电路分析类型及操作方法

1、v3.1 直流分析直流分析 v3.2 交流分析交流分析 v3.3 时域分析时域分析 v3.4 统计分析统计分析 v3.5 其它常用功能及其它常用功能及 命令格式命令格式 v3.6 控制界面控制界面 v3.7 后处理功能后处理功能 v3.8 激励波形的编辑激励波形的编辑 v3.9 器件模型编辑功器件模型编辑功 能能 v 电路设计时，对各级工作点的分析、 计算、测试、调整，是保证电路正常工作 的基础。在电路仿真过程中，首先进行的 是 直 流 工 作 点 的 分 析 计 算 。 此 外 ， PSPICE仿真软件同时具有直流扫描分析 （.DC）、灵敏度分析（.SENS）和转移 函数计算（.TF）等功能

2、，扩展了直流分析 的功能。 v 3.1.1 工作点分析（.OP） v .OP的功能在于求解电路的直流 工作点，并输出有关信息。工作点分析 具有最简单的命令形式，直接用.OP描述。 v 实际上，在各种分析模式下， PSPICE都先要进行电路的工作点计算。 但是，相关信息的输出与否取决于.OP的 命令。无.OP命令时，仅列表输出各节点 的直流工作电压值；有 .OP命令时，还 将列表输出：各电源的电流消耗及功 率消耗；各种非线性控制电源的小信 号（线性化）参数；各种半导体元件 的小信号（线性化）参数等。 v 3.1.2 直流扫描分析 v 直流扫描分析（.DC）允许独立 电源或其它电参量按照指定规律变

3、化， 从而实现电路特性的规律性的研究。DC 命令可以同时扫描多个变量。允许扫描 的变量包括： v (1）任意独立电压源或电流源。 v (2）温度参数。 v (3）用.MODEL定义的模型参数 （温度系数、MOSFET的沟道长度L和宽 度W例外）。 v (4）用.PARAM定义的总体参数。 v 扫描规律的4种形式： v (1)线性扫描（LIN）：扫描变量从 始点至终点按规定的步长（增量）等量变 化。 v (2)倍频程扫描（OCT）：扫描变 量从始点至终点按2倍频程规律变化，且 在2倍频程内分析NP个数据点(NP是指定 的分析点数)。 v (3)10倍频程扫描（DEC）：扫描 变量从始点至终点按1

4、0倍频程（1个数量 级）规律变化，且在10倍频程内分析NP 个数据点。 v (4)任意扫描(LIST)：按指定的离散 值无规律地变化。 v 1.命令格式 v 直流扫描分析的命令格式如下： v .DCLIN v . D C O C T D E C v .DCLIST* v . D C 是 直 流 扫 描 命 令 。 是扫描变量（独立电源、温 度、模型参数、总体参数等）， 是扫描起始值，是扫描终止值， 是扫描增量（步长），是 指定扫描间隔内的分析点数，是 指定的离散参数值，右上角的“*”表示 多个参数值； v LIN、OCT、DEC和 LIST是扫描变量的变化规律，分别是： 线性、2倍频程、10倍

5、频程和离散方式。 v 例如： v (1）.DC OCT VCC 3 12 4 v (2）.DC VCE 0 10 0.5 IB 0 1MA 50UA v (3）.DC DEC RES RMOD(R) 100 1K 10 v (4）.DC PARAM RS -1 1 0.1 v (5).DC TEMP LIST 0 20 27 50 80 v 范例(1）中，电压源VCC在3 12V范围内按2倍频程规律扫描，在每倍 频程内分析4个数据点；范例(2）是的双 变量VCE和IB按线性（缺省方式）规律 扫描，扫描步长分别为0.5V和50A；范 例(3）按10倍频程方式扫描电阻模型 RMOD，在10倍频程内

6、分析10个数据点： 范例(4）对参数RS按线性规律扫描，扫 描步长0.1；范例(5）指定对5个温度值 进行分析。 v 2应用实例 v 验证最大功率输出条件。 v (1）电路结构如图3.1所示。 v (2）原理推证。电路中，r是电源 内阻，R是外电路负载电阻。根据全电路 欧姆定律，在R上得到的输出 22 2 2 () () C O V PIRR rR R Vc rR 图3.1 最大功率测试电路 r R Vc v 对R求导，得到 2 2 4 222 2 4 222 4 ()2() () 222 () () () OC C C rRrR PV rR rr RRr RR V rR VrR rR 根据极

7、值条件，令 ，即 0 O P 22 0 O PrR rR v(3)输入文件 v最大功率测试电路的输入描 述如下： vM A X I M U M P O W E R ANALYSIS vVC 1 0 10 vRI 1 2 10 vRL 2 0 RL v.PARAM RL=5 v.DC PARAM RL 1 100 1 v.END v (4)输出特性如图3.2所示。 v 可以看出，当R=r=5时， 电路具有最大功率输出，上述推论得 证。.DC命令应用灵活，适用面广，是应 用频度很高的重要命令。第2章中对半导 体器件特性的模拟测量，均是利用直流 扫描功能代替晶体管特性图示仪而实现 的。 图3.2 最

8、大功率输出特性 v 3.1.3 小信号灵敏度分析 v 灵敏度分析是指在工作点附近将 所有元件线性化后，计算各元件参数对 直流工作点的敏感程度（即影响量）。 v 1命令格式 v 小信号直流灵敏度分析的命令格 式如下： v .SENS* v .SENS是直流灵敏度分析命令； *是输出节点变量，可以指定 多个输出变量。 v 2. 应用实例 v (1)分析图3.3中各元件参数对节点 3的小信号直流灵敏度。 v (2）输入文件如下所示： v SERNSITIVITY ANALYSIS v VCC 1 0 10V v R1 1 2 1K v R2 2 3 1K v R3 2 0 2K v R4 3 0 1

9、K v .SENS V（3） v .OPTION NOPAGE v .END 图3.3 直流灵敏度测试电路 R1 R3 2K Vc R2 123 R4 1K v(2）输入文件如下所示： vSERNSITIVITY ANALYSIS vVCC 1 0 10V v R1 1 2 1K v R2 2 3 1K v R3 2 0 2K v R4 3 0 1K v.SENS V（3） v.OPTION NOPAGE v.END v(3)输出（部分）文件如下所示： vELEMENT ELEMENT ELEMENT NORMALIZED vNAME VALUE SENSITIVITY SENSITIVITY

10、 v (VOLTS/UNIT) (VOLTS/PERCENT) vR1 1.000E+03 -1.250E-03 -1.250E- 02 vR2 1.000E+03 -9.375E-04 -9.375E- 03 vR3 2.000E+03 3.125E-04 6.250E-03 vR4 1.000E+03 1.563E-03 1.563E-02 vVCC 1.000E+01 2.500E-01 2.500E-02 v 在输出文件中列出了各元件对节 点3的灵敏度。例如R3的灵敏度为 3.125E-04VOLTS/UNIT （0.33125mV/），表示R3每增加1， V（3）将增加0.3125m

11、V；输出文件的末 项是用百分比表示的灵敏度。R3的百分 比灵敏度为6.25E-03VOLTS/PERCENT， 表示R3每增加1%（20）时，节点3的 电压将增加6.25mV。 v 3.1.4 转移函数分析 v 转移函数分析实现的功能有： v (1）计算电路的输入、输出阻抗； v (2）计算工作点附近的小信号直 流转移函数，如电压增益、电流增益、 互阻抗、互导纳等。 v 1.命令格式 v 转移函数分析的命令格式如下所 示： v .TF v . T F 是 转 移 函 数 分 析 命 令 ； 是输出节点变量，是小 信号输入电源名，两者都可以是电压源 或电流源。 v2.应用实例 v分析图3.3电路

12、的直流转移函 数。 v(1）输入文件如下所示： vTRANSFER FUNCTION ANALYSIS vVIN 1 0 AC 5V vR1 1 2 1K vR2 2 3 1K vR3 2 0 2K vR4 3 0 1K v.TF V（3） VIN v.END v (3）部分输出文件如下： v *SMALL- SIGNALCHARACTERISTICS v V(3)/VIN= 2.500E-01 v INPUT RESISTANCEAT VIN= 2.000E+03 v OUTPUT RESISTANCEAT V(3)= 6.250E+02 v 由输出文件知，电路的电压增益 V(3)/VIN=

13、0.25；在VIN端口的输入电阻 为2k，在R4端口的输出电阻为625。 v 3.2.1 交流分析 v 1命令格式 v 交流分析的命令格式如下： v .AC LIN OCT DEC v .AC是交流分析命令；选择项LIN、 OCT、DEC分别表示频率按线 性、2倍频程和10倍频程规律变化。 是指定频率范围内分析的数据 点数； v 是扫描起始频率，其值应 大于零；是终止频率，其值应大 于起始频率。若起始频率和终止频率相 等，则作单点频响分析。扫描类型不同， 的含义也不同：线性扫描（LIN） 时，指起始频率至终点频率全频程内的 数据点数；2倍频程（OCT）和10倍频程 （DEC）时，是指定频程内的

14、数据点数。 v 例如： v (1）.AC LIN 25 10 20kHZ v (2）.AC OCT 50 1K 16kHZ v (3）.AC DEC 30 1 100kHZ v 范例(1）是频率按线性扫描的交 流分析，在10Hz20kHz的频程内分析 25个数据点；范例(2）中，频率按2倍频 程扫描，每2倍频程（频率间隔）内分析 50数据点，频率范围为1kHz16kHz； 范例(3）中，频率按10倍频程扫描，每 10倍频程分析30个数据点，频率范围为 1Hz100kHz。 v 2输出格式 v 交流分析同样可以采用文本列表 和图形输出方式，其格式为 v .PRINTAC* ； 文本列表输出 v

15、.PLOTAC*；低解析度 图形输出 v .PROBE*；高解 析度图形输出 v 输出格式中，*是输出 节点变量，“*”表示可以指定多个输出 变量。 v 3输出变量类型 v 交流分析的输出内容丰富，应用 灵活方便，可根据不同的要求输出各种 电特性，如电压或电流的幅值、相位、 实部、虚部、对数（DB）幅频特性及群 延迟特性等。各变量的特征符号如下： v M：幅频特性。 v D B ： 对 数 幅 频 特 性 （20lg10|M|）。 v P：相频特性。 v R：实幅频特性。 v I：虚幅频特性。 v G：群延迟特性。 v 没有字尾时，采用缺省方式：u f特性输出。 v 例如： v (1）PRIN

16、T AC VR（3） VP （3） II（3） v (2）PLOT AC VDB（5） v (3）PROBE V（5） VR（5） VI（5） v 范例(1）指定打印输出节点3的实 电压幅频特性、相频特性及虚电流幅频 特性；范例 v (2）指定用低解析度方式输出节 点5的对数电压幅频特性；范例(3）指定 用高解析度图形方式输出节点5的幅频特 性，以及实部、虚部电压幅频特性。 v 3.2.2 噪声分析 v 模拟电路中的噪声是影响电路性 能的重要指标。因而，分析噪声来源， 测量噪声指标，成为电路设计的重要内 容之一。在电路中，无源器件和有源器 件均会产生噪声。例如，电阻的噪声主 要为热噪声，半导体

17、器件除热噪声外， 还包含闪烁噪声（FLICKER）等。尽管 噪声源的模型相当复杂，但是在处理时， 可等效为由电阻产生的热噪声。 v 噪声分析计算各器件在某一输出 节点产生的总噪声（有效值）以及某一 输入点的等效输入噪声。噪声分析的频 率范围由交流分析(.AC)所定义的频率范 围确定。所以，噪声分析是和交流分析 联用的。 v 1.命令格式 v 噪声分析命令的格式如下： v .NOISE v . N O I S E 是 噪 声 分 析 命 令 ； 是噪声输出节点变量，可以是单 一节点，也可以是成对节点；是 电路中已定义的独立电压源或电流源。 v 它不是噪声源，而是用于计算输 入噪声时的参考信号源。

18、是噪 声输出打印间隔。该选择项只影响文本 方式输出，与.PROBE方式的输出无关。 v2.输出格式 v.PRINTNOISE v.PLOTNOISE v.PROBE v输出变量有下述4种格式： v(1）ONOISE：输出节点的总噪声。 v(2）INOISE：等效输入噪声。 v(3）DB（ONOISE）：输出总噪 声的dB值。 v(4）DB（INOISE）：等效输入噪 声的dB值。 v 例如： v (1).PRINT NOISE ONOISE INOISE v ( 2 ) . P R O B E N O I S E D B （NOISE） DB（INOISE） v 范例(1）打印指定节点的输出噪

19、 声和等效输入噪声；范例(2）用高解析 度图形方式输出指定节点的对数输出噪 声和等效输入噪声。 v3应用实例 v(1)分析图3.4有源高通滤波器的频响 及噪声特性。 v(2)输入文件如下所示： v ACTIVE HPF APPLICATON vVIN 1 0 AC 0.1 vC1 1 2 0.1U vC2 2 3 0.1U vR1 3 0 16K vR2 4 0 10K vR3 4 5 4.3K vR4 2 5 16K 图3.4 有源高通滤波电路 1 C2 R2 10K R3 4.3K 4 VO 5 VE LM1324 X1 R1 16K VC 0.1U0.1U C1 2 VIN 0.1V R

20、4 16K 36 7 vR2 4 0 10K vR3 4 5 4.3K vR4 2 5 16K vX1 4 3 6 7 5 LM324 vVCC 6 0 12 vVEE 7 0 -12 v.LIBLINEAR.LIB v.NOISE V(5) VIN v.AC DEC 50 1 100K v.PROBE v.END v(3)输出特性。根据定义，信噪比为 vS/N（DB）20lg（信号电压/噪 声电压） v 20lg(Vs/Vn) v所以，用.PROBE方式输出S/N曲线如 图3.5所示。 图3.5 HPF频响及噪声特性 v 3.3.1 瞬态分析 v 瞬态分析的命令格式如下： v .TRAN/O

21、P UIC v .TRAN是瞬态分析命令，选择项 /OP指定瞬态分析的工作点显示； 指定计算结果的输出时间间距。 上述两项参数仅在文本输出方式有意义， 与后处理程序.PROBE无关。 v 是瞬态分析的终止时间； 选择项是输出数据的开始 时间。如果未指定该参数，则从0秒开始 输出数据；定义瞬态分析 的最大时间距（步长）。如果未定义该 参数，则PSPICE自动采用(ftime noprint)/50的步长进行瞬态分析。UIC 定义瞬态分析的初始值。因为瞬态分析 时经常会遇到不收敛的问题，因而，设 置适当的初始值，可解决瞬态分析的收 敛问题。 v 使用UIC设定初始条件时，要配 合.IC命令。该命令

22、格式如下： v .IC=* v .IC是初值赋值命令， 是节点变量，是初始电压或电 流值，可以设置多个变量。在使用 UIC定义初始条件时，如果电路描 述中没有.IC命令，则采用电容、电感及 半导体元件的初始条件作为瞬态分析的 起始值；如果有.IC命令，则以.IC指令 所指定的电压（或电流）值作为电路分 析的初始条件。 v 另 外 ， 初 始 条 件 也 可 以 采 用.NODESET赋值命令来设置。例如： v (1).TRAN1MS100MS v (2).TRAN/OP10U1M50U1UUIC v .ICV(5)=0.2V v 范例(1）中，定义输出数据的列 表（或打印）间隔为1ms，分析终

23、止时 间是100ms。后两项参数省略，自动采 用缺省值：从0秒开始分析，在0 100ms间隔内分析50个数据点；范例(2) 中，要求打印瞬态分析的工作点。输出 数据列表间隔为10s，分析终止时间是 1ms，起始时间50s，分析步长为1s， 设置节点5的初始电压为0.2V。 v 3.3.2 傅立叶分析 v 傅立叶分析可完成对周期信号的 直流分量和前9次谐波分量的幅、相分析 及失真度分析，并在输出文件中以文本 方式列表或打印输出。 v 1.命令格式 v 傅立叶分析的命令格式如下： v .FOUR* v .FOUR是傅立叶分析命令； 是基波频率。*是输出 节点变量。 v 例如： v (1).FOUR

24、 1K V(6) I(VIN) v (2).FOUR 1MEG V(5) v 范例(1)分析节点6的电压频谱和 VIN信号的电流频谱，基频1kHz；范例 (2)分析节点5的电压频谱，基频1MHz。 PSPICE的谐波分析功能可代替选频电平 表实现周期信号或非周期信号的频谱分 析。谐波分析可计算前9次谐波分量的幅 值和相位，然后根据失真度定义 2 2 1 100% i i u r u (u1基波电压；ui谐波电压) v 利用后处理程序PORBE显示瞬 态响应波形的同时，可实现从时域到频 域的快速傅立叶变换（FFT），完成时 域信号的频谱分析。这种高解析度的频 谱图形显示方式，可仿真价格昂贵的频

25、谱分析仪。FFT的频域分析范围不限， 由瞬态分析定义的时域范围确定。 v 反傅立叶变换可实现从频域到时 域的转换。这种过程又可以方便地实现 从频谱仪到示波器的功能转换，极其方 便快捷。 v2应用范例 v分析差分放大器的时域特性及 频谱特性。 v(1)差分放大电路结构如图3.6所 示。 v(2)差分电路的输入文件如下： vFOUR ANAL YSISFOR DIFF AMP vVIN 1 0 SIN(0 .3 1K) vRB1 1 2 5K1 vRC1 7 3 5K1 vRB2 6 0 5K1 vRC2 7 5 5K1 图3.6 差分放大电路 VC 7 RC2 5K 5 Q2 6 RB2 5K1

26、 RE 4K8 2 3 Q1 RC1 5K RB1 5K1 1 VIN VE 4 8 vRE 4 8 4K7 vQ1 3 2 4 Q2N696 vQ2 5 6 4 Q2N696 vVC 7 0 12 vVE 8 0 -6 v.LIB v.TRAN 0.1M 4M 0 0.01M v.FOUR 1K V(5) v.PROBE v.END v (3）部分输出文件如下所示: vF O U R I E R C O M P O N E N T S O F TRANSIENT RESPONSE V(2) ；节点 2的傅立叶分析 v DC COMPONENT=6.881370E+00； 直流分量 v 谐波

27、频率 谐波分量(幅) 归一 化值 谐波分量(相) 归一化值 vH A R M O N I C F R E Q U E N C Y FOURIER NORMALIZED PHASE N O R M A L I Z E D N O ( H Z ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE(DEG) v1 1.000E+03 5.254E+00 1.000E+00 -1.800E+02 0.000E+00 v2 2.000E+03 1.814E-02 3.452E-03 9.000E+01 2.700E+02 v3 3.000E+03 6.514E-01 1.240E-01 -

28、1.800E+02 6.608E-03 v4 4.000E+03 1.768E-03 3.366E-04 9.002E+01 2.700E+02 v5 5.000E+03 1.056E-01 2.010E-02 -1.800E+02 3.309E-02 v6 6.000E+03 2.497E-04 4.753E-05 9.008E+01 2.701E+02 v7 7.000E+03 1.747E-02 3.325E-03 -1.799E+02 1.167E-01 v8 8.000E+03 2.734E-05 5.204E-06 9.059E+01 2.706E+02 v9 9.000E+03

29、2.890E-03 5.501E-04 -1.796E+02 4.404E-01 vTOTALHARMONICDISTORTION= 1.257028E+01PERCENT； 总谐波失真度 v *11/03/9915:45:13*PSpice5.0(Jul1991)* v FOURIERANALYSISFIRDIFFAMPLIFIER v * FOURIERANALYSIS v TEMPERATURE= 27.000DEGC v * v FOURIERCOMPONENTSOFTRANSIENTRESPONSEV(4) v ；节点4的傅立叶分析 v DC COMPONENT=6.906707E+

30、00 v HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE(DEG) v1 1.000E+03 5.205E+00 1.000E+00 4.712E-04 0.000E+00 v2 2.000E+03 3.913E-03 7.518E-04 -9.000E+01 - 9.000E+01 v3 3.000E+03 6.514E-01 1.252E-01 7.204E-03 6.733E- 03 v4 4.000E+03 8.472E-04 1.628E-04

31、 -8.997E+01 - 8.997E+01 v5 5.000E+03 1.056E-01 2.029E-02 3.447E-02 3.400E- 02 v6 6.000E+03 1.484E-04 2.851E-05 -8.985E+01 - 8.985E+01 v7 7.000E+03 1.747E-02 3.357E-03 1.229E-01 1.224E- 01 v8 8.000E+03 1.322E-05 2.540E-06 -8.884E+01 - 8.884E+01 v9 9.000E+03 2.890E-03 5.554E-04 4.734E-01 4.729E- 01 图3

32、.7 时域响应及频谱特性 v 3.4.1 蒙特卡罗分析 v 1.命令格式 v 蒙特卡罗分析的命令格式如下： v .MCDCAC TRAN v v .MC是蒙特卡罗分析命令；是运行蒙特卡罗分析的次数； DC、AC、TRAN是分 v 析类型选择项，仅限于直流分析、 交流分析和瞬态分析模式；是输 出节点变量；是MC的分析功能选 项；是MC分析结果的输出功能 选项。 v 2. 功能选项 v 执行MC分析时，用下列选项实 现不同的分析功能： v (1) YMAX:标称输出与容差输出 特性之差值。 v (2) MAX:波形输出的最大值。 v (3) MIN:波形输出的最小值。 v (4) RISE-EDG

33、E:输出波 形第一次超出给定值的点。称为 阈值电平。 v (5) FALL-EDGE:输出波 形低于阈值的第一个点。 v 3输出选项 v 对MC分析结果，有下列选项控 制： v (1)LIST:列表输出每次执行时实 际使用的模型参数。 v (2)RANGE :指定分析的 变量范围（如频率、时间等）。若省略 该项，则相当于全程分析。 v (3) OUTPUTTYPE：输出类型选 择，包括： v ALL输出所有统计分析的数据。 v FIRST输出前N次分析 结果。N由给出。 v EVERY每运行N次输 出一次分析结果。N由给出。 v RUNS*仅将指定分 析次数的结果列表输出。指定分析次数 由*给

34、出，最多25个值。 v 例如： v (1).MC10TRANV(5)YMAX v (2).MC20DCI(Q1)YMAXLIST v ( 3 ) . M C 1 0 A C V P ( 2 ， 3)YMAXLISTOUTPUTALL v 范例(1)指定进行10次MC瞬态分 析，并输出节点5的标称输出特性与容差 特性的差值波形；范例(2)对I(Q1)进行20 次直流MC分析，输出差值波形并列表输 出每次执行MC所使用的模型参数；范例 (3)对节点(2，3)进行交流MC分析，输出 差值波形并列表输出全部分析数据。 v3.应用实例 v对图3.8所示的单级交流放大器 进行MC分析。 v(1)交流放大器

35、的输入文件如下： vMONTE CALO ANALYSIS EXAMPLE vVIN 1 0 AC .1 vCB 1 2 CMOD 22U vRB 5 2 RMOD 100K vRC 5 3 1K5 vRE 4 0 100 vQ1 3 2 4 Q2N696 vVC 5 0 6 v.LIB v.MODEL RMODRES(R=1DEV=15%LOT=7%) v.MODEL CMODCAP(C=1DEV=10%LOT=5%) v.AC DEC 100 1 30K v.MC 10 AC V(3) YMAX OUTPUT ALL v.PROBE v.END 图3.8 单管交流放大电路 3 R3 1K5

36、 4 RE 100 VIN 12 CB 5 VCC 22U VCO Q1 Q2N696 RB 100K v(2) 部分输出文件如下所列： v MONTECARLOSUMMARY v ；MC分析总结 v * * v Mean Deviation= -.0126 v ；平均偏离 vSigma = .0195 v RUN MAXDEVIATIONFROMNOMINAL v ；与标称值的最大偏差 vPass 2 .044 (2.26sigma) lower at F= 1.4125 v ( 91.392%of Nominal) vPass 10 .0245 (1.25sigma) lower at F

37、= 1.2023 v ( 94.675%of Nominal) vPass 5 .0241 (1.24sigma) lower at F= 1.5488 v ( 95.538%of Nominal) vPass 4 .0229 (1.17sigma) lower at F= 1.2023 v ( 95.014%of Nominal) vPass 9 .0225 (1.15sigma) lower at F= 2.8840E+03 v ( 97.316%of Nominal) v Pass 8 .0183 (.94sigma) higher at F= 2.138 v (102.88%of No

38、minal) v Pass 6 .0132 (.68sigma) higher at F= 1.1482 v (102.98%of Nominal) v Pass 3 .013 (.67sigma) lower at F= 1.5136E+03 v ( 98.451%of Nominal) vPass 7 5.7554E-03 (.29sigma) higher at F= 1.0965 v (101.34%of Nominal) 图3.9 MC分析曲线 v 3.4.2 最坏情况分析 v WCASE与MC分析同属统计分析。 不同之处在于MC分析是按照指定的统计 规律同时发生随机变化，而WCAS

39、E分析 则按照下述过程执行分析： v (1) 进行标称器件的电路特性模 拟分析； v (2) 单独分析每一器件在容差范 围内对电路特性的影响量，即求电路特 性对各变量的偏导数: ii uu xx 其余X不变 i ix YMAXuu 变化 标称值 v 式中，u表示电路的特性函数(如 电压、电流、相位等)，YMAX是标称器 件特性与容差器件特性之差值，该差值 反映了对电路的影响量，即灵敏度特性。 v (3）计算各器件容差变化对电路 性能的总影响量，即最坏情况分析。 2 2 ii ii uuu uxxx xxx xi表示第i个变量的容差，u为容差范围内的最大 变化量。 WCASE分析不必指定分析次数

40、，仅由变量个数决定。 一般情况下有， n=i+2 (n分析次数； i变量个数) v 1.命令格式 v 最坏情况分析的命令格式如下： v .WCASE DC AC TRAN v .WCASE是最坏情况分析命令， D C 、 A C 、 T R A N 、 的意义同MC分析， v 是输出选择项。 v 2输出选择项 v 对WCASE的分析结果，通过下列 选项进行控制： v (1）OUTPUTALL要求输出所 有计算结果，如各变量的灵敏度分析、 标称值电路特性和最坏情况分析等。 v (2）RANGE(， )与MC分析的意义相同。 v (3）VARYDEV独立变量按随 机分布规律变化。 v (4）VAR

41、YLOT不同变量按同 一随机分布规律变化。 v (5）VARYBOTH指定分析变 量一部分有独立容差，一部分为相关容 差。若该项省略，即表示对于任何一种 形式，该变量均适合。 v (6）DEVICE可对指定 的器件类型进行WCASE分析。 是器件类型名称，可用PSPICE规定的元 器件特征字来表示。例如仅分析电阻器 件，其形式为 v DEVICER v 若仅对电阻、电容和双极晶体管分析， 则 v DEVICERCQ v 例如： v (1).WCASE DC IE(Q2) YMAX v (2).WCASE AC VP(5，7) YMAX VARY DEV v (3).WCASE TRAN V(6

42、) YMAX DEVICE RQ OUTPUT ALL v 范例(1)中，指定对Q2的射极电 流作直流WCASE分析，并输出各变量与 标称值的差值；范例(2)是对节点(5，7) 作交流（相频特性）WCASE分析，各变 量按随机规律独立变化；范例 v (3)对节点6的电压作瞬态WCASE 分析，并输出全部数据。 v3应用实例 v对图3.10的低通滤波电路进行WCASE分 析。 v(1)输入文件如下所示： vWCASE ANALYSIS vVIN 1 0 AC 5 vR1 1 2 RMOD1 10K vC1 2 0 CMOD1 1U v.MODEL RMOD1 RES(R=1 DEV=15% LO

43、T=7%) v.MODEL CMOD1 CAP(C=1 DEV=7% LOT=4%) v.AC DEC 100 1 5K v.WCASE AC V(2) YMAX VARY DEV v.END 图3.10 低通滤波电路 R1 10K VIN C1 1U v（2）部分输出文件如下所示: v *12/24/9922:35:37*PSpice5. 0(Jul1991)* v WCTEST ；WC测试 v * SORTEDDEVIATIONSOFV(2) TEMPERATURE= 27.000DEGC v SENSITIVITYSUMMARY ；灵敏度 分析总结 v v* vMeanDeviation

44、= -1.9236E-03 ； 平均偏差 vSigma = 0 v RUN MAXDEVIATIONFROMNOMINAL v；与平均值的最大偏差 v C1CMOD1C 1.9236E-03 lower atF= 22.387 v ( .664%changeper1%changeinModel Parameter) v R1RMOD1R 1.9236E-03 lower atF= 22.387 v ( .664%changeper1%changeinModel Parameter) v*12/24/9922:35:37*PSpice5.0(J ul1991)* v WCTEST v * UPD

45、ATEDMODELPARAMETERS TEMPERATURE= 27.000DEGC v v WORST CASEALLDEVICES v ；全部器件最坏情况分析 v * v DEVICE MODEL PARAMETER NEWVALUE vC1 CMOD1 C .93 (Decreased) v R1 RMOD1 R .85 (Decreased) v *12/24/9922:35:37*PSpice5.0 (Jul1991)* v WCTEST v * SORTEDDEVIATIONSOFV(2) TEMPERATURE= 27.000DEGC v v WORST CASESUMMARY

46、 全部器 件最坏情况总结 v* v vRUN MAXDEVIATIONFROMNOMINAL v；与标称值的最大偏差 v vALLDEVICES .451 higher atF= 25.119 v (116.85%ofNominal) v(3）输出特性如图3.11所示。 v 3.5.1 参数分析 v 参数分析的作用是： v (1)用PARAM语句定义和设置参数， 并在程序中把已定义参数作为常数应用或 参加运算； v (2)配合参数扫描命令.STEP实现任 意已定义参数的扫描分析。 图3.11 WCASE输出特性 v 1.参数定义 v 命令格式如下所示： v .PARAM=* v .PARAM是

47、参数定义命令； 是任意参数或标号，可以是常数， 也可以是带有任意电参量的数值。这些已 定义参数可以用直接调用或参加数学运 算。 v 例如： .PARAM VIN=5.0V v .PARAM MA=0.8 v VOUT 3 0 VIN*MA v 范例中描述了一个乘法器。用参数 赋值命令.PARAM定义输入电压为5V，调 幅系数为0.8，输出电压为其乘积。用调 用并完成乘法运算。 v 2.参数扫描分析 v 命令格式如下所示： v .STEPLIN v . S T E P O C T D E C v .STEPLIST v 参数扫描分析命令的格式及参数 意义类似于直流扫描分析命令的。例如： v (1

48、).STEP VIN -0.25 0.25 0.05 v (2).STEP LIN I2 5MA -2MA 0.1MA v (3).STEP RES RMOD(R) 0.9 1.1 0.001 v (4).STEP TEMP LIST 0 20 27 50 80 v (5).PARAM CMOD=1N v .STEP PARAM CMOD 100P 1500P 50P v 范例(5)指定参数的批处理扫描分 析，用以实现参数的优选及电路特性变 化规律的分析等。 v 3.5.2 温度分析 v 温度分析的作用在于模拟指定温 度的电路特性。在实际电路调试时，某 些温度条件也许是破坏性质的恶劣工作 条件

49、。利用温度分析功能，可以安全地 实现各种温度条件下的电路性能测试与 分析。 v 1命令格式 v 温度分析的命令格式为 v .TEMP v .TEMP是温度分析命令；TN是指 定温度，可以有多个温度值。N个温度对 应N条输出曲线，或N组分析输出数据。 v 例如： v .TEMP -10 0 50 100 v 分析电路在-10、0、50、 和1004种温度条件下的输出特性。温 度的单位为，在描述时采用缺省方式。 温度分析时，保持原输入文件结构及控 制命令不变，只需加 入 温 度 分 析 命 令.TEMP，并指定温度值即可。例如， 对图3.6差分放大器进行温度分析时，只 需加入 v .TEMP -1

50、0 25 80 v 控制语句，便可以分析在-10、 25和80时的电路特性，应用非常简 便。 v 3.5.3 器件库调用命令 v 电路里采用的元器件，可以利 用.MODEL命令定义，也可以利用库调用 命令.LIB直接调用。PSPICE软件包提供 了包括模拟、数字、A/D、D/A以及磁性元 件等多个厂家、多种型号的通用器件。由 于实际器件的模型参数更真实，将使仿真 结果更精确。 v 1命令格式 v 器件库调用的命令格式为 v .LIB v .LIB是库调用命令。 是调用的库文件名。 v 例如: v .LIB v .LIBLINEAR.LIB v .LIBC:PS50BIPOLAR.LIB v 利

51、用LIB命令调用元件时，必须 在元件描述行中指明元件型号，同时该 器件必须在对应的器件库里，否则，在 PSPICE执行前的侦错过程中将提示出错 信息并中断分析。 v 2. 应用实例 v 采用库调用的输入文件如下： v Q2 7 4 3 Q2N696 v U5 3 0 15 16 9 LM324 v . v .LIB BIPOLAR.LIB v .LIB LINEAR.LIB v v 范例中指出Q2的型号是2N696，前缀 Q表示双极型晶体管，不能省略。双极型晶 体管所在的库文件名是BIPOLAR.LIB；U5 表示LM324线性放大器，所在库文件名是 LINEAR.LIB，均用.LIB调用。

52、v 3.5.4 子电路描述及调用 v 在含有多个功能相同、电路结构 相同的电路中，为了简化电路输入描述， PSPICE软件设置了子电路描述及调用功 能。该功能与用任何语言编程时的子程 序编制及调用颇为相似。其方法是： v (1)按照规定的格式，像定义器件 一样定义一个或多个子电路。 v (2)在主电路描述中调用对应的子 电路。子电路可以无限制地被主电路调 用，也可以被子电路嵌套调用。这种方 法适用于含有多个重复电路的应用情况。 v 1.子电路定义 v 子电路定义命令格式为 v . SUBCKT* PARAM:= v . v .ENDS v .SUBCKT是子电路定义命令； 是子电路名；*是 子

53、电路的外部节点号,可以为多个节点； PARAM:=是参数定 义选择项。ENDS是子电路的结束符号， 区别于主电路的结束符END。 v 2.子电路调用 v 子电路调用命令格式为 v X * v X是子电路调用命令。 是8个字元的子电路序号，可以是字元符 号，也可以是数字序号；*是子 电路的外部节点号；是已定 义的子电路名；选择项PARAM: =的意义同上。 v 例如： v (1) X2 12 13 50 51 15 OPAMP v (2) XBUF 5 6 UNITAMP v X2是被调用的运算放大器，其输 入、电源及输出端分别接在主电路的12、 13、50、51和15节点；XBUF是调用已 定

54、义的缓冲放大器，其输入、输出端分 别接在主电路的5、6节点上。 v 3. 应用实例 v 如图3.12所示的4节RC滤波电路， 因其输入文件冗长、重复，所以可考虑 采用子电路描述和调用方法，以简化输 入。 图3.12 4节RC滤波电路 R1 12 VIN 110 R3R4R6R7R9R10R12 120110120110120110120 3456789 R2 100 C1 10U R5 100 C2 10U R8 100 C3 10U R11 100 C4 10U RL v (1)子电路结构如图3.13所示。 图3.13 子电路定义及调用 (a)子电路定义 (b)子电路定义及调用 R11 2

55、VIN 110 R3R4R6R7R9R10R12 120110120110120110120 3 R2 100 C1 10U R5 100 C2 10U R8 100 C3 10U R11 100 C4 10U 45 RS1RS3 110120 2 RS2 100 C1 10U 13 RL v(2)子电路定义及输入描述如 下所示： vSUB-CIRCUITDESCRIBING v.SUBCKT RC 1 3 vR1 1 2 60 vR2 2 0 50 vR3 2 3 80 vC1 3 0 1U v.ENDS vVIN 1 0 AC vX1 1 2 RC v X2 2 3 RC v X3 3 4

56、 RC v X4 4 5 RC v RL 5 0 100 v .AC DEC 100 1 1MEG v .PROBE v .END v 子电路的引入只能简化电路的输 入描述，并不能减少内存和电路的分析 时间，这正如计算机编程时调用子程序 只能简化程序结构而不能减少程序的执 行时间一样。 v 3.5.5 常用选项参数 v 在前面的应用范例中，多次用到 了选项参数。PSPICE的选项参数很多， 这里仅列出常用的选项参数。 v 1.功能选项参数 v NOPAGE 不分页打印 v NOECHO输出文件（*.OUT）中 不重复列表输入文件 v NODE产生节点列表 v NOMOD不列表由.MODEL定义

57、 的模型参数 v LIST列印所有输入元件的全部信 息 vOPTS列印所有的选项参数 vACCT输出计算和运行时间统计结果 vEXPAND列出子电路嵌套扩展后的器件 vNOBIAS不列印工作点参数 vLIBRARY列出库调用的器件清单 vWIDTH输出文件宽度（与WIDTHOUT 的意义相同） v2.缺省值选项参数 v缺省值选项参数如下所列： v参 数 名 称 意 义 单位 缺省值 vDEFL MOSFET的沟道长度 m 100m vDEFW MOSFET的沟道宽度 m 100m vDEFAD MOSFET的漏极面积(AD) m2 0 vDEFAS MOSFET的源极面积(AS) m2 0 v

58、T N O M 标 称 温 度 27 vNUMDGT 输出变量的小数点有效位数 （08位） 4 vCPTIME 执行一次分析所允许的CPU时 间 s 1E+6 vLIMPTS 列印或绘图所允许的最大点数 vITL1 直流和偏压点迭代极限 40 vITL2 直流转移曲线迭代极限 20 vITL4 瞬态特性迭代极限 10 vITL5 瞬态特性所有点之和的迭代极限 5000 vRELTOL 电压或电流的相对精度 0.001 vTRTOL 瞬态分析的精确度调整 7.0 vABSTOL 电流精度调整 A 1pA vCHGTOL 电荷精度调整 C 0.01pC vVNTOL 电压精度调整 V 1mV vG

59、MIN 任意支路的最小电导 S 1E-12 v PSPICE软件包是由电路分析主程 序（PSPICE1.EXE）和辅助程序模块组成 的，包括： v (1) PSPICE软件包控制界面。 v ( 2 ) 后 处 理 显 示 模 块 （PROBE.EXE）。 v ( 3 ) 激 励 波 形 显 示 模 块 （STMED.EXE）。 v ( 4 ) 器 件 模 型 建 立 模 块 （PARTS.EXE）。 v 3.6.1 功能 v P S P I C E 的 控 制 外 壳 （PSpiceControlShell）是集各功能及主 要模块于一体的操作界面，其主要功能 有： v(1)软硬件配置功能； v

60、(2)电路文件的文本编辑和交互式模型参 数修改功能； v(3)输入文件的错检信息提示功能； v(4)模拟分析主程序功能选择、参数配置 及运行控制功能； v(5)激励信号产生与编辑功能； v(6)输出文本文件（*.OUT）显示功能； v(7)PROBE后处理功能。 图3.14 控制界面 FilesCircuitStmEdAnalysisDisplayProbeQuit F1=HelpF2=MoveF3=ManualF4=ChoiceF5=CalcF6=ErroreESC=Cancel Current File：0SC.CIRLoaded PSpice Control Shell ver 5.0