原子核実験セミナー
１学期 第１回平成１４年４月１５日（月）

Spice入門
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１-１ 簡単な回路の記述とシミュレーション

抵抗分割回路の例

回路記述ファイル（例えばsimple.cir）は適当なエディター（muleやviなど）で作成する。
回路の記述は、 

   Simple Devider Circuit
   Vs 1 0 5
   R1 1 2 2k
   R2 2 0 3k
   .END

となる。
要点は以下の通り。

  1. 第１行はタイトル行。最終行は.end文。 （必須！）

  2. 第２行は直流電源Vs。ノード（結節点）＃０（アース：0V）とノード＃１（+5V）に接続。

    一般形
    Vname+node-nodevalue
    名前ノード番号(+端子）ノード番号（-端子）電圧値（絶対値）

  3. 第３行は抵抗R1。ノード（結節点）＃１とノード＃２に接続。

    一般形
    Vname+node-nodevalue
    名前ノード番号(+端子）ノード番号（-端子）抵抗値

  4. 第４行は抵抗R2。ノード（結節点）＃２とノード＃０に接続。

回路のシミュレーション

この回路のシミュレーションを行なうには
%spice < simple.cir ←Unixコマンド
とする。画面に各ノードの電圧や回路を流れる電圧などがシミュレーション 結果として、例えば

*******04/15/02 ***spice 2g.6    3/15/83 ********21:46:38*
simple devider circuit                                                         
****input listing              temperature =  27.000 deg c
**********************************************************
 vs 1 0 5
 r1 1 2 2k       
 r2 2 0 3k       
 .end    
*******04/15/02 ***spice 2g.6    3/15/83 ********21:46:38*
simple devider circuit                                                         
****small signal bias solution temperature =  27.000 deg c
**********************************************************
 node   voltage     node   voltage
(  1)    5.0000    (  2)    3.0000
    voltage source currents
    name       current
    vs       -1.000E-03
    total power dissipation   5.00E-03  watts
 node   voltage     node   voltage
(  1)    5.0000    (  2)    3.0000
    voltage source currents
    name       current
    vs       -1.000E-03
    total power dissipation   5.00E-03  watts
        job concluded
        total job time            0.00
のように表示される。
画面が早くスクロールして見にくい場合は、
%spice < simple.cir | more ←Unixコマンド
とすれはよいだろう。
＊＊注意 spiceのバージョンが古い場合、上の記述 ファイルではエラーが出る場合がある。
古いバージョンでは、 
    Simple Devider Circuit
    Vs 1 0 5
    R1 1 2 2k
    R2 2 0 3k
    .DC 5 5 0.1
    .PRINT DC V(1) V(2)
    .END
のように、解析/印刷の方法を具体的に指定する必要がある。


１-２ Spiceの基礎

記述ファイルの構造

記述ファイルは一種のプログラムになっている。プログラムの書式は

タイトル文回路の名称や機能を記述
データ文（複数）回路の構造を記述
制御文（複数）回路のシミュレーション／分析／出力を記述
.end文記述の終了

となる。

新しいバージョンでは、制御文を省略してもある程度の結果が出力される。


１-３ 標準回路素子

電源と電流源

回路素子 データ文の書式
直流電源 Vname +node -node Value
直流電流源 Iname In_node Out_node Value
電圧制御直流電源 Ename +node -node +control_node -control_node gain
正弦波交流電源 Vname +node -node SIN offset amplitude frequency
矩形波／三角波交流電源 Vname +node -node PULSE init +peak delay rise_time fall_time width period
位相制御正弦波交流電源 Vname +node -node ac magnitude phase(in degrees)

受動素子

回路素子 データ文の書式
抵抗 Rname +node -node value
コンデンサ Cname +node -node value
インダクタンス Lname +node -node value


１-４ 記述の仕方

基本ルール

  1. ファイル名： 拡張子 ".cir"を持つ。

  2. 文の順序： タイトル文で始まり、.end文で終る。 データ文と制御文はある程度自由に配置してよいが、データ文-制御文というふうにまとめた方が分かり易い。

  3. コメント文： 文頭にアスタリスク（*）のある行はコメント文。また、命令文の後にセミコロン（;）を置いて注釈を自由に書くことができる。例えば、 
          * define voltage sources
      Vs1 1 0 10  ; a voltage source #1 10V
      Vs2 1 2  5  ; a voltage source #2  5V

  4. 継続行： 第一桁がプラス（+）の文は先行文の継続行とみなされる。例えば、 

          R1 1    0
      + 10k

  5. 大文字／小文字： 区別しない。

  6. 区切り文字： 空白、タブ、コンマはすべて区切り文字として使える。例えば、
          Vin 1,0,10 と Vin 1 0 10
    は同じもの。

  7. 設定値と単位： MKSA単位系（V, A, Ω, F, H）を使い、設定値は小数形式（例えば0.1234） あるいは指数形式（例えば1.5e-3）で表す。 標準単位には以下の省略記号を用いる。 
          pico =>p		Kilo=>k
      nano =>n		Mega=>meg (*not M)
      micro=>u 		Giga=>g
      milli=>m

  8. 符号の取り方： 電圧は第２ノードに対する第１ノードの値（相対値）。電流は第１ノードから 第２ノードへの流れの値。

  9. ノード番号： 第０ノードはアース。他は自由に指定してよい。

  10. 電位差： ノード＃２に対するノード１の電位はV(node1,node2)。

  11. 浮動ノードの禁止： すべてのノードは２個以上の回路素子に接続していなければならない。