原创：Ultrasim用法（待续）

lsh0211

简单写一下一般用法,有时间再整理一下,参考：cadence Ultrasim用户手册。

6 i( B. R8 ^8 E- {介绍
    ultrasim是cadence的fast spice晶体管级仿真器。采用模型简化、模型表格化、矩阵分割、事件驱动技术、多速率仿真等技术的ultrasim是传统spice的速度的10X－ 10000X,而精度仅仅相差1％－5%,容量提高到数十亿器件（传统spice仅为50k）。

用法1
ultrasim已经完全集成在cadence ADE（旧称artist）环境中,同spectre一样可以方便的调用,并提供图形界面的各个选项,具体可参考相关手册,本文重点讲述其命令行的方式使用。

5 |/ A$ I- ]  E  k6 P' o3 z用法2
/ P3 F& q; I6 N6 o$ y$ i1。在终端输入:
( ^& i0 R! T; ]            ultrasim xx.sp
! C0 W  y( X2 n' e! `: h            ultrasim -spectre xx.scs
* L0 G" w4 i. k; M! [- j             ultrasim  -vlog xx.v
' x0 r  T! i) ]8 j+ @$ `# x0 b    以上分别表示仿真xx.sp文件（netlist是hspice格式）,xx.scs（netlist是spectre格式）,xx.v（netlist是verilog格式）
5 j, b0 ]6 E3 v2 z" f% r    其中的ultrasim命令可以换成64bit的ultrasim64（要有64bit机器硬件与64bit OS以及64bit ultrasim的支持）,64bit ultrasim可以访问超过4G的内存。
) L$ J9 u/ e8 M  Q8 R9 U. `% R& z    还有一些其他选项,读者自己看吧
6 D# ]3 V9 l  B+ u$ B
2。 ultrasim的仿真模式。 根据对精度和速度要求的不同,ultrasim分为6种不同的仿真模式,分别是digital fast/digital accurate/mixed singal/analog Multi rate/analog mode/spice mode,在option选项种分别称为df da ms amr a  s .
7 Y9 r3 U0 Z+ y3 J* s1 K    6种模式：数字加速、数字精度、混合信号、模拟多比率、模拟、spice 在精度上不断提高,而在速度上逐渐降低。其中df/da模式适用于数字电路（数字逻辑电路、门电路、触发器、ROM、RAM等）仿真,不要把这两种模式用于模拟电路仿真。
" W9 G$ F. d( |6 d    df采用线型化的模型,与da模式相比,速度得到提升,但以我的经验,效果并不明显。
: w3 K- t- j% W7 z. S/ A  g    如果在option没有设置,默认是MS模式,兼顾精度与速度。
/ w  F( v" l1 W% G2 n1 q9 t7 Z    AMR模式不能“本地化”(local)使用,就是说AMR模式只能用于整个电路而不能针对某一个模块使用,这点后面会有讲解。
    据我的经验,a模式通常是hspice的1.5∼3.5倍速率,s模式通常可能低于hspice的速度,但精度低于hspice,因此,s模式很少用到。

% Z0 J2 J* J* _, S5 j$ b3。option中,仿真模式的设置。如下,在xx.sp文件内容如下：
1 H9 W( a& v( S" c
* test
***************************
) q6 T5 O- a) h" ^* ~.usim_opt sim_mode=da xi1 xi2 #dff
; p  X! y( {$ d4 F$ t( A.usim_opt sim_mode=a xi5 #driver @pmos2
.usim_opt wf_format=wdf
*******************
0 m' n( o  a' d.option post=1
.inc 'netlist'
! ]; A7 R. ?, ]0 N. O.lib 'xx.lib' tt
9 I' Z6 I/ z; }1 m, y. ~
( K* D$ A( H# C, fvxx xx gnd 5
6 {3 P; F9 G# W4 x0 v( L0 V····
7 A, P# ]5 G8 I! [····
/ c1 a0 z8 M9 |. p2 Y' t( e
.tran 1u 1m
.probe v(net*) depth=2
.probe v(xi1.mp5)
+ ~6 Q* q6 H; G# U1 i.end
+ P* V- [" ?" t. D5 `
* y4 Q" v' Q7 ?5 {    解释下,大家就清楚了：与hspice相比,ultrasim增加 .usim_opt作为options,前面的3个option分别表示：把子电路xi1 xi2 和cell（名称为dff的所有子电路） dff 设置为da仿真模式; 把xi5、cell driver、model pmos2（用到模型名称为pmos2的的mos管）设置为a模式; 生成的波形文件格式wdf。
    倒数第二第三的probe分别表示：输出顶层和第二层以net开头的线网波形; 输出子电路xi1 下面的编号为mp5的mos管电流波形。
6 x4 v2 [9 u! ~+ k* @7 a6 F    上面提到AMR模式不能本地化,也就是不能以 .usim_opt sim_mode=amr xi55 #dffr 等用于子电路和cell。

lsh0211

3。关于波形文件格式的设置。
    ultrasim支持以多种波形文件格式存储波形,主要有：psf sst2 fsdb wdf,默认的波形文件格式是psf（cadence的awd和新的wavescan都可以打开）。sst2是cadnce新的压缩波形文件格式,据称生成的波形文件最小,可以使用cadence的wavescan和simvision打开;fsdb是debussy开发的可以使用其nwave打开,生成的波形文件也比较小;wdf是sandwork开发的文件格式,感觉和fsdb的文件大小差不多,一般是hspice生产的.tr# 格式文件大小的1/3或更小 。 好像记得debussy和sandwork现在都被cadence的竞争对手synopsys收购了。其中sandwork的spice explorer（或称waveview analyzer）支持psf .tr#  fsdb wdf .dat(pspice) wdb 几乎所有主流的格式,功能十分强大,遗憾的是不支持sst2！现在被synopsys收购了,可能更不容易实现sst2的支持了。
    好了,根据自己使用的波形工具选择生成的波形文件类型吧。
    .usim_opt wf_format=wdf
    把输出波形生产wdf格式,如果有多条语句,那么讲同时生产不同的波形文件。
  d  P( L8 K4 y9 _
( u4 X: T' f6 C$ L
' u" W8 [' h9 X7 \, `    其他波形选项:
    .usim_opt dump_step=100n 每100ns,把仿真的波形数据从内存写入磁盘
2 C) B! N, a' ~$ n( @) J5 D/ }, Y3 P    .usim_opt wf_filter=0 不要虑掉任何波形数据（主要用于精度很高的电路）
    其他选项就不详述了

lsh0211

4。公差容忍度设置
( }2 B' U: Q, H4 n4 P, D    speed可以设置总的公差容忍度tol（tol也可以单独设置）,tol包括电压、电流等所有的公差容忍度之和。
  U" g8 Z, T9 V3 z; {, ^    .usim_opt speed=2 设置tol=0.001,比较高的精度！
5 W% {- n+ ]3 J+ @/ w. p: ]2 v5 x    .usim_opt speed=1 #vco 对vco cell使用0.0001的tol
    speed＝1,2,3,4,5,6,7,8对应的tol分别是0.0001 ,0.001,0.0025,0.005,0.02,0.02,0.04,0.07,精度以此降低。
! F7 |) w/ I  R, q    通常,如果精度要求不是很高,可以采用默认设置,而无需设置这一项。
    tol还与解矩阵方程的收敛性有关,然而,我还从来没有碰到ultrasim不收敛的时候！！
: s! u9 A! Z+ T! r8 `( S; @    再强调一点：精度设置的越高,相应的速度越低！
  v9 ?3 {' l3 e( s" c
5.矩阵分割设置
' C& Q* Z4 G* A# g5 `8 [    ultrasim把大的电路矩阵分割成小的矩阵,以加快仿真速度,但同时会损失一些精度。analog选项用来控制矩阵分割的大小。
    .usim_opt analog=2 xi9 设置xi9中电路analog＝2
    对这一选项,没有多大研究,通常我也采用默认的。
    以下是推荐的用法
. S3 H$ x5 G, G' W+ O7 h" Y
/ k5 S+ \# h; c! a* l6 z& k) B3 Zanalog = 0 Digital and memory circuits
6 Y7 ]5 Y* y  R. B, l4 Nanalog = 1 Digital, memory, and mixed signal circuits (default)
analog = 2 Mixed signal, analog, and RF circuits
analog = 3 Analog and RF circuits
analog = 4 Mixed signal circuits (high sensitivity)