Maîtriser la syntaxe des netlists SPICE : nommage, composants passifs/actifs, sources

Ce guide se concentre sur l'essentiel, mais SPICE offre un ensemble complet de fonctionnalités pour une simulation précise. L'aperçu suivant condense les règles de syntaxe clés et exemples pour écrire des netlists propres et sans erreur.

Chaque élément SPICE commence par un mot-clé à une lettre : R résistances, C condensateurs, L inductances, V sources de tension, I sources de courant, D diodes, Q transistors bipolaires, M MOSFETs, J JFETs, K couplages de transformateurs. Les caractères suivants identifient chaque instance. Les noms peuvent être toute séquence de 8 caractères alphanumériques max ; la casse est ignorée (r1 = R1). Au-delà de 8 caractères, le nom est tronqué, risquant des collisions. Exemple : rpulldown devient rpulldow.

SPICE supporte les préfixes métriques (convention légèrement différente du standard à cause des limites ASCII et insensibilité à la casse) :

• t – téra (10¹²)
• g – giga (10⁹)
• meg – méga (10⁶)
• k – kilo (10³)
• m – milli (10⁻³)
• u – micro (10⁻⁶)
• n – nano (10⁻⁹)
• p – pico (10⁻¹²)
• f – femto (10⁻¹⁵)

La notation scientifique est aussi supportée. Exemples résistances :

R1 1 0 2t   ; 2 TΩ
R2 1 0 4g   ; 4 GΩ
R3 1 0 47meg ; 47 MΩ
R4 1 0 3.3k ; 3.3 kΩ
R5 1 0 55m  ; 55 mΩ
R6 1 0 10u  ; 10 µΩ
R7 1 0 30n  ; 30 nΩ
R8 1 0 5p   ; 5 pΩ
R9 1 0 250f ; 250 fΩ
R10 1 0 4.7e3 ; 4.7 kΩ
R11 1 0 1e-12 ; 1 pΩ

Composants passifs

Condensateurs

C1 12 33 10u ; 10 µF
C1 12 33 10u IC=3.5 ; 10 µF avec 3.5 V tension initiale

Condition initiale (IC) définit la tension du condensateur au début de l'analyse DC ; si omise, défaut à zéro. Pour analyses transitoires, inclure la card .tran avec option UIC pour honorer les valeurs IC.

Inductances

L1 12 33 133m ; 133 mH
L1 12 33 133m IC=12.7m ; 133 mH avec 12.7 mA courant initial

IC spécifie le courant en ampères au démarrage DC. Analyses transitoires requièrent .tran avec UIC pour activer IC.

Couplage transformateur (k-devices)

K1 L1 L2 0.999 ; 99.9 % couplage entre L1 et L2

Facteurs de couplage strictement entre 0 et 1. L'ordre des inductances est indifférent.

Résistances

RLOAD 23 15 3.3k ; 3.3 kΩ entre nœuds 23 et 15

Puissances nominales non représentées ; tous composants traités comme idéaux sauf modélisation contraire.

Composants actifs

Chaque dispositif semi-conducteur doit être défini par une card .MODEL spécifiant ses caractéristiques. Paramètres omis = valeurs par défaut SPICE.

Diodes

D1 1 2 MOD1 ; diode utilisant modèle MOD1

Exemple modèle :

.MODEL MOD1 D ; modèle diode simple
.MODEL MOD2 D VJ=0.65 RS=1.3 ; diode avec tension jonction et résistance série

Paramètres clés : IS (courant saturation), RS (résistance jonction), N (coefficient émission), VJ (potentiel jonction), BV (tension claquage).

Transistors bipolaires (BJT)

Q1 2 3 0 MOD1 ; BJT utilisant modèle MOD1

Exemple modèle 2N2222 (NPN) :

.MODEL M2N2222 NPN IS=19f BF=150 VAF=100 IKR=.18
+ ISE=50p NE=2.5 BR=7.5 VAR=6.4 IKR=12m
+ ISC=8.7p NC=1.2 RB=50 RE=0.4 RC=0.4 CJE=26p
+ TF=0.5n CJC=11p TR=7n XTB=1.5 KF=0.032f AF=1

Pour PNP (2N2907) :

.MODEL M2N2907 PNP IS=1.1p BF=200 NF=1.2 VAF=50
+ IKF=0.1 ISE=13p NE=1.9 BR=6 RC=0.6 CJE=23p
+ VJE=0.85 MJE=1.25 TF=0.5n CJC=19p VJC=0.5
+ MJC=0.2 TR=34n XTB=1.5

Noms de modèles doivent commencer par une lettre. Listes de paramètres extensives dans The Spice Book d'Andrei Vladimirescu (ISBN 0-471-60926-9).

JFET

J1 2 3 0 MOD1 ; JFET utilisant modèle MOD1

Exemple modèle :

.MODEL MOD2 NJF LAMBDA=1e-5 PB=0.75

Paramètres : VTO (tension seuil), BETA (transconductance), LAMBDA (modulation longueur canal), capacités CGS, CGD.

MOSFETs

M1 2 3 0 0 MOD1 ; MOSFET utilisant modèle MOD1

Syntaxe modèle :

.MODEL MOD1 PMOS
.MODEL MOD2 NMOS LEVEL=2 PHI=0.65 RD=1.5
.MODEL MOD3 NMOS VTO=-1 ; mode déplétion N-canal
.MODEL MOD4 NMOS VTO=1  ; mode enrichissement N-canal
.MODEL MOD5 PMOS VTO=1  ; mode déplétion P-canal
.MODEL MOD6 PMOS VTO=-1 ; mode enrichissement P-canal

Le paramètre VTO distingue enrichissement de déplétion. VTO positif sur P-canal (ou négatif sur N-canal) = déplétion ; négatif (ou positif) = enrichissement.

Sources de tension et courant

Sources de tension AC sinusoïdales (avec .AC)

V1 1 0 AC 12 SIN
V1 1 0 AC 12 240 SIN ; 12 V à 240° phase

Utilisez cette forme quand toutes sources partagent la fréquence mais diffèrent en phase. Pour fréquences multiples, syntaxe alternative.

Sources de tension AC sinusoïdales (sans .AC)

V1 1 0 SIN(0 12 60 0 0)

Paramètres : offset (biais DC), voltage (crête), freq (Hz), delay (phase en secondes), damping (amortissement).

Sources de tension DC

V1 1 0 DC ; source DC définie par card .DC
V1 1 0 DC 12 ; 12 V DC explicite

Avec card .dc, sources doivent avoir mot-clé DC. Sinon, tension directe.

Sources de tension impulsionnelles

V1 1 0 PULSE(-3 3 0 0 0 10m 20m)

Génère onde carrée entre –3 V et +3 V, fronts nulles, période 20 ms, cycle 50 %.

Sources de courant AC sinusoïdales (avec .AC)

I1 1 0 AC 3 SIN
I1 1 0 AC 1m 240 SIN ; 1 mA à 240° phase

Sources de courant AC sinusoïdales (sans .AC)

I1 1 0 SIN(0 1.5 60 0 0)

Sources de courant DC

I1 1 0 DC ; définie par .DC card
I1 1 0 DC 12 ; 12 A DC explicite

Note : Dans SPICE, le premier nœud spécifié est le nœud négatif ; le courant va du négatif vers le positif.

Sources de courant impulsionnelles

I1 1 0 PULSE(-3m 3m 0 0 0 17m 34m)

Onde carrée entre –3 mA et +3 mA, période 34 ms, cycle 50 %.

Sources de tension dépendantes

E1 2 0 1 2 999k

Crée un suiveur de tension à gain élevé 999 k. Sources dépendantes ne chargent pas le nœud d'entrée ; prudence dans boucles de rétroaction.