PSPICE噪声分析

第二讲、OR-CAD之PSPICEA/D数模混合仿真模块培训主题：OrCADPSpiceA/D编写：张萌[e-mail]/D的主要功能1.可以进行电路的数模混合仿真，对电路进行有效适当的分析。2.可以根据用户的需要建立自己的仿真模块，提供行为描述模块，允许对电路进行行为描述。PspiceA/D在整套软件中的位置绘制电路图（CAPTURE）进行电路混合仿真（PSPICEA/D）VHDL仿真（EXPRESS）编写VHDL（EXPRESS）设计电路板（LAYOUT）运用PSpice的基本条件1.待仿真的元器件模型必须是PSpice的仿真模型2.电路中应该含有激励源，并且符合相应的电路特性分析类型的要求3.必须设置好合适的电路特性分析类型Pspice中的分析类型一、基本分析类型直流分析（DCSweep)交流与噪声分析（ACSweep/Noise)瞬态分析，即时域分析TimeDomain（Transient)直流工作点分析（直流偏置分析BiasAnalysis)Pspice中的基本分析方法二、高级分析类型SecondSweep参数分析(ParametricSweep)温度分析(TemperatureSweep)最坏情况分析(Worstcase)蒙特卡洛分析(MonteCarlo)运行Pspice的基本步骤A.启动OrCADCaptureB.新建一个工程（FileNewProject…)，o设置工程的类型为:AnalogorMixed-signalCircuito为这个工程起一个名字o选择设计项目的存储位置运行Pspice的基本步骤激活管理视窗，菜单下的工具栏将会增加一排与PSpice有关的快捷键。数模混合仿真类型的capture视窗其他类型的capture视窗C.绘制电路图绘制方法和绘制其它电路图是一样的，但必须采用PSpice库中的元器件才可以进行仿真D.建立仿真文件激活工程管理视窗，此时菜单下工具栏中的的键将会显现。点击此键建立新的仿真文件，编辑已有的仿真文件可以点击键E.运行仿真文件，点击键，请看演示…....PSpice直流分析针对电路中直流电流或直流电压的变动而做出的分析例子：D1是一个稳压二极管，可以采用直流分析的方法，使电压V1在一定范围内改变，同时观察D1上电压的变化，从而观察D1的稳压特性。source库的VDCAnalog库的Rdiode库的IN5225采用如下步骤，可实现上述想法：1.绘制电路图（注意元件的来源）2.建立新的仿真文件或者编辑旧的仿真文件3.选择分析类型:DCSWEEP4.设置中选择PrimarySweep5.设置扫描变量为电压源,本例中电压源的名字为V16.设置扫描类型为线性开始为0V结束为5V增量为1V7.确定，点击运行仿真程序，系统将自动调用PSpiceA/D以上设置把电压源V1设置为直流电压扫描变量，扫描值从0V到5V，每次递增1V请看演示……PSpice直流分析运行仿真程序后放置电压探针在D1的K脚（或者在PSpice的环境中选择菜单TraceAddTrace选择V(D1:K))仿真的结果如下：定位光标在下一个采样点PSpiceA/D界面启动光标定位光标在下一个波峰定位光标在下一个波谷定位光标在最大值定位光标在下一个斜率最大值定位光标在下一个数字转折点定位光标在上一个数字转折点定位光标在最小值标注光标位置的坐标X轴取对数坐标Y轴取对数坐标FFT变换添加观测信号添加文本显示采样点添加复合观测信号PSpice交流分析针对电路中交流电流或交流电压的变动（幅度、频率、相位）而做出的分析例子:R2和C1构成了低通滤波器，改变交流信号源的频率可以观察RC回路的滤波特性。source库的VAC其它元件来自analog库PSpice交流分析具体操作步骤如下：1.绘制电路图（注意元件的来源）2.建立新的仿真文件或者编辑旧的仿真文件3.设置分析类型为ACSWEEP/NOISE4.设置中选择GeneralSettings5.扫描类型设置为以十为底的对数起始频率设为1Hz结束频率设为1MEGHz每单位取样点数设为106.先不选用噪声分析请看演示…….PSpice交流分析运行仿真程序，放置电压探针在out端（或者在Probe演示窗口中加入V(out)波形)仿真结果如下：PSpice中的噪声分析噪声分析是针对电路中固有噪声（如电阻和半导体的工作噪声）所做的分析，它的计算结果时所求节点相对于输入独立源的等效噪声。伴随AC交流分析而进行所涉及的噪声种类：热噪声：电子的无序运动引起散弹噪声：单位时间通过PN结的载流子数目变化造成闪烁噪声：能量主要集中在低频段，由于生产工艺的缺陷而引起等效噪声：将整个电路中的噪声源都集中折算到选定的独立源处，然后计算在等效的噪声源的激励下，所求节点处产生的噪声。PSpice可以分析每个频率点上指定节点的等效输出噪声电压和指定输入端的等效输入噪声电压。噪声电压的单位是或，即把噪声电平对噪声带宽的均方根进行归一化HzVHzAPSpice中的噪声分析例子：差分电路激励源必须选用source库的VAC（否则不能进行ACSweep），如下图所示：PSpice中的噪声分析设置步骤如下：1.分析类型选择ACSWEEP/NOISE2.设置中选择GeneralSettings3.扫描类型为以10为底对数起始频率设为10K结束频率设为10G每单位取样点数设为104.选中NoiseAnalysis输出端为：V(OUT2)参考电源为：V1噪声报告点频间隔为：30PSpice中的噪声分析5.确定后，运行仿真。在PSpiceA/D窗口中加入波形V(INOISE)和V(ONOISE)（菜单TraceAddTrace…或快捷键)INOISE即INPUTNOISEONOISE即OUTPUTNOISE噪声的计算方法:输出节点的总噪声除以相对输入激励源的电路的总增益PSpice瞬态分析电路的瞬态分析即电路的时域响应1.可以在给定激励信号的情况下求电路输出的时间响应、延迟特性；2.可以在没有任何激励信号的情况下求振荡波形、振荡周期。瞬态分析是运用最多，最复杂的分析，也是消耗计算机资源最多的分析。瞬态分析的关键在于设置合理的激励源、采样点数和观察时间。PSpice瞬态分析例子：低通滤波电路V1为激励源，型号为VSIN（电压型正弦波）在V1的属性编辑中设置Voff=0v，(直流偏置)Vampl=5V，(交流信号幅值)Freq=100KHzsource库的VSINPSpice瞬态分析具体操作步骤如下：1.绘制电路图，并且设置V1的参数2.建立新的仿真文件或者编辑旧的仿真文件3.分析类型选择TimeDomain（Transient）4.具体分析类型选择GeneralSettings5.运行时间设为50us6.数据开始采集时间设为07.最大采集时间间隔用系统默认值（不填写）PSpice瞬态分析运行仿真程序后放置电压探针在观测点可以观察其时域波形，例子中的波形为：可以在PSpice环境中对时域的波形进行快速傅里叶分析(FFT点击FFT快捷按钮）FFT后的频域图波形如图：请看演示…...PSpice瞬态分析中的信号源瞬态分析中常用的激励源1、脉冲波VPULSE，IPULSE2、正弦波VSIN，ISIN3、指数波VEXP，IEXP4、分段线形波VPWL，IPWL(piece-wiseliner)5、周期的折线波VPWL_ENH,IPWL_ENH6、单频调频波VSFFM，ISFFMPSpice瞬态分析中的信号源脉冲波VPULSE，IPULSE中属性的设定例子：以VPULSE为例设置V1=0，V2=2V，TD=2ms,TR=1ms,TF=2ms,PW=4ms,PER=10ms;则VPULSE的波形为：PSpice瞬态分析中的信号源正弦波VSIN，ISIN中属性的设定属性名代表的意思默认单位VOFF或IOFF直流偏移量V或AVAMPL或IAMPL振幅V或AFREP频率HzTD延迟时间SDF阻尼系数1/SPHASE相位延迟度例子：以VSIN为例设置VOFF=1V，Frep=1megVAMPL=2V，TD=1us,DF=100K，PHASE=0;则VSIN的波形为：属性名代表的意思默认单位V1或I1初始值V或AV2或I2脉动值V或ATD1起始延迟时间STC1上升时间常数(τ)STD2持续延迟时间STC2下降时间常数(τ)SPSpice瞬态分析中的信号源指数波VEXP，IEXP中属性的设定例子：以VEXP为例设置V1=0V，V2=2V，TD1=1us,TC1=0.2us,TD2=5us,TC2=0.5us波形为：/teyPSpice瞬态分析中的信号源分段线形波VPWL，IPWL中属性的设定属性名代表的意思默认单位T1第一个样点的时间SV1第一个样点的取值V或AT2第二个样点的时间SV2第二个样点的取值V或AT3第三个样点的时间SV3第三个样点的取值V或A……………Tn第n个样点的时间SVn第n个样点的取值V或A分段线形波通过设定的样点值，采用插值的方法勾画出整个脉冲例子：以VPWL为例设置T1=0,V1=0V;T2=2us,V2=1V;T3=3us,V3=4V;T4=6us,V2=0V;PSpice瞬态分析中的信号源周期性折线波VPWL_ENH，IPWL_ENH中属性的设定属性名代表的意思默认单位TSF时间基准值SVSF或ISF电压或电流基准值V或AFIRSTNPAIRS第一个转折点的坐标对(TSF,ISF)SECONDNPAIRS第二个转折点的坐标对(TSF,ISF)THIRDNPAIRS第三个转折点的坐标对(TSF,ISF)REPEATVALUE重复次数次数例子：以VPWL_ENH为例TSF=1us,VSF=1V;FIRSTNPAIRS=(0,-5)SECONDNPAIRS=(1,5)THIRDNPAIRS=(2,-5)REPEATVALUE=2PSpice瞬态分析中的信号源单频调频波VSFFM，ISFFM中属性的设定属性名代表的意思默认单位VOFF或IOFF直流偏移量V或AVAMPL或IAMPL振幅V或AFC载波频率HzMOD调制指数无FM调制信号频率HzValue=Voff+Vampl*sin(2π*Fc*t+Mod*sin(2π*Fm*t))例子：以VSFFM为例Voff=1v,Vampl=5vFc=2k,Fm=300HzMod=5波形如下:PSpice中的直流工作点分析直流工作点分析即直流偏置分析(Biaspointanalysis)采用直流偏置分析可以得到以下信息:1.电路的直流工作点2.电路的直流灵敏度3.电路的直流传输特性（TransferFunction)包括电路的增益、输入输出等效阻抗等PSpice中的直流工作点分析例子：共发射极放大电路运用偏置分析的方法，求出电路中每一点的直流性能和电路的等效输入和输出阻抗SOURCE库VSINBIPOLAR库40235PSpice中的直流工作点分析操作步骤如下：1.分析类型选中BiasPoint2.具体分析类型选择GeneralSetting3.是否包含非线性器件和半导体元件4.是否进行灵敏度分析（需要填写分析谁的灵敏度）5.是否计算小信号直流增益（即进行传输特性分析,需要填写输入输出点)PSpice中的直流工作点分析仿真后需要在输出文件中看到分析的结果（PSpiceA/D环境中菜单viewoutputfile)元件灵敏度S是指电路特性参数T对元器件值X的绝对变化的灵敏度。相对灵敏度Sn是指电路特性参数T对元器件值X的相对变化为1%情况下的灵敏度。XTS100XSSn1.SecondSweep是和直流分析（DCSWEEP）中的PrimarySweep一起使用的PSpice中的SecondSweepPSpice中的SecondSweep例子：分析三极管共发射极连接时的输出特性输出特性的绘制方法：A.改变V1使它从0V到5V进