數(shù)模混合仿真

1、l培訓主題：orcad pspice a/dl編寫：張萌 l l1.可以進行電路的數(shù)?；旌戏抡?，對電路進行有效適當?shù)姆治觥2.可以根據(jù)用戶的需要建立自己的仿真模塊，提供行為描述模塊，允許對電路進行行為描述。lpspice a/d在整套軟件中的位置繪制電路圖繪制電路圖（capture）進行電路混合仿真進行電路混合仿真（pspice a/d）vhdl仿真仿真（express）編寫編寫vhdl（express）設計電路板設計電路板（layout）l1.待仿真的元器件模型必須是pspice的仿真模型l2.電路中應該含有激勵源，并且符合相應的電路特性分析類型的要求l3.必須設置好合適的電路特性分析類

2、型 一、基本分析類型一、基本分析類型直流分析（dc sweep)交流與噪聲分析（ac sweep/noise)瞬態(tài)分析，即時域分析 time domain（transient)直流工作點分析（直流偏置分析bias analysis) 二、高級分析類型二、高級分析類型second sweep參數(shù)分析(parametric sweep)溫度分析(temperature sweep)最壞情況分析(worst case)蒙特卡洛分析(monte carlo)a.啟動 orcad captureb.新建一個工程（filenew project )，o設置工程的類型為: analog or mixed-s

3、ignal circuit o為這個工程 起一個名字o選擇設計項 目的存儲位置 激活管理視窗，菜單下的工具欄將會增加一排與pspice有關的快捷鍵。數(shù)?；旌戏抡骖愋偷腸apture視窗其他類型的capture視窗c.繪制電路圖 繪制方法和繪制其它電路圖是一樣的，但必 須采用pspice庫中的元器件才可以進行仿真d.建立仿真文件 激活工程管理視窗，此時菜單下工具欄中的 的 鍵將會顯現(xiàn)。點擊此鍵建立新的仿真 文件，編輯已有的仿真文件可以點擊 鍵e.運行仿真文件 ，點擊 鍵，請看演示請看演示. .l針對電路中直流電流或直流電壓的變動而做出針對電路中直流電流或直流電壓的變動而做出的分析的分析l例子例子

4、： d1是一個穩(wěn)壓二極管，可以 采用直流分析的方法，使電 壓v1在一定范圍內改變，同 時觀察d1上電壓的變化，從 而觀察d1的穩(wěn)壓特性。 source 庫的vdcanalog 庫的rdiode庫的in5225l采用如下步驟，可實現(xiàn)上述想法：1.繪制電路圖（注意元件的來源）2.建立新的仿真文件 或者編輯舊的仿真文件3.選擇分析類型:dc sweep4.設置中選擇primary sweep5.設置掃描變量為電壓源,本 例中電壓源的名字為v16.設置掃描類型為線性 開始為 0v 結束為 5v 增量為 1v7.確定，點擊 運行仿真 程序，系統(tǒng)將自動調用 pspice a/d以上設置把電壓源以上設置把電

5、壓源 v1設置為直流電壓掃描變量，設置為直流電壓掃描變量，掃描值從掃描值從0v到到5v，每次遞增，每次遞增1v請看演示請看演示l運行仿真程序后放置電壓探針在d1的k腳（或者在pspice的環(huán)境中選擇菜單traceadd trace 選擇v(d1:k) )l仿真的結果如下：定位光標在下一個采樣點啟動光標定位光標在下一個波峰定位光標在下一個波谷定位光標在最大值定位光標在下一個斜率最大值定位光標在下一個數(shù)字轉折點定位光標在上一個數(shù)字轉折點定位光標在最小值標注光標位置的坐標x軸取對數(shù)坐標y軸取對數(shù)坐標fft變換添加觀測信號添加文本顯示采樣點添加復合觀測信號l針對電路中交流電流或交流電壓的變動（幅度、針

6、對電路中交流電流或交流電壓的變動（幅度、頻率、相位）而做出的分析頻率、相位）而做出的分析l例子例子: r2和c1構成了低通濾波器，改變交流信號源的頻率可以觀察rc回路的濾波特性。 source 庫的vac其它元件來自analog 庫l具體操作步驟如下：1.繪制電路圖（注意元件的來源）2.建立新的仿真文件 或者編輯舊的仿真文件3.設置分析類型 為ac sweep/noise4.設置中選擇general settings5.掃描類型設置為以十為底 的對數(shù) 起始頻率設為 1hz 結束頻率設為 1meghz 每單位取樣點數(shù)設為 106.先不選用噪聲分析請看演示請看演示.l運行仿真程序，放置電壓探針在o

7、ut端（或者在probe 演示窗口中加入v(out)波形 )l仿真結果如下：l噪聲分析噪聲分析是針對電路中固有噪聲（如電阻和半導體的工作是針對電路中固有噪聲（如電阻和半導體的工作噪聲）所做的分析，它的計算結果時所求節(jié)點相對于輸入噪聲）所做的分析，它的計算結果時所求節(jié)點相對于輸入獨立源的等效噪聲。獨立源的等效噪聲。l伴隨ac交流分析而進行l(wèi)所涉及的噪聲種類： 熱噪聲： 電子的無序運動引起 散彈噪聲：單位時間通過pn結的載流子數(shù)目變化造成 閃爍噪聲： 能量主要集中在低頻段，由于生產(chǎn)工藝的缺陷而引起l等效噪聲：將整個電路中的噪聲源都集中折算到選定的獨立源處，然后計算在等效的噪聲源的激勵下，所求節(jié)點處

8、產(chǎn)生的噪聲。lpspice可以分析每個頻率點上指定節(jié)點的等效輸出噪聲電壓和指定輸入端的等效輸入噪聲電壓。噪聲電壓的單位是 或 ，即把噪聲電平對噪聲帶寬的均方根進行歸一化hzvhzal例子例子： 差分電路 激勵源必須選用source 庫的vac（否則不能進行ac sweep），如下圖所示：l設置步驟如下：1.分析類型選擇 ac sweep/noise2.設置中選擇general settings3.掃描類型為以10為底對數(shù) 起始頻率設為 10k 結束頻率設為 10g 每單位取樣點數(shù)設為104.選中noise analysis 輸出端為 ：v(out2) 參考電源為：v1 噪聲報告點頻間隔為：30

9、 l5.確定后，運行仿真。在pspice a/d窗口中加入波形v(inoise)和v(onoise) （菜單（菜單 traceadd trace或或 快捷快捷鍵鍵 )inoise 即input noiseonoise 即output noise噪聲的計算方法:輸出節(jié)點的總噪聲除以相對輸入激勵源的電路的總增益l電路的瞬態(tài)分析即電路的時域響應 1.可以在給定激勵信號的情況下求電路輸出的 時間響應、延遲特性； 2.可以在沒有任何激勵信號的情況下求振蕩波 形、振蕩周期。l瞬態(tài)分析是運用最多，最復雜的分析，也是消耗計算機資源最多的分析。l瞬態(tài)分析的關鍵在于設置合理的激勵源、采樣點數(shù)和觀察時間。l例子例子

10、：低通濾波電路 v1為激勵源，型號為vsin（電壓型正弦波） 在v1的屬性編輯中 設置 voff=0v，(直流偏置) vampl=5v，(交流信號幅值) freq=100khzsource 庫的vsinl具體操作步驟如下：1.繪制電路圖，并且設置v1的參數(shù)2.建立新的仿真文件或者編輯舊的仿真文件3.分析類型選擇 time domain（transient）4.具體分析類型選擇 general settings5.運行時間設為50 us6.數(shù)據(jù)開始采集時間 設為 07.最大采集時間間隔用 系統(tǒng)默認值（不填寫）l運行仿真程序后放置電壓探針在觀測點可以觀察其時域波形，例子中的波形為：l可以在pspi

11、ce環(huán)境中對時域 的波形進行快速傅里葉分 析(fft點擊fft快捷按鈕） fft后的頻域圖波形如圖：請看演示請看演示.l瞬態(tài)分析中常用的激勵源1、脈沖波 vpulse，ipulse2、正弦波 vsin，isin3、指數(shù)波vexp，iexp4、分段線形波 vpwl，ipwl(piece-wise liner)5、周期的折線波vpwl_enh,ipwl_enh6、單頻調頻波vsffm，isffm屬性名代表的意思默認單位v1或i1初始值v或av2或i2脈動值v或atd初始延遲時間str上升延時間stf下降延時間spw脈沖的寬度時間sper周期sl脈沖波 vpulse，ipulse中屬性的設定 例子：

12、以vpulse為例 設置v1=0，v2=2v，td=2ms, tr=1ms, tf=2ms,pw=4ms, per=10ms;則vpulse的波形為：l正弦波 vsin，isin中屬性的設定屬性名代表的意思默認單位voff或ioff直流偏移量v或avampl或iampl振幅v或afrep頻率hztd延遲時間sdf阻尼系數(shù)1/sphase相位延遲度例子：以vsin為例 設置voff=1v，frep=1meg vampl=2v， td=1us, df=100k，phase=0; 則vsin的波形為：屬性名代表的意思默認單位v1 或 i1初始值v 或 av2 或 i2脈動值v 或 atd1起始延遲時

13、間stc1上升時間常數(shù)()std2持續(xù)延遲時間stc2下降時間常數(shù)()sl指數(shù)波 vexp，iexp中屬性的設定例子：以vexp為例 設置v1=0v，v2=2v， td1=1us, tc1=0.2us, td2=5us, tc2=0.5us波形為：/teyl分段線形波 vpwl，ipwl中屬性的設定屬性名代表的意思默認單位t1第一個樣點的時間sv1第一個樣點的取值v 或 at2第二個樣點的時間sv2第二個樣點的取值v 或 at3第三個樣點的時間sv3第三個樣點的取值v 或 atn第 n 個樣點的時間svn第 n 個樣點的取值v 或 a分段線形波通過設定的分段線形波通過設定的樣點值，采用插值的方

14、樣點值，采用插值的方法勾畫出整個脈沖法勾畫出整個脈沖例子：以vpwl為例設置 t1=0,v1=0v; t2=2us,v2=1v; t3=3us,v3=4v; t4=6us,v2=0v;l周期性折線波 vpwl_enh，ipwl_enh中屬性的設定屬性名代表的意思默認單位tsf時間基準值svsf 或 isf電壓或電流基準值v 或 afirst npairs第一個轉折點的坐標對(tsf,isf)second npairs第二個轉折點的坐標對(tsf,isf)third npairs第三個轉折點的坐標對(tsf,isf)repeat value重復次數(shù)次數(shù)例子：例子：以vpwl_enh為例 tsf=

15、1us, vsf=1v; first npairs=(0,-5) second npairs=(1,5) third npairs=(2,-5) repeat value=2l單頻調頻波 vsffm，isffm中屬性的設定屬性名代表的意思默認單位voff或ioff直流偏移量v或avampl或iampl振幅v或afc載波頻率hzmod調制指數(shù)無fm調制信號頻率hzvalue =voff +vampl * sin(2* fc * t + mod*sin(2* fm * t) )例子：例子：以以vsffm為例為例 voff=1v,vampl=5v fc=2k,fm=300hz mod=5波形如下波形

16、如下:l直流工作點分析即直流偏置分析(bias point analysis)l采用直流偏置分析可以得到以下信息: 1.電路的直流工作點 2.電路的直流靈敏度 3.電路的直流傳輸特性（transfer function) 包括電路的增益、輸入輸出等效阻抗等l例子：共發(fā)射極放大電路運用偏置分析的方法，求出電路中每一點的直流性能和電路的等效輸入和輸出阻抗source庫vsinbipolar庫40235操作步驟如下：1.分析類型選中bias point2.具體分析類型 選擇general setting3.是否包含非線性器件 和半導體元件4.是否進行靈敏度 分析（需要填寫分 析誰的靈敏度）5.是否計

17、算小信號直流增益（即進行傳輸特性分析, 需要填寫輸入輸出點)l仿真后需要在輸出文件中看到分析的結果（pspice a/d環(huán)境中菜單viewoutput file)元件靈敏度元件靈敏度s 是指電路特性參數(shù)t對元器件值x的絕對變化的靈敏度。相對靈敏度相對靈敏度sn 是指電路特性參數(shù)t對元器件值x的相對變化為1%情況下的靈敏度。xts100xssnl1.second sweep是和直流分析（dc sweep）中的primary sweep一起使用的l例子例子：分析三極管共發(fā)射極連接時的輸出特性輸出特性的繪制方法：a.改變v1 使它從0v到5v進行掃描b.改變輸入電流 ib 使它從0ua到40ua改變

18、c.以v1為橫軸，觀察輸出 電流ic的變化。l仿真文件編輯如下1.分析類型選擇 dc sweep2.設置中首先選中 primary sweepa.掃描變量選擇電壓源 電壓源的名字為v1b.掃描類型選擇線性 開始為 0v 結束為 5v 增量為 0.1v3.在設置中選中 second sweepa.掃描變量選擇 電流源 電流源的名字為i1b.掃描類型選擇線性 開始為 0ua 結束為 40ua 增量為 10ua4.確認后可以進行仿 真并用電流探針觀 察電流ic結果如下：結果如下：l參數(shù)分析是分析電路中,某一個參數(shù)（如電阻值、電容值等）在一定范圍內的改變對整個電路的影響l下面以一個濾波器電路為例介紹參

19、數(shù)分析的使用l設置步驟：1.繪制電路圖a.添加參數(shù)元件param 在special 庫中）b.雙擊param，編輯它 的屬性 點擊 new加入新的屬性r， 并設置r的值為1k， 點擊disply .選擇 name and value 點擊 new加入新的屬性l， 并設置l的值為50mh， 點擊disply .選擇 name and value c.編輯r2的屬性，設置其value 為rd.編輯l2的屬性，設置其value 為l2.編輯仿真文件（分析類型采用交流分析，參數(shù)掃描對象使 用剛才新建的r）2.1分析類型選擇 ac sweep/noise2.2選中general setting2.3掃描

20、類型選擇 以十為底對數(shù) 開始為 1hz 結束為 10meg 增量為 10hz 以上設置相當于以上設置相當于普通的交流分析設置普通的交流分析設置2.4再選中parametric sweep a.掃描變量選擇 global parameter b.參數(shù)名設為r c. 掃描類型選擇線性 開始為 1k 結束為 20k 增量為 5k確定后可以運行仿真程確定后可以運行仿真程序，如電路圖一樣放置序，如電路圖一樣放置電壓探針在電壓探針在r2上運行結上運行結果如下圖果如下圖仿真后觀察r2上的電壓結果如右圖從仿真的結果可以看出當r2為1k時，電路相當于一個低通濾波器。當r2逐漸變大時，電路變成了陷波器（即帶阻濾波

21、器）l剛才的例子是以r為參數(shù)進行分析。在剛才的參數(shù)設置中，我們還創(chuàng)建了另一個參數(shù)l，因此我們也可以以l為參數(shù)進行分析，請大家自己實現(xiàn)，仿真結果如下：ll的值從10 mh到 100mh， 增量為20mhl溫度分析是對電路在不同溫度條件下的工作狀態(tài)進行分析l在進行其他類型的分析時都可以加入溫度分析l例子： 以前面的直流分析為例， 在進行直流分析的同時， 加入溫度分析步驟：步驟：1.畫電路圖2.編輯仿真文件 2.1首先設置直流分析， 設置方 法同前 v1掃描起始電壓為0v 終止電壓為5v 遞增量為0.1v 2.2設置溫度分析 a.在option中選擇 temperature (sweep) b.可以

22、選擇電路在特定 溫度下運行，也可以 選擇電路在多種溫度 下運行。 選擇后者， 運行溫度分別設置為 20，100，200 攝氏度3.運行仿真程序。放置電壓探針在d1上，仿真的結果如右圖溫度=20攝氏度溫度=100攝氏度溫度=200攝氏度l最壞情況分析是指電路中的元件在其容差域邊界點上取某種組合時引起的電路性能的最大偏差分析l蒙特卡洛分析是指電路中的元件在其容差域內取隨機組合，多次測試，估計出電路的平均性能l運行條件: 分析的元件應該設置好容差范圍l準備工作:1.把電路中需要進行分析的器件用breakout庫中相應的器件代替 如r 改為 rbreak）。2.編輯器件的仿真模型，改寫模型的仿真語句（

23、選中器件，菜單edit pspice model) 帶容差的仿真語句書寫格式如下： 參數(shù)名 =參數(shù)值 dev/lot#/分布規(guī)律% +lot/lot#/分布規(guī)律% 例子：r=1 dev 5% r=1 dev/4/gauss 1% +lot/uniform 5% 用于兩種分析的完整仿真模型語句 格式：.model 模型名 模型類型(模型取值） 例： .model rc res(r=1 dev 5%) dev,lot表示變化模式/lot#表示采用哪一個隨機數(shù)發(fā) 生器分布規(guī)律：高斯分布gauss和 均勻分布uniforml二極管限幅電路 在上述學習的基礎上，通過這一限幅電路，具體講述如何在同一設計中

24、，完成各種不同的pspice分析。本里綜合分析中，包括的各種分析如右所示：ldc sweep analysisltransient analysislac sweep analysislparametric analysislperformance analysisldc sweep 在這一分析中，設輸入信號為從-10v到+15v，以1v為步長變動的直流電壓掃描源。 從分析結果中可以看到，v(out)始終保持在0v上，而v(mid)則清晰的表現(xiàn)出了兩個二極管在掃描過程中分別的限幅作用。ltransient 將輸入信號換為一個正弦信號源（振幅為10v，頻率1khz,利用信號源編輯器來編輯）。在2

25、ms內，觀察時域輸出波形。 可以看到，1khz信號的正向輸出被限定在4v左右，而反向輸出則被限定在-2v左右。 lac sweep 進一步更換激勵信號源，將輸入信號中的直流電壓源去掉，改為交流電壓源（振幅為1v)。在mid和out兩節(jié)點處分別放置電壓db觀察器。 輸出結果波形表明，前級分壓電阻與限幅二極管的分布電容構成低通回路，而輸出濾波電容與輸出電阻構成高通回路，從而整個電路為一個帶通濾波電路。配合使用電壓相位觀察器，可以全面的觀察輸出端的頻率響應。lparametric 保持激勵信號源不變，將輸入電阻的阻值改為變量rval，并放置變量編輯器parameters，添加新項rval。 從輸出信

26、號波形圖中可以看出，隨著輸入電阻阻值rval從100歐到10k歐的增大，電壓輸出db值由-0.7db變化到-19db，帶寬也逐漸變窄。 為便于進一步觀察，可以單獨的觀察各組信號。如觀察第一組信號和第二十一組信號，即vdb(out)1和vdb(out)21，并觀察它們的差值。lperformance 為觀察節(jié)點的輸出信號及其函數(shù)值隨變量參數(shù)變化的趨勢，可以進一步調用performance模塊，分析3db帶寬bandwidth(v(out),3)和最大的電壓db輸出值max(vdb(out)。l小結 從上面的各個例子中可以看出，完成一個pspice分析需要如下四個必要步驟：完成capture中原理

27、圖的繪制；設置元器件的值和其他各種屬性；設置合理的偏置電源和輸入激勵信號；設定一個或多個分析程序。 另外，orcad還為電路分析提供了很多方便應用：v應用capture中的各種觀察器，可以方便的觀察各點信號。v對同一個電路原理圖進行不同類型的電路分析時，可以分別存儲分析參數(shù)的設置和觀察器的設置，便于調用。 l數(shù)字信號源 source.olb庫中的數(shù)字信號源 1.digclock主要屬性： ontime高電平持續(xù)時間 offtime低電平持續(xù)時間 2.stim n主要屬性：(n表示位數(shù)，例如stim1) command 格式：時間時間 值值 例如例如 0us 0 1us 1 在每一個command 中都可以寫一組 時間時間取值取值 3.filestmn主要屬性（n表示位數(shù)） filename 指明仿真文件的名字，可以帶路徑，例如 ： c:mydesignreset.stm signalname 指明引用仿真文件中仿真信 號的名字 例如:reset 例子：例子：reset.stm中的內容為：中的內容為：則仿真波形為： reset clear0ns 015ns 108ns 00 注意空行注意空行l(wèi)sourcestm.olb庫中的數(shù)字信號源 sourcestm中的信