华中科技大学电子线路测试实验01-PSPICE仿真130701

实验一PSpice软件仿真练习（一）•电子线路CAD概述•OrCAD/PSpice仿真软件操作介绍•本次实验内容及要求就是用计算机来帮助人们分析或者设计电子电路。它是CAD和EDA技术的重要组成部分。电子电路设计就是根据给定的功能和特性指标要求，通过各种方式，确定电路采用的拓扑结构及各个元件的参数值。一、电子线路CAD概述1、什么是“电子电路计算机仿真”★计算机辅助设计CAD（ComputerAidedDesign）就是在电子电路设计过程中，借助于计算机来迅速准确地完成设计任务。2、电子电路设计方式★人工设计方案的提出、验证和修改都是人工完成的。其中设计方案的验证采用搭接实验电路的方式进行。★电子设计自动化EDA（ElectronicDesignAutomation）就是以计算机硬件和系统软件为基本工作平台，继承和借鉴前人在电路、图论与拓扑逻辑和优化理论等多学科的最新科技成果，在开发电子电路与系统时，利用计算机进行设计、分析、仿真、制造等工作。3、EDA技术的优点缩短设计周期。（计算机模拟代替搭实验电路；印刷电路板设计软件）节省设计费用。提高设计质量。（灵敏度分析、容差分析、成品率模拟、最坏情况分析、优化设计等）共享设计资源。（成熟的单元设计及各种模型和模型参数均放在数据库中）很强的数据处理能力。（计算机存储量大、数据处理能力强，设计完后，可以很方便地生成各种数据文件和报表文件）电子线路计算机辅助分析与设计的基本流程提出设计指标拟定电路方案设定器件参数CAA数据输出指标满足要求电路设计结束Y修改电路方案修改电路参数是否要修改电路方案YNN电路安装、调试和测量4.微机级电子电路EDA软件直到80年代初，CAD软件还只能在小型机或专用的工作站上运行。近年来，新型微机系统功能越来越强，微机上的EDA软件也发展到了相当的水平。其中，OrCAD软件和PSPice软件是其典型代表。SPICE仿真程序SPICE（Simulationprogramwithintegratedcircuitemphasis）是最为普遍的电路级模拟程序，各软件厂家提供提供了Vspice、Hspice、Pspice等不同版本spice软件，其仿真核心大同小异，都是采用了由美国加州Berkeley大学开发的spice模拟算法。SPICE可对电路进行非线性直流分析、非线性瞬态分析和线性交流分析。其内建半导体器件模型，用户只需选定模型级别并给出合适的参数。PSpice软件的发展过程•1972年，由美国加州大学伯克莱分校研制出SPICE•1975年，推出正式实用化版本SPICE2G。•1988年，被定为美国国家标准。•1984年，MicroSim公司推出了基于SPICE的微机版本PSpice（Personal-SPICE）。•此后各种版本的PSpice不断问世，功能也越来越强。经过了近30年的不断改进、完善，已成为国际上公认的一种工业标准工具。•20世纪90年代，Pspice陆续开发了在Windows环境下运行的多个版本。1998年11月著名的EDA公司OrCAD公司与PSpice原开发公司MicroSim联合，推出了比较经典的版本OrCAD/Pspicev9－目前基础教学多采用此版本。•PsPice集成到了OrCAD中之后，OrCAD软件又成了Candence公司的EDA软件产品之一，不断更新，目前最新版本是v15.7－当然内核还是Spice算法。二、OrCAD软件1.软件构成主要由三个模块组成：（1）CaptureCIS模块CaptureCIS模块是功能强大的电路原理图设计软件。除可生成各类模拟电路、数字电路和数／模混合电路的电路原理图外，还配备有元器件信息系统CIS（ComponentInformationSystem）,可以对元器件的采用实施高效管理。（2）PSpice模块PSpice模块是通用电路模拟软件。除可对模拟电路、数字电路和数／模混合电路进行模拟外，还具有优化设计的功能。该软件中的Probe模块，不但可以在模拟结束后显示结果信号波形，而且可以对波形进行各种运算处理，包括提取电路特性参数，分析电路特性参数与元器件参数的关系。（3）LayoutPlus模块LayoutPlus模块是印刷电路版（PCB）设计软件。可直接将Capture生成的电路图通过手工或自动布局布线方式转为PCB设计。*本课程不涉及此模块…2.OrCAD软件包（1）电路图生成软件（CaptureCIS）其主要功能是以人机交互方式在屏幕上绘制电路图，设置电路中元器件的参数，生成多种格式要求的电连接网表。在该程序中可直接调用运行PSpice及其它配套软件。（2）激励信号编辑软件（StmEd：StimulusEditor）其主要功能是生成电路模拟中需要的各信号源。包括瞬态分析中需要的脉冲、分段线性、调幅正弦、调频、指数等5种信号波形和逻辑模拟中需要的时钟、脉冲、总线等各种信号。（3）模型参数提取软件（ModelEd：ModelEditor）其主要功能是提取来自厂家的器件的数据信息，生成所需要的模型参数。尽管PSpiceA/D的模型库中提供了一万多种元器件的模型参数，但在实际应用中仍有用户觉得不够用，这时ModelEd软件就显得至关重要。（4）波形显示和分析模块（Probe）其主要功能是将Pspice的分析结果用图形显示出来。不仅能显示电压、电流这些基本电路参量的波形，还可显示由基本参量组成的任意表达式的波形，所以有“示波器”之称。（5）优化程序（Optimizer）其主要功能是自动调整元器件的参数设计值，使电路的特性得到改善，实现电路的优化设计。PSpiceA/D电路原理图生成电路模拟OrCAD/CaptureCISOrCAD/ModelEd（模型参数提取）模型参数库激励信号波形编辑OrCAD/StmEd逻辑模拟数/模混合模拟模拟电路优化设计OrCAD/OptimizerOrCAD/Probe信号波形显示分析OrCAD软件包中各软件之间的相互关系特性分析设置（profile）电路图生成（Capture）设计结果输出优化设计（Optimizer）新建设计项目（project）模拟结果分析（prober）电路模拟（PSpiceA/D）设计满足要求？是否3.OrCAD仿真分析电路过程4.OrCAD/PspiceA/Dv9.2的功能特点(1)OrCAD/PspiceA/D9.2可模拟以下6类常用的电路元器件•基本无源元件，如电阻、电容、电感、传输线等。•常用的半导体器件，如二极管、双极晶体管、结型场效应管、MOS管等。•独立电压源和独立电流源。•各种受控电压源、受控电流源和受控开关。•基本数字电路单元，如门电路、传输门、触发器、可编程逻辑阵列等。•常用单元电路，如运算放大器、555定时器等。在这里集成电路可作为一个单元电路整体出现在电路中，而不必考虑该单元电路的内部结构。OrCAD/PSpiceA/Dv9支持的元器件类别及缺省字母代号字母代号元器件类型字母代号元器件类型BCaAs场效应管N数字输入C电容O数字输出D二极管Q双极晶体管E压控电压源R电阻F流控电流源S电压控制开关G压控电流源T传输线H流控电压源U数字电路单元I独立电流源USTIM数字电路信号源G结型场效应管V独立电压源K互感、传输线耦合W电流控制开关L电感X单元子电路调用MMOS场效应管ZIGBT管(2)OrCAD/Pspice9可分析的电路特性有6类15种：•直流分析包括静态工作点（BiasPointDetail）、直流灵敏度（DCSensitivity）、直流传输特性（TF：TransferFunction）、直流特性扫描（DCSweep）分析。•交流分析包括频率特性（ACSweep）、噪声（Noise）分析。•瞬态分析包括瞬态响应分析（TransientAnalysis）、傅里叶分析（FourierAnalysis）。•参数扫描包括温度特性分析（TemperatureAnalysis）参数扫描分析（ParametricAnalysis）。（5）统计分析包括蒙托卡诺分析（MC：MonteCarlo）、最坏情况分析（WC：WorstCase）。（6）逻辑模拟包括逻辑模拟（DigitalSimulation）、数/模混合模拟（MixedA/DSimulation）、最坏情况时序分析（Worst-CasetimingAnalysis）。5.OrCAD/PSpice9.2中的单位和数字Pspice中采用的是实用工程单位制，如电压用伏（V）、电流用安培（A）、电阻用欧姆（Ω）、功率用瓦特（W）等。在运行中，Pspice会根据具体对象自动确定其单位。用户在输入数据时，代表单位的字母可以省去。例如给电压源赋值时，键入12和12V意思一样。Pspice中的数字采用科学表示方式，即可以使用整数、小数和以10为底的指数。用指数表示时，底数10用字母E来表示。对于比较大或比较小的数字，还可采用10种比例因子，如下表所示。例如1000、1E3和1K都表示同一个数。OrCAD/PSpice9.2中采用的比例因子符号比例因子符号比例因子F10-15M10-3P10-12K10+3N10-9MEG10+6U10-6G10+9MIL25.4×10-6T10+12特别注意：（1）比例因子可用大写也可用小写，如m和M都表示10-3。而国标规定，m表示10-3，M表示10+6，我们通常的习惯也是这样。为了防止混淆，在该软件中用MEG表示10+6。这一点在使用时应特别小心。（2）比例因子只能用英文字母，如10-6用U或u表示，而国标规定10-6用希腊字母m表示。故如电容容量C=1×10-6F，应写成C=1u（或1U）实验电路分析具体操作流程绘制电路图设置分析类型存盘电气规则检查生成网表分析（调用Pspice)Probe观察波形读取数据计算指标放元件放电源连线编辑元件和电源参数1.调用Capture软件在计算机上选择命令集：程序/OrCADFamilyRelease9.2LiteEdition/CaptureCISLiteEdition，点击后就会在屏幕上出现Capture启动窗口。三、用Capture绘制电路图2.新建设计项目(File/New/Project)在OrCAD软件包中，每一个设计或分析任务都被当作一个项目，由项目管理器（ProjectManager）统一管理。因此每开始一个新的任务就等于新建一个设计项目，要调用项目管理器为新建项目起个名，并确定有关的设置。（1）给设计项目起名。在Name栏中键入项目名，例如我们为将要分析的基本放大器起名为Amp。（2）选定设计项目类型如果电路图要用于印制电路版设计，则应选“PCBoardWizard”或“ProgrammableLogicWizard”。如果只绘制电路,则应选“Schematic”。有4个选项可供选择。如要对绘制的电路进行Pspice分析，应选“AnalogorMixedSignalCircuit”（3）设计项目路径名设置。Location一项用于设置保存新建设计项目的子目录。建立新的Pspice项目Capture工作窗口电路图编辑窗口项目管理器窗口信息查看窗口3、加元器件库(Place/Part命令)在画电路图之前，首先要为将要画的电路选择元器件库。执行Place/Part命令，，在Place/Part对话框中点击“Add”按钮，出现BrowseFile对话框，将所需库点中，点击“打开”按钮，则选中的库文件增至“Labrarise”框中。反之，从“Labrarise”框，选中一个库文件，点击Remove按钮，即将该库文件框剔除。加库剔除库OrCAD9.2正式版中的Pspice库文件OrCAD9.2教学版中的Pspice库文件•Eval.lib半导体器件、运放和逻辑单元(区别!)•Breakout.lib要考虑参数发生变化的元器件符号应采用此库中的•Analog.lib和Analog_p.lib常用的无源元器件符号•Source.lib各种电源符号•Sourcestm.lib需要调用激励