ORCAD使用教程

1、chuanPage of104/15/2013第一章概論本章在簡要介紹計算機輔助設計(CAD:ComputerAidedDesign和電子設計自動化(EDA:ElectronicDegnAutomation)基本概念的基礎上，介紹OrCAD/PSpice軟件的功能和特點，并具體說明調(diào)用PSpce軟件進行電路模擬的基本步驟。1-1EDA技術和PSpice軟件1-1-1CAD和EDA進行電子線路設計，就是根據(jù)給定的設計要求，包括功能和特性指標要求，通過各種方法，確定應采用什么樣的線路拓撲結構以及線路中各個元器件應采用什么參數(shù)值。有時還需將設計好的線路進一步轉(zhuǎn)換為印刷電路板版圖設計。要完成上述設計任

2、務，一般需經(jīng)過設計方案提出、驗證和修改(若需要的話)三個階段，有時甚至要經(jīng)歷幾個反復，才能完成一個比較好的電路設計。按照上述三個階段中完成任務的手段不同，可將電子線路的設計方式分為不同類型。如果方案的提出、驗證和修改都是人工完成的，則稱之為人工設計方法。這是一種傳統(tǒng)的設計方法，其中設計方案的驗證一般都采用實際搭試驗電路的方式進行。這種方法花費高，效率低。從70年代開始，隨著電子線路設計要求的提高以及計算機的發(fā)展，使電子線路設計發(fā)生了根本性的變革，出現(xiàn)了CAD和EDA。計算機輔助設計(CAD)顧名思義，計算機輔助設計是在電子線路設計過程中，借助于計算機來幫助“人”迅速而準確地完成設計任務。具體地

3、說，由“人”根據(jù)設計要求進行總體設計并提出具體的設計方案，然后利用計算機存儲量大、運算速度快的特點，對設計方案進行人工難以完成的模擬評價、設計檢驗和數(shù)據(jù)處理等工作。發(fā)現(xiàn)有錯誤或方案不理想時，再重復上述過程。這就是說，由人和計算機通過CAD這一工作模式共同完成電子線路的設計任務。電子設計自動化(EDA)CAD技術本身實際上是一種通用技術，在機械、建筑、甚至服裝等各種行業(yè)中均已得到廣泛應用。但是，在電子行業(yè)中，CAD技術不但應用面廣，而且發(fā)展得最快，在實現(xiàn)設計自動化(DA:DesignAutomation)方面取得了突破性的進展。在整個設計過程中，不少設計環(huán)節(jié)，如系統(tǒng)綜合、優(yōu)化設計等均可由計算機軟

4、件自動完成。目前在電子設計領域，設計技術正處于從CAD向DA過渡的進程中，一般統(tǒng)稱為電子設計自動化(EDA)。1-1-2微機級電子線路EDA軟件直到80年代初，CAD軟件至少需要在小型計算機或?qū)I(yè)用的工作站上才能運行。當時的微機系統(tǒng)受運行速度、存儲量等因素限制，無法運行CAD軟件。隨著計算機技術的發(fā)展，以OrCAD為代表的EDA技術開發(fā)公司，相繼推出了一批可以在微機上運行的EDA軟件。近幾年，隨著奔騰CPU芯片的采用，新型微機系統(tǒng)的許多性能已接近工作站，微機上的EDA軟件系統(tǒng)也已達到了相當?shù)乃?。OrCAD公司的EDA軟件是其中的突出代表。他覆蓋了電子設計中的4項核心任務：以VHDL和線路圖繪

5、制方式進行設計生成，F(xiàn)PGA和CPLD設計綜合，數(shù)字、模擬和數(shù)/模混合電路模擬，以及印制電路板(PCB)設計。其軟件系統(tǒng)結構如圖1-1所示。系統(tǒng)中每一部分不但可以根據(jù)需要單獨使用，更重要的是這些軟件相互之間又有如圖1-1所示的內(nèi)在聯(lián)系，構成一個完整的EDA系統(tǒng)，對設計項目實施統(tǒng)一管理。這樣，用戶就不必花過多的時間考慮各個軟件之間的調(diào)用關系以及設計數(shù)據(jù)格式和交換方式，而將主要精力放在線路設計本身。圖1-1微機級OrCAD軟件系統(tǒng)構成框圖下面簡要介紹OrCAD軟件系統(tǒng)中主要軟件的功能。OrCAD/：apture：這是一個功能強大的電路原理圖設計軟件。除可生成各類模擬電路、數(shù)字電路和數(shù)/?；旌想娐返?/p>

6、電路原理圖外，還配備有元器件信息系統(tǒng)CIS(ComponentInformationSystem)可以對元器件的采用實施高效管理。同時該軟件還具有ICA(InterndtComponentAssstant)功能，可在設計電路圖的過程中從Internet互聯(lián)網(wǎng)上的元器件數(shù)據(jù)庫中查閱、調(diào)用上百萬種元器件。OrCAD/Express:這是一個邏輯模擬軟件。其模擬功能包括由Capture生成的數(shù)字電路門級模擬，一直到VHDL綜合和仿真?？蛇M行10萬門以上的CPLD、FPGA和ASIC設計。在設計中可采用Xilinx、Altera、Lattice、Lucent、Actel、Philips和Vantis等

7、廠家生產(chǎn)的器件。OrCAD/PSpice：這是一個電路模擬軟件，除可對模擬電路、數(shù)字電路和數(shù)/?；旌想娐愤M行模擬外，還具有優(yōu)化設計的功能。OrCAD/Layout：這是一個印刷電路版(PCB)設計軟件。可直接將OrCAD/Captuie生成的電路圖通過手工或自動布局布線方式轉(zhuǎn)為PCB設計。在PCB設計中，采用的層次可達30層，布線分辨率為1微米，放置元器件時旋轉(zhuǎn)角度可精確到(1/60度，即1分。完成PCB設計后，可生成3維顯示模型。需要指出的是，在Windows環(huán)境下運行的OrCADEDA軟件系統(tǒng)均不存在“千年蟲問題，可順利地應用到21世紀。本書將詳細介紹OrCAD/PSpice軟件的構成、功

8、能特點和具體使用方法。其他3個軟件將在本套教程的另外3本書中介紹。1-1-3EDA技術的優(yōu)點由1-1-2節(jié)介紹的OrCAD軟件系統(tǒng)功能特點可見，采用EDA技術具有下述優(yōu)點：縮短設計周期。采用EDA技術，用計算機模擬代替搭試驗電路的方法，可以減輕設計方案驗證階段的工作量。特別是一部分設計自動化軟件的出現(xiàn)，更極大地加速了設計進程。另外，在設計印制電路板時，目前也有不少具有自動布局布線和后處理功能的印刷電路板設計軟件可供采用，將人們從繁瑣的純手工布線中解放出來，進一步縮短設計周期。節(jié)省設計費用。搭試驗電路費用高、效率低。采用計算機進行模擬驗證就可以節(jié)省研制費用。特別要指出的是，伴隨著微機的迅速發(fā)展和

9、普及，微機級EDA軟件水平的不斷提高，這就可以在計算機硬件投資要求不大，EDA軟件費用也不太高的前提下，促進EDA技術的推廣使用。提高設計質(zhì)量。傳統(tǒng)的手工設計方法采用簡化電路及元器件模型進行電路特性的估算，通過搭實驗電路板的方式進行驗證，故很難進行多種方案的比較，更難以進行靈敏度分析、容差分析、成品率模擬、最壞情況分析和優(yōu)化設計等。采用EDA技術則可以采用較精確的模型來計算電路特性，而且很容易實現(xiàn)上述各種分析。這就可以在節(jié)省設計費用的同時提高設計質(zhì)量。共享設計資源。在EDA系統(tǒng)中，成熟的單元設計及各種模型和模型參數(shù)均存放在數(shù)據(jù)庫文件中，用戶可直接分享這些設計資源。特另惺對數(shù)據(jù)庫內(nèi)容進行修改或增

10、添新內(nèi)容后，用戶可及時利用這些最新的結果。很強的數(shù)據(jù)處理能力。由于計算機具有存儲量大、數(shù)據(jù)處理能力強的特點，在完成電路設計任務后，可以很方便地生成各種需要的數(shù)據(jù)文件和報表文件。隨著電子技術的發(fā)展，需設計的電路越來越復雜，規(guī)模也越來越大，在這種情況下，離開EDA技術幾乎無法完成現(xiàn)代的電子線路設計任務。1-1-4OrCAD/PSpice軟件由圖1-1可見，微機級OrCADEDA軟件系統(tǒng)中，電路模擬分析是由OrCAD/PSpCe軟件完成的。該軟件的前身是SPICE，其全稱為SimulationProgramwithIntegratedCiicuitEmphasis，即重點用于集成電路的模擬程序。第一

11、版SPICE軟件是美國加州大學伯克萊分校為適應集成電路CAD的需要，于1972年推出的。1975年的SPICE2G版達到實用化程度，得到廣泛推廣。但該程序的運行環(huán)境至少為小型計算機。1983年，OrCAD公司推出了可在PC機上運行的PSpice1p代表這是在PC機上運行的版本)。目前最新版本是1998年11月推出的OrCAD/PSpice9。與SPICE相比，OrCAD/PSpice并不只是單純地將SPICE移植至PC機，而是在下述3方面有重大變革。對模擬電路，不僅可以進行直流、交流、瞬態(tài)等基本電路特性分析，而且可進行蒙托卡諾(MC)統(tǒng)計分析，最壞情況(Wfcase)分析、優(yōu)化設計等復雜的電路

12、特性分析。不僅可對模擬電路進行計算機輔助分析，而且可對數(shù)字電路、數(shù)/模混合電路進行計算機模擬。為了突出這一功能特點，新版本的軟件稱為PSpiceA/D。一改批處理運行模式，可以在WINDOWS環(huán)境下，以人機交互方式運行。繪制好電路圖后，即可直接進行電路模擬，無需用戶編制繁雜的輸入文件。在模擬過程中，可以隨時分析觀察模擬結果，從電路圖上修改設計。經(jīng)過15年的發(fā)展和應用，OrCAD/PSpce實際上已成為微機級電路模擬的標準軟件。本書將結合最新的OrCAD/PSpice9,詳細介紹該軟件的功能和使用方法。1-2OrCAD/PSpcie軟件的功能特點本節(jié)從下述幾方面說明該軟件的功能特點，即：OrCA

13、D/PSpice軟件支持的元器件種類、可分析的電路特性類型以及配套軟件等。1-2-1PSpiceA/D支持的元器件類型1.元器件類型及其字母代號PSpiceA/D可模擬的元器件覆蓋了下述6類最常用的各種電路元器件?；緹o源元件。如電阻、電容、電感、互感、傳輸線等。常用的半導體器件。如二極管、雙極晶體管、結型場效應晶體管、MOS場效應晶體管、GaAs場效應晶體管、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等。獨立電壓源和獨立電流源?？僧a(chǎn)生用于直流(DC)、交流(AC)、瞬態(tài)(TRAN)分析和邏輯模擬所需的各種激勵信號波形。各種受控電壓源、受控電流源和受控開關?；緮?shù)字電路單元。包括常用的門電路、傳輸門、延遲線

14、、觸發(fā)器、可編程邏輯陣列、RAM、ROM等。單元電路調(diào)用。對常用的單元電路，特另是像運算放大器一類集成電路，可將其作為一個單元電路整體出現(xiàn)在電路中，而不必考慮該單元電路的內(nèi)部電路結構。PSpiceA/D為不同類別的元器件賦給了不同的字母代號，女口表1-1所示。在電路圖中，不同元器件編號的第一個字母必須按表中規(guī)定。表1-1PSpiceA/D支持的元器件類別及其字母代號(按字母順序)字母代號元器件類另字母代號元器件類另BGaAs場效應晶體管N數(shù)字輸入(見表注)C電容O數(shù)字輸出(見表注)D二極管Q雙極晶體管E受電壓控制的電壓源R電阻F受電流控制的電流源S電壓控制開關G受電壓控制的電流源T傳輸線H受電

15、流控制的電壓源U數(shù)字電路單元I獨立電流源USTIM數(shù)字電路激勵信號源J結型場效應晶體管(JFET)V獨立電壓源K互感(磁芯)，傳輸線耦合W電流控制開關L電感X單元子電路調(diào)用MMOS場效應晶體管(MOSFET)Z絕緣柵雙極晶體管(IGBT)注：表中N器件和O器件是在數(shù)/模混合電路中對數(shù)/模接口型節(jié)點進行接口電路轉(zhuǎn)換時引進的兩種等效器件，詳見第八章。2.元器件模型電路模擬的精度很大程度上取決于電路中代表各種元器件特性的模型參數(shù)值是否精確。為了方便用戶使用，PSpCeA/D提供的模型參數(shù)庫中包括有超過11300種的半導體器件和模擬集成電路產(chǎn)品的模型參數(shù)，以及1600多種數(shù)字電路單元產(chǎn)品的參數(shù)。其中不

16、但包括了最新的GaAs器件和IGBT器件模型參數(shù)，對MOSFET器件還提供了6種不同級別的模型，適用于先進的亞微米工藝器件。第十章將介紹不同元器件模型參數(shù)的基本含義及其對電路特性模擬的影響。在本書所附的光盤中，Document路徑下的Analog和Digita兩個文件分別列出了模型參數(shù)庫中包括的模擬和數(shù)字兩類元器件名稱清單。這些元器件基本覆蓋了目前常用的商品化半導體器件和集成電路。1-2-2PSpiceA/D分析的電路特性PSpiceA/D可分析的電路特性有6類15種，女口表1-2所示。每種特性分析的具體功能和分析方法參見相應章節(jié)。表1-2PSpiceA/D分析的電路特性類別電路特性參考章節(jié)直

17、流特性(1)直流工作點(BiasPointDetai)3-2節(jié)直流特性掃描(DCSweep)3-3節(jié)直流傳輸特性(TF:TansferFunction)3-4節(jié)直流靈敏度(DCSensitivity)3-5節(jié)交流特性(1)交流小信號頻率特性(ACSweep)3-6節(jié)(2)噪聲特性(Noise)3-7節(jié)瞬態(tài)特性(1)瞬態(tài)響應(TTansientAnalysis)3-8節(jié)(2)傅立葉分析(FourierAnalysis)3-9節(jié)參數(shù)掃描(1)溫度特性(TemperctureAnalyss)4-1節(jié)(2)參數(shù)掃描(ParametreAnalysis)4-2節(jié)統(tǒng)計分析(1)蒙托卡諾分析(MC:Mont

18、eCarlo)4-3節(jié)(2)最壞情況分析(WC:WorstCase)4-4節(jié)邏輯模擬(1)邏輯模擬(DigitaSimulation)第七章數(shù)/?；旌夏M(MixedA/DSmulation)8-1節(jié)最壞情況時序分析(Woist-casetimingAnalyss)8-2節(jié)1-2-3PSpiceA/D的5個配套功能軟件(模塊)OrCAD軟件包中進行電路模擬分析的核心軟件是PSpiceA/D。為了使模擬工作做得更快、更好，OrCAD軟件包中還提供有下述5個配套軟件(模塊)。他們之間的相互關系如圖1-2所示。圖1-2PSpiceA/D與配套軟件(模塊)電路圖設計軟件Capture為了進行電路模擬，

19、必須向PSpiceA/D提供待分析電路的全部信息,包括電路拓撲結構、元器件參數(shù)值。同時還要說明電路特性分析類型，設置分析參數(shù)，并提出結果輸出要求。早期的SPICE和PSpce軟件，在運行前，要求用戶必須按規(guī)定格式將上述內(nèi)容編制成一份輸入文件。這一工作不但繁雜，而且極易出錯，當電路規(guī)模較大時，問題更加嚴重。采用電路圖繪制軟件Capture用戶只需以人機交互圖形編輯方式在屏幕上繪制好電路原理圖，設置好分析參數(shù)，即可在Capture環(huán)境下繼續(xù)完成電路模擬。在Capture環(huán)境下，還能控制本節(jié)介紹的其他配套軟件的運行。如圖1-1所示，Captue不僅可以與PSpceA/D配合使用，同時也是OrCADE

20、DA軟件包中進行PLD設計和PCB設計的基礎，因此我們專門安排一本分冊詳細介紹OrCAD/Captue軟件的功能和使用方法。為了方便PSpceA/D軟件的運行，本書在第二章將簡要介紹如何調(diào)用Capture生成PSpiceAQ需要的電路圖。激勵信號波形編輯軟件(StmEd:StimuliEditor)在表1-2所示的電路特性分析中，瞬態(tài)和邏輯模擬等不同類型的分析，需要的輸入激勵信號波形各不相同。StmEd軟件是一個以交互方式運行的激勵信號波形編輯器，可以生成電路模擬中需要的各種形狀激勵信號波形。包括：瞬態(tài)分析中需要的脈沖、分段線性、調(diào)幅正弦、調(diào)頻和指數(shù)信號等5種信號波形(5種信號波形的介紹見3-

21、8節(jié))（2）邏輯模擬中需要的時鐘信號、各種形狀脈沖信號以及總線信號。本書第三章和第七章將分別介紹調(diào)用StmEd軟件生成瞬態(tài)分析和邏輯模擬中要求的各種激勵信號波形的方法。在推出StmEd軟件之前，用戶必須按規(guī)定格式，描述上述各種信號波形，這也是一件既繁雜又易出錯的工作。模型參數(shù)提取軟件（ModelEd:ModelEditor）如1-2-1節(jié)所述，PSpiceA/D的模型參數(shù)庫中包括了一萬多種元器件和單元集成電路的模型參數(shù)，基本能滿足一般用戶模擬分析電路特性的需要。女踝用戶采用了未包括在模型參數(shù)庫中的元器件，可以調(diào)用模型參數(shù)生成軟件ModelEd,提取模型參數(shù)。用戶只需提供通常元器件手冊中給出的元

22、器件特性數(shù)據(jù)，該軟件即可生成電路模擬時需要的模型參數(shù)。本書第十章將具體介紹ModelEd軟件的功能和使用方法。模擬結果波形顯示和分析模塊（PSpice/Probe）為了觀察模擬結果，確定電路設計是否滿足要求，PSpiceA/D完成電路模擬以后可自動調(diào)用Probe模塊。該模塊具有下述3種主要功能。（1）顯示電路中的節(jié)點電壓、支路電流波形。在顯示信號波形過程中可隨時修改電路分析參數(shù)設置，再重新進行電路模擬，顯示信號波形。在OrCAD中，可以根據(jù)需要，在電路圖設計修改、電路模擬、結果波形顯示之間交叉調(diào)用，直到電路設計滿足要求為止。第五章將介紹在Probe窗口中顯示信號波形的具體方法以及相關的輔助功能

23、。（2）模擬結果的再分析處理。Probe具有對模擬結果波形進行再加工的功能，以提取出更多的信息。例如蒙托卡諾分析以后，可以繪制電路特性參數(shù)分布直方圖，得到成品率信息。參數(shù)掃描分析以后，可從結果波形中提取出電路特性特征參數(shù)，例如濾波器的帶寬和中心頻率，并可進一步得到這些特征參數(shù)與電路中元器件的關系，有助于實現(xiàn)電路的優(yōu)化設計。第六章將詳細介紹Probe對模擬結果的再分析處理功能。（3）數(shù)字電路中邏輯錯誤問題的檢測。在顯示邏輯模擬結果波形時，Probe可以檢測出電路中存在的冒險競爭、時序錯誤等問題，并可以將出錯位置標注在電路中。第八章將具體介紹邏輯錯誤的檢測。優(yōu)化程序Optimizer為了進一步幫助

24、用戶改進其電路設計，PSpceA/D提供有優(yōu)化模塊Optimizer，可以在電路模擬的基礎上，根據(jù)用戶規(guī)定的電路特性約束條件（例如滿足規(guī)定的帶寬和增益要求），自動調(diào)整電路元器件參數(shù)（例如調(diào)整偏置電阻和晶體管參數(shù)），以滿足某一電路指標要求（例女如吏電路功耗最?。?。調(diào)用Optimizer程序可同時調(diào)節(jié)8個元器件參數(shù)，滿足8個優(yōu)化目標和約束條件（或其組合）。1-2-4PSpiceA/DBasicsPSpice針對不同用戶的需用，OrCAD公司提供了3個檔次的PSpce程序，分別稱為PSpceA/D、PSpiceA/DBasic和PSpice。他們之間的差別在于具有的功能不盡相同。其中PSpceA/D

25、的功能最全，如表1-3所示。表中同時列出了另兩個軟件的功能比較。表1-3PSpiceA/DPSpiceA/DBasic和PSpice軟件功能比較功能PSpiceA/DPSpiceA/DBasicPSpice與OrCAD/Capture接口電路圖輸入（采用OrCAD/Capture）（第二章）有有有電路特性分析類型和參數(shù)設置（對話框）（3-1節(jié)）有有有與OrCAD/Zapture交叉調(diào)用算二章）有有有模擬結果波形顯示和分析（第五章）有有有電路特性分析和模擬功能直流特性分析（3-2節(jié)3-5節(jié)）有有有交流小信號分析（3-6節(jié)）、噪聲分析（3-7節(jié)）有有有瞬態(tài)分析（3-8節(jié)）、傅立葉分析（3-9節(jié)）有

26、有有溫度特性分析（4-1節(jié)）有有有參數(shù)掃描分析（4-2節(jié)）有有蒙托卡諾分析（4-3節(jié)）、最壞情況分析（4-4節(jié)）有有邏輯模擬（第七章）、數(shù)/?；旌夏M（8-1節(jié)）有有最壞情況時序分析（8-2節(jié)）、邏輯錯誤檢測（7-節(jié)）有特征值函數(shù)計算（6-4節(jié)）、電路性能分析（6-5節(jié)）有有直流偏置解文件的建立與調(diào)用（4-6-5節(jié)）有有模擬電路功能塊建模有有有數(shù)字門電路延遲特性建模有模型參數(shù)生成軟件有有激勵信號波形編輯軟件有有支持的元器件和模型參數(shù)數(shù)據(jù)庫GaAsFETs:Curtice,Statz,TriQuint,Parker-Skellern全部Statz全部MOSFETS:SPICE3(1-3)BSIM

27、1、BSIM3(版本2和3-1)、EKV有有有JFETs,BJTs有有有IGBTs有有達林頓管有有有D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器有電阻、電容、電感、互感模型描述有理想傳輸線、非理想傳輸線、傳輸線耦合非線性磁芯有有電壓控制開關、電流控制開關有有模型參數(shù)庫中半導體器件和模擬IC個數(shù)有有全部理想全部有1130011300注16500模型參數(shù)庫中數(shù)字電路個數(shù)20002000基本數(shù)字電路單元全部大部分注2任選項配置OrCAD/PspiceOptimizer有有網(wǎng)絡版有有注1：OrCAD/PSpiceA/DBasic模型參數(shù)庫中不包括IGBT、脈寬調(diào)制器、晶閘管、磁芯和傳輸線。注2：OrCAD/PSpice

28、A/DBasic支持的基本數(shù)字電路單元中不包括雙向傳輸門。1-2-5OrCAD/PSpiceA/D9版本的新特點于1998年底推出的OrCAD/PSpiceA/D9版本具有下述6個特點。1.新的前端模塊OrCAD/Capture版本8以前的PSpiceA/D本身帶有電路圖輸入軟件Schematc。從版本9開始，PSpiceA/D與OrCAD/Exprcss、OrCAD/LayoU樣，均以OrCAD/Zapture作為前端模塊。這樣，除可以利用Capture的電路圖輸入這一基本功能以外，還可以實現(xiàn)OrCAD中設計項目統(tǒng)管理，采用新的元器件屬性編輯工具，利用鼠標右鍵菜單，以及其他多種高效省時的功能

29、。對于以前用Schematic生成的電路圖，版本9中提供有Sch2cap程序，可將其轉(zhuǎn)為Captuie可接受的格式。2.結果波形顯示分析模塊中新增的功能OrCAD/PSpiceA/D9中將電路模擬和結果波形顯示分析兩大模塊集成在一起。片obe只是作為其中的一個窗口。與以前版本的Probe模塊相比，新增了下述功能?？梢栽谄聊簧蟿澐謳讉€窗口，包括顯示信號波形的個或多個圖形窗口、顯示輸出文件或其他文件的文本窗口、以及顯示模塊狀態(tài)和信息的窗口。在顯示結果波形的同窗口中可以修改電路特性分析參數(shù)設置，并在重新進行模擬以后繼續(xù)顯示、分析新的模擬結果?？梢詥佣鄠€電路模擬過程，并可隨時查閱模擬進程，調(diào)整排隊優(yōu)

30、先順序。改進波形顯示方式。包括在波形顯示區(qū)中新增了坐標網(wǎng)格線，并且可以由用戶控制其顯示屬性，將顯示的波形經(jīng)縮放處理后復制和粘貼到其他文件中。3.模擬類型分組(SimulationProfile概念的弓入在版本8以前的PSpceA/D程序中，繪制好電路圖后，在進行分析類型設置對話框的操作時，對選擇設置的分析類型種類沒有限制。完成電路模擬以后，所有設置的電路特性分析結果存放在同個輸出數(shù)據(jù)文件中。在OrCAD/P5piceA/D9中，將直流DC掃描、交流小信號AC分析和瞬態(tài)TRAN分析作為3種基本的分析類型。對每一種電路，在一個模擬類型分組中，只能包括這3種基本分析類型中的種分析，但對可以同時進行的

31、靈敏度分析、溫度特性、參數(shù)掃描、蒙托卡諾分析等沒有限制。每個模擬類型分組均有各自的名稱，分析結果數(shù)據(jù)單獨存放在個文件中。對同個電路，可建立多個模擬類型分組，不同分組也可以針對同種特性分析類型，只是分析參數(shù)不同。弓入這概念的好處是，可以單獨保存不同類型分析的結果。刪除其中個，不會對其他類型分析結果產(chǎn)生影響。4.模型參數(shù)生成軟件的功能擴展版本9中，模型參數(shù)生成軟件已改名為ModelEd比版本8中的Parts程序在功能方面有了很大的擴展。統(tǒng)處理以文本和修改規(guī)范兩種形式提取模型參數(shù)。新增了達林頓器件的模型參數(shù)提取。完成模型參數(shù)提取后，自動在圖形符號庫中增添該器件符號。5.亞微米MOS器件模型EKV2-

32、6的增加EKV2-6是一種基于器件物理特性的模型，適用于采用亞微米工藝技術的低壓、小電流模擬電路和數(shù)/?；旌想娐返哪M分析。6.模型參數(shù)庫的擴展版本9的模型參數(shù)庫不但增添了不少廠家提供的約1000個器件模型，使庫中涉及的器件數(shù)達到13000個，而且新增了EKVMOSFET模型以及光耦合器、達林頓管、DAC和ADC等新的器件類型。1-3電路模擬過程本節(jié)介紹電路模擬的基本過程，使讀者對本書各章內(nèi)容之間的相互關系有個總體了解。同時說明運行PSpCeA/D9軟件對微機系統(tǒng)的要求。1-3-1電路模擬的基本過程采用OrCADEDA軟件系統(tǒng)，對一個電路設計方案進行電路模擬的基本過程如圖1-3所示，共分8個階

33、段。本書就是根據(jù)這一設計流程內(nèi)容安排各章的內(nèi)容。新建設計項目（Project）OrCAD軟件包對設計任務按項目（Project）實施管理。開始一個新的項目設計時，應該首先調(diào)用OrCAD/Zapture軟件中的項目管理模塊，建立相應的項目名稱，并確定有關的設置。2-1節(jié)將詳細介紹項目管理的基本概念和管理方法。圖1-3電路模擬基本過程電路圖生成確定項目名后，就應該在電路圖繪制軟件OrCAD/Capture環(huán)境下，以人機交互方式將用戶確定的電路設計方案以電路原理圖形式送入計算機。第二章將介紹電路圖生成的具體方法。圖1-4中顯示的是繪好的振蕩器電路圖。對于采用PSpceA/D8以前版本設計的電路，電路

34、原理圖是用PSpceA/D軟件包中的Schematc程序生成的，2-5節(jié)將具體說明如何將這種電路圖文件轉(zhuǎn)換為OrCAD/Capture接受的格式。電路特性分析類型和分析參數(shù)設置生成電路圖以后，需要根據(jù)電路設計任務，確定要分析的電路特性類型，并設置與分析有關的參數(shù)。如1-2-5節(jié)所述，從版本9開始，PSpiceA/D采用了模擬類型分組（Simulationprofile）的概念。3-1節(jié)將介紹這一新概念的含義。用戶可以在OrCAD/Captuie環(huán)境下新建或修改Profile設置（見圖1-4中的子命令），也可以在顯示分析結果波形時，在PSpceA/D環(huán)境下修改Profile設置，重新進行模擬（見

35、5-1節(jié)）。第三章和第四章將詳細介紹表1-2中與模擬電路有關的各種特性分析類型選擇和分析參數(shù)設置的具體方法。模擬類型分組設置結果存放在以.SIM為擴展名的文件中。運行PSpceA/D程序完成上述3項工作后，即可調(diào)用PSpceA/D程序?qū)﹄娐愤M行模擬分析。3-1節(jié)將介紹調(diào)用PSpiceAQ的3種不同方法。6-8節(jié)將介紹PSpceA/D的幾種不同運行模式。模擬結果的顯示和分析完成電路模擬分析后，PSpice將按照電路特性分析的類型，分別將計算結果存入擴展名為.OUT的ASCII碼輸出文件以及擴展名為.DAT的二進制文件（見3-1節(jié)）。通過對這兩個文件內(nèi)容的分析，用戶可以確定其電路設計是否滿足預定要

36、求。4-5節(jié)將具體介紹.OUT輸出文件的結構和內(nèi)容。第五章和第六章將詳細介紹調(diào)用PSpice/Probe模塊顯示和分析模擬電路計算結果信號波形的方法。數(shù)字電路和數(shù)/模混合電路結果波形顯示和分析方法分別在第七章和第八章介紹。圖1-5是在PSpce/Probe窗口中顯示圖1-4振蕩器電路模擬分析結果波形的情況。電路優(yōu)化設計對模擬電路，在結果分析的基礎上，可確定是否需要調(diào)用PSpceA/D中的優(yōu)化模塊（Optimizer）,對電路進一步進行優(yōu)化設計，提高設計質(zhì)量。圖1-4OrCAD/Capture窗口圖1-5PSpice/Probe窗口顯示的分析結果信號波形設計修正在電路模擬過程中，女口果出現(xiàn)電路設

37、計方案不合適、電路圖生成中出現(xiàn)差錯或分析參數(shù)設置不合適等問題，都會導致PSpiceA/D因檢測出致命錯誤而不能正常運行，或出現(xiàn)運行不收斂和運行結果不滿足設計要求的情況。這時用戶應分析問題所在，確定是否要修改電路設計、糾正電路圖生成中的問題或重新設置分析參數(shù)，從上述第2階段或第3階段開始，進行新一輪的設計模擬過程。有時需要經(jīng)過幾個循環(huán)，才能得到滿足要求的電路設計。為了盡快查找出電路模擬中的問題，用戶可查閱.OUT文件中存放的錯誤信息內(nèi)容（見4-5節(jié)），也可以在波形顯示分析窗口（Proce窗口）中分析出錯信息（見8-3節(jié)）。并可參考2-5節(jié)介紹的電路圖生成注意事項，以及4-8節(jié)介紹的電路模擬不收斂

38、問題基本原因分析和解決途徑。設計結果輸出經(jīng)過上述幾個階段，得到一個符合要求的電路設計后，可以調(diào)用OrCAD/Capture,輸出全套電路圖紙，包括各種統(tǒng)計報表（如元器件清單，電路圖紙層次結構表等）。也可根據(jù)需要，將電路設計圖數(shù)據(jù)傳送給OrCAD/Layout,繼續(xù)進行印刷電路板設計。1-3-2運行要求對微機系統(tǒng)的要求運行PSpiceA/D9軟件，對微機系統(tǒng)的基本要求為：(1)CPU：Intel200MHzPentium以上，或等效的其他CPU芯片。內(nèi)存：至少64MBRAM最好用128陌。硬盤：1G空間。顯示器：分辨率至少為800 x600,最好為1024x768。操作系統(tǒng)：Windows95、

39、Windows98，或WindowsNT4.0。說明：如圖1-3所示，運行PSpCeA/D9進行電路模擬需要以OrCAD/Capture作為前端模塊。安裝Capture要求200MB的硬盤空間。對用戶的要求PSpiceA/D9是在Windows環(huán)境下運行的，其界面結構等也與Windows的雷同，因此除要求使用PSpce的用戶應具有一定的電子線路知識外，還要求用戶熟悉并掌握Windows的使用,包括：在Windows下調(diào)用應用程序，了解Windows中的文件管理，會操作鼠標，能使用圖標、命令菜單、對話框、幫助文件等。對這些基本操作，本書將不作具體解釋。1-4運行OrCAD/PSpceA/D9的有

40、關規(guī)定1-3-1PSpiceA/D中的數(shù)字在調(diào)用和運行PSpiceA/D的過程中，數(shù)字采用通常的科學表示方式，即可以用整數(shù)、小數(shù)、以及以10為底的指數(shù)。在用指數(shù)表示時，以字母E代表作為底數(shù)的10。對于比較大或比較小的數(shù)字，還可以采用10種比例因子，如表1-4所示。表1-4PSpiceA/D中采用的比例因子符號比例因子名稱F10-15飛(femto-)P10-12皮(pico-)N10-9納(nano-)U10-6微(micro-)MIL25.4*10七密耳(mil)M10-3毫(milli-)K10+3千(kilo-)MEG10+6兆(mega-)G10+9吉(giga-)T10+12太(te

41、ra-)例如，1.23K,1.23E3和1230均表示同一個數(shù)。對于以M開頭的3個比例因子符號應給予特別的注意。若用單個字母M(不管大、小寫)，是代表10-3,要表示106必須用MEG共3個字母，這與常規(guī)習慣有些不同，在使用中稍有不慎，將會出現(xiàn)錯誤。例如在交流小信號分析中，要指定100兆赫茲的頻率，必須用100MEG若按平時習慣表示為100M,則PSpice將其理解為100毫赫茲。1-4-2PSpiceA/D中的單位PSpiceA/D中采用的是實用工程單位制，即時間單位為秒(s)，電流單位為安培(A)，電壓單位為伏(V)，頻率單位為赫茲(Hz)，。在運行過程中，PSpiceA/D會根據(jù)具體對象

42、，自動確定其單位。因此在實際應用中，代表單位的字母可以省去。例如，表示470千歐姆的電阻時，用470K4.7E5,470KOhm等均可。對于幾個量的運算結果，PSpiceA/D也會自動確定其單位。例如，若出現(xiàn)電壓與電流相乘的情況，PSpiceA/D將自動給運算結果確定單位為功率單位“瓦特(W)。1-4-3PSpiceA/D中的運算表達式和函數(shù)在PSpceA/D運行過程中，涉及到由數(shù)字、參數(shù)和變量組成的表達式。1.運算符在構成表達式時，可采用的運算符如表1-5所示。表1-5PSpiceA/D中的運算符運算符含義算術運算符加(或字符相連)減/除*指數(shù)運算邏輯運算符非(NOT)|布爾“或”(OR)八

43、布爾“異或(XOR)&布爾與(AND)關系符(在IF()函數(shù)中)=等于！=不等于大于=大于或等于小于=小于或等于2.函數(shù)在運行PSpice的過程中，可弓I用的函數(shù)式女口表1-6所示。表1-6PSpiceA/D中的函數(shù)(按字母順序)函數(shù)含義說明ABS(x)x的絕對值|x|ACOS(x)x的反余弦函數(shù)cos-1(x)-1.0=x=+1.0ARCTAN(x)x的反正切函數(shù)tan-1(x)結果單位為弧度ASIN(x)x的反正弦函數(shù)sin-1(x)-1.0=xmax),或x(其他情況)LOG(x)自然對數(shù)lnx15LOG10(x)常用對數(shù)logxM(x)x的幅值其結果與ABS(x)相同MAX(x,y)x

44、,y中的最大值MIN(x,y)x,y中的最小值P(x)x的相位若x為實數(shù)，則P(x為0PWR(x,y)x絕對值的y次方|x|y等同于|x*y|PWRS(xy)結果為+|x|y(若x0),或-|x|y(若x0)，或-1(若x0),或0(若x0)參見表后例2SQRT(x)開平方x1/2TAN(x)正切函數(shù)tan(x)x單位為弧度TANH(x)雙曲正切函數(shù)tanh(x)TABLE(xx1,y1,xn,yn)見表后說明(1)說明：TABLE函數(shù)的功能是，將所有點(x,yi)(i=1,2,n)連成一條折線，則函數(shù)值是折線上與x對應的y值。如果x大于MAX(xi)(i=1,2n),則函數(shù)值是折線上與MAX

45、(xi)對應的y值。如果x小于MIN(xi)(i=1,2,.n),則函數(shù)值是折線上與MIN(xi)對應的y值。表1-6中的函數(shù)適用于電路模擬。在顯示和分析模擬結果信號波形時，可采用的函數(shù)式與此不完全相同(見第五章表5-2)。例：例一：第11號函數(shù)的應用實例。對函數(shù)IF(v(1)THLv(1),v(1)*v(1)/THL)若v(1)確實小于TH_，則函數(shù)值為v(1)。女口果v(1)不小于THL則函數(shù)值為v(1)*v(1)/THL例二：第27號函數(shù)STP(x)為單位階躍函數(shù)?？捎糜趯⒛骋粫r刻前一個變量的結果置于0。例如v(1)*STP(10ns-TIME)的結果是，在10ns之前，其值為0。直到1

46、0ns以后，結果才等于v(1)。1-4-4電路圖中的節(jié)點編號在電路模擬分析過程中，電路元器件的連接關系是通過節(jié)點號表示的，在指定輸出結果電壓時，也要采用節(jié)點編號。PSpice接受的節(jié)點號可以采用下面4種形式。電路圖上由用戶設置的節(jié)點名稱(見2-4節(jié))。例如圖1-4中與U4A反相器1號輸入端相連的互醪上，“RESET就是用這一方法確定的節(jié)點名稱，V(RESET)就代表該節(jié)點與地之間的電壓。電路圖中用戶為電路端口符號確定的名稱。例如圖1-4中位于U1AJ-K觸發(fā)器輸出端的“OUT、“OUTBAR”也可作為節(jié)點名稱，V(OUT)就代表節(jié)點OUT與地之間的電壓。用元器件的引出端作為節(jié)點號名稱。其一般形

47、式為元器件編號：引出端名.其中元器件編號是該元器件在電路圖中的編號，其第一個字母必須是代表該元器件類型的關鍵字符(見表1-1)如R5,CLOAD，Q2等。對二端元器件，用1和2作為兩個引出端名稱。對獨立電流源和電壓源，用和作為兩個引出端名稱。對多端器件，雙極晶體管的基極、集電極、發(fā)射極和襯底4個弓出端名稱分另慄用字母B、C、E和S。例如V(Q2：C)代表電路圖中編號為Q2的雙極晶體管的集電極與地之間的電壓。場效應晶體管中，源極、漏極和柵極名稱分別采用字母S、D和G。若有襯底引出端，則采用字母B。對于按層次關系設計的電路圖(HisarchCalDesign)(2-1節(jié))，在上述節(jié)點名稱和元器件編號的前面還必須給出其在層次電路圖中的層次名稱，之間用小數(shù)點符號隔開。但對于單頁式電路圖，或多層次電路圖中位于最上層(根層次)電路的節(jié)點名稱和元器件編號，在其前面無需加電路層次說明。用數(shù)字編排的節(jié)點序號。繪制好電路圖后，在生成電