电子电路CAD技术ppt课件

电子电路CAD技术,目录,第5章电路优化设计,第3章PSpice软件与电路仿真分析,第1章概论,第2章电路原理图的绘制及后处理,第4章逻辑模拟和数模混合模拟,第章绪论,CAD(ComputerAidedDesign)技术是指以计算机硬件和软件为基本工作平台，继承和借鉴前人在电路和系统、图论、拓扑逻辑优化和人工智能理论等多学科的最新科技成果而研制成的通用支撑软件和应用软件包，帮助设计人开发新的电子系统与电路、集成电路（IC）、印制电路板（PCB）、现场可编程门阵列（FPGA）、复杂可编程逻辑器件（CPLD）等产品，实现在计算机上调用元器件库、绘制电路图、编制激励信号文件、确定踊踪点、调用参数库以及模拟程序等手段去设计电路。电子电路设计：按给定功能、特性指标确定采用的电路结构及元器件参数值,有时设计PCB。,1.1CAD技术和电子EDA,传统方法：以上设计过程均由人工完成人工设计。其方案验证通常由搭电路方式进行费钱、费时、效率低。随设计要求提高和计算机广泛应用，电子线路设计也发生了根本性的变革，-CAD和EDA.,计算机辅助设计(CAD)由设计者根据要求进行总体设计，提出具体方案，利用计算机存储容量大、运行速度快的特点，由人用电子电路CAD软件对设计方案进行模拟评价，设计检验和数据处理等，如有错误或不理想，再重复上述过程。由人(主导地位)和计算机通过CAD软件来共同完成电子电路的设计任务。,电子设计自动化EDA（ElectronicDesignAutomation)技术是从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。,EDA技术的发展分为三个阶段：20世纪70年代，MOS工艺广泛应用。可编程逻辑技术及其器件已问世，人们开始利用计算机取代手工劳动，辅助进行集成电路板图编辑、PCB布局布线等工作。20世纪80年代，集成电路设计进入了CMOS（互补场效应管）时代。复杂可编程逻辑技术器件已经进入商业时代，相应的辅助设计软件也已投入使用，这个阶段硬件描述语言出现了。20世纪90年代，硬件描述语言标准化确立，计算机辅助工程、辅助分析和辅助设计在电子技术领域获得更加广泛的应用21世纪后，得到了更大的民展，突出表现在以下几个方面：,设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达和确认成为可能；在仿真和设计两方面支持标准硬件描述语言的功能强在的EDA软件不断推出；传统的电路系统设计建模理念发生了重大的变化；EDA使得电子领域各学科的界限更加模糊，更加互为包容；更大规模的FPGA和CPLD器件的不断推出；基于EDA工具的ASIC设计标准单元已涵盖大规模电子系统及IP核模块；软硬件IP核在电子行业的产业领域、技术领域和设计应用领域得到进一步确认；片上系统（SOC）高效低成本设计技术成熟。,ORCAD软件是由ORCAD公司于20世纪80年代末推出的EDA软件，早期的ORCAD软件是工作于DOS环境下的ORCAD4.0，集成了电路原理图绘制、印制电路板设计、数字电路仿真、可编程逻辑器件设计等功能，后来与Cadence公司合并后，ORCAD系列软件可工作于Windows95与WindowsNT环境下，集成了电路原理图绘制、印刷电路板设计、模拟与数字电路混合仿真等功能。它的电路模拟的元器件模型库已达到16000个，包含了几乎所有的通用型电路元器件模块，其软件系统结构如图1-1所示。它包括了电子设计的四项核心设计任务：,1.2电子电路CAD软件ORCAD,可单独使用，又构成完整系统,逻辑模拟，VHDL综合仿真10万门以上，Xilinx,Altera,Lattice,30层1um1/60度可3维显示,OrCAD软件的功能特点,(1)高集成性；(2)模块化、层次化设计和按项目有效管理；(3)强大的电路模拟和波形显示功能；(4)丰富的元器件模型库和封装库及扩充功能；(5)强大的电路印制板设计功能(6)具有与多种EDA和CAD应用软件交换数据的功能(7)功能强大的机械接口和计算机辅助加工接口(8)软件的广泛适用性,PSpice软件的发展,Berkley:SPICE(SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis)1972首次推出SPICE1975SPICE实用版(博士论文),免费推广使用。1982发展为电路模拟的“标准”软件。开始有偿使用。MicroSim:1983用于PC机的PSpice1(对应SPICE2G5版本)OrCAD:1998.4与MicroSim合并，推出OrCAD/PSpice82000.6OrCAD/PSpice9.22003OrCAD/PSpice10,电路模拟软件内部工作原理,OrCAD/Pspice9的配套软件,OrCAD是一个软件包，核心软件是PSpiceA/D，为使模拟工作做得更快更好，OrCAD软件包中还提供了以下5个配套软件与之相配合。（1）电路图生成软件（Capture）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。,OrCAD软件包中5个配套软件之间的相互关系,运行OrCAD/PspiceA/D的有关规定,PspiceA/D支持的元器件类型PspiceA/D中的数字和单位PspiceA/D中的运算表达式和函数电路图中的节点编号输出变量的基本表示格式输出变量的别名表示(Alias),PspiceA/D支持的元器件类型,PspiceA/D中的数字和单位数字：在PspiceA/D中，数字采用通常的科学方式，即可以使用整数、小数和以10为底的指数。用指数表示时，字母E代表作为底数的10。对于比较大或比较小的数字，还可以采用下表,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m表示。这一点在使用时也应注意，如电容容量L=110-6H，应写成L=1uH（或1U）。（3）我们习惯上表示电容为多少法（F）时可以省略单位，但PSPICEA/D中的F是飞（10-15），因此在表示电容值时，应注明其单位。,电路图中的节点编号由设计者设置的节点名称为电路端口符号确定的节点名称用元器件的引出端作为节点号名称用数字编排作为节点序号。,输出变量的基本表示格式（1）电压变量的基本格式输出变量是一个电压：V（节点号1，节点号2）（2）电流变量的基本格式输出变量是一个电流。I（元器件编号，引出端名）,输出变量的别名表示(Alias)（1）交流小信号AC分析中的输出变量名VAC标示符（节点号1，节点号2）VAC标示符（元器件编号：引出端名）（2）用元器件引出端名表示的输出变量,例电阻电路如下图所示，求电阻R1、R2和R3的电压、电流和功率,PSpice交流分析,电路如图所示，分析out处的电压波形,第2章电路原理图的绘制及后处理,电路图的绘制及后处理是由OrCAD/CaptureCIS软件完成。本章主要介绍应用OrCAD/CaptureCIS软件进行电路设计的方法，结合结合单页式电路图的绘制，详细介绍电路图编辑模块的基本操作方法。,1设计项目管理模块（管理电路图的绘制，处理电路图与ORCAD中其他软件之间的接口和数据交换等）2电路图绘制模块（生成各种类型的电路设计原理图）3电路设计的后处理工具（对电路图中的元器件进行自动编号、设计规则检查、输出各种统计报告以及生成供几十种其他CAD软件调用的电连接网表文件）4元器件符号编辑和建库模块（有常用的元器件符号，对符号库中的元器件符号图形进行编辑修改，或者添加新的元器件图形符号）5元器件信息管理系统CIS（对元器件的使用和库存实施高效管理，可通过Internet查找元器件）,OrCAD/Capture软件,一OrCAD/CaptureCIS软件的构成,OrCAD/Capture软件,Capture设计过程主要由四部分,1Capture与PSpice和Layout集成在一个软件包中2orCAD软件包对电路设计采用项目管理3电路结构采用单页式、拼接式和分层式4可以为元器件添加用户自定义属性参数5采用CIS模块，可以对公司内部的元器件信息实施高效管理,二OrCAD/CaptureCIS软件的功能特点,项目管理器中包含了3类文件,电路设计文件,中间结果输出文件,与运行有关的文件,三OrCAD/CaptureCIS中的窗口界面,1ProjectManager（管理与原理图相关的一系列文件，相当于资源管理器）,2PageEditor（原理图窗口，相当于一张图纸。）,3SessionLog（用于显示相关操作的提示或出错信息。）,4Browse窗口,5元器件符号图形编辑窗口,四基本名词术语,1与电路设计项目有关的名词术语2关于电路图组成元素的名词术语,一调用orCAD/CaptureCIS软件,选择“开始”“程序”“OrCADRelease9.1”“CaptureCIS”，以进入Capture的工作环境,电路图的绘制,二、创建新项目在菜单栏中选择filenewProject,Name:键入项目名称,如dipLocation：点Browse选择项目名保存的路径，如F:orcadCreateaNewProjectUsing：工程项目后续处理功能选择：AnalogorMixed-signalCircuit本工程以后将进行数/模混合仿真PCBoardWizard本工程以后将用来进行印刷版图设计ProgrammableLogicWizard本工程以后将用于可编程器件的设计(在9.2版本已经不支持)Schematic本工程只进行原理图设计在CreateaNewProjectUsing复选框中选择AnalogorMixed-SignalCircuit单击“OK”,输入工程名,数模混合分析,印制电路板设计,电路图用于CPLD设计,绘制一般电路图,三.配置元器件符号库在这里为你将要画的电路选择元器件符号库。你所画电路需要哪个库文件，就在左框中选中，点击Add按钮，即将该库文件增至右框。反之，从右框选中一个库文件，点击Remove按钮，即将该库文件从右框剔除。,四.进入设计项目管理窗口,五.进入电路图编辑窗口,绘图快捷键：,一、Capture运行环境配置,PageEditor运行环境配置,1、Colors/Print（用于设置电路图中30种组成元素在屏幕上显示的色彩，以及在输出打印时是否要打印在电路图纸上）,2、GridDisplay（用于坐标网格有关的参数）,3、PanandZoom（用于设置缩放显示电路图时的倍率变化值和电路图在窗口中流动显示时的移动幅度的大小）,4、Select（用于设置电路图编辑窗口和元器件符号编辑窗口的选中判断依据，以及移动过程中动态显示元器件外形的个数）,5、Miscellaneous（用于环境参数的其他杂项的设置）,6、TextEditor（用于设置以VHDL语言作为电路图输入描述时的有关参数设置）,二、新设计项目的Design环境设置,六元器件的绘制,1绘制元器件的步骤,电阻R电感L电容C,二极管D三极管Q压控开关S,电压源V电流源I电压控制电流源G,点击,点击partsearch按钮，调出下面的器件搜索对话框,2说明,1）元件放置快键菜单在绘制电路图的过程中，点击鼠标右键，屏幕上将出现快键菜单：MirrorHorizontally和MirrorVertically将元器件符号对轴和轴作镜像翻转；Rotate将元器件符号逆时针转900；EditProperties修改元器件的属性参数。,2）关于元器件符号库TTL74系列CMOS4000系列BIPOLAR：各种双极晶体管OPAMP：各种运算放大器ANALOG：电阻、电容、电感等BREAKOUT：参数可变的元器件SOURCE：激励源SOURCSTM：激励源SPECIAL：一些特殊符号DesignCache：绘图过程中自动形成的,七电源与接地符号的绘制,1电源符号与接地符号的特点,两种类型的电源符号：一类是CAPSYM库中提供的四种电源符号，它仅仅是一种符号，不具备任何电压值，但有全局相连的特点。另一类是由SOURCE库所提供的，可赋一定的电平值，选择执行Place/Part“接地”符号，选择执行Place/Ground，也有全局相连的特点,2电源和接地符号的选用原则,模拟电路中用Place/Part子命令。数字电路高低电平用Place/Power，从SOURCE库中选用。调用PSpice对电路进行模拟分析时，电路中一定要用一个电位为零的接地点选择执行Place/Ground，其符号名为0。如使用CAPSYM库中的电源符号，应对其符号进一步说明电平值。,八引出端开路符号的绘制,1NoConnect符号的作用,在一个电路中有些元器件引脚不需连接的，在进行设计规则检查时将会出现浮置情况，系统将发出警告信息，可以在此处放置一个NoConnect符号，系统就认为是正常的。,2绘制NoConnect符号的步骤,Place/NoConnect,九端口连接符号的绘制,1Off-PageConnector符号的作用,有几张图纸时，各图纸之间的连接关系用Off-PageConnector表示，具有相同名称的端口连接符号之间在电学上是相连的即使是单页式电路图内部，未用互连线连接，具有相同名称的Off-PageConnector在电学上也是相连的,2端口连接符号的种类,CAPSYM.OLB库中的端口连接符号有两种：OFFPAGELEFT-L和OFFPAGELEFT-R,3绘制步骤,Place/Off-PageConnector,十图纸标题栏的绘制,绘制电路图时，系统会自动在每一张电路图纸的右下角放置图纸标题栏。用户也可以删去此标题栏，选择执行Place/TitleBlock自己放置一个格式的标题栏。,十一互连线的绘制,Place/Wire,结束绘制互连线的状态并使光标恢复为箭头的方法有：1按Esc2快捷菜单选择执行EndWire3点击Place工具按钮中的Selection区别：结束当前绘制的一段互连线的方法,1绘制互连线的基本步骤,2任意角度走向互连线的绘制,一般的方法只能900转弯,在未结束本互连线时先按下Shift键，再用鼠标控制光标的移动，进行任意角度走向的互连线,3互连线与元器件连接关系的判断,元器件符号调至电路图时，每一个引线端头都有一个空心方形的连接区，若有互连线线将元器件连接起这个空心方形连接区就自动消失,只有在交点处出现实心圆形状的连接结点，才表示这两条互连线在电学上是相连的形成连接结点的方法有两种：(1)在绘制互连线的过程中，使十字交叉点或丁字形相接点成为一段互连线的端头，该位置就会自动出现连接结点。(2)人为放置电连接结点注意:为了保证互连线端头与元器件的端头准确对接，就选择工具栏中的“SnapTogrid”。,4互连线之间连接关系的判断,十二电连接结点的绘制,Place/Junction,十三节点别名的设置,设置节点名。例如，想把输出端的节点起名为Out。步骤如下：（1）启动Place/NetAlias命令，或按对应的绘图快捷键，屏幕上出现设置框。在设置框中键入节点名（例Out）。（2）按OK键，则光标处附着一个小方框，将光标移至设置节点名的位置，按鼠标左键，新节点名即出现在该位置。,例子：绘制差分电路,电路图的编辑修改,一电路元素的编辑修改,元素的选中元素的改变、移动、复制和删除,二元器件属性的编辑修改,1、电路元素的属性参数电路中绝大多数元素都有相应的属性参，用于表示与该电路元素有关的各种信息，但是有少数电路元素如电连结点等没有属性参数。电路元素的属性参数的分类：固有属性参数：如编号、元器件值以及这些参数在电路图中显示时采用的颜色、字体、方向等，这类参数用户可以修改参数的设置，但不能删除。,用户定义的属性参数：在调用其他软件或模块对绘制好的电路图进行处理时，往往需要给电路元素添加一部分参数，如价格、生产厂家等。,2、属性参数的编辑修改方法属性参数编辑器（PropertyEditor)属性参数修改对话框（DialogBox)参数浏览列表编辑器（BrowseSpreadEditor)PartEditorUpdatePropertyFile,3、属性参数编辑器属性参数编辑器的启动属性参数编辑器的基本结构属性参数编辑器中的基本操作属性参数编辑器中参数值的修改方法修改不同类型元器件的属性参数时应注意的几个问题,4、属性参数修改对话框,双击,查看元器件项目参数表,幅值,器件名,属性,显示方式设置,电路图的显示和打印输出,电路图的显示,屏幕上显示的大小、区域进行调整（View/Zoom)坐标网格点（View/Grid)图幅分区(View/Reference)电路图显示的快速定位(View/GoTo),电路图的打印输出,打印机的设置1、输出设备设置2、纸张设置3、打印方向设置,打印参数设置,1、打印倍率的设置2、打印偏移量的确定3、打印文件的生成4、其他参数的设置,输出预览,采用打印机或绘图输出的步骤,1、文件名：（姓名）2、项目名：chafengdui3、按电路图的进行修改（1）元件值为红色（2）元件名蓝色；字体为Arial粗体,画图要求,电路图的后处理,一电路图后处理的一般流程及其命令菜单,电路设计的后处理流程,后处理命令菜单Toots,二元器件编号的更新（Tools/Annotate）,1、Scope2、Action3、Mode4、PhysicalPackaging5、Resetreferencenumberstobeginat1ineachpage6、Donotchangethepagenumber,三设计规则检验（Tools/DesignRulesCheck）,1、在设计项目管理窗口中，选中需进行DRC检验的一页或多页电路图纸。2、选择执行Tools/DesignRulesCheck得对应的对话框。3、在Action一栏中确定运行DRC的工作内容。4、一栏共有12项设置，用于指定在完成DRC检查后输出报告文件中应包括的信息。,设计规则检验的步骤,四电连接网表文件生成（Tools/CreateNetlist）,五元器件报表生成（Tools/CrossReference）,六元器件统计报表生成（Tools/BillofMaterials）,OrCAD/Capture与OrCAD/Layout,1引线Layout属性参数的设置步骤,二Layout格式属性参数的设置,2为元器件设置Layout属性参数,3为节点设置Layout属性参数,一OrCAD/Layout生成电路设计的步骤,三Capture与Layout之间的交互作用,四供PSpice和Layout调用的电路设计,作业,P793.4.9(a)P803.4.10(a)P1003.5.2,P322.3.5(a)P522.4.13(a),P352.1.4P442.5.2,要求：1、按书上的电路图进行绘制，其参数按电路图进行修改2、题号最好在文件名中体现，注意例题与习题的区别,第3章PSpice软件与电路仿真分析,本章主要以分析例子的方式对各种分析类的参数的设置以及波形的显示进行讲解OrCAD/Pspice9将基本直流分析、直流DC扫描、交流小信号AC分析和瞬态分析TRAN作为4种基本的分析类型。在电路模拟中，根据分析要求，建立模拟类型分组（SimulationProfile），以确定分析类型和设置分析参数。每一种电路的一个模拟类型分组中只能包括上述4种基本分析类型中的一种，但可以同时包括温度特性分析、参数扫描、蒙托卡诺分析和直流工作点的存取等。同一个电路，可建立多个模拟类型分组，PSpice通过模拟类型分组来确定分析类型和设置分析参数。用不同的方式进行显示其分析结果,电路模拟的基本过程,新建设计项目(Project)2.电路图生成3.电路特性分析类型和分析参数设置4.运行PspiceA/D程序5.模拟结果的显示和分析6.电路优化设计7.设计修正8.设计结果输出,电路仿真过程,OrCAD/PSpice9可分析的电路特性,OrCAD/PSpice9可分析的电路特性有6类15种：（1）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。（2）交流分析，包括频率特性（ACSweep）、噪声（Noise）分析。（3）瞬态分析，包括瞬态响应分析（TransientAnalysis）、傅里叶分析（FourierAnalysis）。（4）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）。,选择“BiasPoint”，完成直流工作点分析设置。然后运行Run，即可完成直流工作点分析。在分析过程中，Pspice将电路中的电容开路、电感短路，对各信号源取其直流电平值。直流工作点分析结果存入Outputfile文件中，其内容包括：各个节点电压，流过各个电压源的电流，总功耗以及所有非线性受控源和半导体器件的小信号（线性化）参数。,直流工作点分析,例1,NAMEQ_Q2MODELQ2N2222AIB1.30E-05IC1.05E-03VBE6.46E-01VBC-3.41E+00VCE4.05E+00,例2,例2,作业：1、对P183例4.9.1所示电路的作工作点分析，在OUT文件中指出各个节点电压、流过各个电压源的电流，总功耗及所有非线性受控源和半导体器件的小信号（线性化）参数。2、如下图所示，求电路中的i以及电路中的功耗，并与理论计算比较。Gain=15,直流灵敏度分析(DCensitivity),灵敏度分析就是定量分析、比较电路特性对每个电路元器件参数的敏感程度。PSpice中直流灵敏度分析是分析指定的节点电压对电路中电阻、独立电压源和独立电流源、电压控制开关和电流控制开关、二极管、双极晶体管共5类元器件参数的敏感度，并将计算结果自动存入OUT输出文件中。需要注意的是对一般规模的电路，灵敏度分析产生的OUT输出文件中包含的数据量将很大。,灵敏度的定量表示Pspice中采用两种不同的方式定量表示直流灵敏度,电阻分压电路,运行之后在输出文件中查看结果,直流传输特性分析(Transferunction),功能进行直流传输特性分析时，PSpice程序首先计算电路直流工作点并在工作点处理电路元件进行线性化处理，然后计算出线性化电路的小信号增益、输入电阻和输出电阻并将结果自动存入OUT文件中。本项分析又简称为TF分析。参数设置（见实例）,参数设置,分析结果,直流特性扫描分析(DCSweep),直流特性扫描分析的作用是：当电路中某一参数（称为自变量）在一定范围内变化时，对自变量的每一个取值，计算电路的直流偏置特性（称为输出变量）。在分析过程中，将电容开路，电感短路，各个信号源取其直流电平值；若电路中还包括有逻辑单元，则将每个逻辑器件的延时取为0，逻辑信号激励源取其t=0时的值。在进行直流特性扫描分析时，还可指定一个参变量并确定其变化范围。对参变量的每一个取值，均使自变量在其变化范围内按每一个设定值，计算输出变量的变化情况。直流特性扫描分析在分析放大器的转移特性，逻辑门的高低逻辑阀值等方面均有很大作用。本项目分析又简称为DC分析。,DC分析的参数设置,定位光标在下一个采样点,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,4.6.2DC分析的参数设置,DC分析的参数设置例2,DC分析的参数设置,交流小信号频率特性分析(ACSweep),功能本项分析的作用是计算电路的交流小信号频率响应特性。分析时首先计算电路的直流工作点，并在工作点处对电路中各个非线性元件作线性化处理得到线性化的交流小信号等效电路。然后使电路中交流信号源的频率在一定范围内变化并用交流小信号等效电路计算电路输出交流信号的变化。本项分析又简称为AC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,频率参数设置,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：,例2共射放大电路,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10结束频率设为100meg每单位取样点数设为100,噪声分析(Noicenalysis),功能电路中每个电阻和半导体器件在工作时都要产生噪声。为了定量表征电路中的噪声大小，PSpice采用了一种等效计算的方法，具体计算步骤如下。(1)选定一个节点作为输出节点，将每个电阻和半导体器件噪声电源在该节点处产生的噪声电压均方根（RMS）值叠加。,(2)选定一个独立电压源或独立电流源，计算电路中从该独立电压源（电流源）到上述输出节点处的增益，再将第(1)步计算得到的输出节点处总噪声除以该增益就得以在该独立电压源（或电流源）处的等效噪声。由此可见，等效噪声相当于是将电路中所有的噪声都集中到选定的独立电压源（或电流源）处。其作用大小相当于是在输入独立源处加上大小等于等效噪声的噪声源，则在节点处产生的输出噪声大小正好等于实际电路中所有噪声源在输出节点处产生的噪声。,等效输入噪声源位置,输出结果间隔的点频数,输出噪声的节点变量,噪声分析中的参数设置,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10结束频率设为100meg每单位取样点数设为1004.选中NoiseAnalysis输出端为：V(out)参考电源为：Vi噪声报告点频间隔为：100,以一共射放大电路为例要求：、仿出增益幅频特性和相频特性、用标尺的方法找出找出放大器的增益、上限频率和下限频率、分析频率为1khz时的等效噪声,瞬态特性分析(TransientAnalysis),功能瞬态特性分析的目的是在给定输入激励信号作用下，计算电路输出端的瞬态响应。进行瞬态分析时，首先计算t=0时的电路初始状态，然后从t=0到某一给定的时间范围内选取一定的时间步长，计算输出端在不同时刻的输出电平。瞬态分析结果自动存入以DAT为扩展名的数据文件中，可以用Probe模块分析显示结果信号波形。,在PSpice瞬态分析中，输入激励信号的波形可以采用脉冲信号、分段线性信号、正弦调幅信号、调频信号和指数信号5种不同形式的波形。瞬态特性分析又称为TRAN分析。瞬态分析中的参数设置,脉冲信号源:提供方波信号,V1:起始电压Pw:脉冲宽度tr:上升时间td:延迟时间V2:脉冲电压Per:脉冲周期tf:下降时间,初始状态设置,用于瞬态分析的五种激励信号,1脉冲信号（Pulse）脉冲信号是在瞬态分析中用得较频繁的一种激励信号。描述脉冲信号波形涉及到7个参数。表4-6列出了这些参数的含义、单位及内定值。,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：,2分段线性信号PWL（Piece-WiseLinear）分段线性信号波形由几条线段组成，为了描述这种信号，只需给出线段转折点的坐标数据即可。图4-19是一个分段性信号波形实例，图中同时给出了描述该波形的数据。,分段线形波VPWL，IPWL中属性的设定,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;,正弦波VSIN，ISIN中属性的设定,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：,3调幅正弦信号SIN（SinusoidalWaveform）,单频调频波VSFFM，ISFFM中属性的设定,Value=Voff+Vampl*sin(2*Fc*t+Mod*sin(2*Fm*t),例子：以VSFFM为例Voff=1v,Vampl=5vFc=2k,Fm=300HzMod=5波形如下:,4调频信号SFFM（Single-FrequencyFrequency-Modulated）,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：,5指数信号EXP（ExponentialWaveform）,1、完成本节课的例子要求:观察输入输出的时域波形,2、完成上一节瞬态分析部分的内容,傅里叶分析（FourierAnalysis）,功能傅里叶分析的作用是在瞬态分析完成后，通过傅里叶积分，计算瞬态分析输出结果波形的直流、基波和各次谐波分量。因此，只有在瞬态分析以后才可能进行傅里叶分析。,傅里叶分析中的参数设置,每次瞬态分析后不一定进行傅里叶分析，只有在参数设置中选中“EnabledFourier”，才能确保瞬态分析后进行傅里叶分析。进行傅里叶分析前，应设置下列3项参数：,Center：指定傅里叶分析中采用的基波频率，其倒数即为基波周期。在傅里叶分析中，并非对指定输出变量的全部瞬态分析结果均进行分析。实际采用的只是瞬态分析结束前由上述基波周期确定的时间范围的瞬态分析输出信号。由此可见，为了进行傅里叶分析，瞬态分析结束时间不能小于傅里叶分析确定的基波周期。Numberof：确定傅里叶分析时要计算到多少次谐波。PSpice的内定值是计算直流分量和从基波一直到9次谐波。Output：确定进行傅里叶分析的输出变量名,点击进入傅里叶分析设置,指定傅里叶分析中采用的基波频率,确定输出变量,计算谐波次数,输出数据起始值设置,结果输出,傅里叶分析的结果自动直接存入OUT输出文件，分析中不涉及PROBE数据文件。对于差分对电路，按图4-16的设置，傅里叶分析结果如下所示。,直流分量,基波和各次谐波,幅值,相位,归一化幅值,归一化相位,在输出文件中,Pspice对电路进行特性分析时，必须在输入端加激励信号波形。不同的分析类型采用不同类型的输入信号波形。,VDC直流源,VAC交流源,VSIN调幅正弦信号,VPULSE脉冲信号,VPWL分段线性信号,VEXP指数信号,输入激励信号波形的设置,温度分析(TemperatureAnalysis),功能众所周知，电阻阻值以及晶体管的许多模型参数值与温度的关系非常密切。温度变化必然通过这些元器件参数值的变化导致电路特性的变化。PSpice中的各个元器件模型都考虑了模型参数与温度的关系。进行电路特性分析时，PSpice的内定温度为27。如果要分析其他温度下电路特性的变化，可以采用本节介绍的温度分析方法。下面结合差分对电路实例，说明温度特性分析的基本方法。,温度分析(TemperatureAnalysis),参数设置,温度分析(TemperatureAnalysis),参数扫描分析(ParametricAnalysis),功能温度分析是在不同温度下分析电路特性的变化，具体地说是在用户指定的每个温度下均进行一次设定的电路基本特性分析。本节介绍的参数扫描分析的作用与此类似，即对指定的每个参数变化值，均执行一次设定的电路分析。不过在参数扫描分析中，可变化的参数包括独立电压源、独立电流源、温度、模型参数和全局参数5种，并且可以设置参数的变化方式。,参数扫描分析在电路优化设计方面有重要的作用，将其与波形显示处理模块Probe的电路设计性能分析(PerformanceAnalysis)功能结合在一起，可用于优化确定元器件参数设计值。参数设置(结合以下实例介绍),参数扫描分析实例下面以放大电路为例，介绍如何采用参数扫描分析方法计算电容C1变化时，对小信号AC分析输出结果V(OUT2)的影响、电路图的修改(1)将电容C1设置为参数用鼠标左键连击电容1的容值50UF,将其值50UF改为CVAL.其中大括号不可少.(2)用参数符号设置容值参数从Special符号库中调出名称为PARAM的符号,放置于电路图上空位置.然后连击该符号,在屏幕上出现的元器件属性参数设置框中,按New，屏幕上将出现新增属性参数对话框在Property下方键入Cval，Cval即成为电容容值参数名，在Cval下输入50uf,下面以放大电路为例，介绍如何采用参数扫描分析方法计算电容C1变化时，对小信号AC分析输出结果V(OUT)的影响、电路图的修改,点击,点击,、参数扫描分析的参数设置,蒙托卡诺(MonteCarlo)分析,功能1.蒙托卡诺分析的概念与作用前面介绍的各种电路特性分析有一个共同的特点，就是电路中每一个元器件都有确定的值，通常称为设计值或标称值。因此这些电路特性分析又称为标称值分析。但如果按设计好的电路图进行生产，组装成若干块电路时，对应于设计图上的同一个元器件，在实际电路中采用元器件值不可能完全相同，而是具有一定的分散性，如100个200电阻器的阻值不可能都等于200，一般是以200为中心的某种分布。这样，实际,组装电路的电特性就不可能与标称值模拟的结果完全相同，而呈现出一定的分散性。为了模拟实际生产中因元器件值的分散性所引起的电路特性分散性，PSpice提供了蒙托卡诺分析功能。进行蒙托卡诺分析时，首先根据实际情况确定元器件值分布规律，然后多次“重复”进行指定的电路特性分析，每次分析时采用的元器件值都从元器件值分布中随机抽样，这些元器件值不完全相同，从而较好地代表了实际变化情况。完成了多次电路特性分析后，对各次分析结果进行综合统计分析，就可以得到,电路特性的分散变化规律。与其他领域一样，这种随机抽样、统计分析的方法一般统称为蒙托卡诺分析，简称为MC分析。由于MC分析和下节要介绍的最坏情况分析都具有统计特性，因此又称为统计分析。MC分析结果可通过波形显示分析模块Probe用直方图表示电路特性的分散情况。通过与规范值相比较，就可以得到满足规范要求的电路所占比例，这也就是成品率。因此MC分析又称为成品率分析。,2进行MC分析需要确定的问题由上分析可见，要进行MC分析，需要确定下面几个问题：(1)如何描述元器件参数值的变化规律；(2)进行多少次“重复”分析(类比于实际组装多少块电路)；(3)考虑电路那种电特性的分散变化；(4)如何比较各次电路分析的结果；(5)如何生成MC分析的总结果。用户通过设置有关参数来确定这些问题。,元器件参数变化规律的描述要描述元器件参数的变化规律需要说明下述4个问题：即要考虑那些参数的变化？参数按什么模式变化？参数变化服从什么分布？变化范围多大？在PSpice中，这些问题都是通过对元器件模型参数的设置完成的。,1用于统计分析的元器件符号和模型参数绘制电路图时要同时设置每个元器件的元器件值和模型参数名等属性。相应模型参数库文件中的内容都是针对不同类型的元器件的，具有确定的值，即前面所说的标称值。为了适应统计分析中模型参数要在一定范围内变化的要求，PSpice中专门提供了统计分析用的元器件符号库，其名称为BREAKOUT。进行统计分析时，要考虑参数变化的那些元器件必须改用BREAKOUT库中的符号。设置这些元器件符号的模型参数时，还要在需要考虑参数变化的那些模型参数常规设置项“参数名=参数值”的后面，添加下面介绍的设置，具体描述该参数的变化。,2参数变化模式的设置一个电路中可能有多个元器件共用一个模型。若在MC分析的每次分析时随机抽样方式是这几个元器件值按同一个分布规律变化相同的值，则用关键词LOT表示;若这几个元器件值各自独立变化，则用关键词DEV表示。每次分析中的抽样是按照随机数发生器产生的随机数进行的。PSpice对LOT和DEV两种发生器均提供有10个编号的随机数发生器，用0，9，表示。如果希望同一模型中的几个模型参数甚至不同模型间的模型参数按同一组随机数发生器产生的随机抽样，只要设置这几个模型的参数时，在LOT或DEV后面紧跟同一编号的lot#(lot#为0，9中的某一数字)即可。注意，在lot#前需加斜杠符号“/”。如果在模型参数的设置中未采用lot#，则表示该参数单独按一个发生器产生的随机变化。,模型参数的变化模式设置应根据实际情况确定。如果设计的电路要用印刷电路板(PCB)装配，则不同PCB采用的元器件参数独立随机变化，因此应选用DEV。如果设计的电路用于集成电路生产，由于工艺条件的变化，将会使使一批晶片上的元器件参数有一种同时增大或减小的趋势，这时就应该用LOT表示。当然，在集成电路生产中，同一晶片上不同管芯之间的参数也存在随机起伏时，也应用DEV表示。,3.参数变化规律的设置为反映实际生产中元器件参数的分布变化情况，PSpice提供了正态分布(又称高斯分布)和均匀分布两种分布函数。设置时应在参数变化模式设置的后面紧跟代表规律的关键词GAUSS(正态分布)或UNIFORM(均匀分布)，在关键词前应加斜杠符号“/”。PSpice内定的参数分布为均匀分布，用户可通过在OPTIONS设置中修改参DISTRIBUTION的值来改变内定的参数分布。4.参数变化中幅度的设置在参数变化规律的设置后面应给出表示参数变化幅度的数字,若数字后跟有百分号%,则代表相对变化百分数,否则表示变化的绝对幅度.,5元器件参数变化规律的描述格式参数名=参数值DEVlot#/分布规律%+LOT/lot#/分布规律%MC分析实例下面以RC充放电为例，来观察误差效应对输出结果所造成的影响.将定义电阻元件的误差系数。1电路图的修改在Breakout.olb元件库中取电阻,2设置电阻的模型参数变化选中电阻Rbreak,选EditPSpiceModel电阻的阻值倍数为，dev和lot误差系数分别为和,分析的参数设置,分析的参数设置,4修改分析次数并执行仿真将Probe画面转成性能分析的画面,4修改分析次数并执行仿真在TraceExpression栏处输入LPBW(V(VO),3)即对输出的-3DB频率作统计分析,由于本电路频率响应为低通滤波器型式,所以选LPBW(低通滤波器频宽,4修改分析次数并执行仿真在TraceExpression栏处输入LPBW(V(VO),3)即对输出的-3DB频率作统计分析,由于本电路频率响应为低通滤波器型式,所以选LPBW(低通滤波器频宽,最坏情况分析(Worst-CaseAnalysis),最坏情况分析的概念和功能1什么是最坏情况分析由于灵敏度的不同，当电路中不同元器件分别变化时，即使元器件值的变化幅度(或相对变化)相同，电路特性变化的绝对值也不会相同，甚至其变化的方向也可能不同。当电路中多个元器件同时随时变化时，他们对电路特性的影响可能会起相互“抵消”的作用。最坏情况分析就是按引起电路特性向同一方向变化的要求，确定每个元器件的(增、减)变化方向，然后再使这些元器件同时向最坏方向按其可能,的最大范围变化。对电路特性来说，这就是一种最坏情况。在这种情况下进行电路分析就叫做最坏情况分析简称Wcase分析或WC分析。2最坏情况分析的步骤最坏情况分析一般包括下述4步：(1)首先进行一次标称值分析。(2)对要模型参数值发生变化的元器件分别进行一次灵敏度分析，确定元器件值变化时引起电路特性变化的大小和方向。这里的灵敏度分析实际上是将该参数扩大(1+RELTOL)倍后进行一次电路分析，其中RELTOL取值由Pspice中任选项决定，其内定值为0.1%。,(3)按照使电路特性变坏的方向，确定每一个元器件值的变化方向。(4)根据上步的分析结果，使每个元器件均按其最大可能范围向“最坏方向”变化，然后进行电路分析，得到最坏情况分析结果并与标称值分析结果进行比较。对高斯分布，最大变化范围对应3。由此可见，最坏情况分析中的分析次数等于发生变化的元器件参数个数加2。,3最坏情况分析的功能最坏情况是一种极端情况，在实际中出现的概率极低。但是最坏情况的分析结果从一个方面反映了电路设计质量的好坏。显然，如果最坏情况的分析结果都能满足规范要求或与规范要求差距不大，那么将这种电路设计用于生产中时，成品率一定很高。4元器件参数变化规律的描述最坏情况分析元器件模型参数变化规律的描述格式与MC分析中介绍的相同，对带有DEV和/或LOT变化模式描述的那些模型参数在Wcase分析中均需考虑其变化的影响。,最坏情况分析任选项参数的设置WC分析实例以反相放大电路为例，分析最坏情况下，交流小信号AC分析输出电压VO的变化。1电路图修改WC分析是一种统计分析，因此，首先应像MC分析实例一样将对电路中电阻Ri和Rf符号换为Rbreak，然后再将其模型参数R=1设置为R=1,dev和lot误差系数