電子電路機輔分析與設(shè)計

1、電子電路機輔分析與設(shè)計1第1頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四內(nèi)容11.1 引言11.2 PSPICE功能及特點 11.3 PSPICE的基本構(gòu)成11.4 PSPICE文本描述11.5 PSPICE窗口版的功能應(yīng)用 2第2頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四11.1 引言1) 計算機輔助設(shè)計（computer aided design） CAD CAM CAE CAT2)電子CAD向EDA的過渡 傳統(tǒng)設(shè)計：方案，驗證，修改，人工完成 早期CAD：缺少CAD軟件，人機完成 EDA系統(tǒng)的設(shè)計過程和大部分計算有機器完成3)電子CAD源于機輔作圖與分析 C

2、AA是電子CAD 的獨有技術(shù) 從直流、交流分析，瞬態(tài)分析發(fā)展到容差分析,最 壞 情況分析，數(shù)字模擬，數(shù)模混合模擬（仿真） 代表軟件如：SPICE（simulation program with integrated circuit emphasis）PSPICE（personal spice）3第3頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四11.2 PSPICE功能及特點 PSPICE是機輔分析和設(shè)計的電子電路模擬軟件。硬件設(shè)計實現(xiàn)之前，先對電路進行模擬分析，器件的模型、系統(tǒng)的調(diào)整、測試全由計算機完成。用戶根據(jù)要求設(shè)置參數(shù)，計算機象掃頻儀和示波器一樣測試電路的頻率響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)

3、，進行各種分析使電路達到最優(yōu)1）特點： 節(jié)省時間，節(jié)省設(shè)備，產(chǎn)品一般性好，可靠性高，新產(chǎn)品更新快。2）功能：直流分析：計算工作點，計算直流小信號傳輸函數(shù)，計算直流轉(zhuǎn)移特性曲線4第4頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四交流分析：頻域分析（幅頻，相頻）；噪聲分析（計算指定頻率點上的噪聲等效電平）瞬態(tài)分析：瞬態(tài)響應(yīng)（繪不同信號的時域波形）；傅立葉分析（計算基波，諧波系數(shù)）靈敏度分析：計算元件參數(shù)變化引起電路輸出變量的變化（交、直流）。容差分析：蒙特卡羅（monte-carlo）分析 （統(tǒng)計分析法）給定元件參數(shù)容差時，計算輸出變量的均值和標準偏差；最壞情況分析（Worst-Cas

4、e）：參數(shù)處于容差邊界的一種最壞組合情況下計算輸出的上界值和下限。溫度特性分析:通常在27度進行分析，也可指定溫度優(yōu)化設(shè)計:給定電路拓撲結(jié)構(gòu)和電路性能約束的情況下，確定元器件最佳參數(shù)組合。5第5頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四11.3 PSPICE的基本構(gòu)成人機交互界面原理圖輸入電路模擬分析繪圖后處理模型參數(shù)庫模型參數(shù)提取電路符號庫符號編輯器6第6頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四人機交互界面：windows下工作，鼠標點擊下拉菜單選命令，多窗口的多任務(wù)作業(yè)，可在不同窗口繪原理圖，模擬分析，給出仿真結(jié)果波形。輸入方式：原理圖和文本兩種輸入方式。

5、調(diào)電路符號組成電路圖，由原理圖編輯器自動將圖轉(zhuǎn)換成電路網(wǎng)表文件標上節(jié)點號供模擬器分析仿真。元器件模型建立與處理：模型提取軟件PARTS建模，提取參數(shù)。同一器件不同分析要采用不同模型。電路方程建立與求解：交流小信號分析：線性代數(shù)方程，高斯消元法求解；直流非線性分析：非線性代數(shù)方程，迭代法求解；瞬態(tài)分析：常微分方程，變步長隱式積分法求解繪圖處理：繪圖軟件probe，波形曲線輸出存檔 7第7頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四11.4 PSPICE文本描述1）電路描述： 標題描述， 電路描述（確定電路元件，節(jié)點，元件值，元件模型，信號源）， 分析功能描述， 輸出結(jié)果描述， 結(jié)束

6、描述 8第8頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四2）例：RC電路瞬態(tài)分析A SIMPLE RC CIRCUITVIN 1 0 DC 12VR1 1 2 1C1 20 5U IC=5TRAN 5US 20USPLOT TRAN V(2)PROBEENDVIN+-12R110C15Ut010V5V010US20USV(2)9第9頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四11.5 PSPICE窗口版的功能應(yīng)用窗口版PSPICE目前已有版本5.1，6.2，7.1，8.0，9.01）原理圖編輯器（schematics.editor）放置元器件和畫連線：選Draw/G

7、et New Part 屏幕出現(xiàn)對話框，在標題為Add Part中:選Browse/analog.slb/R 取電阻選Browse/analog.slb/D 取二極管選Browse/eval.slb/Q 取三極管選Browse/port.slb/AGND 取地線選Draw/wire 將元件連接好。編輯元件屬性：在元件上連擊兩下，出現(xiàn)Editing Attribate的對話框，并鍵入相關(guān)參數(shù)，按“Save Attr”和OK按鈕。存圖：選File/Save（取名Damp）10第10頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四2) 模擬分析與顯示模擬分析設(shè)置：選analysis/ se

8、tup探頭Probe設(shè)置：分析完自動進入圖形后處理程序 選analysis/probe setup ， Automatically Run Probe After Stimulation 擊OK。模擬并顯示直流掃描：選analysis/ simulation（模擬）先檢測，建網(wǎng)絡(luò)表，再模擬，顯示模擬信息加入Marker標記：選Marker/Mark voltage/level，按標記顯示波形顯示波形：選analysis/simulate11第11頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四開始模擬電路之前，必須先用Schematic將電路圖畫出來，Schematic啟動界面如下：

9、12第12頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四進入繪制電路圖窗口如圖：圖標工具欄，每個圖標代表菜單中一項最常用的操作，點中圖標即可完成相應(yīng)的操作，提高了操作效率。窗口標題欄，顯示當前程序項名稱和所編輯的文件名稱，新建電路圖必須以某個名稱保存以后才有文件名主菜單欄，Schematics的所有操作都可通過選擇菜單中相應(yīng)的欄目來完成。原理圖編輯區(qū)，也就是原理圖頁面。它是一塊均勻劃分的網(wǎng)格區(qū)域，用戶可以選擇Options=Display Options顯示方式設(shè)置，打開或關(guān)閉網(wǎng)格開關(guān)（Grid On）也可重新設(shè)置網(wǎng)點之間間隔（GridSize）。13第13頁，共39頁，2022年

10、，5月20日，20點14分，星期四1）. 從符號庫中提取元器件符號或端口符號先開啟Schematic,點選Draw/Get New Part,或單擊工具欄上的取元件圖標，取元件圖標14第14頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四1）. 從符號庫中提取元器件符號或端口符號即可打開如圖所示對話框。該對話框列出了全局符號庫中的所有符號?？梢栽赑art Name文本框中鍵入需要的元件符號，對于不熟悉的元件也可以通過符號名列表的滾動條瀏覽。15第15頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四單擊 Place 可取出元件但不關(guān)閉對話框；單擊 Place&Close 取出

11、并關(guān)閉對話框；也可雙擊符號名列表中某一符號將其取出。16第16頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四擺放符號: 取出符號后，單擊繪圖工作區(qū)中的某一點，按一下鼠標左鍵，符號將沿該點擺放一次?？啥啻螖[放，單擊右鍵結(jié)束。17第17頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四擺放元件 水平擺放時，通常使正端子在左側(cè)；垂直時，在上端。因此，在擺放符號前通常需將符號旋轉(zhuǎn)一個角度。在執(zhí)行Edit/Rotate菜單命令或Ctrl+R可以將符號逆時針旋轉(zhuǎn)90度，執(zhí)行Edit/Flip菜單命令或Ctrl+F可將其沿垂直方向?qū)φ邸?8第18頁，共39頁，2022年，5月20日，20

12、點14分，星期四連線 PSpice有兩種連線方式：水平和垂直折線連接，斜線 連接。采用哪種方式取決于直角連線開關(guān)的設(shè)置情況。（1）利用連線工具Draw Wire畫導線。連線工具19第19頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四（2）點選畫線工具后，即可看到一個鉛筆狀的指示。將畫筆移到起始端，按鼠標左鍵，開始引線，要轉(zhuǎn)彎時可按一下鼠標左鍵，畫筆移到終點后再按一下鼠標左鍵，完成接線。繼續(xù)畫線，直到全部完成后，按鼠標右鍵結(jié)束畫線。20第20頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四（3）你可和雙擊如何一段導線，即會出現(xiàn)LABEL的對話框，可以給這條線段一個名稱（在模

13、擬后很有用）。21第21頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四（4）地符號的放置方法同元件，學過或看過前面的電路CAD技術(shù)基礎(chǔ)，當然會明白必須設(shè)置零節(jié)點的必要性，因為SPICE是用改進的節(jié)點法列寫方程的。零節(jié)點是指定的參考點，惟有指定零節(jié)點才能保證方程是獨立的,否則認為出錯,。及時保存電路圖22第22頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四4）. 定義或修改元器件符號及導線屬性 下面以R1為例，介紹兩種修改符號屬性值的方法。方法一：利用電阻R1的屬性表修改其值。（1）雙擊R1符號，打開R1屬性表，如圖所示。23第23頁，共39頁，2022年，5月20日，2

14、0點14分，星期四2） 單擊屬性項VALUE=1K，屬性名VALUE和值1K分別出現(xiàn)在Name和Value文本框中。24第24頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四（3）將Value文本框中1K改為100，并單擊Save Attr，保存新屬性。單擊OK確認退出。25第25頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四（二）、設(shè)定要模擬的內(nèi)容1. 執(zhí)行Analysis/Setup菜單命令，進入分析類型對話框26第26頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四2. 點選你想要模擬的項目，然后進入個別設(shè)定視窗。常用的模擬內(nèi)容有：27第27頁，共39頁，

15、2022年，5月20日，20點14分，星期四3. 進入DC Sweep設(shè)置窗口后，選Global Parameter（全局參數(shù)）和Linear（線性掃描），在Name文本框后第一格內(nèi)寫入全局參數(shù)名var，將Start Value（掃描初長）設(shè)為1，End Value（掃描終值）設(shè)為1k，Increment（掃描步長）設(shè)為10。單擊OK結(jié)束操作。28第28頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四（三）、執(zhí)行模擬（仿真計算） 當一切設(shè)置完之后，便可以啟動分析程序PSpice對電路進行分析。選擇Analysis=Simulate，或單擊常用工具欄中相應(yīng)的按鈕，或按快捷鍵F11，可以

16、啟動Analysis=Create Netlist 自動建立電路網(wǎng)絡(luò)表Analysis=Electrical Rule Check 自動進行電路檢查Simulate29第29頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四 在分析過程中，會顯示其運行窗口。如在電路中發(fā)現(xiàn)錯誤，會在運行中用紅色文字顯示。選擇Analysis=Examine Output可查看錯誤原因。30第30頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四 在Schematics中，選擇Analysis=Run Probe。（四）、顯示波形31第31頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四

17、利用Probe中的波形跟蹤命令A(yù)dd Trace 輸入待觀測的變量名或變量的函數(shù)名來查看。在Probe窗口，選擇Trace=Add,可以打開波形跟蹤對話框。32第32頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四33第33頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四 單擊變量名列表中的某變量名，使該變量名出現(xiàn)在Trace Command中，單擊OK，該變量的波形將出現(xiàn)在窗口中；34第34頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四瞬態(tài)分析 PSpice可對大信號非線性電子電路進行瞬態(tài)分析，也就是求電路的時域響應(yīng)。它可在給定激勵信號情況下，求電路輸出的時間

18、響應(yīng)、延遲特性；也可在沒有任何激勵信號的情況下，求振蕩波形、振蕩周期等。例題 一階RC電路如圖所示。試利用PSpice進行電路的時域響應(yīng)（瞬態(tài)）分析。35第35頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四（1）電路圖的繪制。輸入電路圖名稱（如RC），繪制電路圖。激勵為電壓脈沖源，選用Source.slb庫中的VPULSE 分別鍵入下面參數(shù)的名稱和數(shù)值：V10V（初始值），V25V（幅值），TR0.4s（上升時間），TF0.5s（下降時間），TD0（延遲時間），PW10ms（脈沖寬度），PER20ms（周期）。PSpice庫中存有各種類型瞬態(tài)分析電壓（電流）激勵源供調(diào)用，脈沖源VPULSE是其中之一 36第36頁，共39頁，2022年，5月20日，20點14分，星期四（2）執(zhí)行PSpice分析程序，結(jié)果波形見圖所示。其中脈沖波是輸入的矩形脈沖，三角波是輸出波形。由于電路的時間常數(shù)，R1=100 RC100101061ms,而矩形輸入脈沖的周期是T=20ms，因此本例中的RC電路為積分電路，輸出電壓波形仍是矩形波，37第37頁