AltiumDesigner中電路仿真

1、AltiumDesigner中的電路仿真今天看了下AltiumDesigner的電路仿真功能，發(fā)現(xiàn)它還是蠻強(qiáng)大的，按著help里面的文檔TU0106Defining&runningCircuitSimulationanalyses.PDF跑了一下，覺得還行，所以就把這個(gè)文檔翻譯下。其中包含了仿真功能的介紹，元件仿真模型的添加與修改，仿真環(huán)境的設(shè)置，等等。本人對SPICE仿真了解的不多，里面涉及到SPICE的文件如果有什么錯(cuò)誤，歡迎提出！一、電路仿真功能介紹AltiumDesigner的混合電路信號(hào)仿真工具，在電路原理圖設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)對數(shù)?；旌闲盘?hào)電路的功能設(shè)計(jì)仿真， 配合簡單易用的參數(shù)配

2、置窗口， 完成基于時(shí)序、 離散度、 信噪比等多種數(shù)據(jù)的分析。AltiumDesigner可以在原理圖中提供完善的混合信號(hào)電路仿真功能，除了對XSPICE標(biāo)準(zhǔn)的支持之外，還支持對Pspice模型和電路的仿真。AltiumDesigner中的電路仿真是真正的混合模式仿真器，可以用于對模擬和數(shù)字器件的電路分析。仿真器采用由喬治亞技術(shù)研究所（GTRI）開發(fā)的增強(qiáng)版事件驅(qū)動(dòng)型XSPICE仿真模型，該模型是基于伯克里SPICE3代碼，并于且SPICE3f5完全兼容。SPICE3f5模擬器件模型：包括電阻、電容、電感、電壓/電流源、傳輸線和開關(guān)。五類主要的通用半導(dǎo)體器件模型，如diodes、BJTs、JFE

3、Ts、MESFETs和MOSFETs。XSPICE模擬器件模型是針對一些可能會(huì)影響到仿真效率的冗長的無需開發(fā)局部電路， 而設(shè)計(jì)的復(fù)雜的、非線性器件特性模型代碼。包括特殊功能函數(shù)，諸如增益、磁滯效應(yīng)、限電壓及限電流、s域傳輸函數(shù)精確度等。局部電路模型是指更復(fù)雜的器件，如用局部電路語法描述的操作運(yùn)放、時(shí)鐘、晶體等。每個(gè)局部電路都下在*.ckt文件中，并在模型名稱的前面加上大寫的X。數(shù)字器件模型是用數(shù)字SimCode語言編寫的，這是一種由事件驅(qū)動(dòng)型XSPICE模型擴(kuò)展而來專門用于仿真數(shù)字器件的特殊的描述語言，是一種類C語言，實(shí)現(xiàn)對數(shù)字器件的行為及特征的描述，參數(shù)可以包括傳輸時(shí)延、負(fù)載特征等信息；行為

4、可以通過真值表、數(shù)學(xué)函數(shù)和條件控制參數(shù)等。它來源于標(biāo)準(zhǔn)的XSPICE代碼模型。在SimCode中，仿真文件采用ASCII碼字符并且保存成.TXT后綴的文件，編譯后生成*.scb模型文件?？梢詫⒍鄠€(gè)數(shù)字器件模型寫在同一個(gè)文件中。AltiumDesigner可實(shí)現(xiàn)如下功能：1、仿真電路建立及與仿真模型的連接AD中由于采用了集成庫技術(shù)，原理圖符號(hào)中即包含了對應(yīng)的仿真模型，因此原理圖即可直接用來作為仿真電路，而99SE中的仿真電路則需要另行建立并單獨(dú)加載各元器件的仿真模型。2、外部仿真模型的加入AD中提供了大量的仿真模型，但在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中仍然需要補(bǔ)充、完善仿真模型集。一方面，用戶可編輯系統(tǒng)自帶的仿真

5、模型文件來滿足仿真需求，另一方面，用戶可以直接將外部標(biāo)準(zhǔn)的仿真模型倒入系統(tǒng)中成為集成庫的一部分后即可直接在原理圖中進(jìn)行電路仿真。3、仿真功能及參數(shù)設(shè)置AltiumDesigner的仿真器可以完成各種形式的信號(hào)分析，在仿真器的分析設(shè)置對話框中，通過全局設(shè)置頁面，允許用戶指定仿真的范圍和自動(dòng)顯示仿真的信號(hào)。每一項(xiàng)分析類型可以在獨(dú)立的設(shè)置頁面內(nèi)完成。AltiumDesigner中允許的分析類型包括：1)直流工作點(diǎn)分析2)瞬態(tài)分析和傅立葉分析3)交流小信號(hào)分析4)阻抗特性分析5)噪聲分析6)Pole-Zero(臨界點(diǎn))分析7)傳遞函數(shù)分析8)蒙特卡羅分析9)參數(shù)掃描10)溫度掃描等二、操作步驟9.1、

6、使用AltiumDesigner仿真的基本步驟如下：1)裝載與電路仿真相關(guān)的元件庫2)在電路上放置仿真元器件(該元件必須帶有仿真模型)3)繪制仿真電路圖，方法與繪制原理圖一致4)在仿真電路圖中添加仿真電源和激勵(lì)源5)設(shè)置仿真節(jié)點(diǎn)及電路的初始狀態(tài)6)對仿真電路原理圖進(jìn)行ERC檢查，以糾正錯(cuò)誤7)設(shè)置仿真分析的參數(shù)8)運(yùn)行電路仿真得到仿真結(jié)果9)修改仿真參數(shù)或更換元器件，重復(fù)58的步驟，直至獲得滿意結(jié)果。9.2、具體實(shí)現(xiàn)電路仿真的整個(gè)過程9.2.1、創(chuàng)建工程1)在工具欄選擇File?New?Project?PCBProject,創(chuàng)建一個(gè)PCB工程并保存。2)在工具欄選擇File?New?Schem

7、atic,創(chuàng)建一個(gè)原理圖文件并保存。9.2.2、原理圖展示測試電路如圖1:9.2.3、編輯原理圖1、放置有仿真模型的元件件庫未安裝，需要安裝，則點(diǎn)擊yes”，如圖2：OOUTOOUTT)DT)DVDDJv根據(jù)上面的電路，我們需要用到元器件LF411CN”,點(diǎn)擊左邊Library標(biāo)簽，使用search功能查找LF411CN。找至ijLF411CN之后，點(diǎn)擊PlaceLF411CN”，放置元件，若提示元在仿真元件之前，我們可以按TAB”鍵打開元件屬性對話框，在Designator”處填入U(xiǎn)1;接著查看LF411CN的仿真模型：在左下角Models列表選中Simulation,再點(diǎn)擊Edit”,可查

8、看模型的一些信息，如圖3。從上圖可以看出，仿真模型的路徑設(shè)置正確且?guī)斐晒Π惭b。點(diǎn)擊看模型文件（若找不到模型文件，這里會(huì)有錯(cuò)誤信息提示），如圖ModelFile”標(biāo)簽，可查4。圖3N&HdTemplatuN&HdTemplatu卜卜N3%1PreviewN3%1Preview入ModelFilModelFile e/ /點(diǎn)擊NetlistTemplate”標(biāo)簽，可以查看網(wǎng)表模板，如圖5。DESIGNATORXLDESIGNATORXL胃工X3X3三珞X5X5 MODELMODEL至此，可以放置此元件。2、為元件添加SIMModel文件用于電路仿真的Spice模型(.ckt和.md

9、l文件)位于Library文件夾的集成庫中， 我們使用時(shí)要注意這些文件的后綴。模型名稱是模型連接到SIM模型文件的重要因素，所以要確保模型名稱設(shè)置正確。查找Altium集成庫中的模型文件步驟如下：點(diǎn)擊Library面板的Search按鈕，在提示框中填入：HasModel(SIM,*,False)進(jìn)行搜索；若想更具體些可填入：HasModel(SIM,*LF411*,False)。若我們不想讓元件使用集成庫中提供的仿真模型，而想用別的模型代替，我們最好將別的模型文件復(fù)制到我們的目標(biāo)文件夾中。如果我們想要用的仿真模型在別的集成庫中，我們可以：1)點(diǎn)擊File?Open,打開包含仿真模型的庫文件(.

10、intlib)。2)在輸出文件夾(打開集成庫時(shí)生成的文件夾)中找到仿真文件，將其復(fù)制到我們自己的工程文件夾中，之后我們可以進(jìn)行一些修改。復(fù)制好模型文件，再為元器件添加仿真模型。為了操作方便，我們直接到安裝目錄下的Examples/CircuitSimulation/Filter”文件夾中,復(fù)制模型文件LF411C.ckt”到自己的工* *connectionsconnections: :* *non-1river1non-1river11 1nginputnginputi inveztnvezti ingnginpuinput tpositivepowersupplypositivepower

11、supplynegativepowersupplynegativepowersupplyoutputoutputSUDCKTSUDCKT工F411_HSCF411_HSC2992995 5。2828Ut6?Ut6?LF4ULF4UMSGMSGNdfalot)iWu/Ndfalot)iWu/HtffatFtevipiirRModejFjtF*/HtffatFtevipiirRModejFjtF*/卜田中，.&*NWNWg gIPltYICTIPltYICT：網(wǎng)-程文件夾中，接下來的步驟：1)在Project面板中，右擊工程，選擇AddExistingtoProject”,將模型文件添加到

12、本工程中。2)雙擊元件U1,打開元件屬性對話框，在Model列表中選擇Simulation，點(diǎn)擊Remove按鈕，刪除原來的仿真模型。3)點(diǎn)擊Model列表下方的Add下拉按鈕，選擇Simulation4)在ModelSub-Kind中選擇SpiceSubcircuit”,使得Spice的前綴為X”5)在ModelName中輸入LF411C”,此時(shí)AD會(huì)搜索所有的庫，來查詢是否有與這名稱匹配的模型文件。如果AD找到一個(gè)匹配的文件，則立即停止尋找。對于不是集成庫中的模型文件，AD會(huì)對添加到工程的文件進(jìn)行搜索，然后再對搜索路徑(Project?ProjectOptions)中的文件進(jìn)行搜索。如果找

13、不到匹配的文件，則有錯(cuò)誤信息提示。6)最后的步驟是檢查管教映射是否正確，確保原理圖中元件管腳與模型文件中管腳定義相匹配。點(diǎn)擊PortMap，如圖6:圖6修改管腳映射，在ModelPin列表下拉選擇合適的引腳，使其和原先的SIM模型(LF411_NSC)相同。我們可以點(diǎn)擊NetlistTemplate標(biāo)簽，注意到其模型順序?yàn)?,2,3,4,5;如圖7:件DESIGNATORN1DESIGNATORN14 4X4N5X4N5 MODELMODELI I 七 m mplqtaplqta 人 PievPiev 荷/(M ModdFileoddFilej j圖7這些和ModelFile標(biāo)簽中的.SUBC

14、KT頭相對應(yīng)，如圖8:LeDriftLeDriftJFETOpAhppkgJFETOpAhppkg：DIPeDIPe.9 9- -4.64.6一pkgCANSpkgCANS.2.9.4 4.匕人Non-InvertingInputInvertingInputPbsitiuePowerSupplyNegslivePowerSupNon-InvertingInputInvertingInputPbsitiuePowerSupplyNegslivePowerSupplyOutputplyOutputCl1112Cl11123.49BE-123.49BE-12C2C2671

15、5E-126715E-12DC553DXDC553DX% %TemplateKJpdistFevnewTemplateKJpdistFevnewModelFilEModelFilEj j圖8因此，在PortMap”標(biāo)簽中的ModelPin為U表中，我們可以看到1(1),2(2),3(3),4(4),5(5)，被列舉出來，其中第一個(gè)數(shù)字就是模型管腳(就是NetlistTemplate中的1,%2等)，而subcircuit的頭則對應(yīng)著小括號(hào)里面的數(shù)字。在Spicenetlist中，我們需要注意其中節(jié)點(diǎn)的連接順序，這些必須和.SUBCKT頭中的節(jié)點(diǎn)順序相匹配。Netlist頭描述了每個(gè)管腳的功能，

16、根據(jù)這些信息我們可以將其連接到原理圖管腳，如：1(1)是同相輸入，故需連接到原理圖管腳3。原先的管腳映射和修改的管腳映射如圖9:*SnglloOffset*Connectxons: t t* *,SUBCKTLF4UC,SUBCKTLF4UCSchematicPiftModlPin5(BAL)5(5)3(IN+)32(INJ21）(OUT)NolConnected2）(V+)NolConnected4(V )4(4)3）(NCNotConnected“BALJ1n)Originalpinmapping圖9SchematicPinModelPin5(BAL)NotConnected2、UN：1(

17、1)2時(shí))2(2)6(0UT|5|5)7(V+)3(3)3、M)42.%2、(NC)NotConnected1(BALjNotConnected3、放置有仿真模型的電阻電容放置電阻前，我們可以按TAB”鍵，打開元件屬性窗口，設(shè)置電阻值；在Model列表中,選中Simulation，點(diǎn)擊Edit”，查看仿真模型屬性。一般系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置就是正確的，如果沒修改過，應(yīng)該有如圖10屬性：圖10同理，放置電容的情況也一樣，先設(shè)置電容值，再查看仿真模型屬性，如圖11：圖114、放置電壓源5.%2.%3、首先放置VDD電源。使用Library”面板的search功能，檢索關(guān)鍵字VSRC”；查找到VSRC”之后，

18、雙擊元件，若提示集成庫未安裝則安裝，其集成庫為SimulationSources.IntLib”。6.%2.%3、在放置元件前，按“TAEB,打開元件屬性對話框，再編輯其仿真模型屬性，先確保其ModelKind”為VoltageSource,ModelSub-Kind”為DCSource”。7.%2.%3、點(diǎn)擊Parameters”標(biāo)簽，設(shè)置電壓值，輸入“5V：并使能ComponentParameter:之后點(diǎn)擊OK,完成設(shè)置。如圖12：SimModelSimModel- -VoltageSource/DCSourceVoltageSource/DCSource8.%2.%3、同理放置VSS,

19、并設(shè)置其電壓值為5V”9.%2.%3、最后添加正弦信號(hào)輸入：同樣是SimulationSources.IntLib中的VSRC,打開其仿真模型屬性對話框，設(shè)置ModelKind為VoltageSource,而ModelSub-Kind”設(shè)置為Sinusoidal”。10.%2.%3、點(diǎn)擊Parameters”標(biāo)簽，設(shè)置電壓值，可可區(qū)圖12按如圖13設(shè)置：ModelModel- -VoltageSourceVoltageSource/ /SinusoidalSinusoidal圖13之后點(diǎn)擊OK,設(shè)置完成，放置信號(hào)源。5、放置電源端口。點(diǎn)擊Place?PowerPort:在放置前按TAB”鍵，設(shè)

20、置端口屬性。其中對于標(biāo)簽VDD和VSS,其端口屬性為BAR”。對于標(biāo)簽GND,其端口屬性為PowerGround”。對于標(biāo)簽OUT(網(wǎng)絡(luò))，其端口屬性為Circle”6、連線，編譯根據(jù)上面的原理圖連接好電路，并在相應(yīng)的地方放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽，之后編譯此原理圖。2.2.4、仿真設(shè)置按照圖中顯示設(shè)置好CollectDataFor”,SheetstoNetlist和SimViewSetup”等三個(gè)區(qū)域，并且我們可以看到有一系列的信號(hào)在AvailableSignal”中，這些都是AD計(jì)算出來并可以進(jìn)行仿真的信號(hào)。如果我們想要觀察某個(gè)信號(hào)，只需將其導(dǎo)入（雙擊此信號(hào)）到右邊的ActiveSignal”中；同理，

21、若想刪除ActiveSignal”中的信號(hào)，也可以通過雙擊信號(hào)實(shí)現(xiàn)。1、傳輸函數(shù)分析（包括傅立葉變換）設(shè)置點(diǎn)擊Design?Simulate?MixSim”,或是點(diǎn)擊工具欄中（可通過Toolbars?MixedSim”調(diào)出）的IJ圖標(biāo)，進(jìn)入設(shè)置窗口。如圖14:傳輸函數(shù)分析會(huì)生成一個(gè)文件，此文件能顯示波形圖，計(jì)算時(shí)間變化的瞬態(tài)輸出（如電壓，電流）。直流偏置分析優(yōu)先于瞬態(tài)分析，此分析能夠計(jì)算出電路的直流偏置電壓；如果UseInitialConditions”選項(xiàng)被使能，直流偏置分析則會(huì)根據(jù)具體的原理圖計(jì)算偏置電壓。首先應(yīng)該使能TransientAnalysis然后取消UseTransientDef

22、aults”選項(xiàng)，為了觀察到50Khz信號(hào)的三個(gè)完整波形，我們將停止時(shí)間設(shè)置為60u;并將時(shí)間增長步長設(shè)置為100n,最大增長步長為200n。最終設(shè)置如圖15:圖152、交流小信號(hào)分析設(shè)置交流小信號(hào)分析的輸出文件顯示了電路的頻率響應(yīng)，即以頻率為變量計(jì)算交流小信號(hào)的輸出值（這些輸出值一般是電壓增益）。首先我們的原理圖必須有設(shè)置好參數(shù)的交流信號(hào)源(上面的步驟已經(jīng)設(shè)置好)使能ACSmallSignalAnalysis”選項(xiàng)然后根據(jù)圖16輸入?yún)?shù)：圖16(注： 如上圖， 開始頻率點(diǎn)一般不設(shè)置為0,上圖100m表示0.1HZ,結(jié)束頻率點(diǎn)1meg表示1MHZ;SweepType設(shè)置為Decade”表示每1

23、00測試點(diǎn)以10為底數(shù)增長，總共有701個(gè)測試點(diǎn)。)至此，交流小信號(hào)分析設(shè)置完成。AD進(jìn)行此電路仿真分析時(shí)，先計(jì)算電路的直流偏置電壓，然后以變化的正弦輸入代替原有的信號(hào)源，計(jì)算此時(shí)的電路的輸出，輸入信號(hào)的變化是根據(jù)TestPoints”和SweepType”這兩個(gè)選項(xiàng)進(jìn)行的。3、電路仿真與分析設(shè)置完成之后，就可以進(jìn)行電路仿真一一點(diǎn)擊”圖標(biāo)。在仿真過程中，AD會(huì)將一些警告和錯(cuò)誤信息顯示在Message板，如有致命錯(cuò)誤可根據(jù)面板提示信息修改原理圖；如果工程無錯(cuò)誤，此過程還會(huì)生成一個(gè)SPICENetlist(.nxs)文件，且此文件在每次進(jìn)行仿真時(shí)都會(huì)重新生成。仿真分析結(jié)束會(huì)生成打開一個(gè)（仿真結(jié)果（

24、注：直流偏置最先執(zhí)行），如圖17:AltnumDesigner-tiAProgramHiesAltnumDesigner-tiAProgramHies1 1yMtfEjmiECHMStHyMtfEjmiECHMStH讓3gmpleskirdritSiintiliitiafiVFilterOutUFHlter.sdf*3gmpleskirdritSiintiliitiafiVFilterOutUFHlter.sdf*-*仙5*5*.伊和16.16.|JB|JB|E|E|. .01P*01riev01P*01riev即0 0卻jx)feQvgtatHjx)feQvgtatH爵tUndwttUndw

25、td dJ J1I1IT4T4繼0 0)I IJ60J60. .圖17創(chuàng)建波特圖波特圖包括了增益和相位信息，我們可以根據(jù)交流小信號(hào)分析結(jié)果得到電路的波特圖。首先右擊上半部分坐標(biāo)圖的詢”信號(hào)，選擇EditWave”，打開編輯波形對話框，然后選擇左邊的Magnitude（dB）”，再點(diǎn)擊Creat”按鈕。如圖18：.sdf）文件，里面顯示了電路的各種j jFAeriFAeri,郭二|F F卡er.er.WSflurasBSflurasB心WaueNamWaueNam陰VPIVPI助聞1 1d dbcccV-bcccV-IF1IF1MiMi齊博mmemme碟iaoc090CCfiMD70CQ80CQ

26、-5DQQ4QC030CC20Came0MDF?冬普Qpgwdufft.獸3ffrJ0sd-eu_TqD0120C120Couegt)Wa.QSQC1 1：uOuO100100mookmookf frEuencyrEuencyIIII!I_McttiureiTiartVdue帝韶TirneTirneF F囪I IlintlintWarvlamniMeaEuierrenliW.E01MCO；：，i5力eIAnaiyziiij，1DCCkFrequency(Hz)Frequency(Hz)圖18同理，對輸出增益，在上半部分的坐標(biāo)圖中右擊，選擇AddWavetoPlot”,在彈出的對話框中Wavef

27、orms”列表選擇out信號(hào)，并在右邊的ComplexFunctions冽表選擇Magnitude(dB):然后點(diǎn)擊Creat”按鈕，得到輸入輸出的增益圖。之后重復(fù)上述步驟添加相位圖，注意在ComplexFunctions冽表選擇Phase(Deg):最后結(jié)果如圖19:圖19(我們可以在同個(gè)坐標(biāo)圖上顯示不同的Y軸，使不同的曲線對應(yīng)不同的Y坐標(biāo)只需在編輯或添加波形文件時(shí)，選中AddtonewYaxis”即可；若刪除坐標(biāo)軸，相應(yīng)的曲線也會(huì)刪除，且在這模式下沒有Undo功能，故誤刪的話需重新導(dǎo)入曲線。)使用光標(biāo)工具分析點(diǎn)擊DB(out)”曲線，右擊選擇CursorA”,再右擊選擇CursorB”，打

28、開兩個(gè)測量光標(biāo)，將光標(biāo)按圖20放置：PHA5EinPHA5EinPHASEfoulJPHASEfoulJo o0 000.00.西西1 112Fiequencp|HzFiequencp|Hz25002500-25i00-25i00-7500-125.01.00DH2lOOOHs100.0Hz1.000kHzlO.ODkHslOOOkHs1ODOMMs1.00DH2lOOOHs100.0Hz1.000kHzlO.ODkHslOOOkHs1ODOMMsFrequencp|H2)Frequencp|H2)10X010X0圖20再點(diǎn)擊“SimData標(biāo)簽，可以看到此時(shí)B-A=-3,且光標(biāo)B的頻率為“2

29、0kHz”，如圖21:MedsuFemBntCuifxxsMedsuFemBntCuifxxsNomeXYNomeXYADB(ou(259L29-.G43uADB(ou(259L29-.G43uBD8(out)20267kBD8(out)20267k笈竭S SMedsiienentXYMedsiienentXYB-A2QQWk-3.02B-A2QQWk-3.02MinimumMinimum眾-R*10363-R*10363MawmumAMawmumA,822220U822220UAvetastAvetastA.A.B-72CB-72C；54m54m圖21故3dB點(diǎn)的頻率為20kHz。參數(shù)掃描設(shè)

30、置參數(shù)掃描功能使得我們能夠讓特定的元件在一個(gè)范圍內(nèi)變化；當(dāng)然相應(yīng)的交流、直流或瞬態(tài)分析也要使能，才能觀察相應(yīng)的特性曲線或數(shù)據(jù)。具體步驟如下：圖標(biāo)，打開設(shè)置窗口，使能ParameterSweep2)接著選擇首要掃描參數(shù)元件C2,更改參數(shù)；再使能第二參數(shù)掃描功能，選擇C1,更改參數(shù)；參數(shù)設(shè)置如圖22:AnsipsAnsips巳5 5SetupSetup圖22設(shè)置好之后，點(diǎn)擊Ok,進(jìn)行電路仿真。仿真后的一些結(jié)果如圖23,圖24與圖25:AgsODptbiAgsODptbi惜EnabledEnabledGenemSetup0pefMingPointdrtsly:i工IraMerl/Four%IraMerl/Four%DCSweepDCSweep由ACSmallSignalAndlyisNoACSmallSignalAndlyisNoisieAnisisieAnisPoleZeroAnalysisPoleZeroAnalysisIFansfIFansf rFurictonAnalysrrFurictonAnalysrs s7empejdtureSweep7empejdtureSweepPdramelefSweepPdramelefSweepMdrrfMdrrf 匚&OptionsOptions