第10章电路仿真.ppt

宋国斌制作 10 1设置放置元件参数 ProtelDXP2004sp2中的仿真元器件都在该软件的安装文件夹下 最常用的元器件都可以在 MiscellaneousDebices IntLib 库中找到 仿真电路中所需的元器件只需从库中直接放置在原理图中 就可以进行仿真了 注意 为了正确进行电路的仿真分析 仿真原理图中的所有元器件都必须具有Simulation属性 必须包含有特定的仿真信息 10 1 1设置常用仿真元器件参数 1 电阻 在ProtelDXP2004sp2的电路仿真中 为用户提供了两种类型的具有仿真属性的电阻 一种是RES 普通电阻 另一种是RESSim 半导体电阻 普通电阻 在 元件库 面板的 Miscellaneousebices InLib 库中选择固定电阻Res2 并放置到电路仿真原理图中 如图10 1所示 由图中可以看出 在模型种类栏下存在Simulation仿真模型 则表示该元件可以用于原理图仿真 图10 1选择元件对话框 元件的仿真模型参数需要在元件的属性对话框中进行设置 常见的操作方法有两种 方法一 将放置元件过程中 按下 Tab 键便可打开元件属性对话框 如图10 2所示 方法二 将元件放置好后 双击该元件 系统将会弹出元件属性对话框 如图10 2示 图10 2元件属性对话框 修改元件的标号与元件注释后 双击 模型 选项卡中 Simulation 选项 弹出 SimModel 对话框 如图10 3所示 在其中设置电阻的模型名称及描述 图10 3SimModel对话框 在图10 3所示的对话框中打开 参数 选项卡 弹出图10 4所示的对话框 用于设置电阻的阻值 在Value中输入电阻的阻值 并选中Componentparameter复选框 图10 4电阻仿真参数对话框 半导体电阻 在 元件库 面板中选择半导体电阻 放置到仿真电路原理图中 双击电阻符号 在属性设置对话框中 双击 模型 选项卡中的 Simulation 选项 打开 参数 选项卡 用来设置半导体电阻的仿真参数 如图10 5所示 主要参数有 Value 用来设置电阻的阻值 Length 半导体电阻的长度 Width 半导体电阻的宽度 Temperature 半导体工作温度 图10 5设置半导体电阻电阻的仿真参数 2 电位器 在ProtelDXP2004sp2的MiscellaneousDebices InLib库中 提供了多种具有仿真模型的电位器 这几种电位器具有相同仿真参数 在 元件库 面板中选择电位器 如ResAdj1 放置到仿真电路原理图中 双击电位器符号 在属性设置对话框中 双击 模型 选项卡中的 Simulation 选项 打开 参数 选项卡 用来设置电位器的仿真参数 如图10 6所示 图10 6电位器仿真参数设置 主要参数 Value 用来设置电位器阻值 SetPosition 第1引脚和中间引脚之间的阻值与总阻值的比值 3 电容 在ProtelDXP2004sp2的MiscellaneousDebices InLib库中 提供了3种具有仿真模型的电容 即Cap 无极性电容 CapPol 极性电容 CapSemi 半导体电容 等 这几种电容具有相同仿真参数 在 元件库 面板中选择电容 如Cap 放置到仿真电路原理图中 双击电容符号 在属性设置对话框中 双击 模型 选项卡中的 Simulation 选项 打开 参数 选项卡 用来设置电容的仿真参数 如图10 7所示 图10 7电容仿真参数设置 主要参数 Value 用来设置电容的电容值 InitialVoltage 用来设置电容两端的初始电压 4 电感 在ProtelDXP2004sp2的MiscellaneousDebices InLib库中 提供了多种具有仿真模型的电感 如Inductor 普通电感 InductorIron 带铁芯的电感 等 这几种电感具有相同仿真参数 在 元件库 面板中选择电感 如Inductor 放置到仿真电路原理图中 双击电感符号 在属性设置对话框中 双击 模型 选项卡中的 Simulation 选项 打开 参数 选项卡 用来设置电感的仿真参数 如图10 8所示 图10 8电感仿真参数设置 主要参数 Value 用来设置电感的电感值 InitialVoltage 用来设置电感初始电流 5 二极管在ProtelDXP2004sp2的MiscellaneousDebices InLib库中 提供了多种具有仿真模型的二极管 如Diode 普通二极管 DiodeZener 稳压二极管 LED 发光二极管 等 这几种二极管具有相同仿真参数 在 元件库 面板中选择二极管 如Diode 放置到仿真电路原理图中 双击二极管符号 在属性设置对话框中 双击 模型 选项卡中的 Simulation 选项 打开 参数 选项卡 用来设置二极管的仿真参数 如图10 9所示 图10 9二极管仿真参数设置 主要参数有 AreaFactor 用来设置环境因数 StartingConditions 用来设置二极管的初始状态 一般选择 OFF 选项 InitialVoltage 用来设置通过二极管的初始电压 Temperature 用来设置二极管的工作温度 6 晶体管 这几种晶体管具有相同仿真参数 在 元件库 面板中选择晶体管 如NPN 放置到仿真电路原理图中 双击晶体管符号 在属性设置对话框中 双击 模型 选项卡中的 Simulation 选项 打开 参数 选项卡 用来设置晶体管的仿真参数 如图10 10所示 图10 10晶体管仿真参数设置 主要参数有 AreaFactor 用来设置晶体管的环境因数 StartingConditions 用来设置晶体管的初始状态 一般选择 OFF 选项 InitialB EVoltage 用来设置基极B 发射极E之间的初始电压 InitialC EVoltage 用来设置集电极E 发射极E之间的初始电压 Temperature 用来设置晶体管的工作温度 7 晶振 在 元件库 面板中选择晶振 如XTAL 放置到仿真电路原理图中 双击晶振符号 在属性设置对话框中 双击 模型 选项卡中的 Simulation 选项 打开 参数 选项卡 用来设置晶振的仿真参数 如图10 11所示 图10 11晶振仿真参数设置 主要参数有 FREQ 用来设置晶振的振荡频率 RS 用来设置晶振的内阻 C 用来设置晶振的电容值 Q 用来设置晶振的品质因数 8 熔断器 保险丝 这几种熔断器具有相同仿真参数 在 元件库 面板中选择熔断器 如Fuse1 放置到仿真电路原理图中 双击熔断器符号 在属性设置对话框中 双击 模型 选项卡中的 Simulation 选项 打开 参数 选项卡 用来设置熔断器的仿真参数 如图10 12所示 图10 12熔断器仿真参数设置 主要参数有 Resistance 用来设置熔断器的电阻值 Cuttent 用来设置熔断器的熔断电流值 9 变压器 这几种变压器具有相同仿真参数 在 元件库 面板中选择变压器 如Trans 放置到仿真电路原理图中 双击变压器符号 在属性设置对话框中 双击 模型 选项卡中的 Simulation 选项 打开 参数 选项卡 用来设置变压器的仿真参数 如图10 13所示 图10 13变压器仿真参数设置 主要参数有 InductanceA 用来设置变压器A边的电感值 InductanceB 用来设置变压器B边的电感值 CouplingFactor 用来设置变压器的耦合系数 10 继电器 在ProtelDXP2004sp2的MiscellaneousDebices InLib库中 提供了多种具有仿真模型的继电器 如Relay Relay DPDT和Delay SPST等 这几种继电器具有相同仿真参数 在 元件库 面板中选择继电器 如Relay 放置到仿真电路原理图中 双击继电器符号 在属性设置对话框中 双击 模型 选项卡中的 Simulation 选项 打开 参数 选项卡 用来设置继电器的仿真参数 如图10 14所示 图10 14继电器仿真参数设置 主要参数有 Pullin 用来设置触点的吸合电压 Dropoff 用来设置触点的释放电压 Contact 用来设置继电器的铁心吸合时间 Resistance 用来设置继电器线圈的电阻值 Inductance 用来设置继电器线圈的电感值 10 1 2设置仿真激励源参数 绘制电路原理图后 必须在电路中放置合适的仿真激励源 这样才可以在仿真的过程中 给电路提供驱动 使电路正常工作 ProtelDXP2004sp2提供了多种仿真激励源 这些元件在 SimulationSources IntLib 库中可以找到 注意 单击 元件库 面板中的 元件库 按钮进行加载 路径为你所安装ProtelDXP2004sp2路径下的Library中 1 直流电源 直流电源有两种 直流电压激励源 VSRC VSRC2 和直流电流激励源 ISRC 这两种激励源的作用是作为仿真电路的工作电源 在 元件库 面板 SimulationSources IntLib 库中选择直流电源 如VSRC 放置到仿真电路原理图中 双击直流电压源符号 在属性设置对话框中 双击 模型 选项卡中的 Simulation 选项 打开 参数 选项卡 用来设置直流电源的各项仿真参数 如图10 15所示 图10 15直流电压源仿真参数设置 主要参数有 Value 用来设置直流电压值 ACMagnitude 用来设置交流小信号分析时的电压值 ACPhase 用来设置交流小信号的相位 直流电流激励源 ISRC 的仿真参数设置与直流电压的设置基本相同 2 正弦信号激励源正弦信号激励源有两种 正弦交流电压源 VSIN 和正弦交流电流源 ISIN 主要为仿真电路提供激励信号 常用于瞬态分析和交流小信号分析中 把他们放到仿真电路图中 双击正弦信号激励源 弹出设置对话框 双击 模型 选项卡中的 Simulation 选项 打开 参数 选项卡 用来设置正弦信号激励源的各项仿真参数 如图10 16所示 图10 16正弦信号激励源仿真参数设置 主要参数有 DCMagnitude 用来设置正弦信号的直流参数 通常设置为0 ACMagnitude 用来设置交流小信号分析电压值 通常设置为1V ACPhase 用来设置交流小信号分析的初始相位值 通常设置为0 Offset 用来设置叠加在正弦波信号上的直流分量 Amplitude 用来设置正弦波信号的振幅 Frequency 用来设置正弦波信号的频率 Delay 用来设置正弦波信号初始延时时间 DampingFactor 用来设置正弦波信号的阻尼因子 该值影响正弦波信号的振幅随时间的变化 如果设置为0 表示正弦波为等幅正弦波 如果设置为正值 表示正弦波幅度虽时间递减 如果设置为负值 表示正弦波幅度随时间递增 Phase 用来设置正弦波信号的初始相位 注意 正弦波信号激励源的主要参数值 振幅 频率 初始相位 3 脉冲激励源 脉冲激励源有两种 脉冲电压源 VPULSE 和脉冲电流源 IPULSE 主要为仿真电路提供周期性的脉冲信号 可以产生矩形波 方波 三角波等众多波形 常用于脉冲数字电路的瞬态分析中 将它们放入仿真电路 双击脉冲激励源 弹出设置对话框 双击 模型 选项卡中的 Simulation 选项 打开 参数 选项卡 用来设置脉冲激励源的各项仿真参数 如图10 17所示 图10 17脉冲激励源仿真参数设置 主要参数有 DCMagnitude 用来设置脉冲的直流参数 通常设置为0 ACMagnitude 用来设置交流小信号分析电压值 通常设置为1V ACPhase 用来设置交流小信号分析的初始相位值 通常设置为0 InitialValue 用来设置脉冲的初始电压或电流值 PulsedValue 用来设置脉冲电压或电流值 TimeDelay 用来设置延迟时间 RiseTime 用来设置上升时间 必须大于0 FallTime 用来设置下降时间 必须大于0 PulseWidth 用来设置脉冲宽度 单位S Period 用来设置脉冲周期 Phase 用来设置脉冲初始相位 4 调频激励源 调频激励源有两种 调频电压源 VSFFM 和调频电流源 ISFFM 主要为仿真电路提供一个频率随调制信号变化而变化的调频信号 将它们放入仿真电路 双击调频激励源 弹出设置对话框 双击 模型 选项卡中的 Simulation 选项 打开 参数 选项卡 用来设置调频激励源的各项仿真参数 如图10 18所示 图10 18调频激励源仿真参数设置 主要参数有 DCMagnitude 用来设置调频的直流参数 通常设置为0 ACMagnitude 用来设置交流小信号分析电压值 通常设置为1V ACPhase 用来设置交流小信号分析的初始相位值 通常设置为0 Offset 用来设置叠加在调频信号上的直流分量 Amplitude 用来设置载波振幅 CarrierFrequency 用来设置载波频率 ModulationIndex 用来设置调制系数 SignalFrequency 用来设置调制信号的频率 5 指数函数激励源 指数函数激励源有两种 指数函数电压源 VEXP 和指数函数电流源 IEXP 常用于高频电路仿真分析中 将它们放入仿真电路 双击指数函数激励源 弹出设置对话框 双击 模型 选项卡中的 Simulation 选项 打开 参数 选项卡 用来设置指数函数激励源的各项仿真参数 如图10 19所示 图10 19指数函数激励源仿真参数设置 主要参数有 DCMagnitude 用来设置直流参数 通常设置为0 ACMagnitude 用来设置交流小信号分析电压值 通常设置为1V ACPhase 用来设置交流小信号分析的初始相位值 通常设置为0 InitialValue 用来设置指数函数的初始电压或电流值 PulsedValue 用来设置指数函数的跳变值 RiseDelayTime 用来设置指数函数的上升延迟时间 RiseTimeConstant 用来设置指数函数的上升过程时间 FallDelayTime 用来设置指数函数的下降延迟时间 FallTimeConstant 用来设置指数函数的下降过程时间 10 1 3设置特殊元件参数 1 设置节点电压初始值 ProtelDXP2004sp2为仿真电路中的电路节点提供节点电压初始值 在 SimulationSources InLib 库中选择 IC元器件 将 IC元件放置到需要设置电压初始值的节点上 双击该元件 弹出设置对话框 双击 模型 选项卡中的 Simulation 选项 打开 参数 选项卡 用来设置各项仿真参数 如图10 20所示 图10 20 IC仿真参数设置 主要参数有 InitialConditions 用来设置该节点的电压初始值 2 仿真数学函数 在ProtelDXP2004sp2的电路仿真器中还提供了仿真数学函数 它同样可以用于电路仿真原理图中 主要是对仿真电路图中的两个节点信号进行合成 执行加 减 乘 除等运算 也可以变换一个节点信号 如 正弦变换 余弦变换 双曲线变换等 仿真数学函数放在 SimulationMathFunction IntLib 库中 使用时 只需将仿真数学函数功能模块放到仿真电路中需要进行信号处理的地方即可 不需要手工设置仿真 如图10 21所示为元件的仿真参数属性 图10 21仿真数学函数的仿真参数 10 2设置放置方式参数 仿真原理图绘制好后 在进行电路仿真分析之前 需要选择合适的参数设置和仿真方式 才能运行仿真 观察仿真结果 在ProtelDXP2004sp2的电路仿真中 仿真方式的设置分为两部分 一是常规参数设置 二是特殊参数设置 在原理图编辑窗口中 执行菜单 设计 仿真 MixedSim 命令 弹出电路仿真分析设计对话框 如图10 22所示 图10 22电路仿真分析设定对话框 电路仿真分析设定对话框主要分为两部分 左边为 分析 选项 栏 主要是列出各种具体的仿真方式 供用户选择 右边列出与左边选项对应的仿真方式中的具体参数设置 系统默认分析选项为 GeneralSetup 即常规则参数设置 10 2 1常规参数设置 从图10 22电路仿真分析设定对话框中可以看到 常规参数的设置包括如下几项内容 1 为此收集数据 CollectDataFor 用来设置放置数据类型 在图10 22中单击该选项右边的下三角按钮 如图10 23所示 主要包括以下几个参数 图10 23为此收集数据下拉表 主要参数有 NodeVoltageandSupplyCurrent 用来计算节点电压和流过电源的电流 NodeVoltage SupplyandDebiceCurrent 用来计算节点电压 流过电源和元器件的电流 NodeVoltage SupplyCurrrentandSubcircuitVARS 用来计算节点电压 流过电源的电流 子电路的端电压和电流 NodeVoltage SupplyCurrent DeviceCurrentandPower 用来计算节点电压 流过电源和元件上的电流 在元件上消耗的功率 ActiveSignals 用来计算本列框中所列出的激活信号 系统默认的选项为 NodeVoltage SupplyCurrent DeviceCurrentandPower 但用户可以根据自己的需要选择数据类型 2 图纸到网格表 SheetstoNetlist 用来设置仿真程序的作用范围 在图10 22所示中单击该选项右边的下三角按钮 如图10 24所示 包括如下参数 主要参数有 ActiveSheet 仅对当前电路仿真原理图进行仿真 Activeproject 对当前的整个工程项目下的所有仿真原理图进行仿真 图10 24SimView设定下拉列表 3 SimView设定用来设置仿真结果图中显示的内容 在图10 22所示中单击该选项右边的下三角按钮 如图10 25所示 包括如下参数 图10 25SimView设定下拉列表 主要参数有 KeepLastsetup 按照上一次仿真操作设置在仿真结果内显示信号波形 而忽略 ActiveSignals 栏中所列出的激活信号 Showactivesignals 按照 ActiveSignals 栏中所列出的激活信号 在仿真结果图中显示其波形 4 可用信号 AvailableSignals 该列表框中显示了所有可供选择的观测信号 随 为此收集数据 下拉列表框中所选择的内容变化而变化 5 活动信号 ActiveSiganals 该列表框中显示了运行仿真程序后 能够在仿真结果图显示波形的信号 如图10 23所示 在 可用信号 列表框中选择某个信号 单击下面的几个箭头表面显示和不显示作用 10 2 2仿真分析方式如图10 23所示 ProtelDXP2004sp2提供了10中具体的仿真分析方式 OperatingPointAnalysis 工作点分析 Transient FourierAnalysis 瞬态特性分析 傅里叶分析 DCSweepAnalysis 直流扫描分析 ACSmallSignalAnalysis 交流小信号分析 NoiseAnalysis 噪声分析 Pole ZeroAnalysis 极点 零点分析 TransferFunctionAnalysis 传递函数分析 TemperatureSweep 温度扫描分析 ParametersSweep 参数扫描分析 MonteCarloAnalysis 蒙特卡罗分析 如果运用哪种仿真方式 只需要选中选项后的复选框即可 下面 分别介绍个仿真分析方式的参数设置 10 2 3仿真分析方式参数设置1 工作点分析 OperatingPointAnalysis 工作点分析 即静态工作点分析 指的是将所有电容元件视为开路 所有电感元件视为短路 然后计算各个节点的电压和个支路的电流 在进行工作点分析时 不需要用户进行仿真参数的设置 只需选中该复选框即可 运行仿真后 就能得到仿真文件 2 瞬态特性分析 傅里叶分析 Transient FourierAnalysis 1 瞬态特性分析 TransientAnalysis 瞬态特性分析时一种最常用的仿真分析方式 类似一个真实的示波器显示输出波形 处理在某一时间段指定的时间间隔 瞬时输出指定变化的波形 电压或电流 在进行瞬态分析时 电路的初始状态可由设计者自行给定 如果没有给定初始条件 或不使用所设定初始条件 那么仿真程序将自动进行直流分析 并用直流解作为电路的初始状态 瞬态特性分析窗口 如图10 26所示 瞬态特性分析主要参数设置如下 TransientStartTime 用来设置瞬态特性分析的起始时间 TransientStopTime 用来设置瞬态特性分析的终止时间 TransientStepTime 用来设置瞬态特性分析的时间步长 TransientMaxStepTime 用来设置瞬态特性分析的最大步长 UseInitialConditions 用来设置是否使用初始设置条件 选中该复选框 表示使用用户设置的初始条件 UseTransientDefaults 选中该项 使用瞬态仿真分析默认参数 DefaultCyclesDisplayed 用来设置仿真分析窗口中波形显示的周期数 DefaultPiontsPerCycle 用来设置每个周期内需要仿真计算的时间点数 图10 26瞬态特性分析与傅里叶分析参数设置 2 傅里叶分析 FourierAnalysis 在图10 26中 选中 EnableFourier 复选框 则表示选择了傅里叶仿真分析方式 傅里叶分析是在大信号正弦瞬态分析时对输出的最后一个周期波形进行谐波分析 该参数设置如下 FourierFundanmentalFrequency 用来设置傅里叶分析的基波频率 默认值为信号源的频率 FourierNumberofHarmonics 用来设置傅里叶分析的谐波分量数目 默认值为10 3 直流扫描分析 DCSweepAnalysis 直流扫描分析用于检验电路中的激励源在一定范围按照指定规律变化时 对静态工作点的影响 在图10 22对话框中选择 DCSweepAnalysis 复选框 直流扫描分析窗口如图10 27所示 图10 27直流扫描分析参数设置 直流扫描分析主要参数设置如下 PrimarySource 用来设置扫描激励源名称 PrimaryStart 用来设置激励源幅值的起始值 PrimaryStop 用来设置激励源幅值的终止值 PrimaryStep 用来设置扫描参数变化步长 EnableSecondary 选中复选框 Secondarysource 参数起作用 能用于同时分析两个激励源直流变化对电路的影响 注意 PrimarySource 扫描激励源 是必须的 但次扫描激励源 SecondarySource 是根据需要而定 如果选中 EnableSecondary 复选框 则次扫描激励源的参数就必须进行设置 4 交流小信号分析 ACSmallSignalAnalysis 交流小信号分析主要用来分析仿真电路的频率响应特性 属于电路的幅频特性分析 即输出信号随输入信号频率变化而变化的趋势 在图10 22对话框选中 ACSmallSignalAnalysis 复选框 交流小信号分析窗口如图10 28所示 图10 28交流小信号分析参数设置 交流小信号分析主要参数设置如下 StartFrequency 用来设置交流分析起始频率 StopFrequency 用来设置交流分析终止频率 SweepType 用来设置扫描方式 TestPoints 用来设置交流小信号分析时测试点数目 TotalTestPoints 用来设置交流小信号分析的总测试点数目 注意 进行交流小信号分析之前 必须保证电路中至少有一个交流激励源 即将激励源中的 ACMagnitude 设置为一个大于0的值 一般幅度为1 相位为0 5 噪声分析 NoiseAnalysis 系统能够计算的噪声包括 输入噪声 输出噪声和器件噪声 噪声分析是同交流分析一起进行的 电路中产生噪声的器件有电阻器和半导体器件 每个器件的噪声源在交流小信号分析的每个频率上都可计算出相应的噪声 并传送到一个输出节点 所有传送到该节点的噪声进行RMS 均方根 相加 就得到了指定输出端的等效输出噪声 噪声分析窗口如图10 29所示 噪声分析主要参数设置如下 NoiseSource 用来设置噪声源 StartFrequency 用来设置交流分析起始频率 StopFrequency 用来设置交流分析终止频率 SweepType 用来设置扫描方式 TestPoints 用来设置测试点数目 PointsPerSummary 用来计算噪声范围 输出 0 则只计算输入和输出噪声 输入 1 则同时计算各个元件噪声影响 OutputNode 用来设置输出噪声节点 ReferenceNode 用来设置参考节点 一般设置为 0 表示以接地点位参考点 图10 29噪声分析参数设置 6 极点 零点分析 Pole ZeroAnalysis 该分析可以用于交流小信号电路传递函数中 数字信号被视为高阻接地 分析通常是从直流工作点 对非线性器件求得线性化的小信号模型 在此基础上再进行分析传递函数极点 零点分析 极点 零点分析窗口如10 30所示 图10 30极点 零点分析参数设置 极点 零点分析参数设置如下 InputNode 用来设置输入节点 InputReferenceNode 用来设置输入参考点 OutputNode 用来设置输入节点 OutputReferenceNode 用来设置输出参考点 TransferFunctionType 用来设置传输类型 AnalysisType 用来设置分析类型 7 传递函数分析 TransferFunctionAnalysis 传递函数分析是在直流工作点的基础上将电路线性化 从而计算电路的输入阻抗 输出阻抗和直流增益 传递函数分析窗口如图10 31所示 图10 31传递函数分析参数设置 传递函数分析主要参数设置如下 SourceName 用来设置参考电源 ReferenceNode 用来设置参考节点 一般设置为 0 表示以接地点为参考点 8 温度扫描分析 TemperatureSweep 温度扫描分析是指当温度在指定范围内变化时 通过对电路参数进行各种仿真分析 确定电路的温度漂移等性能指标 注意 温度扫描分析不能单独进行 需伴随其他仿真方式 如瞬态特性分析 交流小信号分析 直流扫描分析 传递函数分析等一起进行仿真分析 温度扫描分析窗口如图10 32所示 图10 32温度扫描分析参数设置 温度扫描分析参数设置如下 StartTemperature 用来设置扫描的起始温度 StopTemperature 用来设置扫描终止温度 StepTemperature 用来设置扫描温度步长 9 参数扫描分析 ParametersSweep 参数扫描分析允许设计者在指定的范围内 以自定义的增幅扫描元件的参数值 它可以与其他分析方法配合起来使用 通过分析电路参数变化对电路特性的影响 从而找到某一元器件在仿真电路中最佳参数 参数扫描分析窗口如图10 33所示 图10 33参数扫描分析参数设置 参数扫描分析主要参数设置如下 PrimarySweepVariable 用来设置参数扫描的对象 PrimaryStartValue 用来设置参数扫描的初始值 PrimaryStopValue 用来设置参数扫描的终止值 PrimaryStepValue 用来设置参数扫描的步长 PrimarySweepType 用来设置参数扫描的方式 AbsoluteValues 参数扫描以绝对值变化方式计算 RelativeValues 参数扫描以相对值变化方式计算 EnableSecondary 如果选中该项 就可以对第2个对象进行参数扫描分析 设置内容与方法同上 10 蒙特卡罗分析 MonteCarloAnalysis 蒙特卡罗分析是一种统计模拟方法 它是在给定仿真元器件参数容差的统计分布规律基础上 用一组组伪随机数求得元器件参数的随机抽样序列 对这些随机抽样的电路进行直流 交流小信号和瞬态分析 并通过多次分析结果估算出电路性能的统计分布规律和电路合格率 生产成本等 蒙特卡罗分析窗口如图10 34所示 图10 34蒙特卡罗分析参数设置 蒙特卡罗分析主要参数设置如下 Seed 用来设置随机数发生器的种子数 默认值为 1 Distribution 用来设置元件分布规律 NumberofRuns 用来设置仿真运行次数 默认值为 5 DefaultResistorTolerance 用来设置电阻容差 默认值为 10 DefaultCapacitorTolerance 用来设置电容容差 默认值为 10 DefaultInductorTolerance 用来设置电感容差 默认值为 10 DefaultTransistorTolerance 用来设置晶体管容差 默认值为 10 DefaultDCSourceTolerance 用来设置直流电源容差 默认值为 10 SpecificTolerance 用来设置特定器件的单独容差 DefaultDigitalTPTolerance 用来设置数字器件的传播延迟容差 默认值为 10 11 高级仿真参数设置 AdvancedOptions 在图10 22的电路仿真分析 选项对话框中 选择 AdbancedOptions 选项 将会弹出如图10 35所示的高级仿真参数设置窗口 一般情况下 为了能够准确地进行电路仿真 不需要改动对话框中的参数值 高级仿真参数设置主要参数如下 SpiceOptions 用来更改参数 在数值栏可以更改数值 然后按 Enter 键确定 如果要恢复默认值 只需在数值栏中输入 即可 集成方法 IntegrationMethod 用来设置仿真时采用的集成方法 Spice参考网络名 SpiceReferenceNetName 用来设置电路中信号的默认参考网络名称 默认值是 GND 数字供电 DigitalPowerSupplyValuesrefererncedtoGNDnode 用来设置数字逻辑元件对地的工作电压值 图10 35高级仿真参数设置 10 3进行混合信号功能仿真 1混合信号仿真是在原理图的环境下进行功能仿真的 如果要对一个原理图进行功能真 原理图中所有的每个器件就必须要有相应的Simulation模型文件 否则不能进行仿真 2用仿真模型的器件完成整个原理图设计 设计时与普通原理图的设计方法一致 3除了要有电源网络和地网络 还要加上激励信号 就可以进行原理图的功能仿真 4左键点击View Toolbars MixedSim 选中MixedSim就会显示一个混合信号功能仿真图标 可以设置 执行混合信号功能仿真和产生Xspice网表文件 5可以设置参数扫描的起始值和参数扫描变化的步长 操作实例 在DXP主页面下 打开软件时缺省设置就出现DXP主页 如果不是 可以通过左键点击View Home来打开DXP主页 用鼠标左键点击File New Project PCBProject 左边的工程资源管理器中就出现了一个名为PCB Project1 PrjPCB的PCB工程 现在可以左键File SaveProjectas来改变项目的保存路径和项目名称 在项目名称上右键点击 在引处的菜单中选择AddnewtoProject Schematic 这样 在当前的工程当中添加了一个新的原理图文件Sheet schDoc 原理图文件上右键点击 在引处的菜单中选择Saveas来改变原理图名称和保存路径 在当前的原理图环境中 左键点击Design Simulate MixedSim则引出一AnalysesSetup对话框 在左边 在Enable下面方格中打勾要仿真的种类 在Generalsetup选择要观察的信号 图10 36 在每种仿真里面进行参数设置 图10 37 左键点击AnalysesSetup对话框的OK按键 启动功能仿真 这时软件就会自动执行仿真 并将每种仿真结果分别以不同的波形的方式显示出来 图10 38 图10 36观察信号 图10 37设置参数 图10 38波形显示 10 4进行信号完整性分析 在DXP设计环境下 您既可以在原理图又可以在PCB编辑器内实现信号完整性分析 并且能以波形的方式在图形界面下给出反射和串扰的分析结果 下面介绍如何使用Protel2004进行信号完整性分析 不论是在PCB或是在原理图环境下 进行信号完整性分析 设计文件必须在工程当中 如果设计文件是作为FreeDocument出现的 则不能运行信号完整性分析 本文主要介绍在PCB编辑环境下进行信号完整性分析 为了得到精确的结果 在运行信号完整性分析之前需要完成以下步骤 1 电路中需要至少一块集成电路 因为集成电路的管脚可以作为激励源输出到被分析的网络上 像电阻 电容 电感等被动元件 如果没有源的驱动 是无法给出仿真结果的 2 针对每个元件的信号完整性模型必须正确 3 在规则中必须设定电源网络和地网络 具体操作见本文 4 设定激励源 5 用于PCB的层堆栈必须设置正确 电源平面必须连续 分割电源平面将无法得到正确分析结果 另外 要正确设置所有层的厚度 实例演示 一 在Protel2004设计环境下 选择File OpenProject 选择安装目录Altium2004 Examples ReferenceDesign 4PortSerialInterface 4PortSerialInterface Prjpcb 进入PCB编辑环境 如图10 39所示 图10 39PCB编辑环境 选择Design LayerStackManager 配置好相应的层后 选ImpedanceCalculation 配置板材的相应参数如下图10 40所示 本例中为缺省值 图10 40配置板材 选择Design Rules选项 在SignalIntegrity一栏设置相应的参数 如下图10 41所示 首先设置SignalStimulus 信号激励 右键点击SignalStimulus 选择Newrule 在新出现的SignalStimulus界面下设置相应的参数 本例为缺省值 图10 41设置缺省参数 接下来设置电源和地网络 右键点击SupplyNet 选择NewRule 在新出现的Supplynets界面下 将GND网络的Voltage设置为0如图10 42所示 按相同方法再添加Rule 将VCC网络的Voltage设置为5 其余的参数按实际需要进行设置 最后点击OK推出 图10 42设置电源和地网络 选择Tools SignalIntegrity 在弹出的窗口中 图10 43 选ModAssignments 就会进入模型配置的界面 图10 44 图10 43选择按钮窗口 图10 44模型配置 在图10 44所示的模型配置界面下 能够看到每个器件所对应的信号完整性模型 并且每个器件都有相应的状态与之对应 关于这些状态的解释见图10 45 图10 45模型详细解释 修改器件模型的步骤如下 1 双击需要修改模型的器件 U1 的Status部分 弹出相应的窗口如图10 462 在Type选项中选择器件的类型 3 在Technology选项中选择相应的驱动类型 4 也可以从外部导入与器件相关联的IBIS模型 点击ImportIBIS 选择从器件厂商那里得到的IBIS模型即可 5 模型设置完成后选择OK 退出 图10 46修改模型 二 在图10 9所示的窗口 选择左下角的UpdateModelsinSchematic 将修改后的模型更新到原理图中 三 在图10 44所示的窗口 选择右下角的AnalyzeDesign 在弹出的窗口中 图10 47 保留缺省值 然后点击AnalyzeDesign选项 系统开始进行分析 四 图10 48为分析后的网络状态窗口 通过此窗口中左侧部分可以看到网络是否通过了相应的规则 如过冲幅度等 通过右侧的设置 可以以图形的方式显示过冲和串扰结果 选择左侧其中一个网络TXB 右键点击 在下拉菜单中选择Details 在弹出的如图10 49所示的窗口中可以看到针对此网络分析的详细信息 图10 47 图10 48 图10 49 五 下面以图形的方式进行反射分析 双击需要分析的网络TXB 将其导入到窗口的右侧如图10 50所示 图10 50 选择图10 50右下角的Reflections 反射分析的波形结果将会显示出来如图10 51所示 图10 51 六 返回到图10 48所示的界面下 窗口右侧给出了几种端接的策略来减小反射所带来的影响 选择SerialRes如图10 55所示 将最小值和最大值分别设置为25和125 选中PerformSweep选项 在Sweepsteps选项中填入10 然后 选择Reflections 将会得到如图10 56所示的分析波形 选择一个满足需求的波形 能够看到此波形所对应的阻值如图10 54 最后根据此阻值选择一个比较合适的电阻串接在PCB中相应的网络上即可 图10 56 七 接下来进行串扰分析 重新返回到如图10 48所示的界面下 双击网络RTSB将其导入到右面的窗口 然后右键单击TXB 在弹出菜单中选择SetAggressor设置干扰源 如图10 57所示 结果如图10 58所示 图10 57 然后 选择图10 57右下角的Crosstalk 就会得到串扰得分析波形 如图10 59所示 图10 59 10 5进行FPGA设计和仿真 在DXP主页面下 打开软件时缺省设置就出现DXP主页 用鼠标左键点击File New Project FPGAProject 左边的工程资源管理器中就出现了一个名为 FPGA Project1 PrjFpg的FPGA工程 现在可以左键点击File SaveProjectas来改变项目的保存路径和项目名称 在项目名称上右键点击 在引处的菜单中选择AddnewtoProject VHDLDocument 这样 在当前的工程当中添加了一个新的VHDL文件VHDL1 Vhd 在VHDL文件上右键点击 在引处的菜单中选择Saveas来改变VHDL文件名称和保存路径 用户通过对比输入和输出波形来检查逻辑是否有错误 在项目名称上右键点击 在引处的菜单中选择SaveProject 保存当前工程和仿真波形文件 10 6FPGA设计并下载到Nanoboard进行硬件调试 在DXP主页面下 打开软件时缺省设置就出现DXP主页 单击File New Project FPGAProject 左边的工程资源管理器中就出现了一个名为FPGA Project1 PrjFpg的FPGA工程 现在可以左键点击File SaveProjectas来改变项目的保存路径和项目名称 在项目名称上右键点击 在引处的菜单中选择AddnewtoProject Schematic 这样 在当前的工程当中添加了一个新的原理图文件Sheet1 schDoc 在原理图文件上右键点击 在引处的菜单中选择Saveas来改变原理图名称和保存路径 在项目名称上右键点击 在引处的菜单中选择AddnewtoProject VHDL 左键双击原理图名称 打开原理图文件 在当前的原理图编辑器环境下 左键点击Design CreatSheetSymbolFromSheet 在冒出来的对话框上左键点击要生成一个图表符的VHDL文件 选中这个文件 按OK键 这时 光标上就会粘上一个绿色的图表符 移动鼠标 把这个图表符放到合适的位置 这时 我们可以看到 源代码的所有端口都在图表符上列出了 左键点击Place Bus和Plaec Wire 用线和总线把各个模块连起来 对要接到FPGA芯片I O口上的信号 可以从FPGANanoboardPort Plugin IntLib库里面拖出一些我们可以直接用的外设的图标 如时钟源 复位键 VGA 串口 键盘 LCD LED ADC DAC SRAM SDRAM SPEAKER CAN JTAG NEXUS等接口 把外设图标端口连接到我们设计逻辑的输入输出口上 完成了设计 我们需要一个目标FPGA的约束配置文件 下面 我们给现有的设计加一个约束文件 左键点击Project ConfigurationManager 就会冒出一个ConfigurationManager 对话框 在对话框的下部中间 在ConstraintFiles旁边 左键点击Add按键 会冒出一个ChooseConstraintfiletoaddtoproject对话框 显示的是在FPGA目录下的约束文件 包括了所有的Nanoboard板上FPGA子板的约束文件 我们可以根据现在板子上所插子板的型号和封装 选择对应的约束文件添加到当前工程中来 NB1 6 XC2S300E 6PQ208 Constraint添加到当前工程中来 因为我们选用的是一个XC2S300E 6PQ208子板 左键点击Project ConfigurationManager 左键点击View DevicesView 将Nanoboard板通过并行电缆与电脑的并口连接好后上电 左键点击Live左边的方格 打勾选中 左键点击右边的ProgramFPGA按键 则整个工程开始编译 综合 布局布线 下载 当下载成功后 子板上绿色的LOADED小灯就会亮 这时 我们就可以使用Nanoboard板上外设模块来对我们设计的逻辑进行调试和验证 10 7FPGA工程导入到PCB工程中进行PCB设计 在DXP主页面下 打开软件时缺省设置就出现DXP主页 单击File New Project FPGAProject 左边的工程资源管理器中就出现了一个名为发FPGA Project1 PrjFpg的FPGA工程 现在可以左键点击File SaveProjectas来改变项目的保存路径和项目名称 在项目名称上右键点击 在引处的菜单中选择AddnewtoProject Schematic 这样 在当前的工程当中添加了一个新的原理图 这里的原理图是指设计FPGA的原理图文件 Sheet1 schDoc 在原理图文件上右键点击 在引处的菜单中选择Saveas来改变原理图名称和保存路径 在项目名称上右键点击 在引处的菜单中选择AddnewtoProject VHDLDocument 这样 在当前的工程当中添加了一个新的VHDL文件VHDL1 Vhd 在VHDL文件上右键点击 在引处的菜单中选择Saveas来改变VHDL文件名称和保存路径 完成原理图设计后 左键点击原理图名称 在引出的菜单中左键点击CompileDocumentxxx SCHDOC xxx是用户自己定义的文件名 对这个原理图文件进行编译 如果有什么错误信息就会自动启动消息窗口 Message 来提示用户那里有什么样的错误 经检查没有错误后 保存原理图 在项目名称上右键点击 保存整个工程 在编译整个工程 左键点击约束文件 进入约束文件的编辑环境 左键点Design Add Modify Parts 在冒出来的器件对话框中选择目标器件 如选