电子电路机辅分析与设计.ppt

Fundamental of Electronic Technology CTGU 1 11.1 引言 11.2 PSPICE功能及特点 11.3 PSPICE的基本构成 11.4 PSPICE文本描述 11.5 PSPICE窗口版的功能应用 2 11.1 引言 1) 计算机辅助设计（computer aided design） CAD CAM CAE CAT 2)电子CAD向EDA的过渡 传统设计：方案，验证，修改，人工完成 早期CAD：缺少CAD软件，人机完成 EDA系统的设计过程和大部分计算有机器完成 3)电子CAD源于机辅作图与分析 CAA是电子CAD 的独有技术 从直流、交流分析，瞬态分析发展到容差分析,最 坏 情况分析，数字模拟，数模混合模拟（仿真） 代表软件如：SPICE（simulation program with integrated circuit emphasis）PSPICE（personal spice） 3 11.2 PSPICE功能及特点 PSPICE是机辅分析和设计的电子电路模拟软件。硬件设 计实现之前，先对电路进行模拟分析，器件的模型、系统 的调整、测试全由计算机完成。用户根据要求设置参数， 计算机象扫频仪和示波器一样测试电路的频率响应和瞬态 响应，进行各种分析使电路达到最优 1）特点： 节省时间，节省设备，产品一般性好，可靠性高，新产品 更新快。 2）功能： 直流分析：计算工作点，计算直流小信号传输函数，计算 直流转移特性曲线 4 交流分析：频域分析（幅频，相频）；噪声分析（ 计算指定频率点上的噪声等效电平） 瞬态分析：瞬态响应（绘不同信号的时域波形）； 傅立叶分析（计算基波，谐波系数） 灵敏度分析：计算元件参数变化引起电路输出变量 的变化（交、直流）。 容差分析：蒙特卡罗（monte-carlo）分析 （统计分析法）给定元件参数容差时，计算输出变量 的均值和标准偏差；最坏情况分析（Worst-Case） ：参数处于容差边界的一种最坏组合情况下计算输 出的上界值和下限。 温度特性分析:通常在27度进行分析，也可指定温度 优化设计:给定电路拓扑结构和电路性能约束的情况 下，确定元器件最佳参数组合。 5 11.3 PSPICE的基本构成 人机交互界面 原理图输入 电路模拟分析 绘图后处理 模型参数库 模型参数提取 电路符号库 符号编辑器 6 人机交互界面：windows下工作，鼠标点击下拉菜单选 命令，多窗口的多任务作业，可在不同窗口绘原理图 ，模拟分析，给出仿真结果波形。 输入方式：原理图和文本两种输入方式。调电路符号 组成电路图，由原理图编辑器自动将图转换成电路网 表文件标上节点号供模拟器分析仿真。 元器件模型建立与处理：模型提取软件PARTS建模， 提取参数。同一器件不同分析要采用不同模型。 电路方程建立与求解：交流小信号分析：线性代数方 程，高斯消元法求解；直流非线性分析：非线性代数 方程，迭代法求解；瞬态分析：常微分方程，变步长 隐式积分法求解 绘图处理：绘图软件probe，波形曲线输出存档 7 11.4 PSPICE文本描述 1）电路描述： 标题描述， 电路描述（确定电路元件，节点，元件 值，元件模型，信号源）， 分析功能描述， 输出结果描述， 结束描述 8 2）例：RC电路瞬态分析 A SIMPLE RC CIRCUIT VIN 1 0 DC 12V R1 1 2 1 C1 20 5U IC=5 TRAN 5US 20US PLOT TRAN V(2) PROBE END VIN + - 12 R1 1 0 C1 5U t 0 10V 5V 0 10US20US V(2) 9 11.5 PSPICE窗口版的功能应用 窗口版PSPICE目前已有版本5.1，6.2，7.1，8.0，9.0 1）原理图编辑器（schematics.editor） 放置元器件和画连线：选Draw/Get New Part 屏幕 出 现对话框，在标题为Add Part中: 选Browse/analog.slb/R 取电阻 选Browse/analog.slb/D 取二极管 选Browse/eval.slb/Q 取三极管 选Browse/port.slb/AGND 取地线 选Draw/wire 将元件连接好。 编辑元件属性：在元件上连击两下，出现Editing Attribate的对话框，并键入相关参数，按“Save Attr”和OK按钮。 存图：选File/Save（取名Damp） 10 2) 模拟分析与显示 模拟分析设置：选analysis/ setup 探头Probe设置：分析完自动进入图形后处理程序 选analysis/probe setup ， Automatically Run Probe After Stimulation 击OK。 模拟并显示直流扫描：选analysis/ simulation（模拟） 先检测，建网络表，再模拟，显示模拟信息 加入Marker标记：选Marker/Mark voltage/level，按 标记显示波形 显示波形：选analysis/simulate 11 开始模拟电路之前，必须先用Schematic将电路图画出来 ，Schematic启动界面如下： 12 进入绘制电路图窗口如图： 图标工具栏，每个图标代表菜 单中一项最常用的操作，点中 图标即可完成相应的操作，提 高了操作效率。 窗口标题栏，显示 当前程序项名称和 所编辑的文件名称 ，新建电路图必须 以某个名称保存以 后才有文件名 主菜单栏， Schematics 的所有操作 都可通过选 择菜单中相 应的栏目来 完成。 原理图编辑区，也就是原理图页面。它是 一块均匀划分的网格区域，用户可以选择 Options=Display Options显示方式设 置，打开或关闭网格开关（Grid On）也 可重新设置网点之间间隔（GridSize）。 13 1）. 从符号库中提取元器件符号或端口符号 先开启Schematic,点选Draw/Get New Part,或单击工具 栏上的取元件图标， 取元 件图 标 14 1）. 从符号库中提取元器件符号或端口符号 即可打开如图所示对 话框。该对话框列出 了全局符号库中的所 有符号。可以在Part Name文本框中键入需 要的元件符号，对于 不熟悉的元件也可以 通过符号名列表的滚 动条浏览。 15 单击 Place 可取出元件但不关闭对话框；单击 Place&Close 取出并关闭对话框；也可双击符号名列表中某一符号将其取 出。 16 摆放符号: 取出符号后，单击绘图工作区中的某一点，按一下鼠 标左键，符号将沿该点摆放一次。可多次摆放，单击右键结束。 17 摆放元件 水平摆放时，通常使正端子在左侧；垂直时，在上端。因此 ，在摆放符号前通常需将符号旋转一个角度。在执行 Edit/Rotate菜单命令或Ctrl+R可以将符号逆时针旋转90度， 执行Edit/Flip菜单命令或Ctrl+F可将其沿垂直方向对折。 18 连线 PSpice有两种连线方式：水平和垂直折线连接，斜线 连接。采用哪种方式取决于直角连线开关的设置情况。 （1）利用连线工具Draw Wire画导线。 连线 工具 19 （2）点选画线工具后，即可看到一个铅笔状的指示。将画笔 移到起始端，按鼠标左键，开始引线，要转弯时可按一下鼠 标左键，画笔移到终点后再按一下鼠标左键，完成接线。继 续画线，直到全部完成后，按鼠标右键结束画线。 20 （3）你可和双击如何一段导线，即会出现LABEL的对话框 ，可以给这条线段一个名称（在模拟后很有用）。 21 （4）地符号的放置方法同元件，学过或看过前面的电路CAD技术基础，当 然会明白必须设置零节点的必要性，因为SPICE是用改进的节点法列写方程 的。零节点是指定的参考点，惟有指定零节点才能保证方程是独立的,否则 认为出错,。及时保存电路图 22 4）. 定义或修改元器件符号及导线属性 下面以R1为例，介绍两种修改符号属性值的方法。方法一 ：利用电阻R1的属性表修改其值。 （1）双击R1符号，打开R1属性表，如图所示。 23 2） 单击属性项VALUE=1K，属性名VALUE和值1K分别出现 在Name和Value文本框中。 24 （3）将Value文本框中1K改为100，并单击Save Attr，保存新 属性。单击OK确认退出。 25 （二）、设定要模拟的内容 1. 执行Analysis/Setup菜单命令，进入分析类型对话框 26 2. 点选你想要模拟的项目，然后进入个别设定视窗。常用的 模拟内容有： 27 3. 进入DC Sweep设置窗口后，选Global Parameter（全局参数 ）和Linear（线性扫描），在Name文本框后第一格内写入全局 参数名var，将Start Value（扫描初长）设为1，End Value（ 扫描终值）设为1k，Increment（扫描步长）设为10。单击OK 结束操作。 28 （三）、执行模拟（仿真计算） 当一切设置完之后，便可以启动分析程序PSpice对电路进行分析。 选择Analysis=Simulate，或单击常用工具栏中相应的按钮，或按快捷键 F11，可以启动 Analysis=Create Netlist 自动建立电路网络表 Analysis=Electrical Rule Check 自动进行电路检查 Simulate 29 在分析过程中，会显示其运行窗口。如在电路中发现错误， 会在运行中用红色文字显示。选择Analysis=Examine Output 可查看错误原因。 30 在Schematics中，选择Analysis=Run Probe。（四）、显示波形 31 利用Probe中的波形跟踪命令Add Trace 输入待观测的变量名 或变量的函数名来查看。在Probe窗口，选择Trace=Add,可 以打开波形跟踪对话框。 32 33 单击变量名列表中的某变量名，使该变量名出现在Trace Command中，单击OK，该变量的波形将出现在窗口中； 34 瞬态分析 PSpice可对大信号非线性电子电路进行瞬态分析，也就 是求电路的时域响应。它可在给定激励信号情况下，求电路 输出的时间响应、延迟特性；也可在没有任何激励信号的情 况下，求振荡波形、振荡周期等。 例题 一阶RC电路如图所示。试利用PSpice进行电路的时域响 应（瞬态）分析。 35 （1）电路图的绘制。输入电路图名称（如RC），绘制电路图。激 励为电压脉冲源，选用Source.slb库中的VPULSE 分别键入下面参数的名称和数值：V10V（初始值），V25V （幅值），TR0.4s（上升时间），TF0.5s（下降时间）， TD0（延迟时间），PW10ms（脉冲宽度），PER20ms（周期） 。PSpice库中存有各种类型瞬态分析电压（电流）激励源供调用， 脉冲源VPULSE是其中之一 36 （2）执行PSpice分析程序，结果波形见图所示。其中脉冲波是输 入的矩形脉冲，三角波是输出波形。由于电路的时间常数， R1=100 RC100101061ms,而矩形输入脉冲的周期是 T=