PSPICE电路仿真设计

PSpice电路仿真与设计2内容背景篇入门篇应用篇提高篇3背景篇认识PSpice4我们所处的时代随着科技的发展，电子产品的性能提高、复杂度增加，价格却下降，主要原因：生产制造技术、电子设计技术的发展生产制造：微细加工技术，微米阶段，可在几平方厘米的芯片上集成数千万个晶体管电子设计：EDA（ElectronicDesignAutomation）技术，以计算机为工作平台，融合电子、计算机、智能技术的电子CAD通用软件包5EDA技术已经成为一个独立的学科，具体包括芯片级EDA、电路级EDA、PCB设计EDA集成电路（IC）得到广泛应用，大规模集成电路设计一般都是通过EDA工具实现电子产品从设计、实验到定型必须借助于计算机进行仿真分析和设计PSpice是较早出现的EDA软件之一6PSPICE简介SPICE—SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis一种交互式的电路模拟程序，能分析和模拟一般条件下的各种电路特性。美国加州大学伯克利分校电子工程和计算机系开发，第一版本于1972年完成，主要用于集成电路的分析。早期的版本用FORTRAN语言编写，只可以在小型机、大型机、工作站上运行。1985年采用C语言编写。1984年美国MicroSim公司推出可在PC机上运行的版本，称为PSpice，有工业版和教学版（也称为学生版）之分。1988年SPICE被定为美国国家工业标准。71998年Microsim公司被OrCAD公司并购，PSpice更名为OrCADPSpice，推出OrCADPSpice9，简称PSpice9。2000年推出PSpice9.12003年推出PSpice108OrCADPSpice在整个OrCAD设计环境中负责电路的仿真和验证工作。它可以当作一个软件的电路面包板，用户在上面建立电路模型和设置激励信号后，可根据要求来测试设计的电路。如果仿真结果顺利通过检测，就可以进入后续的OrCADLayoutPlus程序，进行印制电路板（PCB)设计；或者进入Express程序，进行可编程逻辑阵列（PLD)设计。9仿真功能PSpice可分析的电路模拟电路数字电路数模混合电路PSpice可进行的分析基本电路分析（4种：DC/AC/Transient/BiosPoint）其他分析（6种：FFT/Parameters/MonteCarlo/Worst/Temperature/Noise）PSpice可进行的设计优化设计PCB设计PLD设计10免费的学生版PSpiceStudentVersionRelease9.1,以下以PSpice9.1学生版为例下载地址电路仿真限制64个节点10个晶体管2个运算放大器10个理想或非理想传输线或4组耦合线。。。。。。11三种类型的库文件元器件以符号、模型、封装三种形式存放在3种类型的库文件中*.slb库中的元器件符号用于绘制电路图*.lib库中的元器件模型用于电路仿真分析*.plb库中的元器件封装用于绘制PCB图电路仿真只用到前两个库12常见名词缩写CADComputerAidedDesign计算机辅助设计EDAElectronicsDesignAutomation电子设计自动化ICIntegratedCircuit集成电路VLSIVeryLargeScaleIntegration超大规模集成电路ASICApplicationSpecificIntegratedCircuit专用集成电路PLDProgrammableLogicDevice可编程逻辑器件FPLAFieldProgrammableLogicArray现场可编程逻辑阵列FPGAFieldProgrammableGateArray现场可编程门阵列VHDLVHSICHardwareDesignLanguage超高速集成电路硬件设计语言PCBPrintedCircuitBoard印制电路板13其它电路仿真软件介绍：EWB/MultisimEWBElectronicWorkbench加拿大IIT公司于1980年代末至90年代初推出的专用于电子电路仿真的“电子工作平台”，从6.0版本开始，仿真设计模块更名为Multisim，2001年推出Multisim2001界面直观、人及交互方便、测量仪器单击图标直接调用，模拟仪器操作界面接近实物，测试结果与实际接近、简便易学，数千种元器件，该软件生成的电路文件可以直接输入到Protel、OrCAD等印制电路板设计软件，生成印制电路，大大缩短了产品开发周期。14ProtelProtel1990年代初澳大利亚ProtelTechnology公司研制开发的电子CAD软件，推出了Windows系统下运行的多个版本，最著名的是Protel99，该版本将电路原理图编辑、电路仿真测试、可编程逻辑器件(PLD)设计、PCB设计等功能融合在一起，大型电子设计常用软件，在电子行业知名度很高，普及很广模块包括原理图设计、印制电路板设计、电路仿真、可编程逻辑器件设计、FPGA设计及VHDL设计编译等。15MatlabMATLAB以矩阵运算为基础的交互式程序语言，专门针对科学工程计算及绘图而开发，由美国MathWorks公司于1984年推出，2004推出7.0版。将科学计算、程序编写、结果可视化集中在一个系统中，仿真调试方便包含大量的数学函数提供与其它程序交互的接口程序强大的、可扩展的工具箱Toolbox数值计算、符号计算、建模动态仿真16PSpice的优势开发应用早，电路模拟的标准工具在国外，PSpice软件非常流行在大学里，是工科类学生必会的电路分析与设计工具；在公司里，是产品从设计、实验、定型过程中不可缺少的设计工具在电路系统仿真方面，独具特色，其他软件无法比拟，适合系统及电路级仿真，被公认为是通用电路模拟程序中最优秀的软件庞大的上万种元器件库，并可生成新元器件高精度元器件模型、仿真精度高17入门篇电路图输入和编辑掌握四个基本仿真18PSpice的四个主要/基本电路分析直流分析DCSweep交流分析ACSweep瞬态分析TimeDomain（时域扫描）直流工作点分析BiasPoint（偏置点分析）19PSpice9.1学生版模数混合电路仿真原理图绘图编辑模块原理图输入、器件信息管理模型参数编辑模块电路设计优化模块激励源波形编辑模块20模块间的协作关系ModelEditor模型参数编辑Schematics或CaptureCIS原理图绘图编辑SitmulusEditor激励源波形编辑Probe模拟显示PSpiceA/D电路仿真Optimizer设计优化21CaptureCIS原理图设计和元件信息管理1990年代末，EDA界知名公司OrCAD公司相中了PSpice高超的电路仿真能力而加以并购，这套软件更名为OrCADPSpice，简称PSpice，是OrCAD软件包的一部分。除了原有的Schematics绘图编辑器之外，增加了CaptureCIS程序绘制电路原理图和进行元件管理22建立工程、输入原理图建立新工程File/NewProject放置元件Place/Part，放置“地”连接电路修改元件参数方法1：双击参数值，修改；方法2：单击整个元件右击选择EditProperties，修改注意“地”的设置：Name=023元器件名称和关键词关键词类型R电阻器C电容器L电感器D二极管Q三极管JJFETMMOSFETQ2N2222一种NPN型BJT；Q2N3904另一种NPN型BJT（具体参数不同）；24绘制一个直流电路可以直流分析，也可以直流工作点分析。确定激励下，用直流工作点分析简单。25新建/编辑仿真文档26仿真设置27还可以编辑仿真文件保存后仿真按钮高亮度显示28直流工作点分析不会出现波形仿真结果的窗口分为3部分，波形部分灰色29回到Capture界面，出现各节点的电压值30按下“V”、“I”按钮，出现节点电压和支路电流不需要显示则弹起按钮31输出文件View/OutputFile输出文件包括仿真类型网表电压、电流、功率的计算结果小信号特性灵敏度分析32直流分析对象为直流电路将某些参数作为扫描变量仿真结果给出电压、电流等随扫描变量的变化扫描变量有：电压源电压、电流源电流、阻值、温度、其他33设置分析类型为DCSweep电压源电压为扫描变量，电压值从1V增加到21V，步长5V34放置探针Probe放置电压、电流探针35仿真结果36解释二端元件首节点标为1，末节点标为2V(R1:1)：电阻R1的首节点V(R1:2)：电阻R1的末节点V(R2:1,R2:2)：电阻R2两端电压（参考方向由首节点指向末节点），即V(R2:2)-V(R2:1)别名（AliasNames）V1(R1)与V(R1:1)含义相同V2(R1)与V(R1:2)含义相同37分别放到两个曲线窗口点击下方图例，删除电流曲线38放到两个曲线窗口Plot/AddPlottoWindow增加一个曲线窗口Trace/AddTrace…增加曲线SEL指示的是当前活动窗口点击某窗口，则成为当前活动窗口删除窗口，Plot/DeletePlot39使用Trace、Plot两个菜单显示多个曲线窗口40时域分析TimeDomain(Transient)/瞬态分析扫描变量是时间研究电压、电流随时间的变化需设定起始时间、截止时间、步长用途：动态电路的过渡过程、正弦稳态、非正弦周期电流电路41建立一个工程,画仿真电路，放一个电流探针注意：开关U1，Sw_tClose；在t=0闭合，开关闭和时间设置42仿真设置时间和步长43运行仿真，输出波形44交流扫描（ACSweep）扫描变量为信号的频率可获得电路的幅频响应、相频响应、转移函数电源采用Source库中的VAC（交流电压源，以频率为变量）45设置仿真46比例因子符号分率符号倍率F/f1.00E-15K/k1.00E+03P/p1.00E-12MEG/meg1.00E+06N/n1.00E-09G/g1.00E+09U/u1.00E-06T/t1.00E+12M/m1.00E-03注：1.00E+03表示1.00×10347仿真结果48如果想观察相频特性Trace/AddTrace4950光标定位Trace/Cursor/Display功能：显示波形上任意点的准确数据，或者直接将光标定位在特殊数据点上并显示该点的坐标只要有输出波形就可以启用光标定位功能启动菜单：Trace/Cursor/Display或使用光标定位功能开启/关闭按钮51启动/关闭光标定位功能52按下，出现一行按钮53先按“下一最高点”按钮，再按“标注”按钮54直流工作点（偏置点）分析（BiasPoint）用于确定电路的静态工作点，以及计算直流电阻电路计算只有直流激励的任何电路输出各节点电压、支路电流、元件功率55仿真电路若选择输出文件中包含详细信息，则还可输出元器件详细信息、灵敏度分析、小信号增益。565758Capture界面的按钮“V”,“I”59View/Outputfile60其他分析傅里叶分析参数扫描蒙特卡洛分析最坏情况分析温度分析噪声分析61傅里叶分析仿真结果界面，Trace/Fourier快捷按钮FFT正弦电压源VSIN62仿真设置63波形结果64Trace/Fourier65或者在仿真参数设置对话框里点击“Outputfileoptions”66基频100Hz，谐波次数10，分析变量I(R1)67设置坐标轴Plot/AxisSettings68横坐标设置为0-1000HzView/OutputFile或者快捷按钮，可以打开输出文件看傅里叶分析结果69增大仿真时长，可得到准确的分析结果70电流波形和FFT结果71