Pspice 第01讲

1、 黑大电子工程学院 前言前言PSpice主讲教师：胡靖主讲教师：胡靖联系电话：联系电话mail: 黑大电子工程学院 教材：教材：PSpice电路编辑程序设计电路编辑程序设计作者：苏宏宇作者：苏宏宇出版：国防工业出版社出版：国防工业出版社 黑大电子工程学院 基于计算机技术的电子系统设计技术：基于计算机技术的电子系统设计技术：CAD: Computer Aided Designed.CAE: Computer Aided Engineering.EDA: Electronic Designed Automatic.HDL: Hardware Description Lan

2、guage.特点：特点：基于飞速发展的计算机技术；基于飞速发展的计算机技术；可以进行多层面的设计，应用面广；可以进行多层面的设计，应用面广；可以进行设计、调试、仿真，称为虚拟实验室；可以进行设计、调试、仿真，称为虚拟实验室；可以进行工艺和制造设计，称为虚拟工厂；可以进行工艺和制造设计，称为虚拟工厂； 黑大电子工程学院 学习本课程的目的学习本课程的目的掌握先进的集成电路设计技术和手段掌握先进的集成电路设计技术和手段了解计算机语言结构、风格和一般使用方法了解计算机语言结构、风格和一般使用方法巩固模拟电子技术和数字电子技术知识巩固模拟电子技术和数字电子技术知识完善知识结构完善知识结构提高表达能力和交

3、流能力提高表达能力和交流能力提高知识应用技能提高知识应用技能提高信息收集能力提高信息收集能力为进一步发展奠定必要的知识基础为进一步发展奠定必要的知识基础 黑大电子工程学院 EDA是现代电子设计技术的是现代电子设计技术的核心。核心。EDA的核心是一个支持设的核心是一个支持设计、仿真、电路运算、元件参数计、仿真、电路运算、元件参数设置、设计输出和电路优化等功设置、设计输出和电路优化等功能的软件，这些功能按习惯风格能的软件，这些功能按习惯风格被封装在一个软件结构中。通过被封装在一个软件结构中。通过本讲，我们了解本讲，我们了解EDA软件的基本软件的基本结构、基本功能及其相应的软件结构、基本功能及其相应

4、的软件风格，为后续的学习奠定概念基风格，为后续的学习奠定概念基础，并形成多维空间的想象力和础，并形成多维空间的想象力和抽象能力。抽象能力。本讲内容摘要本讲内容摘要第一章第一章 OrCAD PSpice简介简介 第二章第二章 EDA及其开发系统及其开发系统第三章安装第三章安装OrCAD PSpice本讲总结本讲总结 本讲作业本讲作业 本讲实践指导本讲实践指导 黑大电子工程学院 PSpice 是是Personal Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis ,即个人电脑使用的即个人电脑使用的SPice程序。程序。PSpice是是Micro

5、sim公司出版的众多公司出版的众多SPICE分支中的一种。主要用于在分支中的一种。主要用于在PC机上作模拟仿真、大型电路的分析和设计、绘制印刷电路板机上作模拟仿真、大型电路的分析和设计、绘制印刷电路板(PCB)。经过多年的发展，模拟仿真已成为。经过多年的发展，模拟仿真已成为PSpice典型功能，可典型功能，可以对电路的各种性能：如直流、交流和瞬态等特性进行分析，以对电路的各种性能：如直流、交流和瞬态等特性进行分析，还可以进行环境影响分析：如温度；可以进行容错分析和最坏还可以进行环境影响分析：如温度；可以进行容错分析和最坏环境分析；可以进行噪声分析。环境分析；可以进行噪声分析。第一章第一章 Or

6、CAD PSpice简介简介 1.2 PSpice软件的历史软件的历史 1.1 PSpice 软件简介软件简介 1.3 OrCAD PSpice Release 9.1 评估版评估版目录目录目目录录 黑大电子工程学院 1.1 PSpice 软件简介软件简介1. 输入部分：输入部分：用户以用户以文本或电路图文本或电路图方式输入有关电方式输入有关电路信息，包括拓扑结构、元件模型、分析类型和路信息，包括拓扑结构、元件模型、分析类型和输出类型。输出类型。2. 器件模型处理：器件模型处理：指由计算机处理的数学模型。指由计算机处理的数学模型。3. 建立电路方程：建立电路方程：根据输入电路信息，自动建立电根

7、据输入电路信息，自动建立电路方程。路方程。4. 求解电路方程：求解电路方程：对电路方程进行求解。对电路方程进行求解。5. 输出部分：输出部分：有有文本和图形文本和图形方式输出。方式输出。返回返回1.1.1 概述概述 黑大电子工程学院 Schematics Editor电路模拟器：电路模拟器： 可以直接绘制电路图，自动生成电路描述文件；对电路进行直流分析、交流分析、瞬态分析、环境温度分析和灵敏度分析等，对元件进行修改和编辑。PSpice AD 数据处理器：数据处理器：可以对Schematics 绘制的电路进行模拟分析，运算出结果并自动生成输出文件和数据文件。Model Editor (Parts

8、) 器件建模工具：器件建模工具：它可以半自动地将来自厂家或用户自定义的器件数据转换为Pspice所用的模拟数据，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。OrCAD PSpice 主要软件包包括：主要软件包包括： 黑大电子工程学院 stimulus Editor激励源编辑程序：激励源编辑程序： 设定各种激励信号。Probe 后处理器后处理器 相当于一个示波器，可以将由Pspice 运算的结果在屏幕或打印设备上显示出来。 黑大电子工程学院 PSpice AD 数据数据处理器处理器Probe 波形波形输出分析输出分析Optimizer电电路优化程序路优化程序Schematics Edi

9、tor电路原理图绘图编电路原理图绘图编辑器辑器Model Editor元器件模型参数元器件模型参数编辑器编辑器stimulus Editor激励源波形编辑激励源波形编辑器器 黑大电子工程学院 1、 DesignLab Design manager 设计实验室设计管理程序设计实验室设计管理程序2、 Microsim Schematics电路图输入程序电路图输入程序3、 PSpice A/D进行进行A/D电路计算程序电路计算程序4、 Microsim PCBoards绘制印刷线路板程序绘制印刷线路板程序5、 Optimizer 电路优化程序电路优化程序6、 Parts元件元件模型参数程序模型参数程

10、序7、 Microsim Probe输出绘图程序输出绘图程序8、 stimulus Editor激励源编辑程序激励源编辑程序9、 Microsim Text editor电路文本编辑程序电路文本编辑程序 黑大电子工程学院 1.1.2 PSpice 特点特点 PSpice 程序与其他版本的程序与其他版本的Spice程序相比，提高程序相比，提高器件模型精度，增加了模型和器件种类。器件模型精度，增加了模型和器件种类。 Probe程序可以协助用户快速精确的观测电路特程序可以协助用户快速精确的观测电路特性，并具有软件测量功能。性，并具有软件测量功能。 PSpice采用了模块化和层次化设计。采用了模块化和

11、层次化设计。 PSpice具有良好的人机界面和控制方式。具有良好的人机界面和控制方式。 黑大电子工程学院 PSpice的基本功能的基本功能: 可以对电路的各种性能：如直流、交流和瞬态可以对电路的各种性能：如直流、交流和瞬态等特性进行分析，还可以进行环境影响分析：如温等特性进行分析，还可以进行环境影响分析：如温度；可以进行容错分析和最坏环境分析；可以进行度；可以进行容错分析和最坏环境分析；可以进行噪声分析。噪声分析。 黑大电子工程学院 黑大电子工程学院 黑大电子工程学院 黑大电子工程学院 黑大电子工程学院 黑大电子工程学院 黑大电子工程学院 黑大电子工程学院 黑大电子工程学院 主题主题 黑大电子

12、工程学院 1.2 PSpice软件的历史软件的历史 返回返回1.2.1 Spice 通用电路分析程序通用电路分析程序1.2.2 Spice For DOS1.2.3 Spice For Windows 黑大电子工程学院 1.3 OrCAD PSpice Release 9.1 评估版评估版返回返回 OrCAD PSpice Release 9.1 评估版又称为学习评估版又称为学习版。在功能上有一定的限制版。在功能上有一定的限制,其中：其中：PSpice Schematics功能限制：功能限制：一个原理图中可以最多放置一个原理图中可以最多放置50个元器件；个元器件；绘图图纸纸型为绘图图纸纸型为A

13、4仅提供仅提供39个模拟元器件模型和个模拟元器件模型和134个数字器件模个数字器件模型。型。1.3.1 OrCAD PSpice Release 9.1 评估版功能限制评估版功能限制 黑大电子工程学院 PSpice AD 电路模拟仿真的功能限制：电路模拟仿真的功能限制：一个原理图中最多可以有一个原理图中最多可以有64个节点；个节点；最多最多10模拟电路元器件；模拟电路元器件；最多最多65个数字电路元器件；个数字电路元器件；最多最多10条传输线。条传输线。 黑大电子工程学院 PSpice Model Editor 的功能限制：的功能限制：只可以创建二极管的模型特性。只可以创建二极管的模型特性。P

14、Spice Stimulus Editor 的功能限制：的功能限制：在模拟电路中只可以创建正弦曲线激励源；在模拟电路中只可以创建正弦曲线激励源；在数字电路中只可以创建时钟脉冲激励源；在数字电路中只可以创建时钟脉冲激励源；PSpice Optimizer 的功能限制：的功能限制：只可以针对单一参数单一限制的单一目标电路只可以针对单一参数单一限制的单一目标电路优化。优化。 黑大电子工程学院 1.3.2 PSpice 文件格式文件格式 表表 PSpice 常用文件格式及后缀常用文件格式及后缀后缀后缀文件格式文件格式后缀后缀文件格式文件格式*.sch电路图文件电路图文件*.slb符号库文件符号库文件*

15、.lib元件库文件元件库文件*.dat绘图数据文件绘图数据文件*.stl激励源文件激励源文件*.cir电路输入文件电路输入文件*.out电路仿真输出文件电路仿真输出文件*.pcs印刷电路板文件印刷电路板文件*.opt电路优化文件电路优化文件主题主题 黑大电子工程学院 第二章第二章 EDA及其开发系统及其开发系统EDA开发系统简介开发系统简介目录目录 EDA( Electronics Design Automation) 目目录录EDA与电子工程设计与电子工程设计 黑大电子工程学院 2.1 EDA与电子工程设计与电子工程设计 2.1.1 EDA概述概述 一一. 电子设计自动化的产生背景电子设计自

16、动化的产生背景1电子系统集成化成为必然趋势电子系统集成化成为必然趋势 电子系统的集成化可以使系统体积小、重量轻、功耗低，更主要的是可使系统的可靠性大大提高。集成电路IC(Integrated Circuit)问世以来，集成的规模便以10倍/6年的速度增长。20世纪90年代以来，电子系统日趋数字化、复杂化和大规模集成化。由于个人电脑、移动通信和高速数据传输设备的发展需求，电子厂商们越加迫切地追求电子产品的高性能、优品质、低成本、低功耗和微小封装尺寸。因此必须采用少量的IC器件和面积尽可能小的PCB板(Printed Circuit Board)研制高集成化的复杂系统，这些要求进一步促进了集成工艺

17、的发展。 黑大电子工程学院 1999年，以0.18微米工艺为基础的百万门器件已经出现，并且集成工艺逐步达到了0.13微米和0.1微米。近几年，深亚微米甚至纳米工艺的发展不断支持产品集成化程度的进步，使电子产品进入了片上系统SoC ( System On Chip)时代。片上系统设计将电路设计、系统设计、硬件设计、软件设计和体系结构设计集合于一体。 黑大电子工程学院 2电子产品 设计周期缩短 更新快速 快速推出新产品，对市场做出快速的反应，可以获得更大的市场份额和更大的利润。 随着集成电路的发展，传统的设计方法不能满足要求，EDA技术已经渗透到电子系统和集成电路设计的各个环节。设计人员可以借助开

18、发软件的帮助来完成复杂、烦琐的设计工作。 黑大电子工程学院 电子设计自动化的发展历史20世纪70年代 计算机辅助设计CAD ( computer Aided Design)将电子设计中涉及的许多计算用计算机程序实现。 20世纪80年代 计算机辅助工程CAE ( Computer Aided Engineering)计算机绘图软件出现，减轻了设计人员的劳动强度。 20世纪90年后期 以高级语言描述、系统及仿真和综合技术为特征的第三代EDA工具。 黑大电子工程学院 目前数字化系统的EDA可以直接根据设计要求以自顶向下的方式设计，可以相应地完成系统描述、仿真、集成和验证等多个环节，直到最后生成所需器

19、件。 设计人员借助开发软件的帮助，可以将设计过程中的许多细节问题抛开。将注意力集中在产品的总体开发上。这样大大减轻了工作人员的工作量，提高了设计效率，减少了复杂工序，缩短了开发周期，实现了真正意义上的电子设计自动化 黑大电子工程学院 1、SoC( system on chip ) 系统设计方法系统设计方法 对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专用集成电路ASIC （ Application Specific Integrated Circuit）实现，然后采用硬件描述语言（HDL）完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件。2.1.2 基于基于EDA

20、的设计方法的设计方法 黑大电子工程学院 2、SoC系统设计方法的流程系统设计方法的流程( Top-Down) 从系统设计入手，在顶层进行功能方框图的划分和结构设计。在方框图一级进行仿真、纠错，并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述，在系统一级进行验证。然后用综合优化工具生成具体的门电路的网表，其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的，这不仅有利于早期发现结构设计上的错误，避免设计工作的浪费，而且也减少了逻辑功能仿真的工作量，提高了设计的成功率。 黑大电子工程学院 3、基于概念驱动的设计、基于概念驱动的设计 设计人员无需通过门级原理图描

21、述电路，而是针对设计目标进行功能描述，由于摆脱了电路细节的束缚，设计人员可以把精力集中到创造性的概念构思与方案上，一旦这些概念构思以高层次描述的形式输入计算机后，EDA工具就能以规则驱动的方式自动完成整个设计。 黑大电子工程学院 2.1.3 EDA的主要作用：的主要作用：1、验证电路方案设计的正确性、验证电路方案设计的正确性 当要求的系统功能确定之后，首先采用系统仿真或结构模拟的方法验证系统方案的可行性，这只要确定系统各环节的数学模型便可实现。进而对构成系统的各电路结构进行模拟分析，以判断电路结构设计的正确性及性能的可实现性。2、电路设计的优化设计、电路设计的优化设计 器件参数的容差额和工作环

22、境温度将对电路工作的稳定性产生影响。采用统计分析方法，便于确定最佳元件参数、最佳电路结构以及适当的系统稳定裕度，真正做到电路的优化设计。 黑大电子工程学院 3、实现电路特性的模拟测试、实现电路特性的模拟测试 电子设计过程中，要做大量的数据测试及特性分析工作。采用EDA方式，可以实现全功能测试，可以直接模拟各种恶劣工作环境及各种极限条件下的电路特性而不用担心器件或电路在测试中被损坏。 黑大电子工程学院 2.2 EDA开发系统简介开发系统简介返回返回 2.2.1 EDA开发系统概述开发系统概述目前电子设计自动化已形成两大主流：1由软件公司开发的设计、制版、仿真和测试系统软件。 此类系统软件一般可以

23、有以下功能： 通用逻辑设计 （含系统设计、逻辑综合、逻辑模拟、故障模拟） 通用模拟电路的模拟 印制版设计 电路图绘制 元件（模型、符号、参数）库的建立与修改2由半导体器件公司研制、以PLD器件为主的数字电路 系统设计开发软件 黑大电子工程学院 2.2.2 EDA开发系统的描述语言与器件开发系统的描述语言与器件可编程逻辑器件 PLD(Programmable Logic Device)是用于专用集成电路ASIC(Application Specific Integrated Circuit)的设计的通用器件，它的逻辑功能是由用户对器件编程来设定的。 黑大电子工程学院 目前生产和使用的PLD产品主

24、要有： 1 现场可编程逻辑阵列FPLA (Field Programmable Logic Array) 2.可编程阵列逻辑PAL (Programmable Array Logic) 3.通用逻辑阵列GAL(Generic Array logic) 4.可擦除的可编程逻辑器件EPLD(Erasable Programmable Logic Device) 5.现场可编程门阵列FPGA (Field Programmable Gate Array) 6.复杂可编程器件CPLD(Complex Programmable Logic Device)FPGA的二维逻辑阵列模块是基于查找表（Look-

25、Up-Table）结构的，其中寄存器资源比较丰富，适合做同步时序电路较多的设计。CPLD是基于乘积项结构的，其中组合逻辑资源比较丰富，适合做组合电路较多的设计。 黑大电子工程学院 描述语言描述语言每个开发系统都有自己的描述语言，为了便于各系统之间的兼容，IEEE公布了几种标准语言最常用的是以下两种： VHDL(Very high speed integrated circuit Hardware Describe Language)超高速集成电路硬件描述语言。由美国国防部于20世纪80年代初推出，于1987和1993年两次定为IEEE标准。 Verilog是美国Gateway Design A

26、utomation公司于20世纪80年代开发的逻辑模拟器VerilogXL所用的硬件描述语言。1989年Cadence公司收购该公司后于1990年公开以Verilog HDL名称发表。1995年定为IEEE协会标准，即IEEE13641995. 黑大电子工程学院 2.2.3 常见常见EDA开发软件及其电路原理图设计功开发软件及其电路原理图设计功 能模块能模块1、OrCAD 9.1 与与 OrCAD Capture CISComponent information system 由OrCAD公司推出，主要用于电路原理图设计、PCB版图设计、电路仿真以及可编程逻辑器件设计，其具有的仿真工具以及用图

27、形化输入使得电路设计十分方便。2、通用设计软件、通用设计软件Protel 与与 99SE 是原Tango软件的升级产品，由澳大利亚 Protel 公司推出，主要用于电路原理图设计、自动布线、制版及信号波形分析、电路仿真以及通用可编程逻辑器件设计。 黑大电子工程学院 3、电路设计软件、电路设计软件EWB与与Multisim 加拿大Interactive Image Technologies (IIT)公司推 出，其第6版更名为Multisim 2000。可用于电路原理图创建（元件库可扩充、模型与参数可以修改）、电路的仿真测试和分析，并有10种虚拟仪器供分析测试使用。支持VHDL和Verilog语

28、言。 无印制版设计和自动布线功能。 4、系统模拟软件、系统模拟软件system view Elanix公司推出的一个动态系统设计、仿真和分析的可视化设计软件，主要用于信号处理、通信与控制工程、数字信号处理DSP以及线性或非线性系统。 黑大电子工程学院 5、PCB专业设计软件包专业设计软件包Power PCB 与与Power Logic Power Logic是多页面的原理图输入工具，提供了设计中的转换页面、编辑在线元件和库管理等，是一个独立的原理图编辑软件，与PCB软件配套，是专门为PCB设计而设计的图形输入软件，没有仿真等功能。 Power PCB提供了布局工具、动态布线编辑、动态电性能检查

29、、自动尺寸标注和强大的计算机辅助制造CAM（Computer Aided Manufacturing）功能。 黑大电子工程学院 微电子和集成电路专业常用软件包微电子和集成电路专业常用软件包1、Spice 用于模拟集成电路设计和仿真用于模拟集成电路设计和仿真2、Max+Plus用于用于FPGA/CPLD的集成电路设的集成电路设计和仿真计和仿真主题主题 黑大电子工程学院 第三章第三章 安装安装OrCAD PSpice目录目录3.1 安装安装PSpice的环境要求的环境要求CPU: Intel Pentium 90MHz内存：内存：16MB RAM（推荐使用（推荐使用32MB）硬盘：硬盘：90MB其

30、他：其他：CD-ROM、鼠标等、鼠标等 黑大电子工程学院 3.2 安装安装OrCAD PSpice程序程序点击点击 黑大电子工程学院 点击点击 黑大电子工程学院 点击点击 黑大电子工程学院 选择选择 黑大电子工程学院 点击点击 黑大电子工程学院 点击点击 黑大电子工程学院 点击点击 黑大电子工程学院 点击点击 黑大电子工程学院 点击点击 黑大电子工程学院 帮助文件帮助文件主题主题 黑大电子工程学院 本讲总结本讲总结目录目录 Spice是（是（Simulation Program With Integrated circuit Emphasis）缩写）缩写。模拟仿真已成为模拟仿真已成为PSpic

31、e典型功能。典型功能。用户以（用户以（文本或图形文本或图形)（2种）种）方式输入有关电路信息，包括拓扑结构、元件方式输入有关电路信息，包括拓扑结构、元件模型、分析类型和输出类型。模型、分析类型和输出类型。PSpice8.0 有有9个功能模块，分别为：个功能模块，分别为： （ DesignLab Design manager ）（Microsim Schematics ） （ PSpice A/D ） （Microsim PCBoards ） （ Optimizer ）（）（ Parts ）（）（ Microsim Probe ）（）（stimulus Editor）（ Microsim Text e