🛠️ 03_ngspice_setup

ngspice セットアップ（詳細版）
ngspice Setup for Circuit Simulation (Enhanced Version)

📘 概要｜Overview

本節では、Sky130 デバイス特性解析・CMOS インバータ・アナログ回路の
シミュレーションに必須となる ngspice を Windows / WSL / Linux で
確実に動作させるためのセットアップ手順をまとめます。

This section outlines how to properly install and configure ngspice
for Sky130 device analysis and circuit simulations on Windows / WSL / Linux.

✅ 1. ngspice の入手｜Download ngspice

OS	ダウンロードリンク / Link
Windows	https://sourceforge.net/projects/ngspice/files/
Linux	`sudo apt install ngspice`
macOS	`brew install ngspice`

✅ Windows の推奨版

ngspice-45_64bit → Spice64/bin/ngspice.exe

✅ 2. PATH 設定（Windows）｜Add to PATH (Windows)

以下を PATH に追加：

C:\Users\<User>\Downloads\ngspice-45\Spice64\bin

確認：

ngspice -v

✅ 3. Sky130 モデルファイル読み込み｜Load Sky130 Models

Sky130 PDK の SPICE モデルを include：

.include "/pdks/sky130A/libs.tech/ngspice/sky130.lib.spice"

特定デバイス例：

.include "/pdks/sky130A/libs.tech/ngspice/models/sky130_fd_pr__nfet_01v8.spice"

✅ 4. サンプル動作テスト｜Quick Simulation Test

inverter.cir を作成：

* CMOS Inverter Test
.include "/pdks/sky130A/libs.tech/ngspice/sky130.lib.spice"

Vdd vdd 0 1.8
Vin in 0 PULSE(0 1.8 1n 0.1n 0.1n 5n 10n)

XM1 out in vdd vdd sky130_fd_pr__pfet_01v8 L=150n W=1u
XM2 out in 0   0   sky130_fd_pr__nfet_01v8 L=150n W=1u

.tran 0.05n 20n
.control
run
plot v(in) v(out)
.endc
.end

実行：

ngspice inverter.cir

✅ 5. CLI / GUI の違い｜CLI vs GUI

実行ファイル	説明 / Description
`ngspice.exe`	GUI（波形表示あり）
`ngspice_con.exe`	CLI（スクリプト実行向け）

✅ 6. Windows × WSL 統合利用｜Using ngspice with WSL

WSL2 内でも ngspice は動作：

sudo apt install ngspice
ngspice test.cir

VS Code Remote-WSL による統合が推奨。

✅ 7. Mermaid 図で理解｜Environment Diagram

graph TD
    A[📥 Download ngspice] --> B[🛠 Install & PATH]
    B --> C[📁 Sky130 SPICE Models]
    C --> D[🧪 Run Simulation]
    D --> E[📊 Plot Waveforms]

    style A fill:#e3f2fd,stroke:#1565c0,stroke-width:2px
    style B fill:#f1f8e9,stroke:#2e7d32,stroke-width:2px
    style C fill:#fffde7,stroke:#f9a825,stroke-width:2px
    style D fill:#fce4ec,stroke:#c2185b,stroke-width:2px
    style E fill:#ede7f6,stroke:#4527a0,stroke-width:2px

✅ 8. チェックリスト｜Setup Checklist

項目 / Item	OK?
ngspice インストール	✅
GUI / CLI 起動確認	✅
Sky130 モデル include 成功	✅
サンプル回路が動作	✅
波形のプロット成功	✅

✅ 9. トラブル対処｜Troubleshooting

⚠️ モデルが見つからない

→ .include の絶対パスを指定する。

⚠️ GUI が起動しない

→ ngspice.exe ではなく ngspice_con.exe を呼んでいる。

⚠️ 波形が線しか出ない

→ MOS 電流は @m.xm1.msky130...[id] ではなく
plot -vd#branch vs v(d) を使う。

👤 Author

三溝真一（Shinichi Samizo）
GitHub: https://github.com/Samizo-AITL