SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) は、UCB（カリフォルニア大学バークレー校）で開発されたアナログ電子回路シミュレータである。オリジナルのソースコードは、UCB より無料で公開されている。アナログ電子回路シミュレータは、回路方程式（連立非線形微分方程式）を解くプログラムに過ぎないが、各種の半導体デバイスの特性を表すモデル式が組み込まれているので、トランジスタやダイオードの特性を測定してモデル化すれば、実際に電子回路を製作しなくても設計した電子回路の詳細な特性を簡単に知ることができる回路設計には不可欠なツールである。

SPICEは、ソースコードが公開されているので、このプログラムを元に、シミュレーション精度・速度および操作性を高めた多くの商用シミュレータが開発された。現在、集積回路開発では、SPICEをベースとして開発された HSPICE（現在、Synopsys社が販売）が標準的に使用されている。本実習では、VLSI設計室にインストールされているHSPICEを使用する。基本操作や機能はUCBのSPICEと全く同じである。

アナログ電子回路シミュレータの「アナログ」というのは、電圧や電流などのアナログ量をシミュレーションできるということを指している。従って、アナログ回路とディジタル回路のどちらの開発でも使用される。

1.2.2　SPICE (HSPICE) の機能

SPICE を用いて、表1.1のような解析を実施できるが、本実習では、最も基本的なDC解析（電流-電圧特性）、TRAN解析（過渡応答特性）を行う。

表1.1　SPICEが行う解析の種類

SPICEでの名称	解析内容	主に対象となる回路形式
DC解析	直流特性解析	Analog/Digital
AC解析	交流小信号周波数特性解析	Analog
TRAN解析	時間領域過渡応答解析	Analog/Digital
SENS解析	デバイスパラメータ変動に対する感度解析	Analog/Digital
NOISE解析	デバイスが発生する雑音レベルの解析	Analog
TF解析	小信号伝達関数の解析	Analog
DISTO解析	歪みによる高調波の解析	Analog
FOUR解析	フーリエ解析、TRANと一緒に実行	Analog/Digital

1.2.3　SPICE (HSPICE) の実行に必用なデータ

SPICE は、入力情報として 1.ネットリスト、2.シミュレーション制御コマンド、3.デバイスモデルパラメータの3種類のデータを必要とする（表1.2）。通常、ネットリストとシミュレーション制御コマンドは1つのファイルに記述し、これをSPICE入力ファイルと呼ぶ。また、デバイスモデルパラメータを何種類かまとめて記述したファイル（通常、半導体メーカから供給される）をデバイスモデルライブラリと呼び、SPICE入力ファイルの中でこのファイルを呼び出すように指定する。

図1.1　SPICEシミュレーションにおけるデータの流れ

表1.2　SPICEの実行に必要な入力データの種類

データの種類	意味	記述場所
ネットリスト	部品（デバイス）の接続情報とデバイスの値（抵抗値、容量値、トランジスタの寸法など）	SPICE入力ファイル
シミュレーション制御コマンド	解析の種類、変数の範囲、パラメータの値指定など	SPICE入力ファイル
デバイスモデルパラメータ	半導体デバイスの特性を計算するために必要なパラメータ値	デバイスモデル・ライブラリ・ファイル

1.2.4　回路図エディタについて

小規模な回路では、ネットリストは便利な表記法であるが、少し大きい回路になると、人為的ミスが発生する恐れがある。このため、回路エディタというGUIにより回路図を入力するCADツールを使用するのが一般的だ。回路図エディタは、入力された回路図からシミュレータの入力形式であるネットリストを自動生成し、SPICE入力ファイルを作成する機能を持っている。しかし、本実習では回路図エディタを使用せず、ネットリストを直接編集する。ネットリスト記述には下記のような利点があるためだ。

• 本格的な回路図エディタを使いこなせるようになるには時間がかかる（集積回路工学第1の時間に扱う）
• 回路図エディタを使用すると、解説書からCopy & Pasteができないため、初心者はバグ発見に時間がかかる
• ネットリスト記述を理解すると、回路図エディタやシミュレータが内部で何を行っているのか理解できる
• ネットリスト形式の表現を理解していると、複数のCADベンダ製品間のデータ受け渡しが容易であるため、回路設計のプロには必須の知識である