SPICE ( Simuleringsprogram med Integrated Circuit Emphasis ) är en elektronisk kretssimulator för allmänt bruk med öppen källkod . Det är ett kraftfullt program som används vid design av både integrerade kretsar och kretskort för att kontrollera kretsens integritet och analysera dess beteende.
Integrerade kretsar, till skillnad från tryckta kretskort, är praktiskt taget inte mottagliga för prototyper före produktion. Dessutom leder den höga kostnaden för att skapa fotolitografiska masker och andra steg i halvledartillverkning till behovet av mycket noggrann design och verifiering. Kretssimulering med SPICE är en vanlig metod inom halvledarindustrin för att verifiera funktionen av en krets på transistornivå (innan den implementeras i kisel).
För kretskort, speciellt med låg komplexitet, är det möjligt att utföra prototypframställning. Men på en breadboard kanske vissa kretsegenskaper inte är korrekta jämfört med det slutliga kortet. Till exempel på en brödbräda kommer de tryckta spåren att ha olika parasitmotstånd och kapacitanser. Sådana falska element kan ofta utvärderas med SPICE-simulering.
SPICE utvecklades vid Electronics Research Laboratory vid University of California i Berkeley av Laurence Nagel och hans handledare, professor Donald Pederson . SPICE1 baserades till stor del på det tidigare CANCER-programmet [1] skrivet av Lawrence med en annan handledare, Prof. Ronald Rohrer. Namnet på programmet stod för "Computer Analysis of Nolinear Circuits, Excluding Radiation" (Computer Analysis of non-linear circuits, exclusive radiation), som var en referens till den relativa friheten vid University of Berkeley på 1960-talet [2] . På den tiden utvecklades de flesta elektroniska kretssimulatorer under bidrag och kontrakt från det amerikanska försvarsdepartementet , ett av kraven var förmågan att bedöma effekten av strålning på kretsarnas funktion (Se Strålningshärdning ). Efter att ha bytt handledare var Nagel tvungen att skriva om den egenutvecklade CANCER så att det nya programmet kunde släppas till det offentliga och därmed överföra det till det offentliga. [3]
SPICE1 presenterades första gången vid en konferens 1973. [4] Programmet skrevs på FORTRAN-språket och använde kretsanalys med nodalpotentialmetoden för att konstruera kretsekvationer. Metoden med nodpotentialer hade begränsningar i arbetet med induktanser, växelspänningskällor och med olika alternativ för styrda ström- och spänningsgeneratorer. I SPICE1 fanns ett litet antal element tillgängliga, programmet använde transientanalys med ett fast tidssteg. Populariteten kom till den andra versionen av programmet, SPICE2 [5] 1975. Den skrevs också i FORTRAN, men hade fler element, tillåts ändra tidssteget i analysen av transienta processer, kretsekvationer formulerades med den modifierade nodalpotentialmetoden ( modifierad nodalanalys ) [6] , vilket eliminerade begränsningarna för nodalpotentialmetod. Den senaste versionen av SPICE skriven i FORTRAN är 2G.6 (1983). Nästa version, SPICE3 [7] , utvecklades av Thomas Quarles 1989. Den är skriven i C , använder samma nätlistformat och stöder visualisering i X Window System .
Från tidiga versioner har SPICE varit programvara med öppen källkod, vilket har bidragit till dess utbredda användning och användning. SPICE har blivit industristandarden för simulering av elektriska kretsar [8] . SPICE-källkoderna distribuerades av universitetet till nominellt värde (priset för ett band). Licensen inkluderade ursprungligen villkor som begränsar överföringen av koden till vissa icke-USA-vänliga länder, men programmet distribueras för närvarande under villkoren för BSD-licensen .
SPICE har fungerat som grunden för utvecklingen av många andra kretssimuleringsprogram, både i den akademiska och industriella miljön. Den första kommersiella versionen är ISPICE, [9] ( National CSS ). De mest framträdande kommersiella versionerna av SPICE är HSPICE (ursprungligen Meta Software, nu Synopsys ) och PSPICE (nu Cadence Design Systems ). Akademiska versioner av programmet: XSPICE ( Georgia Tech , med stöd för blandade A/D-modeller) och Cider (tidigare CODECS, UC Berkeley och Oregon State Univ.; med stöd för halvledarenheter). Den integrerade kretsdesignindustrin var tidiga användare av SPICE, och före utvecklingen av kommersiella implementeringar hade många chipdesignföretag sina egna proprietära versioner av SPICE. [10] För närvarande utvecklar stora chiptillverkare sina egna simuleringsprogram baserade på SPICE. Till exempel ADICE från Analog Devices , LTspice från Linear Technology , Mica från Freescale Semiconductor , TISPICE från Texas Instruments .
2011 tillskrevs framväxten av SPICE till IEEE Milestone [ 11] och noterade att SPICE och dess derivat har blivit en integrerad del av designen av nästan alla integrerade kretsar.
SPICE blev populärt eftersom det stödde analys och innehöll de modeller som behövdes för design av dåtidens integrerade kretsar, samtidigt som det var tillräckligt snabbt för praktisk användning. [12] Föregångarna till SPICE hade ofta bara ett syfte, till exempel BIAS [13] tillät att beräkna moden för bipolära transistorer; SLIC [14] utförde liten signalanalys. SPICE kombinerade flera analyslägen och ett ganska omfattande bibliotek av enhetsmodeller.
SPICE2 inkluderar:
SPICE2 accepterar nätlistor i textform som indata och producerar line-printer listor som ett resultat av sitt arbete. Ett sådant program var typiskt för 1975. Listorna är antingen kolumner med siffror som motsvarar de beräknade utgångsparametrarna (oftast strömmar och spänningar), eller var en bild av tecken ( ASCII art ). SPICE3 behöll nätlistformatet för kretsbeskrivningar, men tillät att analysen kontrollerades via ett kommandogränssnitt ( CLI ). SPICE3 introducerade också grundläggande schematiska ritalternativ i X Windows grafiska miljö när Unix och arbetsstationer blev mer populära.