電子電路機(jī)輔分析與設(shè)計(jì)

電子電路機(jī)輔分析與設(shè)計(jì)1第一頁，共三十九頁，2022年，8月28日內(nèi)容11.1引言11.2PSPICE功能及特點(diǎn)

11.3PSPICE的基本構(gòu)成11.4PSPICE文本描述11.5PSPICE窗口版的功能應(yīng)用

2第二頁，共三十九頁，2022年，8月28日11.1引言1)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（computeraideddesign）CADCAMCAECAT2)電子CAD向EDA的過渡傳統(tǒng)設(shè)計(jì)：方案，驗(yàn)證，修改，人工完成早期CAD：缺少CAD軟件，人機(jī)完成EDA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程和大部分計(jì)算有機(jī)器完成3)電子CAD源于機(jī)輔作圖與分析CAA是電子CAD的獨(dú)有技術(shù)從直流、交流分析，瞬態(tài)分析發(fā)展到容差分析,最壞情況分析，數(shù)字模擬，數(shù)?；旌夏M（仿真）代表軟件如：SPICE（simulationprogramwithintegratedcircuitemphasis）PSPICE（personalspice）3第三頁，共三十九頁，2022年，8月28日11.2PSPICE功能及特點(diǎn)

PSPICE是機(jī)輔分析和設(shè)計(jì)的電子電路模擬軟件。硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)之前，先對(duì)電路進(jìn)行模擬分析，器件的模型、系統(tǒng)的調(diào)整、測(cè)試全由計(jì)算機(jī)完成。用戶根據(jù)要求設(shè)置參數(shù)，計(jì)算機(jī)象掃頻儀和示波器一樣測(cè)試電路的頻率響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)，進(jìn)行各種分析使電路達(dá)到最優(yōu)1）特點(diǎn)：節(jié)省時(shí)間，節(jié)省設(shè)備，產(chǎn)品一般性好，可靠性高，新產(chǎn)品更新快。2）功能：直流分析：計(jì)算工作點(diǎn)，計(jì)算直流小信號(hào)傳輸函數(shù)，計(jì)算直流轉(zhuǎn)移特性曲線4第四頁，共三十九頁，2022年，8月28日交流分析：頻域分析（幅頻，相頻）；噪聲分析（計(jì)算指定頻率點(diǎn)上的噪聲等效電平）瞬態(tài)分析：瞬態(tài)響應(yīng)（繪不同信號(hào)的時(shí)域波形）；傅立葉分析（計(jì)算基波，諧波系數(shù)）靈敏度分析：計(jì)算元件參數(shù)變化引起電路輸出變量的變化（交、直流）。容差分析：蒙特卡羅（monte-carlo）分析（統(tǒng)計(jì)分析法）給定元件參數(shù)容差時(shí)，計(jì)算輸出變量的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差；最壞情況分析（Worst-Case）：參數(shù)處于容差邊界的一種最壞組合情況下計(jì)算輸出的上界值和下限。溫度特性分析:通常在27度進(jìn)行分析，也可指定溫度優(yōu)化設(shè)計(jì):給定電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和電路性能約束的情況下，確定元器件最佳參數(shù)組合。5第五頁，共三十九頁，2022年，8月28日11.3PSPICE的基本構(gòu)成人機(jī)交互界面原理圖輸入電路模擬分析繪圖后處理模型參數(shù)庫模型參數(shù)提取電路符號(hào)庫符號(hào)編輯器6第六頁，共三十九頁，2022年，8月28日人機(jī)交互界面：windows下工作，鼠標(biāo)點(diǎn)擊下拉菜單選命令，多窗口的多任務(wù)作業(yè)，可在不同窗口繪原理圖，模擬分析，給出仿真結(jié)果波形。輸入方式：原理圖和文本兩種輸入方式。調(diào)電路符號(hào)組成電路圖，由原理圖編輯器自動(dòng)將圖轉(zhuǎn)換成電路網(wǎng)表文件標(biāo)上節(jié)點(diǎn)號(hào)供模擬器分析仿真。元器件模型建立與處理：模型提取軟件PARTS建模，提取參數(shù)。同一器件不同分析要采用不同模型。電路方程建立與求解：交流小信號(hào)分析：線性代數(shù)方程，高斯消元法求解；直流非線性分析：非線性代數(shù)方程，迭代法求解；瞬態(tài)分析：常微分方程，變步長(zhǎng)隱式積分法求解繪圖處理：繪圖軟件probe，波形曲線輸出存檔7第七頁，共三十九頁，2022年，8月28日11.4PSPICE文本描述1）電路描述：

標(biāo)題描述，電路描述（確定電路元件，節(jié)點(diǎn)，元件值，元件模型，信號(hào)源），分析功能描述，輸出結(jié)果描述，結(jié)束描述8第八頁，共三十九頁，2022年，8月28日2）例：RC電路瞬態(tài)分析ASIMPLERCCIRCUITVIN10DC12VR1121C1205UIC=5TRAN5US20USPLOTTRANV(2)PROBEENDVIN+-12R110C15Ut010V5V010US20USV(2)9第九頁，共三十九頁，2022年，8月28日11.5PSPICE窗口版的功能應(yīng)用窗口版PSPICE目前已有版本5.1，6.2，7.1，8.0，9.01）原理圖編輯器（schematics.editor）放置元器件和畫連線：選Draw/GetNewPart屏幕出現(xiàn)對(duì)話框，在標(biāo)題為AddPart中:選Browse/analog.slb/R取電阻選Browse/analog.slb/D取二極管選Browse/eval.slb/Q取三極管選Browse/port.slb/AGND取地線選Draw/wire將元件連接好。編輯元件屬性：在元件上連擊兩下，出現(xiàn)EditingAttribate的對(duì)話框，并鍵入相關(guān)參數(shù)，按“SaveAttr”和OK按鈕。存圖：選File/Save（取名Damp）10第十頁，共三十九頁，2022年，8月28日2)模擬分析與顯示模擬分析設(shè)置：選analysis/setup探頭Probe設(shè)置：分析完自動(dòng)進(jìn)入圖形后處理程序選analysis/probesetup，AutomaticallyRunProbeAfterStimulation擊OK。模擬并顯示直流掃描：選analysis/simulation（模擬）先檢測(cè)，建網(wǎng)絡(luò)表，再模擬，顯示模擬信息加入Marker標(biāo)記：選Marker/Markvoltage/level，按標(biāo)記顯示波形顯示波形：選analysis/simulate11第十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日開始模擬電路之前，必須先用Schematic將電路圖畫出來，Schematic啟動(dòng)界面如下：12第十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日進(jìn)入繪制電路圖窗口如圖：圖標(biāo)工具欄，每個(gè)圖標(biāo)代表菜單中一項(xiàng)最常用的操作，點(diǎn)中圖標(biāo)即可完成相應(yīng)的操作，提高了操作效率。窗口標(biāo)題欄，顯示當(dāng)前程序項(xiàng)名稱和所編輯的文件名稱，新建電路圖必須以某個(gè)名稱保存以后才有文件名主菜單欄，[Schematics]的所有操作都可通過選擇菜單中相應(yīng)的欄目來完成。原理圖編輯區(qū)，也就是原理圖頁面。它是一塊均勻劃分的網(wǎng)格區(qū)域，用戶可以選擇Options=>DisplayOptions…顯示方式設(shè)置，打開或關(guān)閉網(wǎng)格開關(guān)（GridOn）也可重新設(shè)置網(wǎng)點(diǎn)之間間隔（GridSize）。13第十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日1）.從符號(hào)庫中提取元器件符號(hào)或端口符號(hào)先開啟[Schematic],點(diǎn)選[Draw/GetNewPart],或單擊工具欄上的取元件圖標(biāo)，取元件圖標(biāo)14第十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日1）.從符號(hào)庫中提取元器件符號(hào)或端口符號(hào)即可打開如圖所示對(duì)話框。該對(duì)話框列出了全局符號(hào)庫中的所有符號(hào)。可以在PartName文本框中鍵入需要的元件符號(hào)，對(duì)于不熟悉的元件也可以通過符號(hào)名列表的滾動(dòng)條瀏覽。15第十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日單擊Place

可取出元件但不關(guān)閉對(duì)話框；單擊Place&Close

取出并關(guān)閉對(duì)話框；也可雙擊符號(hào)名列表中某一符號(hào)將其取出。16第十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日擺放符號(hào):取出符號(hào)后，單擊繪圖工作區(qū)中的某一點(diǎn)，按一下鼠標(biāo)左鍵，符號(hào)將沿該點(diǎn)擺放一次。可多次擺放，單擊右鍵結(jié)束。17第十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日擺放元件

水平擺放時(shí)，通常使正端子在左側(cè)；垂直時(shí)，在上端。因此，在擺放符號(hào)前通常需將符號(hào)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。在執(zhí)行[Edit/Rotate]菜單命令或[Ctrl+R]可以將符號(hào)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，執(zhí)行[Edit/Flip]菜單命令或[Ctrl+F]可將其沿垂直方向?qū)φ邸?8第十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日連線PSpice有兩種連線方式：水平和垂直折線連接，斜線連接。采用哪種方式取決于直角連線開關(guān)的設(shè)置情況。（1）利用連線工具[DrawWire]畫導(dǎo)線。連線工具19第十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日（2）點(diǎn)選畫線工具后，即可看到一個(gè)鉛筆狀的指示。將畫筆移到起始端，按鼠標(biāo)左鍵，開始引線，要轉(zhuǎn)彎時(shí)可按一下鼠標(biāo)左鍵，畫筆移到終點(diǎn)后再按一下鼠標(biāo)左鍵，完成接線。繼續(xù)畫線，直到全部完成后，按鼠標(biāo)右鍵結(jié)束畫線。20第二十頁，共三十九頁，2022年，8月28日（3）你可和雙擊如何一段導(dǎo)線，即會(huì)出現(xiàn)LABEL的對(duì)話框，可以給這條線段一個(gè)名稱（在模擬后很有用）。21第二十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日（4）地符號(hào)的放置方法同元件，學(xué)過或看過前面的電路CAD技術(shù)基礎(chǔ)，當(dāng)然會(huì)明白必須設(shè)置零節(jié)點(diǎn)的必要性，因?yàn)镾PICE是用改進(jìn)的節(jié)點(diǎn)法列寫方程的。零節(jié)點(diǎn)是指定的參考點(diǎn)，惟有指定零節(jié)點(diǎn)才能保證方程是獨(dú)立的,否則認(rèn)為出錯(cuò),。及時(shí)保存電路圖22第二十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日4）.定義或修改元器件符號(hào)及導(dǎo)線屬性下面以R1為例，介紹兩種修改符號(hào)屬性值的方法。方法一：利用電阻R1的屬性表修改其值。（1）雙擊R1符號(hào)，打開R1屬性表，如圖所示。23第二十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日2）單擊屬性項(xiàng)VALUE=1K，屬性名VALUE和值1K分別出現(xiàn)在Name和Value文本框中。24第二十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日（3）將Value文本框中1K改為100，并單擊[SaveAttr]，保存新屬性。單擊[OK]確認(rèn)退出。25第二十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日（二）、設(shè)定要模擬的內(nèi)容1.執(zhí)行[Analysis/Setup]菜單命令，進(jìn)入分析類型對(duì)話框26第二十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日2.點(diǎn)選你想要模擬的項(xiàng)目，然后進(jìn)入個(gè)別設(shè)定視窗。常用的模擬內(nèi)容有：27第二十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日3.進(jìn)入DCSweep設(shè)置窗口后，選GlobalParameter（全局參數(shù)）和Linear（線性掃描），在Name文本框后第一格內(nèi)寫入全局參數(shù)名var，將StartValue（掃描初長(zhǎng)）設(shè)為1，EndValue（掃描終值）設(shè)為1k，Increment（掃描步長(zhǎng)）設(shè)為10。單擊[OK]結(jié)束操作。28第二十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日（三）、執(zhí)行模擬（仿真計(jì)算）

當(dāng)一切設(shè)置完之后，便可以啟動(dòng)分析程序[PSpice]對(duì)電路進(jìn)行分析。選擇Analysis=>Simulate，或單擊常用工具欄中相應(yīng)的按鈕，或按快捷鍵F11，可以啟動(dòng)Analysis=>CreateNetlist自動(dòng)建立電路網(wǎng)絡(luò)表Analysis=>ElectricalRuleCheck自動(dòng)進(jìn)行電路檢查Simulate29第二十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日在分析過程中，會(huì)顯示其運(yùn)行窗口。如在電路中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，會(huì)在運(yùn)行中用紅色文字顯示。選擇Analysis=>ExamineOutput可查看錯(cuò)誤原因。30第三十頁，共三十九頁，2022年，8月28日在[Schematics]中，選擇Analysis=>RunProbe。（四）、顯示波形31第三十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日利用Probe中的波形跟蹤命令A(yù)ddTrace輸入待觀測(cè)的變量名或變量的函數(shù)名來查看。在Probe窗口，選擇Trace=>Add,可以打開波形跟蹤對(duì)話框。32第三十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日33第三十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日單擊變量名列表中的某變量名，使該變量名出現(xiàn)在TraceCommand中，單擊[OK]，該變量的波形將出現(xiàn)在窗口中；34第三十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日瞬態(tài)分析

PSpice可對(duì)大信號(hào)非線性電子電路進(jìn)行瞬態(tài)分析，也就是求電路的時(shí)域響應(yīng)。它可在給定激勵(lì)信號(hào)情況下，求電路輸出的時(shí)間響應(yīng)、延遲特性；也可在沒有任何激勵(lì)信號(hào)的情況下，求振蕩波形、振蕩周期等。例題

一階RC電路如圖所示。試?yán)肞Spice進(jìn)行電路的時(shí)域響應(yīng)（瞬態(tài)）分析。35第三十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日（1）電路圖的繪制。輸入電路圖名稱（如RC），繪制電路圖。激勵(lì)為電壓脈沖源，選用Source.slb庫中的VPULSE分別鍵入下面參數(shù)的名稱和數(shù)值