PSPICE电路仿真与应用1课件.ppt

1、PSPICE电路仿真与应用.PSPICE电路仿真与应用n参考书:nPSpice电路仿真程序设计李永平主编，国防工业出版社。n通用电路的计算机分析与设计：PSpice应用教程罗飞 水利水电出版社。.教师联系信息nEMAIL：nTell:13854121690nOffice：信息学院 311，EDA技术研究所，电路与系统教研室.课程目的n学会PSpice电路仿真程序的设计和仿真软件的使用 n结合先修电子线路课程，掌握利用PSpice软件分析设计各种电子线路模块的基本技能n达到对现代电子设计技术的入门.课程内容n课堂学习：PSpice电路仿真软件的主要功能与特点、PSpice电路仿真程序的编写、PS

2、pice电路仿真技术应用。共约18学时（1-17周单周上课）n上机实验：基于Cadence Orcad PSpice 9版本软件完成电路仿真实验。共约18学时（第七周后按排）.课程考核n理论学习与考查：50%n上机实验考察：50%.第一讲 Pspice技术介绍n1.1 EDA技术简介n1.2 Spice与PSpicen1.3 PSpice分析功能及特点n1.4 PSpice软件的组成模块n1.5 PSpice的两种电路输入方式n提问&解答.1.1 EDA技术简介.电子线路电子线路理论基础理论基础电子线路的设计方法基于数理方程手工计算基于实验台和仪器实调实测基于CAA&CAD的EDA技术 电子产

3、品电子产品.什么是EDA技术nEDA（Electronic Design Automation）技术即电子设计自动化技术，以计算机辅助分析和设计为基础的电路开发技术。nEDA技术是现代电子设计的核心技术、也是未来电子设计技术的发展方向。nPSpice技术是历史最长，应用最广的EDA技术之一.EDA技术涉及的学科计算机软件计算机硬件电子线路的硬件描述语言微电子技术电子设计自动化技术.EDA技术的优势n电路规模可简单可复杂n电路的仿真结果精度高n提高了设计效率，缩短设计周期。n降低设计开发成本，提高开发成功率n实现设计资源的共享和交易，使硬件设计软件化（IP核技术）.著名的EDA技术软件公司nCa

4、dence设计系统：亚微米深亚微米模拟、数字、数模混合IC设计工具及PCB设计工具nSynopsys设计系统：亚微米深亚微米数字、数模混合IC仿真设计工具及IC制造工艺设计工具nMentor-Graphics：设计系统：模拟、数模混合IC验证、高速PCB设计nPROTEL设计系统：PCB设计.1.2 Spice与PSpice.Spice 与 PSpice（1）nSpice=Simulation Program with Integrated Circuit Emphasisn1972年由美国加州大学伯克利分校利用FORTRAN语言首次开发完成n主要用于模拟电路的电路分析和辅助设计n1988年S

5、pice成为美国国家标准n程序代码完全开放，用户可以根据需要修改。.Spice 与 PSpice（2）n目前国际上著名的模拟电路设计工具均以Spice为基础实现，出现大量衍生的Spice仿真工具：nCadence公司的Spectre、PSpice。nSynopsis公司的HSpice，HSpiceRFnAgilent公司的ADSnSilvaco 公司的SmartSpicenTanner公司的T-Spice.Spice 与 PSpice（3）nPSpice是由Spice发展而来的用于微机系列的通用电路分析程序。n1984年Microsim公司开发完成PSpice，成为第一个用于PC平台的Spic

6、e模拟器。n1998年OrCAD公司与Mircosim公司合并，PSpice变为OrCAD PSpice。n目前PSpice已经成为Cadence公司的EDA软件产品之一nPSpice可以进行模拟电路、数字电路和模拟数字混合电路仿真，成为公认的通用电路模拟程序中的优秀软件.Spice等工具软件进行电路仿真的基本原理.加快电路仿真的方法举例（1）nSwitch-level transistor circuit simulation.加快电路仿真的方法(2)nHierarchical circuit simulation.1.3 PSpice分析功能及特点.直流特性分析n包括电路的静态工作点分析、

7、直流小信号传递函数分析、直流扫描分析、直流小信号灵敏度分析等。n直流小信号传递函数值是电路在直流小信号下的输出变量与输入变量的比值，输入电阻和输出电阻也作为直流解析的一部分被计算出来。进行此项分析时电路中不能有隔直电容。.直流特性分析（续）n直流扫描分析可作出各种直流转移特性曲线。输出变量可以是某节点电压或某节点电流，输入变量可以是独立电压源、独立电流源、温度、元器件模型参数和通用（Global）参数（在电路中用户可以自定义的参数）。n直流小信号灵敏度分析是分析电路各元器件参数变化时，对电路特性的影响程度。.交流小信号分析n包括频率响应分析和噪声分析。根据用户所指定的频率范围内对电路进行仿真分

8、析。n频率响应分析能够分析传递函数的幅频响应和相频响应，可以得到电压增益、电流增益、互阻增益、互导增益、输入阻抗、输出阻抗的频率响应。分析结果均以曲线方式输出。nPSpice用于噪声分析时，可计算出每个频率点上的输出噪声电平以及等效的输入噪声电平。.瞬态分析n瞬态分析，包括电路对不同信号的时域响应，。通过瞬态分析，也可以得到数字电路时序波形。n傅里叶分析，时域波形经过快速傅里叶变换（FFT）后，可得到频谱图，从而得到时域响应的傅里叶分量（直流分量、各次谐波分量、非线性谐波失真系数等）。.配合直流、交流、瞬态分析进行的分析功能n蒙特卡罗（Monte Carlo）分析和最坏情况（Worst Cas

9、e）分析n分析电路元器件参数在它们各自的容差（容许误差）范围内，以某种分布规律随机变化时电路特性的变化情况n使各个参数同时按容差范围内各自的最大变化量改变，以得到最坏情况下的电路特性n温度特性分析nPSpice通常是在27情况下进行各种分析和仿真的，如果用户指定电路的工作温度，则可以进行不同温度下的电路特性分析。n其他分析功能。.分析功能示例差分放大器.直流工作点分析.直流传递函数分析.交流特性（幅频特性）（25KHz-250MHz）.交流分析（相频特性）（25KHz-250MHz）.瞬态特性分析（Vin：振幅0.1V 频率MHz)(时间：1ns-100ns).1.4 Orcad PSpice

10、软件的组成模块.nSchematics（图形编辑程序）nPSpice A/D（仿真分析程序）nProbe（图形后处理程序）nStimulus Editor（信号源编辑程序）nModel Editor（元器件模型参数提取程序）nOptimizer（电路优化程序）n元器件模型库（LIB）.图形编辑程序图形编辑程序-SchematicsnSchematics是PSpice软件包的主程序项n 创建或编辑电路原理图。n 可以对元件进行修改和编辑。n 设置仿真分析方式和参数。n 运行仿真分析。n 仿真结束后，调用Probe程序显示仿真波形.仿真分析程序仿真分析程序-PSpice A/D仿仿真引擎真引擎nP

11、Spice A/D是PSpice软件包中的分析程序n完成对模拟或数字电路的仿真分析nPSpice AD程序的输入文件是：由电路编辑程序根据输入电路图自动生成以.CIR为后缀的文件，或由用户直接输入的电路仿真程序，该程序常称为网单或网表文件nPSpice AD程序的输出文件是.DAT为后缀的数据文件（供Probe使用）和.OUT为后缀的文本文件.信号源编辑程序信号源编辑程序-Stimulus Editorn编辑PSpice运行过程中瞬态分析需要的脉冲、分段线性、调幅正弦、调频和指数信号等信号波形。n编辑逻辑模拟需要的时钟信号。n编辑各种形状脉冲信号以及总线信号波形。.图形后处理程序图形后处理程序

12、-ProbenProbe程序是PSpice软件包中的图形后处理程序n它可将PSpice A/D程序仿真分析后的结果在屏幕或打印设备上以数据形式或以数据相关的图形形式显示出来n Probe程序的输入文件是电路经PSpice A/D程序分析计算后所生成的以.DAT为后缀的数据文件.元器件模型参数提取程序元器件模型参数提取程序-Model Editorn将来自厂家的器件数据信息或用户自定义的器件数据转换为PSpice中所用的模型参数，并提供它们之间的关系曲线及相互作用，确定元件的精确度.电路优化程序电路优化程序-Optimizern在电路的性能已经基本满足设计功能和指标的基础上，为了使得电路的某些性

13、能更为理想，在一定的约束条件下，对电路的某些参数进行调整，直到电路的性能达到要求为止。n在一定的约束条件下，使互相矛盾的指标参数实现折中设计。.元器件模型库元器件模型库-LIBnPSpice提供的元器件参数库以*.LIB的文件形式存放于LIB目录中，供仿真程序调用。各种分立器件和集成电路的种类达上万种，并且可由 网站下载大部分器件及厂家提供的Spice模型。.实际指标要求确定电路初始方案 确定电路元件参数电路原理图或文件输入（Schematics）电路仿真（PSpice）输出结果绘图（Probe）性能是否满足要求？最终电路设计方案信号源编辑器（Stimulus Editor）模型参数提取（Mo

14、del Editor）元器件模型参数库（LIB）修改电路结构修改电路参数NY电路设计流程图.1.5 PSpice的两种电路输入方式.PSpice的电路输入方式（1）-电路原理图输入方式n将电路以电路原理图形式输入电路，以窗口及下拉菜单方式，进行元件参数和仿真功能的设置，完成电路仿真。无须自行编写仿真程序清单。n在高频电子线路中使用的multisim软件即采用电路图输入方式。.电路原理图输入方式的特点n优点是简单直观，不用掌握Spice仿真程序语言也可完成电路仿真。n缺点是无法接触并掌握Spice仿真源程序语言的细节，这不利于读懂各种Spice电路文档，不利于复杂的参数设置。n一些商业版本的Spice仿真器，并不提供图形用户界面的输入方式（如Hspice）.PSpice的电路输入方式（2）-网单文件输入方式n用PSpice仿真程序语言书写电路网单文件，该网单文件即为PSpice仿真源程序。.网单输入方式举例.仿真程序输入的优点n各种图形界面操作最终都要转化为仿真源程序，学习PSpice程序书写即掌握了PSpice仿真的根本。n使用仿真程序可以进行优化的参数设置和仿真设计，扩充仿真功能，提高仿真灵活性。.