A SPICE ( szimulációs program integrált áramkör kiemeléssel ) egy nyílt forráskódú, általános célú elektronikus áramkör- szimulátor . Ez egy hatékony program, amelyet mind az integrált áramkörök , mind a nyomtatott áramköri lapok tervezésénél használnak az áramkör integritásának ellenőrzésére és viselkedésének elemzésére.
Az integrált áramkörök, a nyomtatott áramköri lapokkal ellentétben, gyakorlatilag nem alkalmasak prototípus készítésére a gyártás előtt. Ezenkívül a fotolitográfiai maszkok létrehozásának és a félvezetőgyártás egyéb lépéseinek magas költsége nagyon gondos tervezést és ellenőrzést tesz szükségessé. A SPICE-vel végzett áramkör-szimuláció elterjedt módszer a félvezetőiparban az áramkör tranzisztor szintű működésének ellenőrzésére (mielőtt szilíciumban implementálják).
Nyomtatott áramköri kártyák esetében, különösen az alacsony összetettségűeknél, lehetőség van prototípus készítésére. A kenyérsütőtáblán azonban előfordulhat, hogy egyes áramköri tulajdonságok nem pontosak a végső kártyához képest. Például egy kenyérsütőtáblán a nyomtatott sávok eltérő parazita ellenállással és kapacitással rendelkeznek. Az ilyen hamis elemek gyakran kiértékelhetők SPICE szimulációval.
A SPICE- t Laurence Nagel és témavezetője, Donald Pederson professzor fejlesztette ki a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem Elektronikai Kutatólaboratóriumában . A SPICE1 nagyrészt a korábbi RÁK programon [1] alapult, amelyet Lawrence írt egy másik témavezetővel, Prof. Ronald Rohrerrel. A program neve a "Computer Analysis of Nonlinear Circuits, Excluding Radiation" (Nemlineáris áramkörök számítógépes analízise, a sugárzást nem számítva) rövidítése volt, ami a Berkeley Egyetem relatív szabadságára utalt az 1960-as években [2] . Abban az időben a legtöbb elektronikus áramkör-szimulátort az Egyesült Államok Védelmi Minisztériumától kapott támogatások és szerződések alapján fejlesztették ki , amelyek egyik követelménye az volt, hogy értékelni lehessen a sugárzás hatását az áramkörök működésére (lásd: Sugárzás keményítése ). A felügyelők cseréje után Nagelnek át kellett írnia a védett RÁK-t, hogy az új program nyilvánosságra kerülhessen, így átkerüljön a közkincsbe. [3]
A SPICE1-et először 1973-ban mutatták be egy konferencián. [4] A program FORTRAN nyelven íródott, és a csomóponti potenciál módszerrel végzett áramkörelemzést használta az áramköri egyenletek megalkotásához. A csomóponti potenciálok módszerének korlátai voltak az induktivitásokkal, váltóáramú feszültségforrásokkal és a szabályozott áram- és feszültséggenerátorok különféle lehetőségeivel való munkavégzés során. A SPICE1-ben kevés elem állt rendelkezésre, a program tranziens elemzést alkalmazott fix időlépéssel. A program második verziója, a SPICE2 [5] 1975-ben vált népszerűvé. Ez is FORTRAN nyelven íródott, de több elemet tartalmazott, lehetővé tette az időlépés megváltoztatását a tranziens folyamatok elemzésében, az áramköri egyenleteket módosított csomóponti potenciál módszerrel ( módosított csomópont-analízis ) [6] fogalmazták meg , ezzel kiküszöbölve a korlátokat csomóponti potenciál módszer. A SPICE legújabb, FORTRAN nyelven írt verziója a 2G.6 (1983). A következő verziót, a SPICE3-at [7] Thomas Quarles fejlesztette ki 1989-ben. C nyelven íródott, ugyanazt a netlist formátumot használja, és támogatja a megjelenítést az X Window Systemben .
A SPICE a korai verzióktól kezdve nyílt forráskódú szoftver volt, amely hozzájárult annak széles körű elterjedéséhez és használatához. A SPICE az elektromos áramkör-szimuláció iparági szabványává vált [8] . A SPICE forráskódokat az egyetem névértéken (kazetta árán) terjesztette. A licenc eredetileg olyan feltételeket tartalmazott, amelyek korlátozták a kód átvitelét bizonyos nem USA-barát országokra, de a program jelenleg a BSD licenc feltételei szerint kerül terjesztésre .
A SPICE számos más áramkör-szimulációs program kifejlesztésének alapjául szolgált, mind akadémiai, mind ipari környezetben. Az első kereskedelmi verzió az ISPICE, [9] ( National CSS ). A SPICE legjelentősebb kereskedelmi verziói a HSPICE (eredetileg Meta Software, most Synopsys ) és a PSPICE (ma Cadence Design Systems ). A program akadémiai verziói: XSPICE ( Georgia Tech , vegyes A/D modellek támogatásával) és Cider (korábban CODECS, UC Berkeley és Oregon State Univ.; félvezető eszközök támogatásával). Az integrált áramkör-tervező ipar a SPICE korai alkalmazója volt, és a kereskedelmi megvalósítások kifejlesztése előtt sok chiptervező cég rendelkezett saját, szabadalmaztatott SPICE-verzióval. [10] Jelenleg a nagy chipgyártók saját szimulációs programjaikat fejlesztik a SPICE-re alapozva. Például ADICE az Analog Devices -től , LTspice a Linear Technology -tól, Mica a Freescale Semiconductortól , TISPICE a Texas Instruments -től .
2011-ben a SPICE megjelenését az IEEE Milestone -nak tulajdonították , [11] megjegyezve, hogy a SPICE és származékai szinte minden integrált áramkör tervezésének szerves részévé váltak.
A SPICE azért vált népszerűvé, mert támogatta az elemzést és tartalmazta a korabeli integrált áramkörök tervezéséhez szükséges modelleket, miközben elég gyors volt a gyakorlati használatra. [12] A SPICE elődeinek gyakran csak egy célja volt, például a BIAS [13] lehetővé tette a bipoláris tranzisztorok üzemmódjainak kiszámítását; A SLIC [14] kis jel elemzést végzett. A SPICE több elemzési módot és egy meglehetősen kiterjedt eszközmodell-könyvtárat kombinált.
A SPICE2 a következőket tartalmazza:
A SPICE2 elfogadja a netlistát szöveges formában bemenetként, és munkája eredményeként sornyomtató listákat állít elő. Egy ilyen program 1975-re volt jellemző. A listák vagy oszlopok a számított kimeneti paramétereknek (leggyakrabban áramok és feszültségek) megfelelő számokkal, vagy karakterek képei ( ASCII art ). A SPICE3 megtartotta a netlist formátumot az áramkörök leírásához, de lehetővé tette az elemzés irányítását parancsinterfészen ( CLI ) keresztül. A SPICE3 az X Window grafikus környezetben is bevezette az alapvető sematikus rajzolási lehetőségeket, ahogy a Unix és a munkaállomások népszerűbbé váltak.