有的时候我们在做Spectre trans瞬态仿真时，也许会遇到不收敛的情况，log上面print出来的time step越来越小，甚至可能是10e-18的级别，导致仿真无法结束，这是怎么回事呢？

一、不收敛的原因

在Cadence的官方文档Spectre® Classic Simulator, Spectre APS, Spectre X, and Spectre XPS User Guide中可以找到这样一段话：

也就是说，当电路中存在较为理想或者简单的模型时，可能会产生边沿十分陡峭的翻转信号，即非常迅速的跳变，这时trans就有可能不收敛。

二、step越来越小的原因

一般来说有两种情况会造成瞬态仿真的step size越来越小，最终造成无法收敛的结果。

1. 如果非线性电容的模型是不连续的，在使用Newton-Raphson算法求解时，有可能会陷入类似过拟合而无法收敛的情况，即步长越来越小，但是对收敛没有任何帮助(要求解的值并不在附近)。这种不连续的模型在电路仿真中很常见。比如理想电容模型、Verilog-A行为级模型等等。
2. 仿真波形出现跳变。这种情况主要出现在存在正反馈的简单/理想电路模型中，比如relaxation oscillator和Schmitt trigger。当电路中包含没有到地电容的节点时，该节点的电压将会出现跳变。由于信号边沿变化就是一瞬间的事情，斜率太大了，这时即使simulator缩小仿真步长也无法将前一个时间点带入当前时间点的收敛区间，最终将陷入step越来越小但算法却不收敛的现象。实际电路设计中，不会存在这种斜率无穷大的跳变现象，因此simulator对于这种跳变的建模也并不能保证正确。

三、解决方法

3.1 step太小的解决方法

在Spectre中，数值积分误差是由瞬态控制参数“Iteratio”决定的，即Spectre trans仿真的主要时间步长控制机制由Iteratio决定。对于一个time step，如果数值积分误差太大，那么这个time step就会被放弃，并且将会产生一个更小的tiem step作为新的time step。如果这个新的time step同时满足数值积分误差要求和DC收敛要求，那么Spectre将以改time step继续进行仿真。
为了确定步长太小的原因，如下图所示，首先将Iteratio设置为1e+9（一个很大的正数），然后重新运行仿真。

1. 如果新的仿真没有再出现time step极小的情况，就说明之前的问题是由数值积分误差太大造成的。放松Iteratio可以降低数值积分误差要求。这种情况下解决方法就是使用不同的数值积分方法，比如traponly活或者gear2等等。
   
   

2. 如果新的仿真仍然还是出现了time step极小的情况，那么就说明之前的问题是由于DC不收敛造成的。解决方法是先找到Spectre log中的非收敛节点、波形不连续性的节点或者非常小的LC时间常数。可以将"maxiters"瞬态控制参数设置为一个较大的值，可以加大收敛的可能性。
   注意：在确定了步长太小的原因之后，要记得把Iteratio恢复到原来的缺省值。

3.2 trans 仿真不收敛的方法

下面来说一下在Spectre中trans如果不收敛，可以有哪些方法可能解决它。主要围绕两个思路，一个是减小非线性电容模型的不连续性，另一个是消除仿真波形中的跳变。

1. 对于非线性器件，使用带有寄生电容的电路模型来避免仿真波形中的跳变。比如在MOS管模型中指定非零的源极和漏极面积。
2. 设置transient options中的cmin参数，保证每个节点都会有一个小电容到地，从而延长信号边沿变化的时间，这可以解决掉大部分的波形跳变问题，并且一般不会影响电路的功能。
   
3. 不要定义可能带来不连续性、跳变的非线性模型，应当对这种模型进行优化。
4. 放宽lteratio和reltol参数的容差值。
   修改reltol的菜单如下，默认值为1e-3，减小可以收紧trans，得到更精确的结果，但是面对突变的情况越有可能不收敛。每次修改完，记得仿真完之后改回默认值。
   

6. 将stimulus设置成一个ramp，比如VDD上电时，不要是理想跳变，可以加入一个延时。

另外关于trans仿真的一些tips：
7. 跑瞬态的时候设置step size是一个比较好的习惯，可以加大收敛的可能性。
8. 如果对Spectre中的一些仿真选项不是很明白，可以通过spectre -h options命令来获取各个参数选项的帮助文档。
9. verilog-A模块输出模拟信号时，尽量采用transition设置一定延时。