OrCAD-pspice使用说明

OrCAD/PSpice使用说明一、OrCAD/PSpice软件简介二、电路原理图的绘制三、用PSpice进行电路仿真的一般步骤四、图形显示和分析模块Probe简介五、电路分析举例六、练习题清华大学电机系《电路原理》教学组2002年5月一、OrCAD/PSpice软件简介计算机辅助设计(Computer-AidedDesign-CAD)电子设计自动化(ElectronicDesignAutomation-EDA)CAD技术是一种通用技术，在各行各业均得到了广泛的应用。尤其是在电子行业中，其应用不仅面广，而且发展迅速。在设计自动化（DA：DesignAutomation）方面更是取得了突破性的进展。目前，在电子设计领域，设计技术正从CAD向DA过渡，一般统称为电子设计自动化（EDA）。OrCAD公司是开发EDA技术的突出代表。OrCAD开发的软件是一个完整的EDA系统，其主要构成如图1所示。OrCAD/CaptureCIS(电路原理图设计软件)OrCAD/PspiceA/D(模/数电路仿真软件)Optimizer(模拟电路优化软件)OrCAD/ExpressPlus(CPLD/FPGA设计软件)OrCAD/LayoutPlus(PCB设计软件)图1其构成由四部分构成：（1）OrCAD/Capture：这是一个功能强大的电路原理图设计软件。除可生成各类模拟电路、数字电路和模/数混合电路的电路原理图外，还配备由元器件信息系统CIS（ComponentInformationSystem），可以对元器件实施高效管理。该软件还具有ICA(InternetComponentAssistant)功能，可在设计电路图的过程中从Internet的元器件数据库中查阅、调用上百万种元器件。(2)OrCAD/Pspice：这是一个电路仿真软件，除可对模拟电路、数字电路和模/数混合电路进行模拟外，还具有优化设计的功能（Optimizer）。(3)OrCAD/Express：这是一个逻辑模拟软件。可对Capture生成的数字电路进行门级模拟，一直到VDHL综合与仿真。(4)OrCAD/Loutout：这是一个印刷电路板(PCB)设计软件。可直接将由OrCAD/Capture生成的电路原理图通过手工或自动布局布线方式转为PCB设计。其中的Pspice软件可以完成电路仿真分析。该软件的前身是SPICE，其全称为SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis，即重点用于集成电路的仿真程序。最早SPICE软件是美国加州大学伯克利分校为适应集成电路CAD的需要于1972年推出的。1975年推出的SPICE2G版达到实用化程度，得到广泛推广。但该程序在当时的运行环境至少为小型计算机。1983年，OrCAD公司推出了可在PC机上运行Pspice1(P代表是在PC机上运行的版本)。其他公司（如Microsim公司）也相继推出了微机版的Pspice软件。现在，OrCAD公司与Microsim公司实现了强强联合，并于1998年推出了OrCAD/PSpice9.0。二、电路原理图的绘制本部分只针对Pspice的需要，介绍生成电路仿真所需要的电路图。建立一个新设计项目的方法：步骤1：运行Capture软件运行Capture软件，可见图1界面。图1在OrCAD软件包中，将一个设计任务当作一个项目(Project)，由项目管理器(ProjectManager)对该项目涉及的电路图、模拟要求、涉及的图形符号库和模拟参数库及有关输出结果实施组织管理每个设计项目对应一个项目管理窗口。步骤2：在启动窗口图1选择执行File\New\Project子命令，屏幕将弹出图2所示的NewProject对话框。在Name处输入新设计项目的名称；选定设计项目类型“AnologorMixed-DigitalCircuit”；在Browse处指定存放项目的路径，然后点击Ok，可看到图3所示的元器件符号库的对话框。步骤3：选择绘制电路图所需的符号库。Capture提供了3万多种元器件图形符号，存放在近80个不同的图形符号库文件中(以olb为扩展名)。在图3中对话框的左侧列出了软件中提供的元器件元器件符号库文件清单，右侧是为设计新项目配置的库文件。在绘制电路图的过程中，只能选用已配置的库文件中的元器件。在左侧选中要配置的库文件，按Add按钮，即将该库文件添至右侧列表中。反之，若从右侧列表中剔除一个库文件，则在右侧选中该文件，然后按Remove按钮即可。配置完成后，按Ok按钮。即出现电路图绘制窗口Schematic。图2图2图3图4步骤4：绘制电路原理图电路原理分析常用的符号库文件如表1。表1库文件名内容Analog.olbRLC、受控源等基本电路元件Source.olb电路中常用的独立源Special.olb控制仿真输出等符号Opamp.olb运算放大器符号库OrCAD/PSpice支持的元器件类型可分为6种基本类型：(1)基本无源元件，如电阻、电容、电感、互感、传输线等。(2)独立电压源和独立电流源。(3)各种受控电压源、受控电流源和受控开关等。(4)常用的单元电路，如运算放大器等。(5)常用的半导体器件，如二极管、双极型三极管等。(6)基本数字单元电路。电路原理中常用的是（1）~（4）。电路原理中常用的PSpiceA/D支持的元器件类型及其字母代号如表2。表2字母代号元器件类型字母代号元器件类型R电阻T传输线L电感I独立电流源C电容V独立电压源K互感(磁心)，传输线耦合S电压控制开关E电压控制的电压源W电流控制开关F电流控制的电流源D二极管G电压控制的电流源Q双极型三极管H电流控制的电压源X单元子电路调用下面以图直流电阻电路为例说明绘制方法：+−10V−+IU212Ω6I12Ω+−4U22Ω3Ω图5(1)放置电阻：由图4中选择执行Place\Part，从Labraries中选中ANALOG，再从显示的元件列表中选择电阻元件R，然后按OK按钮即可在Schematic1窗口中放置元件R了（见图6）。点击鼠标左键，一个电阻元件便放置完成，重复按鼠标左键可继续放置第2个，第3个，…，电阻元件。图6结束放置可用快捷方式，即点击鼠标由键，出现图7所示菜单。执行“EndMode”即结束放置。若元件需要旋转，则选中要旋转的元件，执行图7中的“Rotate”命令，元件旋转90°，依次执行该命令可继续旋转。也可从Capture主菜单中执行Edit\Rotate。图7(2)放置VCVS和CCVS：可从图6元件列表中分别选元件E和H。放置操作与放置电阻元件相同。(3)放置独立电压源：可从图6中选库文件SOURCE，再从元件列表中选择VAC元件（见图8）。图8(4)画连线：可直接点击Capture窗口右侧的快捷按钮，或执行Place\Wire。图9(5)放置接地端：也有两种方法：一种是直接点击Capture窗口右侧的快捷按钮GND，或执行Place\Ground。(6)指定节点号：执行Place\NetAlias(见图9)，出现图10的对话框，输入欲指定的接点号，按OK按钮即可放置。(次步骤不是必须，因为软件会为每个节点自动赋予一个编号。)(7)按题目的已知给每个元件赋予参数值：鼠标指向要编辑的元件，用左键双击该元件。对电阻在VALUE一栏输入参数值；对直流电压源在DC一栏输入该电源的电压值；受控源则在GAIN一栏输入控制系数。图10图11即是绘制好的电路图。图中为绘图的方便，电路图画法与图5略有不同，受控源的方向与原图相反，故其控制参数（Gain）为负值。R3120V210Vdc+-G2-4图11(8)保存设计项目。打开一个已有设计项目的方法：若一个设计项目已经存在，则执行File\Open/Project，出现图12所示的对话框。选择设计项目所在路径，选定要打开的文件（以obj为后缀）。图12要打开的设计项目便是上述建立的test1.obj。用鼠标左键双击左侧小窗口中test1.dsn，再双击Schematic1，再双击Page1。出现图13所示窗口。用鼠标左键双击左侧小窗N2R22N1R412R13+-H3-6图12口中test1.dsn，再双击Schematic1，再双击Page1。出现图13所示窗口。现在就可以对电路图进行编辑了。图13OrCAD/PSpice中的有关规定:(1)用于仿真的电路原理图：(a)必须有接地端；(b)图必须是连通的(如有磁耦合、无电联系的互感线圈，可能将电路分成两个部分，这时必须将一端连接)；(c)不允许有电压源与电感构成的回路，或由电流源与电容构成的割集。若有这样得回路可适当串入一小电阻，如1mΩ。(d)不允许有悬空(Floating)节点，实际问题种若存在，可在此节点与地之间接大电阻，如1GΩ。(2)数字数字可以用整数，如12，-5；浮点数，如2.3845，5.98601；整数或浮点数后面跟整数指数，如6E-14，3.743E+3；也可在整数或浮点数后面跟比例因子，如10.18k。(3)比例因子为了使用方便，PSpice中规定了10种比例因子。它们用特殊符号表示不同的数量级。这10种比例因子为：T=1E+12，G=1E+9，MEG=1E+6，K=1E+3，MIL=25.4E-6，M=1E-3，U=1E-6，N=1E-9，P=1E-12，F=1E-15或t=1E+12，g=1E+9，meg=1E+6，k=1E+3，mil=25.4E-6，m=1E-3，u=1E-6，n=1E-9，p=1E-12，f=1E-15注意：由于不区分大小写，M，m软件均视为1E-3。所以，兆(1E+6)写成MEG。(4)单位以工程单位米、千克和秒（MKS）为基本单位。由此得到的其它电学单位可省略。如10，10V表示同一电压数。1000Hz，1000，1E+3，1k，1kHz都表示同一个频率值。同样，W、A等标准单位在描述时均可省略。(5)分隔符有关编辑窗中输入多个参数值或表达式时，数值之间或表达式之间用逗号或空格分开，多个空格等效于一个空格。(6)表达式编写规则可以用表达式定义元器件参数值。如，电阻值为{1k*(1+P*Pcoeff/Pnom)}，给定Pcoeff=-0.6，Pnom=1.0，P从0变到5时，可以分析电阻值按表达式的函数关系变化时电路的响应（GlobalParameter分析）。注意：参数值以变量或表达式出现时要用花括号“{}”括起来。三、用PSpice进行电路仿真的一般步骤（1）绘制电路原理图。此部分工作已经在上一部分完成。（2）设置分析功能。PSpiceA/D可分析的电路特性有6类15种，如表3所示。表3类型电路特性直流特性(1)直流工作点(BiasPoint)(2)直流灵敏度(DCSensitivity)(3)直流传输特性(TF:TransferFunction)(4)直流特性扫描(DCSweep)交流特性(1)交流小信号频率特性(ACSweep)(2)噪声特性(Noise)瞬态特性(1)瞬态响应(TransientAnalysis)(2)傅立叶分析(FourierAnalysis)参数扫描(1)温度特性(TemperatureAnalysis)(2)参数扫描(ParametricAnalysis)统计分析(1)蒙特卡罗分析(MC:MonteCarlo)(2)最坏情况分析(WC:WorstCase)逻辑模拟(1)逻辑模拟(DigitalSimulation)(2)模/数混合模拟(MixedA/DSimulation)(3)最坏情况时序分析(Worst-CaseTimingAnalysis)电路原理分析常用的分析类型有：BiasPoint,DCSweep,ACSweep和TransientAnalysis。在已完成电路原理绘制后，或打开一个已有的设计项目而出现图13所示的界面后，可根据不同的仿真要求，设置不同的分析功能。对不同的分析类型，信号源（独立电源）需要不同的形式（信号源元件均在库文件Source.olb中）。V表示电压源，I表示电