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第6章電路仿真 6 1仿真元器件庫 6 2仿真設(shè)置 6 3運行電路仿真 本章主要介紹Protel的仿真工具的設(shè)置和使用 以及電路仿真的基本方法 Protel2004提供的仿真元器件 仿真元器件庫 MiscellaneousDevices IntLib 仿真專用函數(shù)組件庫 SimulationSpecialFunction IntLib 仿真信號源組件庫 SimulationSources IntLib 仿真數(shù)學(xué)函數(shù)組件庫 SimulationMathFounction IntLib 信號仿真?zhèn)鬏斁€組件庫 SimulationTransmissionLine IntLib 中文名稱 英文名稱 6 1仿真元器件庫 常用仿真元器件庫 電阻 電容 電感 振蕩器 晶體管 二極管 電池 熔斷器 6 1仿真元器件庫 6 1 1常用仿真元器件庫 仿真信號源組件庫 3 周期脈沖源 4 分段線性源 2 正弦仿真源 5 指數(shù)激勵源 6 單頻調(diào)頻源 1 直流源 ISRC VSRC VSIN ISIN VPULSE IPULSE IPWL VPWL IEXP VEXP VSFFM ISFFM 6 1 2仿真信號源組件庫 6 1仿真元器件庫 仿真信號源組件庫還包含線性受控源和非線性受控源 HSRC GSRC FSRC ESRC 線性受控源 線性電流控制電壓源 線性電流控制電流源 線性電流控制電流源 線性電壓控制電壓源 6 1仿真元器件庫 非線性受控源 BVSRC BISRC 非線性受控電壓源 非線性受控電流源 非線性電壓或電流源 有時被稱為方程定義源 電壓或電流波形可描述為 V 表達(dá)式或I 表達(dá)式 6 1仿真元器件庫 SimulationSpecialFunction IntLib庫中的組件是一些專門為信號仿真而設(shè)計的函數(shù)組件庫 該組件庫提供了常用的運算函數(shù) 比如增益 加 減 乘 除 求和 壓控振蕩源等專用的組件 6 1 3仿真專用函數(shù)組件庫 6 1仿真元器件庫 SimulationMathFunction IntLib組件庫中主要是一些仿真數(shù)學(xué)函數(shù)組件 比如求正弦 余弦 絕對值 反正弦 反余弦 開方等數(shù)學(xué)計算的函數(shù) 使用這些函數(shù)可以對仿真電路中的信號進(jìn)行數(shù)學(xué)計算 從而獲得自己需要的仿真信號 6 1 4仿真數(shù)學(xué)函數(shù)組件庫 6 1仿真元器件庫 信號仿真?zhèn)鬏斁€組件庫 LLTRA LTRA URC 無損耗傳輸線 有損耗傳輸線 均勻分布傳輸線 6 1 5信號仿真?zhèn)鬏斁€組件庫 6 1仿真元器件庫 為沒有定義仿真屬性的元器件添加仿真屬性 雙擊元器件打開如圖對話框 單擊 選擇仿真類型 完成 6 1 6元器件仿真屬性編輯 6 1仿真元器件庫 執(zhí)行選單命令View Toolbars Utilities 就可以顯示實用工具欄 單擊實用工具欄中的按鈕 即可顯示如圖6 13所示的仿真源工具命令 在仿真設(shè)計時 可以直接從該工具命令中選取組件添加到原理圖中 6 1 7仿真源工具 6 1仿真元器件庫 6 2 1節(jié)點電壓 NS 設(shè)置 該設(shè)置使指定的節(jié)點固定在所給定的電壓下 仿真器按這些節(jié)點電壓求得直流或瞬態(tài)的初始解 節(jié)點電壓可以在 元件屬性 對話框中設(shè)置 對元件仿真屬性進(jìn)行編輯接著對仿真模式參數(shù)設(shè)置 6 2仿真設(shè)置 6 2 1節(jié)點電壓 NS 設(shè)置 該設(shè)置使指定的節(jié)點固定在所給定的電壓下 仿真器按這些節(jié)點電壓求得直流或瞬態(tài)的初始解 節(jié)點電壓可以在 元件屬性 對話框中設(shè)置 在ModelKind下拉列表中選中InitialCondition選項 然后在ModelSub Kind列表框中選擇InitialNodeVoltageGuess選項 然后進(jìn)入Parameters標(biāo)簽頁設(shè)置其初始值 6 2仿真設(shè)置 該設(shè)置是用來設(shè)置瞬態(tài)分析初始條件的 IC僅用于設(shè)置偏置點的初始條件 它不影響DC掃描 仿真元件的初始條件設(shè)置操作如下 打開對話框 打開對話框 6 2仿真設(shè)置 6 2 2初始條件 IC 設(shè)置 該設(shè)置是用來設(shè)置瞬態(tài)分析初始條件的 IC僅用于設(shè)置偏置點的初始條件 它不影響DC掃描 仿真元件的初始條件設(shè)置操作如下 在ModelKind下拉列表中選中InitialCondition選項 然后在ModelSub Kind列表框中選擇SetInitialCondition選項 然后進(jìn)入Parameters標(biāo)簽頁設(shè)置其初始值 6 2仿真設(shè)置 6 2 2初始條件 IC 設(shè)置 庫SimulationSources IntLib中提供了兩個特別的初始狀態(tài)定義符 1 NS即NODESET 2 IC即InitialCondition 初始條件 這兩個特別的符號可以用來設(shè)置電路仿真的節(jié)點電壓和初始條件 6 2仿真設(shè)置 初始狀態(tài)設(shè)置的3種途徑 IC 設(shè)置 NS 設(shè)置 定義元器件屬性 如有這三種或兩種共存時 在分析中優(yōu)先考慮的次序是 定義元器件屬性 IC 設(shè)置 NS 設(shè)置 如果 NS 和 IC 共存時 則 IC 設(shè)置將取代 NS 設(shè)置 6 2仿真設(shè)置 1 進(jìn)入Analysis 分析 主選單AnalysisSetup執(zhí)行Design Simulate MixedSim命令 選擇 顯示可分析的信號 顯示激活的信號 6 2 3仿真器的設(shè)置 6 2仿真設(shè)置 2 TransientAnalysis 瞬態(tài)特性分析 激活Transient FourierAnalysis選項 在如圖所示的 瞬態(tài)分析 傅里葉分析參數(shù)設(shè)置 對話框進(jìn)行設(shè)置 瞬態(tài)分析通常從時間零開始 StepTime 步長 通常是用在瞬態(tài)分析中的時間增量 6 2仿真設(shè)置 3 FourierAnalysis 傅里葉分析 若PERIOD是基頻的周期 則PERIOD 1 FREQ 就是說 瞬態(tài)分析至少要持續(xù)1 FREQ s 若要進(jìn)行傅里葉分析 必須選中Transient FourierAnalysis選項 在此設(shè)置參數(shù) 進(jìn)行傅里葉分析 設(shè)置傅里葉分析的基頻 設(shè)置所需的諧波數(shù) 6 2仿真設(shè)置 4 DCSweepAnalysis 直流掃描分析 激活DCSweepAnalysis選項 可得如圖6 17所示的 直流分析參數(shù)設(shè)置 對話框 定義了電路中的主電源 選中可以使用從電源 6 2仿真設(shè)置 5 ACSmallSignalAnalysis 交流小信號分析 ACSmallSignalAnalysis 交流小信號分析 將交流輸出變量作為頻率的函數(shù)計算出來 設(shè)置交流小信號分析的參數(shù) 可以通過激活A(yù)CSmallSignalAnalysis選項 打開 交流小信號分析參數(shù)設(shè)置 對話框 6 2仿真設(shè)置 掃描類型共有三種選擇 1 Linear定義掃描中線性遞增的測試點數(shù) 2 Decade定義掃描中以10的倍數(shù)遞增的測試點數(shù) 3 Octave定義掃描中以8的倍數(shù)遞增的測試點數(shù) 6 2仿真設(shè)置 6 NoiseAnalysis 噪聲分析 設(shè)置噪聲分析的參數(shù) 可激活NoiseAnalysis選項 打開如圖所示的 噪聲分析設(shè)置 對話框來操作 起始頻率 噪聲源 中止頻率 掃描類型 測試點數(shù) 輸出點數(shù) 參考點數(shù) 可設(shè)的參數(shù) 6 2仿真設(shè)置 7 TransferFunctionAnalysis 傳遞函數(shù)分析 激活TransferFunctionAnalysis選項 打開如圖所示的 傳遞函數(shù)分析 對話框 定義了參考的輸入源 設(shè)置了參考源的節(jié)點 6 2仿真設(shè)置 8 TemperatureSweep 溫度掃描 分析 通過激活TemperatureSweep選項 打開如圖所示的 溫度掃描分析 對話框 定義了掃描溫度的范圍 定義了溫度掃描的步幅 6 2仿真設(shè)置 9 ParameterSweep 參數(shù)掃描 分析 通過激活ParameterSweep選項 可打開如圖所示的 參數(shù)掃描分析 對話框 6 2仿真設(shè)置 在SweepVariable 參數(shù)域 中輸入?yún)?shù) 該參數(shù)可以是一個單獨的標(biāo)識符 如R1 也可以是帶有元件參數(shù)的標(biāo)識符 如R1 resistance 可以直接從下拉列表中選擇 StartValue和StopValue定義了掃描的范圍 StepValue定義了掃描的步幅 6 2仿真設(shè)置 10 MonteCarloAnalysis 蒙特卡羅分析 MonteCarloAnalysis 蒙特卡羅分析 是使用隨機數(shù)發(fā)生器按元器件值的概率分布來選擇元器件 然后對電路進(jìn)行模擬分析 激活MonteCarloAnalysis選項打開如圖6 23所示的 蒙特卡羅分析參數(shù)設(shè)置 對話框 6 2仿真設(shè)置 元器件的Distribution 分布規(guī)律 有 1 Uniform平直分布 元器件值在定義的容差范圍內(nèi)統(tǒng)一分布 2 Gaussian高斯曲線分布 元器件值的定義中心值加上容差 3 在該范圍里呈高斯分布 3 WorstCase與Uniform類似 但只使用該范圍的結(jié)束點 6 2仿真設(shè)置 對電路圖進(jìn)行仿真分析 應(yīng)使其包含以下的必要信息 所有的元器件和部件須引用適當(dāng)?shù)姆抡娼M件模型 必須放置和連接可靠的激勵信號源 以便仿真過程中驅(qū)動整個電路 在需要繪制仿真數(shù)據(jù)的節(jié)點處必須添加網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號 如果必要的話 必須定義電路的仿真初始條件 6 2仿真設(shè)置 6 3 1對電路圖進(jìn)行仿真分析的方法與步驟 調(diào)用元器件庫 選擇仿真用原理圖元器件 放置元器件連接線路 添加激勵源和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號 實施仿真 6 3運行電路仿真 6 3運行電路仿真 6 3 1對電路圖進(jìn)行仿真分析的方法與步驟 采用Protel2004進(jìn)行混合信號仿真的設(shè)計流程如圖所示 設(shè)計仿真原理圖時 一定要先加載仿真元器件庫 仿真元器件庫存放路徑為Altium Library Simulation 仿真元器件庫如圖所示 6 3運行電路仿真 在此實例中 采用如圖所示簡易整流穩(wěn)壓電路 1 模擬電路仿真實例 簡易整流穩(wěn)壓電路的仿真分析 1 設(shè)計仿真原理圖文件 6 3 2電路仿真舉例 6 3運行電路仿真 雙擊電路中的Vin組件 按下 單擊設(shè)置參數(shù) 6 3運行電路仿真 2 執(zhí)行選單命令Design Simulate MixedSim 彈出AnalysesSetup對話框 6 3運行電路仿真 3 設(shè)置完以后 單擊按鈕開始仿真系統(tǒng)彈出一個運行仿真的消息框Message 2 執(zhí)行選單命令Design Simulate MixedSim 彈出AnalysesSetup對話框 6 3運行電路仿真 3 設(shè)置完以后 單擊按鈕開始仿真系統(tǒng)彈出一個運行仿真的消息框Message 2 執(zhí)行選單命令Design Simulate MixedSim 彈出AnalysesSetup對話框 仿真完成后 仿真器輸出 sdf文件 顯示仿真分析波形 瞬態(tài)分析波形如圖所示 單擊顯示直流工作點分析結(jié)果 6 3運行電路仿真 4 在仿真的過程中 系統(tǒng)會同時創(chuàng)建SPICE網(wǎng)絡(luò)表 仿真分析后 仿真器就生成一個后綴為 nsx 的文件 nsx 文件為原理圖的SPICE模式表示 如圖所示 5 設(shè)計者通過仿真結(jié)果完善原理圖設(shè)計 6 3運行電路仿真 2 數(shù)字電路仿真實例 雙穩(wěn)態(tài)電路仿真分析 1 繪制原理圖 繪制好的雙穩(wěn)態(tài)電路如圖所示 6 3運行電路仿真 2 數(shù)字電路仿真實例 雙穩(wěn)態(tài)電路仿真分析 1 繪制原理圖 繪制好的雙穩(wěn)態(tài)電路如圖所示 雙擊電路中的V3元器件 會彈出 組件屬性設(shè)置 對話框 單擊 設(shè)置 6 3運行電路仿真 2 執(zhí)行選單命令Design Simulate MixedSim 彈出AnalysesSetup對話框 如圖所示 6 3運行電路仿真 2 執(zhí)行選單命令Design Simulate MixedSim 彈出AnalysesSetup對話框 如圖所示 3 設(shè)置完以后 單擊按鈕開始仿真 系統(tǒng)會彈出一個運行仿真的消息框Message 如圖所示 6 3運行電路仿真 2 執(zhí)行選單命令Design Simulate MixedSim 彈出AnalysesSetup對話框 如圖所示 3 設(shè)置完以后 單擊按鈕開始仿真 系統(tǒng)會彈出一個運行仿真的消息框Message 如圖所示 當(dāng)仿真完成后 仿真器輸出 sdf文件 顯示如圖所示的瞬態(tài)分析波形 6 3運行電路仿真 4 在仿真的過程中 系統(tǒng)會同時創(chuàng)建SPICE網(wǎng)絡(luò)表 仿真分析后 仿真器就生成一個后綴為 nsx 的文件 nsx 文件為原理圖的SPICE模式表示 如圖所示 5 設(shè)計者通過仿真結(jié)果完善原理圖設(shè)計 6 3運行電路仿真 3 數(shù)字 模擬電路混合仿真實例 多級分頻電路仿真分析 1 繪制原理圖 電路設(shè)計好后 配置上激勵直流電源VCC 5V VEE 15V 設(shè)置C1初始電壓為0V 6 3運行電路仿真 2 執(zhí)行選單命令Design Simulate MixedSim 彈出AnalysesSetup對話框 如圖所示 6 3運行電路仿真 2 執(zhí)行選單命令Design Simulate MixedSim 彈出AnalysesSetup對話框 如圖所示 3 設(shè)置完以后 單擊按鈕開始仿真 不一會