电路设计第10章电路的信号仿真教案.ppt

1、第10章 电路的信号仿真 Protel DXP 2004软件提供了电路仿真功能。电路仿真是以电路理论、数值计算方法和计算机技术为基础，采用仿真模型和仿真算法，通过计算机分析计算，然后以波形、图表形式显示电路的仿真结果，为电路设计、分析提供理论数据。10.1 10.1 电路仿真的基本步骤电路仿真的基本步骤在Protel DXP 2004中进行电路仿真的具体操作步骤如下：(1)绘制仿真原理图。利用原理图编辑器绘制仿真电路原理图。仿真电路原理图中的元器件必须采用带有仿真模型的元器件，并设置专用的仿真信号源，否则在仿真操作时会提出警告或显示错误信息并终止仿真。第10章 电路的信号仿真(2)放置仿真信号

2、源。仿真信号源包括信号源和直流稳压电源，在仿真电路中必须包含有激励源。(3)放置网络标签。在需要观察信号波形的电路节点处放置网络标签，以便观察制定节点的波形。(4)选择仿真方式和设置仿真参数。根据仿真电路的特性，选择仿真方式。静态工作点分析不需要设置参数，其它仿真方式都要设置仿真参数。(5)运行仿真。参数设置好后就可以运行仿真了。执行菜单命令“设计/仿真/Mixed Sim”，运行仿真。如果仿真电路中有错误，系统会弹出错误信息窗口，用户可根据错误提示进行更改，改正后再运行仿真。第10章 电路的信号仿真(6)观察仿真结果。仿真过程结束后，仿真波形将自动显示在波形窗口中，用户可利用波形窗口中的工具

3、对波形进行调整，再进行测量和分析。如果仿真结果不理想，可修改元器件参数或仿真参数，再进行仿真。10.2 10.2 仿真信号源库仿真信号源库10.2.1 10.2.1 加载仿真信号源库加载仿真信号源库 在仿真电路中必须有仿真信号源，所以运行仿真前要先加载仿真信号源库。加载仿真信号源库的方法与加载元器件库的方法相同。其具体操作步骤如下：(1)新建一个项目文件，在该项目文件中创建一个原理图文件，并进入原理图编辑器。第10章 电路的信号仿真(2)执行菜单命令“设计/追加/删除库文件”，或打开窗口右侧工作区面板上的“元件库”选项卡，单击“元件库”控制面板对话框中的 按钮，弹出如图10-1所示的“可用元件

4、库”对话框。图图10-1“10-1“可用元件库可用元件库”对话框对话框(3)添加仿真信号源库。单击“可用元件库”对话框中的 按钮，系统弹出“打开”对话框。从该对话框中设置打开文件的路径为“C：Program FilesAltium2004LibrarySimulation”（系统默认的安装路径），选中该路径下的“Simulation Sources.IntLib”库，如图10-2所示。第10章 电路的信号仿真图图10-2“10-2“打开打开”对话框对话框(4)单击该对话框中的 按钮，可以看到在“可用元件库”中添加了“Simulation Sources.IntLib”库文件，如图10-3所示。

5、图图10-3 10-3 添加仿真信号源库文件后的添加仿真信号源库文件后的“可用元件库可用元件库”对话框对话框 第10章 电路的信号仿真(5)单击“可用元件库”对话框中的 按钮，关闭该对话框，回到“元件库”控制面板对话框，可以看到“Simulation Sources.IntLib”库文件已经添加进来，如图10-4所示。图图10-4“10-4“元件库元件库”控制面板对话框控制面板对话框第10章 电路的信号仿真10.2.2 10.2.2 仿真信号源仿真信号源在“Simulation Sources.IntLib”库文件中包含如下仿真信号源：1.直流源直流源包括直流电压源（VSRC、VSRC2）和直

6、流电流源(ISRC)。其符号如图10-5所示。a)直流电压源 b)直流电流源图图10-5 10-5 直流源符号直流源符号2.正弦波激励电源 正弦波激励电源在模拟电路仿真中用的最多，它包括正弦波电压源（VSIN）和正弦波电流源(ISIN)。其符号如图10-6所示。第10章 电路的信号仿真 a)正弦波电压源 b)正弦波电流源图图10-6 10-6 正弦波激励电源正弦波激励电源3.脉冲激励源 脉冲激励源在数字电路的瞬态分析中用的较多，通过参数设置，可以产生方波、矩形波、三角波和锯齿波等。它包括脉冲电压源(VPULSE)和脉冲电流源(IPULSE)，其符号如图10-7所示。a)脉冲电压源 b)脉冲电流

7、源图图10-7 10-7 脉冲激励源脉冲激励源第10章 电路的信号仿真4.分段线性激励源分段线性激励源波形由几条相连的线段组成，是非周期信号激励源，一般用于数字电路中产生复位和置位信号。它包括分段线性电压源（VPWL）和分段线性电流源（IPWL），其符号如图10-8所示。a)分段线性电压源 b)分段线性电流源图图10-8 10-8 分段线性激励源分段线性激励源 5.指数函数激励源 指数函数激励源在高频电路仿真分析中经常用到，它包括指数函数电压源（VEXP）和指数函数电流源(IEXP)，它们的符号如图10-9所示。第10章 电路的信号仿真a)指数函数电压源 b)指数函数电流源 图图10-9 10

8、-9 指数函数激励源指数函数激励源6.调频波激励源 调频波激励源是一种经过频率调制的特殊正弦波，它的频率不是一成不变的，而是随着调制信号的变化而变化的，一般用于发射和接受电路的仿真。它包括调频波电压源（VSFFM）和调频波电流源(ISFFM)，其符号如图10-10所示。a)调频波电压源 b)调频波电流源图图10-10 10-10 调频波激励源调频波激励源第10章 电路的信号仿真7.线性受控源 在仿真激励源库中有4个线性受控元件：线性电流控制电压源（HSRC）、线性电压控制电压源(ESRC)、线性电流控制电流源(FSRC)和线性电压控制电流源(GSRC)，其符号如图10-11所示。a)HSRC

9、b)ESRC c)FSRC d)GSRC 图图10-11 10-11 线性受控源线性受控源 8.非线性受控源 在仿真激励源库中有2个非线性受控源元件：非线性受控电压源（BVSRC）和非线性受控电流源(BISRC)，其符号如图10-12所示。a)非线性受控电压源 b)非线性受控电流源 图图10-12 10-12 非线性受控源非线性受控源第10章 电路的信号仿真10.4 10.4 仿真传输线仿真传输线 Protel DXP 2004软件还提供了仿真信号传输线。在“C：ProgramFilesAltium 2004LibranySimulation”目录下“Simulation Transmissi

10、on Line.IntLib”库文件中包括了3种仿真传输线元器件：无损耗传输线(LLTRA)、有损耗传输线(LTRA)和均匀分布传输线（URC）。其符号如图10-18所示。(1)无损耗传输线(LLTRA)：该传输线是一个双向的理想延迟线，有 两个端口。节点定义了端口正电压的极性。(2)有损耗传输线(LTRA)：单一的损耗传输线将使用两端口响应模型，该模型属性包含了电阻值、电感值、电容值和长度。(3)均匀分布传输线（URC）：该模型是由URC传输线的子电路类型扩展成内部产生节点的集中RC分段网络获得的，RC各段在几何上是连续的，URC线必须严格的由电阻和电容段构成。第10章 电路的信号仿真a)无

11、损耗传输线 b)有损耗传输线 c)均匀分布传输线图图10-18 10-18 仿真传输线仿真传输线10.5 10.5 仿真元件工具栏仿真元件工具栏 Protel DXP 软件提供了一个仿真工具栏，可以方便用户进行仿真设计。执行菜单命令“查看/工具栏/实用工具”，可以打开“实用工具”工具栏，如图10-19所示。仿真时可以在该工具栏中选取元器件。a)常用仿真元器件子工具栏 b)常用仿真源子工具栏图图10-19“10-19“实用工具实用工具”工具栏工具栏第10章 电路的信号仿真10.6 10.6 仿真参数设置仿真参数设置 在运行仿真前，要确定对电路进行哪种分析，需要得到什么数据，需要显示哪个变量的波形

12、等等。下面介绍如何设置这些参数。具体操作步骤如下：(1)执行菜单命令“设计/仿真/Mixed Sim”，系统弹出如图10-20所示的仿真“分析设定”对话框。在该对话框中列出了仿真分析的一般设置及仿真类型。图图10-20“10-20“分析设定分析设定”对话框对话框 第10章 电路的信号仿真(2)单击“分析/选项”一栏下的“General Setup”选项，显示仿真分析的一般设置界面，如图10-20所示。其中：“为此收集数据”下拉列表框：用于选择仿真程序需要计算的数据类型。包括：Node Voltage and Supply Current(节点电压和供电电流)、Node Voltage，Supp

13、ly and Device Current(节点电压、供电电流和设备电流)、Node Voltage，Supply Current，Device Current and Power(节点电压、供电电流，设备电流和功率)、Node Voltage，Supply Current and Subcircuit VARs(节点电压、供电电流和子电路变量)。“图纸到网络表”下拉列表框：用于选择仿真程序的作用范围。“Sim View 设定”下拉列表框：用于选择仿真输出波形的显示方式。“可用信号”和“活动信号”列表框：列出了可进行仿真的信号和已激活的信号。单击两列表框中间的移动按钮可以添加或移除激活信号。第

14、10章 电路的信号仿真(3)在“分析/选项”一栏下列出了可以仿真的类型：“Operating Point Analysis”（工作点分析）：它是各种仿真分析的基础。一般情况下，在运行仿真分析前，首先要分析其静态工作点。工作点分析不需要进行参数设置，系统默认情况下为选中状态。“Transient/Fourier Analysis”（瞬态/傅里叶分析）：该仿真分析属于时域分析，用于获得电路输入与输出信号波形随时间变化的关系。用鼠标左键单击该选项，在对话框的右边将显示出需要设置的参数，可以进行参数设置。“DC Sweep Aaalysis”（DC扫描分析）：该方法是对用户指定的信号源从起始电压到终止

15、电压之间的变化进行一系列静态工作点的测量和分析。通过该方法可以获得电路的直流传输特性或信号源对电路参数的影响情况。“AC Small Signal Analysis”（交流小信号分析）：交流小信号分析是将交流输出变量作为频率的函数计算出来，通常输出的是一传递函数及电压增益、传输阻抗等。第10章 电路的信号仿真“Noise Analysis”（噪声分析）：噪声分析是与交流分析一起进行的。它是将电路中每个产生噪声的电阻器和半导体器件的噪声源在交流小信号分析的每个频率下计算出相应的噪声，并传送到一个输出点，在该点对所有传来的噪声进行方均根相加，就得到了指定输出端的等效输出噪声。“Pole-Zero

16、Analysis”(极点-零点分析)：通过计算电路的交流小信号传递函数，极点-零点分析可以使用户确定单输入、单输出线性系统的稳定性。“Transfer Function Analysis”（传递函数分析）：该分析主要用于计算电路的直流输入阻抗、直流输出阻抗和直流增益。“Temperature Sweep”（温度扫描分析）：该分析是在一定的温度范围内进行电路参数的计算，从而确定电路的温度漂移等性质的一种分析。温度扫描分析不能单独进行，必须在交流小信号分析、直流扫描分析或瞬态分析时才允许使用。“Parameter Sweep”（参数扫描分析）：该分析用于研究电路中某一元器件的参数变化对电路性能的影响，它须与交流小信号分析或瞬态分析配合使用。“Monte Carlo Analysis”（蒙特卡罗分析）：该分析是使用随机数发生器按元器件值的概率分布来选择元器件，然后对电路进行模拟分析。第10章 电路的信号仿真10.7 10.7 仿真实例分析仿真实例分析第10章 电路的信号仿真 我们知道了仿真步骤和参数设置以后，就可以进行仿真实验了。下面以图10-21所示的基本电源输出电路为例介绍仿真的具体操作过程:具体操作步骤：