLE RTL INVERTER
  2282.               VCC 4 0 5
  2283.               VIN 1 0 PULSE 0 5 2NS 2NS 2NS 30NS
  2284.               RB 1 2 10K
  2285.               Q1 3 2 0 Q1
  2286.               RC 3 4 1K
  2287.               .PLOT DC V(3)
  2288.               .PLOT TRAN V(3) (0,5)
  2289.               .PRINT TRAN V(3)
  2290.               .MODEL Q1 NPN BF 20 RB 100 TF .1NS CJC 2PF
  2291.               .DC VIN 0 5 0.1
  2292.               .TRAN 1NS 100NS
  2293.               .END
  2294.  
  2295.  
  2296.  
  2297.         10.4  Circuit 4
  2298.  
  2299.  
  2300.              The following deck simulates a four-bit binary adder, using
  2301.         several  subcircuits  to  describe various pieces of the overall
  2302.         circuit.
  2303.          
  2304.          ADDER - 4 BIT ALL-NAND-GATE BINARY ADDER
  2305.          *** SUBCIRCUIT DEFINITIONS
  2306.          
  2307.          .SUBCKT NAND 1 2 3 4
  2308.          *   NODES:  INPUT(2), OUTPUT, VCC
  2309.          Q1 9 5 1 QMOD
  2310.          D1CLAMP 0 1 DMOD
  2311.          Q2 9 5 2 QMOD
  2312.          D2CLAMP 0 2 DMOD
  2313.          RB 4 5 4K
  2314.          R1 4 6 1.6K
  2315.          Q3 6 9 8 QMOD
  2316.          R2 8 0 1K
  2317.          RC 4 7 130
  2318.  
  2319.  
  2320. APPENDIX A   EXAMPLE DATA DECKS                                PAGE 10-3
  2321.  
  2322.  
  2323.  
  2324.          Q4 7 6 10 QMOD
  2325.          DVBEDROP 10 3 DMOD
  2326.          Q5 3 8 0 QMOD
  2327.          .ENDS NAND
  2328.          
  2329.          .SUBCKT ONEBIT 1 2 3 4 5 6
  2330.          * NODES:  INPUT(2), CARRY-IN, OUTPUT, CARRY-OUT, VCC
  2331.          X1 1 2 7 6 NAND
  2332.          X2 1 7 8 6 NAND
  2333.          X3 2 7 9 6 NAND
  2334.          X4 8 9 10 6 NAND
  2335.          X5 3 10 11 6 NAND
  2336.          X6 3 11 12 6 NAND
  2337.          X7 10 11 13 6 NAND
  2338.          X8 12 13 4 6 NAND
  2339.          X9 11 7 5 6 NAND
  2340.          .ENDS ONEBIT
  2341.          
  2342.          .SUBCKT TWOBIT 1 2 3 4 5 6 7 8 9
  2343.          * NODES:  INPUT - BIT0(2) / BIT1(2), OUTPUT - BIT0 / BIT1,
  2344.          *        CARRY-IN, CARRY-OUT, VCC
  2345.          X1 1 2 7 5 10 9 ONEBIT
  2346.          X2 3 4 10 6 8 9 ONEBIT
  2347.          .ENDS TWOBIT
  2348.          
  2349.          .SUBCKT FOURBIT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
  2350.          *NODES:  INPUT - BIT0(2) / BIT1(2) / BIT2(2) / BIT3(2),
  2351.          * OUTPUT - BIT0 / BIT1 / BIT2 / BIT3, CARRY-IN, CARRY-OUT, VCC
  2352.          X1 1 2 3 4 9 10 13 16 15 TWOBIT
  2353.          X2 5 6 7 8 11 12 16 14 15 TWOBIT
  2354.          .ENDS FOURBIT
  2355.          
  2356.          *** DEFINE NOMINAL CIRCUIT
  2357.          
  2358.          .MODEL DMOD D
  2359.          .MODEL QMOD NPN(BF=75 RB=100 CJE=1PF CJC=3PF)
  2360.          VCC 99 0 DC 5V
  2361.          VIN1A 1 0 PULSE(0 3 0 10NS 10NS   10NS   50NS)
  2362.          VIN1B 2 0 PULSE(0 3 0 10NS 10NS   20NS  100NS)
  2363.          VIN2A 3 0 PULSE(0 3 0 10NS 10NS   40NS  200NS)
  2364.          VIN2B 4 0 PULSE(0 3 0 10NS 10NS   80NS  400NS)
  2365.          VIN3A 5 0 PULSE(0 3 0 10NS 10NS  160NS  800NS)
  2366.          VIN3B 6 0 PULSE(0 3 0 10NS 10NS  320NS 1600NS)
  2367.          VIN4A 7 0 PULSE(0 3 0 10NS 10NS  640NS 3200NS)
  2368.          VIN4B 8 0 PULSE(0 3 0 10NS 10NS 1280NS 6400NS)
  2369.          X1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 13 99 FOURBIT
  2370.          RBIT0 9 0 1K
  2371.          RBIT1 10 0 1K
  2372.          RBIT2 11 0 1K
  2373.          RBIT3 12 0 1K
  2374.          RCOUT 13 0 1K
  2375.          .PLOT TRAN V(1) V(2) V(3) V(4) V(5) V(6) V(7) V(8)
  2376.          .PLOT TRAN V(9) V(10) V(11) V(12) V(13)
  2377.          .PRINT TRAN V(1) V(2) V(3) V(4) V(5) V(6) V(7) V(8)
  2378.          .PRINT TRAN V(9) V(10) V(11) V(12) V(13)
  2379.  
  2380.  
  2381. APPENDIX A   EXAMPLE DATA DECKS                                PAGE 10-4
  2382.  
  2383.  
  2384.  
  2385.          *** (FOR THOSE WITH MONEY (AND MEMORY) TO BURN)
  2386.          .TRAN 1NS 6400NS
  2387.          
  2388.          .OPTIONS ACCT LIST NODE LIMPTS=6401
  2389.          .END
  2390.  
  2391.  
  2392.  
  2393.         10.5  Circuit 5
  2394.  
  2395.  
  2396.              The following deck simulates a transmission-line  inverter.
  2397.         Two  transmission-line  elements are required since two propaga-
  2398.         tion modes are excited.  In the case  of  a  coaxial  line,  the
  2399.         first  line  (T1) models the inner conductor with respect to the
  2400.         shield, and the second line (T2) models the shield with  respect
  2401.         to the out- side world.
  2402.          
  2403.              TRANSMISSION-LINE INVERTER
  2404.              V1 1 0 PULSE(0 1 0 0.1N)
  2405.              R1 1 2 50
  2406.              X1 2 0 0 4 TLINE
  2407.              R2 4 0 50
  2408.               .SUBCKT TLINE 1 2 3 4
  2409.              T1 1 2 3 4 Z0=50 TD=1.5NS
  2410.              T2 2 0 4 0 Z0=100 TD=1NS
  2411.               .ENDS TLINE
  2412.               .TRAN 0.1NS 20NS
  2413.               .PLOT TRAN V(2) V(4)
  2414.               .END
  2415.  
  2416.  
  2417.  
  2418.  
  2419.  
  2420.  
  2421.  
  2422.  
  2423.  
  2424.  
  2425.  
  2426.  
  2427.  
  2428.                                    CHAPTER 11
  2429.  
  2430.                     APPENDIX B   NONLINEAR DEPENDENT SOURCES
  2431.  
  2432.  
  2433.  
  2434.  
  2435.              SPICE allows circuits to contain dependent sources  charac-
  2436.         terized by any of the four equations
  2437.          
  2438.             i=f(v)          v=f(v)          i=f(i)          v=f(i)
  2439.          
  2440.         where the functions must be polynomials, and the  arguments  may
  2441.         be  multidimensional.  The polynomial functions are specified by
  2442.         a set of coefficients p0, p1, ..., pn.  Both the number  of  di-
  2443.         mensions  and the number of coefficients are arbitrary.  The me-
  2444.         aning of the coefficients depends upon the dimension of the  po-
  2445.         lynomial, as shown in the following examples:
  2446.  
  2447.              Suppose that the function is one-dimensional  (that  is,  a
  2448.         function of one argument).  Then the function value fv is deter-
  2449.         mined by the following expression in fa (the function argument):
  2450.          
  2451.              fv = p0 + (p1*fa) + (p2*fa**2) + (p3*fa**3) + (p4*fa**4)
  2452.                             + (p5*fa**5) + ...
  2453.  
  2454.              Suppose now that the function is two-dimensional, with  ar-
  2455.         guments  fa and fb.  Then the function value fv is determined by
  2456.         the following expression:
  2457.          
  2458.         fv = p0 + (p1*fa) +  (p2*fb)  +  (p3*fa**2)  +  (p4*fa*fb)  +
  2459.          (p5*fb**2)  +  (p6*fa**3)  +  (p7*fa**2*fb)  +  (p8*fa*fb**2)
  2460.         + (p9*fb**3) + ...
  2461.  
  2462.              Consider now the case  of  a  three-dimensional  polynomial
  2463.         function with arguments fa, fb, and fc.  Then the function value
  2464.         fv is determined by the following expression:
  2465.          
  2466.         fv = p0 + (p1*fa) + (p2*fb) + (p3*fc) + (p4*fa**2) + (p5*fa*fb)
  2467.          + (p6*fa*fc)+(p7*fb**2) + (p8*fb*fc) + (p9*fc**2) + (p10*fa**3)
  2468.          + (p11*fa**2*fb) + (p12*fa**2*fc) + (p13*fa*fb**2)+(p14*fa*fb*fc)
  2469.          + (p15*fa*fc**2) + (p16*fb**3) + (p17*fb**2*fc) + (p18*fb*fc**2)
  2470.          + (p19*fc**3) + (p20*fa**4) + ...
  2471.  
  2472.              Note:  if the polynomial is one-dimensional and exactly one
  2473.         coefficient is specified, then SPICE assumes it to be p1 (and p0
  2474.         = 0.0), in order to facilitate the input  of  linear  controlled
  2475.         sources.
  2476.  
  2477.  
  2478. APPENDIX B   NONLINEAR DEPENDENT SOURCES                       PAGE 11-2
  2479.  
  2480.  
  2481.  
  2482.              For all four of the dependent sources described below,  the
  2483.         initial  condition  parameter  is described as optional.  If not
  2484.         specified, SPICE assumes 0 the initial condition  for  dependent
  2485.         sources  is  an initial 'guess' for the value of the controlling
  2486.         variable.  The program uses this initial condition to obtain the
  2487.         dc  operating  point of the circuit.  After convergence has been
  2488.         obtained, the program continues iterating to  obtain  the  exact
  2489.         value for the controlling variable.  Hence, to reduce the compu-
  2490.         tational effort for the dc operating point (or if the polynomial
  2491.         specifies  a  strong  nonlinearity), a value fairly close to the
  2492.         actual controlling variable should be specified for the  initial
  2493.         condition.
  2494.  
  2495.  
  2496.  
  2497.         11.1  Voltage Controlled Current Sources
  2498.  
  2499.         General form
  2500.         _______ ____
  2501.          
  2502.         GXXXXXXX N+ N- <POLY(ND)> NC1+ NC1- ... P0 <P1 ...> <IC=...>
  2503.          
  2504.         Examples
  2505.         ________
  2506.          
  2507.                   G1 1 0 5 3 0 0.1M
  2508.                   GR 17 3 17 3 0 1M 1.5M IC=2V
  2509.                   GMLT 23 17 POLY(2) 3 5 1 2 0 1M 17M 3.5U IC=2.5, 1.3
  2510.  
  2511.              N+ and N- are the positive and negative nodes,  respective-
  2512.         ly.  Current flow is from the positive node, through the source,
  2513.         to the negative node.  POLY(ND) only has to be specified if  the
  2514.         source  is  multi-dimensional  (one-dimensional is the default).
  2515.         If specified, ND is the number of dimensions, which must be  po-
  2516.         sitive.  NC1+, NC1-, ...  Are the positive and negative control-
  2517.         ling nodes, respectively.  One pair of nodes must  be  specified
  2518.         for  each  dimension.   P0,  P1,  P2, ..., Pn are the polynomial
  2519.         coefficients.  The (optional) initial condition is  the  initial
  2520.         guess  at  the  value(s)  of the controlling voltage(s).  If not
  2521.         specified, 0.0 is assumed.  The polynomial specifies the  source
  2522.         current as a function of the controlling voltage(s).  The second
  2523.         example above describes a current source with value
  2524.  
  2525.                       I = 1E-3*V(17,3) + 1.5E-3*V(17,3)**2
  2526.  
  2527.         note that since the source nodes are the same as the controlling
  2528.         nodes, this source actually models a nonlinear resistor.
  2529.  
  2530.  
  2531.  
  2532.         11.2  Voltage Controlled Voltage Sources
  2533.  
  2534.         General form
  2535.         _______ ____
  2536.  
  2537.           EXXXXXXX N+ N- <POLY(ND)> NC1+ NC1- ... P0 <P1 ...> <IC=...>
  2538.  
  2539.         Examples
  2540.         ________
  2541.  
  2542.  
  2543. APPENDIX B   NONLINEAR DEPENDENT SOURCES                       PAGE 11-3
  2544.  
  2545.  
  2546.  
  2547.          
  2548.              E1 3 4 21 17 10.5 2.1 1.75
  2549.              EX 17 0 POLY(3) 13 0 15 0 17 0 0 1 1 1 IC=1.5,2.0,17.35
  2550.  
  2551.              N+ and N- are the positive and negative nodes,  respective-
  2552.         ly.   POLY(ND)  only has to be specified if the source is multi-
  2553.         dimensional (one-dimensional is the default).  If specified,  ND
  2554.         is  the  number  of  dimensions,  which must be positive.  NC1+,
  2555.         NC1-, ...  are the positive and negative controlling nodes, res-
  2556.         pectively.   One pair of nodes must be specified for each dimen-
  2557.         sion.  P0, P1, P2, ..., Pn are the polynomial coefficients.  The
  2558.         (optional)  initial  condition  is  the  initial  guess  at  the
  2559.         value(s) of the controlling voltage(s).  If not  specified,  0.0
  2560.         is  assumed.   The  polynomial specifies the source voltage as a
  2561.         function of the  controlling  voltage(s).   The  second  example
  2562.         above describes a voltage source with value
  2563.  
  2564.                         V = V(13,0) + V(15,0) + V(17,0)
  2565.  
  2566.         (in other words, an ideal voltage summer).
  2567.  
  2568.  
  2569.  
  2570.         11.3  Current Controlled Current Sources
  2571.  
  2572.         General form
  2573.         _______ ____
  2574.  
  2575.           FXXXXXXX N+ N- <POLY(ND)> VN1 <VN2 ...> P0 <P1 ...> <IC=...>
  2576.  
  2577.         Examples
  2578.         ________
  2579.                        F1 12 10 VCC 1MA 1.3M
  2580.                        FXFER 13 20 VSENS 0 1
  2581.  
  2582.              N+ and N- are the positive and negative nodes,  respective-
  2583.         ly.  Current flow is from the positive node, through the source,
  2584.         to the negative node.  POLY(ND) only has to be specified if  the
  2585.         source  is  multi-dimensional  (one-dimensional is the default).
  2586.         If specified, ND is the number of dimensions, which must be  po-
  2587.         sitive.  VN1, VN2, ...  are the names of voltage sources through
  2588.         which the controlling current flows;  one name must be specified
  2589.         for  each dimension.  The direction of positive controlling cur-
  2590.         rent flow is from the positive node, through the source, to  the
  2591.         negative  node  of each voltage source.  P0, P1, P2, ..., Pn are
  2592.         the polynomial coefficients.  The (optional)  initial  condition
  2593.         is  the  initial  guess  at  the  value(s)  of  the  controlling
  2594.         current(s) (in Amps).  If not specified, 0.0  is  assumed.   The
  2595.         polynomial  specifies  the  source  current as a function of the
  2596.         controlling current(s).  The first  example  above  describes  a
  2597.         current source with value
  2598.  
  2599.                             I = 1E-3 + 1.3E-3*I(VCC)
  2600.  
  2601.  
  2602.  
  2603. APPENDIX B   NONLINEAR DEPENDENT SOURCES                       PAGE 11-4
  2604.  
  2605.  
  2606.  
  2607.         11.4  Current Controlled Voltage Sources
  2608.  
  2609.         General form
  2610.         _______ ____
  2611.          
  2612.         HXXXXXXX N+ N- <POLY(ND)> VN1 <VN2 ...> P0 <P1 ...> <IC=...>
  2613.          
  2614.         Examples
  2615.         ________
  2616.          
  2617.                   HXY 13 20 POLY(2) VIN1 VIN2 0 0 0 0 1 IC=0.5 1.3
  2618.                   HR 4 17 VX 0 0 1
  2619.  
  2620.              N+ and N- are the positive and negative nodes,  respective-
  2621.         ly.   POLY(ND)  only has to be specified if the source is multi-
  2622.         dimensional (one-dimensional is the default).  If specified,  ND
  2623.         is  the number of dimensions, which must be positive.  VN1, VN2,
  2624.         ... are the names of voltage sources through which the  control-
  2625.         ling  current flows;  one name must be specified for each dimen-
  2626.         sion.  The direction of positive  controlling  current  flow  is
  2627.         from the positive node, through the source, to the negative node
  2628.         of each voltage source.  P0, P1, P2, ..., Pn are the  polynomial
  2629.         coefficients.   The  (optional) initial condition is the initial
  2630.         guess at the value(s) of the controlling current(s)  (in  Amps).
  2631.         If  not specified, 0.0 is assumed.  The polynomial specifies the
  2632.         source voltage as a function of the controlling current(s).  The
  2633.         first example above describes a voltage source with value
  2634.  
  2635.                               V = I(VIN1)*I(VIN2)
  2636.  
  2637.  
  2638.  
  2639.  
  2640.  
  2641.  
  2642.  
  2643.  
  2644.  
  2645.  
  2646.  
  2647.  
  2648.  
  2649.                                    CHAPTER 12
  2650.  
  2651.                       APPENDIX C  BIPOLAR MODEL EQUATIONS
  2652.  
  2653.  
  2654.  
  2655.  
  2656.              (Gmin terms omitted)
  2657.  
  2658.              Acknowledgment:  This section has been contributed by  Bill
  2659.         Bidermann at HP labs.
  2660.  
  2661.  
  2662.  
  2663.         12.1  D C  MODEL
  2664.  
  2665.          
  2666.                   qVB'E'   qVB'C'       qVB'C'          qVB'C'
  2667.                   ______   ______       ______          ______
  2668.         IC=  IS   NF*kT    NR*kT   IS   NR*kT           NC*kT
  2669.              __                    __
  2670.              QB( e      - e      )-BR( e      -1)-ISC( e      -1)
  2671.          
  2672.          
  2673.                  qVB'E'         qVB'C'          qVB'E'          qVB'C'
  2674.                  ______         ______          ______          ______
  2675.         IB= IS   NF*kT     IS   NR*kT           NE*kT           NC*kT
  2676.             __             __
  2677.             BF( e      -1)+BR( e      -1)+ISE( e      -1)+ISC( e     -1)
  2678.  
  2679.              NOTE:  The last two terms in the  expression  of  the  base
  2680.         current  IB represent the components due to recombination in the
  2681.         BE and BC space charge regions at low injection.
  2682.  
  2683.              If IRB not specified
  2684.          
  2685.                      RBB' = RBM + RB-RBM
  2686.                                   ______
  2687.                                     QB
  2688.          
  2689.          If IRB specified
  2690.          
  2691.                      RBB' = 3(RB-RBM) * (TAN(Z)-Z)+RBM
  2692.                                         ______________
  2693.                                         Z*TAN(Z)*TAN(Z)
  2694.          
  2695.                Where:
  2696.          
  2697.                                   -1+(144IB/(pi*pi*IRB)+1)**0.5
  2698.                                   _____________________________
  2699.                               Z =   24/(pi*pi)*(IB/IRB)**0.5
  2700.          
  2701.                             Q1
  2702.                             __
  2703.                        QB = 2 (1+(1+4Q2)**0.5)
  2704.          
  2705.  
  2706.  
  2707. APPENDIX C  BIPOLAR MODEL EQUATIONS                            PAGE 12-2
  2708.  
  2709.  
  2710.  
  2711.                              ______1______
  2712.                                    _
  2713.                        Q1 =  1- VB'C' - VB'E'
  2714.                                 _____   _____
  2715.                                 VAF    VAR
  2716.          
  2717.                                   qVB'E'          qVB'C'
  2718.                                   ______          ______
  2719.                        Q2 = IS   NF*kT      IS   NR*kT
  2720.                             __              __
  2721.                             IKF( e      -1)+IKR( e      -1)
  2722.          
  2723.  
  2724.              NOTE:  IRB is the current where the base  resistance  falls
  2725.         halfway  to  its minimum value.  VAF and VAR are forward and re-
  2726.         verse Early voltages respectively.  IKF and  IKR  determine  the
  2727.         high  current  beta rolloff with IC.  ISE, ISC, NE and NC deter-
  2728.         mine the low current beta rolloff with IC.
  2729.  
  2730.  
  2731.  
  2732.         12.2  A C  MODEL
  2733.  
  2734.          
  2735.                                        qVB'E'
  2736.                                        ______
  2737.                      ___d___      IS   NF*kT              VB'E'-MJ
  2738.                         _         __                      ________
  2739.                CBE = d VB'E'( TFF*QB( e      -1)) + CJE( 1- VJE )
  2740.          
  2741.                Where:
  2742.          
  2743.                                                                 VB'C' 
  2744.                                                                 _____
  2745.                                                          2     1.44VTF
  2746.                        TFF = TF ( 1 + XTF * (IF/(IF+ITF))  * e        )
  2747.          
  2748.          
  2749.                                          qVB'E'
  2750.                                          ______
  2751.                                          NF*kT
  2752.                                IF = IS( e      -1)
  2753.          
  2754.                        CB1 = CBC*(1-XCJC)
  2755.          
  2756.                        CB2 = CBC * XCJC
  2757.          
  2758.                                         qVB'C'
  2759.                                         ______
  2760.                                   qIS     kT            VB'C' -MJC
  2761.                                   ___                   _____ ____
  2762.                        CBC = TR (NR*kT e      )+CJC ( 1- VJC )
  2763.          
  2764.          
  2765.                                     VC'S' -MJS
  2766.                                     _____ ____
  2767.                        CSS = CJS (1- VJS )
  2768.                                                             _V_-M
  2769.                                                              _
  2770.          NOTE: all junction capacitances of the form  C0*(1-phi) revert
  2771.                to the form
  2772.          
  2773.                                                          M*(V-FC*phi)
  2774.                                                          ____________
  2775.                                  C0/((1-FC)**M)  *  (1 +  phi(1-FC)  )
  2776.          
  2777.                    when V > FC*phi   ( For CSS assumes FC = 0 )
  2778.  
  2779.  
  2780. APPENDIX C  BIPOLAR MODEL EQUATIONS                            PAGE 12-3
  2781.  
  2782.  
  2783.  
  2784.         12.3  NOISE MODEL
  2785.  
  2786.          
  2787.                        2    4kT
  2788.                             ___
  2789.                   IRBB'   = RBB' DELTA f
  2790.          
  2791.                          2   4kT
  2792.                              ___
  2793.                      IRC   = RC  DELTA f   Thermal noise
  2794.          
  2795.          
  2796.                          2   4kT
  2797.                              ___
  2798.                      IRE   = RE  DELTA f
  2799.          
  2800.          
  2801.                         2                KF*IB**AF
  2802.                                          _________
  2803.                     IBN   = 2qIB DELTA f+    f     DELTA f
  2804.          
  2805.          
  2806.  
  2807.              Note:  The first term is shot noise and the second term  is
  2808.         flicker noise.
  2809.          
  2810.                         2
  2811.                     ICN   = 2qIC DELTA f
  2812.          
  2813.                    Note: This is shot noise.
  2814.  
  2815.  
  2816.  
  2817.         12.4  TEMPERATURE EFFECTS
  2818.  
  2819.         All junctions have dependences identical to the diode model  but
  2820.         all N factors are considered equal 1.
  2821.                     BF and  BR go as (__T_)XTB
  2822.                                      _  _
  2823.                                       TNOM
  2824.          
  2825.         when NF=1.  This is done through appropriate changes in BF ,  BR
  2826.         and ISE, ISC according to the following equations respectively:
  2827.          
  2828.                                          __T_ XTB
  2829.                                            _
  2830.                BF' (or BR') = BF (or BR)*(TNOM)
  2831.          
  2832.          
  2833.                                                             qEG T-TNOM
  2834.                                                             ___ ______
  2835.                                              T  (XTI-XTB)   Nk  T*TNOM
  2836.                                              _
  2837.            ISE' (or ISC') = ISE (or ISC) *(TNOM)          *e
  2838.  
  2839.  
  2840.  
  2841.         12.5  EXCESS PHASE
  2842.  
  2843.  
  2844.              This is a delay (linear phase) in the gm  generator  in  AC
  2845.         analysis.   It is also used in transient analysis using a Bessel
  2846.         polynomial approximation.  Excess phase, PTF,  is  specified  as
  2847.  
  2848.  
  2849. APPENDIX C  BIPOLAR MODEL EQUATIONS                            PAGE 12-4
  2850.  
  2851.  
  2852.  
  2853.         the number of extra degrees of phase at the frequency
  2854.                                                __1__
  2855.                                                  _
  2856.                                            f = 2piTF  Hertz
  2857.  
  2858.  
  2859.  
  2860.  
  2861.                               SPICE INDEX
  2862.                               ___________
  2863.                                                                Page
  2864.                                                                ----
  2865.           1. TYPES OF ANALYSIS ...............................  1-1
  2866.              1.1 DC Analysis .................................  1-1
  2867.              1.2 AC Small Signal Analysis ....................  1-1
  2868.              1.3 Transient Analysis ..........................  1-2
  2869.              1.4 Analysis at Different Temperatures ..........  1-3
  2870.  
  2871.           2. CONVERGENCE .....................................  2-1
  2872.  
  2873.           3. INPUT FORMAT ....................................  3-1
  2874.  
  2875.           4. CIRCUIT DESCRIPTION .............................  4-1
  2876.  
  2877.           5. TITLE, COMMENT, AND END CARDS ...................  5-1
  2878.              5.1 Title Card ..................................  5-1
  2879.              5.2 END Card ....................................  5-1
  2880.              5.3 Comment Card ................................  5-3
  2881.  
  2882.           6. ELEMENT CARDS ...................................  6-1
  2883.              6.1 Resistors ...................................  6-1
  2884.              6.2 Capacitors and Inductors ....................  6-1
  2885.              6.3 Coupled Mutual Inductors ....................  6-2
  2886.              6.4 Transmission Lines, Lossless ................  6-2
  2887.              6.5 Linear Dependent Sources ....................  6-3
  2888.              6.6 Linear Voltage Controlled Current Sources ...  6-3
  2889.              6.7 Linear Voltage Controlled Voltage Sources ...  6-4
  2890.              6.8 Linear Current Controlled Current Sources ...  6-4
  2891.              6.9 Linear Current Controlled Voltage Sources ...  6-4
  2892.              6.10 Independent Sources ........................  6-5
  2893.                   6.10.1 Pulse ...............................  6-6
  2894.                   6.10.2 Sinusoidal ..........................  6-6
  2895.                   6.10.3 Exponential .........................  6-7
  2896.                   6.10.4 Piece-Wise Linear ...................  6-7
  2897.                   6.10.5 Single-Frequency FM .................  6-7
  2898.  
  2899.           7. SEMICONDUCTOR DEVICES ...........................  7-1
  2900.              7.1 Junction Diodes .............................  7-2
  2901.              7.2 Bipolar Junction Transistors ................  7-2
  2902.              7.3 Junction Field Effect Transistors ...........  7-3
  2903.              7.4 MOSFETs .....................................  7-3
  2904.              7.5 MODEL Card ..................................  7-4
  2905.              7.6 Diode Model .................................  7-4
  2906.              7.7 NPN and PNP BJT Models ......................  7-5
  2907.              7.8 N and P Channel JFET Models .................  7-7
  2908.              7.9 N and P Channel MOSFET Models ...............  7-7
  2909.  
  2910.           8. SUBCIRCUITS .....................................  8-1
  2911.              8.1 SUBCKT Card .................................  8-1
  2912.              8.2 ENDS Card ...................................  8-2
  2913.              8.3 Subcircuit Calls ............................  8-2
  2914.  
  2915.  
  2916.  
  2917.  
  2918.  
  2919.                               SPICE INDEX Cont'd
  2920.                               __________________
  2921.                                                                Page
  2922.                                                                ----
  2923.           9. CONTROL CARDS ...................................  9-1
  2924.              9.1 TEMP Card ...................................  9-1
  2925.              9.2 WIDTH CARD ..................................  9-1
  2926.              9.3 OPTIONS Card ................................  9-2
  2927.              9.4 OP Card .....................................  9-3
  2928.              9.5 DC Card .....................................  9-4
  2929.              9.6 NODESET Card ................................  9-4
  2930.              9.7 IC Card .....................................  9-4
  2931.              9.8 TF Card .....................................  9-5
  2932.              9.9 SENS Card ...................................  9-6
  2933.              9.10 AC Card ....................................  9-6
  2934.              9.11 DISTO Card .................................  9-6
  2935.              9.12 NOISE Card .................................  9-7
  2936.              9.13 TRAN Card ..................................  9-8
  2937.              9.14 FOUR Card ..................................  9-9
  2938.              9.15 PRINT Card .................................  9-9
  2939.              9.16 PLOT Card ..................................  9-10
  2940.  
  2941.          10. APPENDIX A - EXAMPLE DATA DECKS ................. 10-1
  2942.              10.1 Circuit 1 .................................. 10-1
  2943.              10.2 Circuit 2 .................................. 10-1
  2944.              10.3 Circuit 3 .................................. 10-2
  2945.              10.4 Circuit 4 .................................. 10-2
  2946.              10.5 Circuit 5 .................................. 10-4
  2947.  
  2948.          11. APPENDIX B - NONLINEAR DEPENDENT SOURCES ........ 11-1
  2949.              11.1 Voltage Controlled Current Sources ......... 11-2
  2950.              11.2 Voltage Controllde Voltage Sources ......... 11-2
  2951.              11.3 Current Controlled Current Sources ......... 11-3
  2952.              11.4 Current Controlled Voltage Sources ......... 11-4
  2953.  
  2954.          12. APPENDIX C - BIPOLAR MODEL EQUATIONS ............ 12-1
  2955.              12.1 DC Model ................................... 12-1
  2956.              12.2 AC Model ................................... 12-2
  2957.              12.3 NOISE Model ................................ 12-3
  2958.              12.4 Temperature Effects ........................ 12-3
  2959.              12.5 Excess Phase ............................... 12-3