PSPICE簡(jiǎn)介與教程

1、隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸進(jìn)入電子設(shè)計(jì)的領(lǐng)域。模擬電路中的電路分析、數(shù)字電路中的邏輯模擬，甚至是印制電路板、集成電路版圖等等都開(kāi)始采用計(jì)算機(jī)輔助工具來(lái)加快設(shè)計(jì)效率，提高設(shè)計(jì)成功率。而大規(guī)模集成電路的發(fā)展，使得原始的設(shè)計(jì)方法無(wú)論是從效率上還是從設(shè)計(jì)精度上已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前電子工業(yè)的要求，所以采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)來(lái)完成電路的設(shè)計(jì)已經(jīng)勢(shì)在必行。同時(shí)，微機(jī)以及適合于微機(jī)系統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件的迅速發(fā)展使得計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)逐漸成為提高電子線路設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)量的不可缺少的重要工具。 在電路設(shè)計(jì)工作方面，最初使用的是Protel公司DOS版本的Tango軟件，在當(dāng)時(shí)這一軟件被看作是多么

2、的先進(jìn)，因?yàn)樵谶@以前沒(méi)有人能像電腦那樣快速、準(zhǔn)確的畫出電路圖，制出電路板。如今，隨著Windows95/98及NT操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，一些更方便、快捷的電路設(shè)計(jì)軟件應(yīng)運(yùn)而生。如：Tango、Protel、OrCAD、PSpice、Electronics Workbench、VeriBest、PAD2000等。 PSpice是較早出現(xiàn)的EDA(Electronic Design Automatic,電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化)軟件之一，也是當(dāng)今世界上著名的電路仿真標(biāo)準(zhǔn)工具之一，1984年1月由美國(guó)Microsim公司首次推出。它是由Spice發(fā)展而來(lái)的面向PC機(jī)的通用電路模擬分析軟件。Spice(Simulat

3、ion Program with Integrated Circuit Emphasis)是由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校開(kāi)發(fā)的電路仿真程序，它在眾多的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具軟件中，是精度最高、最受歡迎的軟件工具。隨后，版本不斷更新，功能不斷完善?；贒OS操作系統(tǒng)的PSpice5.0以下版本自80年代以來(lái)在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用。目前廣泛使用的PSpice5.1以后版本是Microsim公司于1996年開(kāi)發(fā)的基于Windows環(huán)境的仿真程序，并且從6.0版本開(kāi)始引入圖形界面。1998年著名的EDA商業(yè)軟件開(kāi)發(fā)商OrCAD公司與Microsim公司正式合并，自此Microsim公司的PSpice產(chǎn)品正式并入O

4、rCAD公司的商業(yè)EDA系統(tǒng)中,成為OrCAD/PSpice。但PSpice仍然單獨(dú)銷售和使用，推出的最新版本為PSpice 9.1。 PSpice軟件具有強(qiáng)大的電路圖繪制功能、電路模擬仿真功能、圖形后處理功能和元器件符號(hào)制作功能，以圖形方式輸入，自動(dòng)進(jìn)行電路檢查，生成網(wǎng)表，模擬和計(jì)算電路。它的用途非常廣泛，不僅可以用于電路分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，還可用于電子線路、電路和信號(hào)與系統(tǒng)等課程的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)。與印制版設(shè)計(jì)軟件配合使用，還可實(shí)現(xiàn)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化。被公認(rèn)是通用電路模擬程序中最優(yōu)秀的軟件，具有廣闊的應(yīng)用前景。這些特點(diǎn)使得PSpice受到廣大電子設(shè)計(jì)工作者、科研人員和高校師生的熱烈歡迎，國(guó)內(nèi)許多高校

5、已將其列入電子類本科生和碩士生的輔修課程。 在國(guó)外，PSpice軟件的使用非常流行。在大學(xué)里，它是工科類學(xué)生必會(huì)的分析與設(shè)計(jì)電路工具；在公司里，它是產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)到定型過(guò)程中不可缺少的設(shè)計(jì)工具。世界各國(guó)的半導(dǎo)體元件公司為它提供了上萬(wàn)種模擬和數(shù)字元件組成的元件庫(kù)，使PSpice軟件的仿真更可靠，更真實(shí)。 PSpice軟件幾乎完全取代了電路和電子電路實(shí)驗(yàn)中的元件、面包板、信號(hào)源、示波器和萬(wàn)用表。有了此軟件就相當(dāng)有了電路和電子學(xué)實(shí)驗(yàn)室。二、PSpice的優(yōu)越性電路設(shè)計(jì)軟件有很多，它們各有特色。如Protel和Tango，它對(duì)單層/雙層電路板的原理圖及PCB圖的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)很適合，而對(duì)于布線復(fù)雜，元件較

6、多的四層及六層板來(lái)說(shuō)OrCAD更有優(yōu)勢(shì)。但在電路系統(tǒng)仿真方面，PSpice可以說(shuō)獨(dú)具特色，是其他軟件無(wú)法比擬的，它是一個(gè)多功能的電路模擬試驗(yàn)平臺(tái)，PSpice軟件由于收斂性好，適于做系統(tǒng)及電路級(jí)仿真，具有快速、準(zhǔn)確的仿真能力。其主要優(yōu)點(diǎn)有：1. 圖形界面友好，易學(xué)易用，操作簡(jiǎn)單由Dos版本的PSpice到Windows版本的PSpice，使得該軟件由原來(lái)單一的文本輸入方式而更新升級(jí)為輸入原理圖方式，使電路設(shè)計(jì)更加直觀形象。PSpice 60以上版本全部采用菜單式結(jié)構(gòu)，只要熟悉Windows操作系統(tǒng)就很容易學(xué)，利用鼠標(biāo)和熱鍵一起操作，既提高了工作效率，又縮短了設(shè)計(jì)周期。即使沒(méi)有參考書，用戶只要具

7、備一定的英語(yǔ)基礎(chǔ)就可以通過(guò)實(shí)際操作很快掌握該軟件。2. 實(shí)用性強(qiáng)，仿真效果好在PSpice中，對(duì)元件參數(shù)的修改很容易，它只需存一次盤、創(chuàng)建一次連接表，就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜電路的仿真。如果用Protel等軟件進(jìn)行參數(shù)修改仿真，則過(guò)程十分繁瑣。在改變一個(gè)參數(shù)時(shí)，哪怕是一個(gè)電阻阻值的大小都需要重新建立網(wǎng)絡(luò)表的連接，設(shè)置其他參數(shù)更為復(fù)雜。3. 功能強(qiáng)大，集成度高在PSpice內(nèi)集成了許多仿真功能，如：直流分析、交流分析、噪聲分析、溫度分析等 ，用戶只需在所要觀察的節(jié)點(diǎn)放置電壓（電流）探針，就可以在仿真結(jié)果圖中觀察到其“電壓（或電流）-時(shí)間圖”。而且該軟件還集成了諸多數(shù)學(xué)運(yùn)算，不僅為用戶提供了加、減、乘、

8、除等基本的數(shù)學(xué)運(yùn)算，還提供了正弦、余弦、絕對(duì)值、對(duì)數(shù)、指數(shù)等基本的函數(shù)運(yùn)算，這些都是其他軟件所無(wú)法比擬的。另外，用戶還可以對(duì)仿真結(jié)果窗口進(jìn)行編輯，如添加窗口、修改坐標(biāo)、疊加圖形等 ，還具有保存和打印圖形的功能，這些功能都給用戶提供了制作所需圖形的一種快捷、簡(jiǎn)便的方法。因此，Windows版本的PSpice更優(yōu)于Dos版本的PSpice，它不但可以輸入原理圖方式，而且也可以輸入文本方式。無(wú)疑是廣大電子電路設(shè)計(jì)師的好幫手(2): PSPICE是由SPICE發(fā)展而來(lái)的用于微機(jī)系列的通用電路分析程序。SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Em

9、phasis)是由美國(guó)加州大學(xué)伯克莉分校于1972年開(kāi)發(fā)的電路仿真程序。隨后，版本不斷更新，功能不斷增強(qiáng)和完善。1988年SPICE被定為美國(guó)國(guó)家工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。目前微機(jī)上廣泛使用的PSPICE是由美國(guó)MicroSim公司開(kāi)發(fā)并于1984年1月首次推出的。SPICE有工業(yè)版（Production version）和教學(xué)版(Evaluation version）之分，本書介紹1986年8月推出的PSPICE6.3版本（MicroSim Evaluation Version 6.3，即教學(xué)版，有時(shí)也稱為學(xué)生版）。它能進(jìn)行模擬電路分析、數(shù)字電路分析和模擬數(shù)字混合電路分析。PSPICE6.3可以對(duì)眾多元器件

10、構(gòu)成的電路進(jìn)行仿真分析，這些元器件以符號(hào)、模型和封裝三種形式分別存放在擴(kuò)展名為slb、lib和plb三種類型的庫(kù)文件中。*.slb庫(kù)中的元器件符號(hào)用于繪制電路圖；*.lib庫(kù)中的元器件模型用于電路仿真分析；*.plb庫(kù)中的元器件封裝形式用于繪制印刷電路板的版圖。在電路仿真分析中只用到前兩個(gè)庫(kù)。 1.1 PSPICE6.3運(yùn)行環(huán)境硬件環(huán)境：486以上的IBMPC機(jī)或兼容機(jī)，8M以上內(nèi)存，最好有80M以上硬盤空間（PSPICE6.3完全安裝將占用63M左右的空間），標(biāo)準(zhǔn)鍵盤及VGA以上顯示適配器，鼠標(biāo)，CD-ROM驅(qū)動(dòng)器（用于安裝PSPICE）。軟件環(huán)境：Windows3.X、Windows95或

11、WindowsNT3.51以上。1.2 PSPICE功能簡(jiǎn)介PSPICE6.3可執(zhí)行的主要分析功能如下：1. 直流分析：包括電路的靜態(tài)工作點(diǎn)分析；直流小信號(hào)傳遞函數(shù)值分析；直流掃描分析；直流小信號(hào)靈敏度分析。在進(jìn)行靜態(tài)工作點(diǎn)分析時(shí)，電路中的電感全部短路，電容全部開(kāi)路，分析結(jié)果包括電路每一節(jié)點(diǎn)的電壓值和在此工作點(diǎn)下的有源器件模型參數(shù)值。這些結(jié)果以文本文件方式輸出。直流小信號(hào)傳遞函數(shù)值是電路在直流小信號(hào)下的輸出變量與輸入變量的比值，輸入電阻和輸出電阻也作為直流解析的一部分被計(jì)算出來(lái)。進(jìn)行此項(xiàng)分析時(shí)電路中不能有隔直電容。分析結(jié)果以文本方式輸出。直流掃描分析可作出各種直流轉(zhuǎn)移特性曲線。輸出變量可以是某

12、節(jié)點(diǎn)電壓或某節(jié)點(diǎn)電流，輸入變量可以是獨(dú)立電壓源、獨(dú)立電流源、溫度、元器件模型參數(shù)和通用（Global）參數(shù)（在電路中用戶可以自定義的參數(shù)）。直流小信號(hào)靈敏度分析是分析電路各元器件參數(shù)變化時(shí)，對(duì)電路特性的影響程度。靈敏度分析結(jié)果以歸一化的靈敏度值和相對(duì)靈敏度形式給出，并以文本方式輸出。2. 交流小信號(hào)分析：包括頻率響應(yīng)分析和噪聲分析。PSPICE進(jìn)行交流分析前，先計(jì)算電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，決定電路中所有非線性器件的交流小信號(hào)模型參數(shù)，然后在用戶所指定的頻率范圍內(nèi)對(duì)電路進(jìn)行仿真分析。頻率響應(yīng)分析能夠分析傳遞函數(shù)的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)，亦即，可以得到電壓增益、電流增益、互阻增益、互導(dǎo)增益、輸入阻抗、輸出阻抗的頻率響應(yīng)。分析結(jié)果均以曲線方式輸出。PSPICE用于噪聲分析時(shí)，可計(jì)算出每個(gè)頻率點(diǎn)上的輸出噪聲電平以及等效的輸入噪聲電平。噪聲電平都以噪聲帶寬的平方根進(jìn)行歸一化。它們的單位是V/Hz1/2。3. 瞬態(tài)分析：即時(shí)域分析，包括電路對(duì)不同信號(hào)的瞬態(tài)響應(yīng)，時(shí)域波形經(jīng)過(guò)快速傅里葉變換（FFT）后，可得到頻譜圖。通過(guò)瞬態(tài)分析，也可以得到數(shù)字電路時(shí)序波形。另外，PSPICE可以對(duì)電路的輸出進(jìn)行傅里葉分析，得到時(shí)域響應(yīng)的傅里葉分量（直流分量、各次諧波分量、非線性諧波失真系數(shù)等）。這些結(jié)果以文本方式輸出。4. 蒙特卡羅（Monte Carlo）分析和最壞情況（Wo