《电子电路CAD技术》课件-[自动保存的]

1、电子电路CAD技术主讲教师：余 淼光电工程学院光电信息专业本课程是为 “测控技术与仪器”、“光电信息工程”、“电子科学与技术”及相关专业的本科生开设的一门专业选修课程。本课程的目的和任务是使学生通过本课程的学习，了解电子电路CAD的基本概念，掌握一些基本的电子电路CAD软件的使用方法，为后续学习以及从事电子电路设计工作打好基础。其主要任务是：（1）学习OrCAD /PSpice A/D 9 软件包，包括绘图、分析、波形显示、激励信号设置等模块。（2）学习电路特性分析方法，包括基本直流分析、直流DC扫描、交流小信号AC分析和瞬态分析TRAN、参数扫描分析、统计分析。（3）学习波形显示的基本功能和

2、使用方法，以及电路性能分析高级技术。（4）学习逻辑模拟及数/模电路的混合模拟。（5）通过学习培养学生能独立利用CAD软件对电路进行分析的能力，并能正确地显示信号波形和分析波形。使用教材：潘银松等编. 电子电路CAD. 重庆大学出版社，2007年3月.参考书目：1 贾新章编. OrCAD/PSpice 9 实用教程. 西安电子科技大学出版社，1999年10月.2 贾新章等编. OrCAD/Capture CIS 9 实用教程. 西安电子科技大学出版社，2000年11月.3 张义和编. 全能电路图设计 OrCAD Capture V9. 中国铁道出版社，2000年4月.4 郑光钦编. 全能混合电路

3、仿真OrCAD PSpice A/D V9. 中国铁道出版社，2003年3月.成绩评定的内容主要包括课程结束考试、阶段测试和平时成绩等。阶段测试以实验报告为主，平时成绩包括出勤情况、课堂互动等。理论课程结束考试采取上机闭卷考试，成绩原则上占课程总成绩的70%。 目 录 第6章 电路优化设计 第3章 PSpice软件与电路仿真分析 第1章 概论 第2章 电路原理图的绘制及后处理 第4章 波形的显示与分析 第5章 逻辑模拟和数模混合模拟 第章 绪论CAD(Computer Aided Design)技术是指以计算机硬件和软件为基本工作平台，继承和借鉴前人在电路和系统、图论、拓扑逻辑优化和人工智能理

4、论等多学科的最新科技成果而研制成的通用支撑软件和应用软件包，帮助设计人开发新的电子系统与电路、集成电路（IC）、印制电路板（PCB）、现场可编程门阵列（FPGA）、复杂可编程逻辑器件（CPLD）等产品，实现在计算机上调用元器件库、绘制电路图、编制激励信号文件、确定踊踪点、调用参数库以及模拟程序等手段去设计电路。EDA（Electronic Design Automation）电子电路设计：按给定功能、特性指标确定采用的电路结构及元器件参数值设计PCB。1.1 CAD技术和电子EDA传统方法：以上设计过程均由人工完成人工设计。其方案验证通常由搭电路方式进行费钱、费时、效率低。随设计要求提高和计算

5、机广泛应用，电子线路设计也发生了根本性的变革，-CAD和EDA.计算机辅助设计(CAD)由设计者根据要求进行总体设计，提出具体方案，利用计算机存储容量大、运行速度快的特点，由人用电子电路CAD软件对设计方案进行模拟评价，设计检验和数据处理等，如有错误或不理想，再重复上述过程。由人(主导地位)和计算机通过CAD软件来共同完成电子电路的设计任务。电子设计自动化EDA（Electronic Design Automation)技术是从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。EDA技术的发展分为三个阶段：20世纪70年代，

6、MOS工艺广泛应用。可编程逻辑技术及其器件已问世，人们开始利用计算机取代手工劳动，辅助进行集成电路板图编辑、PCB布局布线等工作。20世纪80年代，集成电路设计进入了CMOS（互补场效应管）时代。复杂可编程逻辑技术器件已经进入商业时代，相应的辅助设计软件也已投入使用，这个阶段硬件描述语言出现了。20世纪90年代，硬件描述语言标准化确立，计算机辅助工程、辅助分析和辅助设计在电子技术领域获得更加广泛的应用21世纪后，得到 了更大的民展，突出表现在以下几个方面：设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达和确认成为可能；在仿真和设计两方面支持标准硬件描述语言的功能强在的EDA软件不断推出；传统的电路系统

7、设计建模理念发生了重大的变化；EDA使得电子领域各学科的界限更加模糊，更加互为包容；更大规模的FPGA和CPLD器件的不断推出；基于EDA工具的ASIC设计标准单元已涵盖大规模电子系统及IP核模块；软硬件IP核在电子行业的产业领域、技术领域和设计应用领域得到进一步确认；片上系统（SOC）高效低成本设计技术成熟。 ORCAD软件是由ORCAD公司于20世纪80年代末推出的EDA软件，早期的ORCAD软件是工作于DOS环境下的ORCAD4.0，集成了电路原理图绘制、印制电路板设计、数字电路仿真、可编程逻辑器件设计等功能，后来与Cadence公司合并后，ORCAD系列软件可工作于Windows95与

8、Windows NT环境下，集成了电路原理图绘制、印刷电路板设计、模拟与数字电路混合仿真等功能。它的电路模拟的元器件模型库已达到16000个，包含了几乎所有的通用型电路元器件模块，其软件系统结构如图1-1所示。它包括了电子设计的四项核心设计任务：1.2 电子电路CAD软件ORCAD可单独使用，又构成完整系统逻辑模拟，VHDL综合 仿真10万门以上，Xilinx,Altera,Lattice30层 1um 1/60度 可3维显示 OrCAD软件的功能特点 (1)高集成性 ； (2)模块化、层次化设计和按项目有效管理 ； (3)强大的电路模拟和波形显示功能 ； (4)丰富的元器件模型库和封装库及扩

9、充功能 ； (5)强大的电路印制板设计功能 (6) 具有与多种EDA和CAD应用软件交换数据的功能 (7) 功能强大的机械接口和计算机辅助加工接口 (8) 软件的广泛适用性 PSpice软件的发展 Berkley: SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) 1972 首次推出SPICE 1975 SPICE实用版(博士论文), 免费推广使用。 1982 发展为电路模拟的“ 标准”软件。 开始有偿使用。MicroSim: 1983 用于PC机的PSpice1 (对应SPICE2G5版本) OrCAD: 1998.4 与

10、MicroSim合并 ，推出OrCAD/ PSpice8 2000.6 OrCAD/PSpice9.2 2003 OrCAD/PSpice10 电路模拟软件内部工作原理OrCAD/Pspice 9的配套软件 OrCAD是一个软件包，核心软件是PSpice A/D，为使模拟工作做得更快更好，OrCAD软件包中还提供了以下5个配套软件与之相配合。 （1）电路图生成软件（Capture） 其主要功能是以人机交互方式在屏幕上绘制电路图，设置电路中元器件的参数，生成多种格式要求的电连接网表。在该程序中可直接运行 PSpice及其它配套软件。 （2）激励信号编辑软件（StmEd：Stimulus Edit

11、or） 其主要功能是生成电路模拟中需要的各信号源。包括瞬态分析中需要的脉冲、分段线性、调幅正弦、调频、指数等5种信号波形和逻辑模拟中需要的时钟、脉冲、总线等各种信号。 （3）模型参数提取软件（ModelEd：Model Editor） 其主要功能是提取来自厂家的器件的数据信息，生成所需要的模型参数。尽管PSpiceA/D的模型库中提供了一万多种元器件的模型参数，但在实际应用中仍有用户觉得不够用，这时ModelEd软件就显得至关重要。 （4）波形显示和分析模块（Probe） 其主要功能是将Pspice的分析结果用图形显示出来。不仅能显示电压、电流这些基本电路参量的波形，还可显示由基本参量组成的任

12、意表达式的波形，所以有“示波器”之称。 （5）优化程序（Optimizer） 其主要功能是自动调整元器件的参数设计值，使电路的特性得到改善，实现电路的优化设计。 OrCAD软件包中5个配套软件之间的相互关系运行OrCAD/Pspice A/D 的有关规定Pspice A/D支持的元器件类型Pspice A/D中的数字和单位Pspice A/D中的运算表达式和函数电路图中的节点编号输出变量的基本表示格式输出变量的别名表示(Alias)Pspice A/D支持的元器件类型附录A 常用元件符号、含义以及所属的库元件符号含义所属的库C电容AnalogE电压控制电压源AnalogF电流控制电流源Anal

13、ogG电压控制电流源AnalogH电流控制电压源AnalogK_Linear耦合系数AnalogL电感AnalogOPAMP理想运算放大器AnalogR电阻AnalogXFRM_LINEAR空心变压器AnalogIAC交流电流源(以频率为变量)SourceIDC直流电流源SourceIEXP指数电流源SourceIPULSE脉冲电流源SourceIPWL分段线性电流源SourceIPWL_ENH周期性分段线性电流源SourceISIN正弦电流源(以时间为变量)SourceVAC交流电压源(以频率为变量)SourceVDC直流电压源SourceVEXP指数电压源SourceVPULSE脉冲电压源

14、SourceVPWL分段线性电压源SourceVPWL_ENH周期性分段线性电压源SourceVSIN正弦电压源(以时间为变量)SourceSw_tClose开关，于t时刻闭合ANL_MISCSw_tOpen开关，于t时刻打开ANL_MISCPARAM设置元件参数为变量SPECIALPspice A/D中的数字和单位数字：在Pspice A/D中，数字采用通常的科学方式，即可以使用整数、小数和以10为底的指数。用指数表示时，字母E代表作为底数的10。对于比较大或比较小的数字，还可以采用下表 符号 比例因子 符号 比例因子f10-15m10-3p10-12k10+3n10-9MEG10+6u10

15、-6G10+9mil25.4 10-6T10+12特别注意：（1）比例因子可用大写也可用小写，如m和M都表示10-3。而国标规定，m表示10-3，M表示10+6，我们通常的习惯也是这样。为了防止混淆，在该软件中用MEG表示10+6。这一点在使用时应特别小心。（2）比例因子只能用英文字母，如10-6用U或u表示。电感值L=110-6H，应写成L=1uH（或1U）。（3）我们习惯上表示电容为多少法（F）时可以省略单位，但PSPICE A/D中的F是飞（10-15），因此在表示电容值时，应注明其单位。电路图中的节点编号由设计者设置的节点名称为电路端口符号确定的节点名称用元器件的引出端作为节点号名称用

16、数字编排作为节点序号。输出变量的基本表示格式（1）电压变量的基本格式输出变量是一个电压：V（节点号1，节点号2）（2）电流变量的基本格式输出变量是一个电流。I（元器件编号，引出端名）输出变量的别名表示(Alias) （1）交流小信号AC分析中的输出变量名 VAC标示符（节点号1，节点号2） VAC标示符（元器件编号：引出端名）（2）用元器件引出端名表示的输出变量第2章 电路原理图的绘制及后处理 电路图的绘制及后处理是由OrCAD/Capture CIS软件完成。本章主要介绍应用OrCAD/Capture CIS软件进行电路设计的方法，结合结合单页式电路图的绘制，详细介绍电路图编辑模块的基本操作

17、方法。1 设计项目管理模块（管理电路图的绘制，处理电路图与ORCAD中其他软件之间的接口和数据交换等）2 电路图绘制模块（生成各种类型的电路设计原理图）3 电路设计的后处理工具（对电路图中的元器件进行自动编号、设计规则检查、输出各种统计报告以及生成供几十种其他CAD软件调用的电连接网表文件）4 元器件符号编辑和建库模块（有常用的元器件符号，对符号库中的元器件符号图形进行编辑修改，或者添加新的元器件图形符号）5 元器件信息管理系统CIS（对元器件的使用和库存实施高效管理，可通过Internet查找元器件）OrCAD/Capture软件一 OrCAD/Capture CIS软件的构成OrCAD/C

18、apture软件Capture设计过程主要由四部分 设置原理图设计环境新建Design Project and Schematic绘制原理图设计后续处理1 Capture与PSpice和Layout集成在一个软件包中2 orCAD软件包对电路设计采用项目管理3 电路结构采用单页式、拼接式和分层式4 可以为元器件添加用户自定义属性参数5 采用CIS模块，可以对公司内部的元器件信息实施高效管理二 OrCAD/Capture CIS软件的功能特点项目管理器中包含了3类文件电路设计文件中间结果输出文件与运行有关的文件三 OrCAD/Capture CIS中的窗口界面1 Project Manager

19、（管理与原理图相关的一系列文件，相当于资源管理器）2 Page Editor（原理图窗口，相当于一张图纸。）3 Session Log（用于显示相关操作的提示或出错信息。） 4 Browse窗口 5 元器件符号图形编辑窗口 四 基本名词术语1与电路设计项目有关的名词术语2关于电路图组成元素的名词术语一 调用orCAD/Capture CIS软件 选择“开始”“程序”“OrCAD Release 9.1”“Capture CIS”，以进入Capture 的工作环境电路图的绘制二、创建新项目在菜单栏中选择filenewProjectName:键入项目名称,如 dipLocation：点 Brows

20、e选择项目名保存的路径，如 F:orcadCreate a New Project Using：工程项目后续处理功能选择：Analog or Mixed-signal Circuit 本工程以后将进行数/模混合仿真PC Board Wizard 本工程以后将用来进行印刷版图设计Programmable Logic Wizard 本工程以后将用于可编程器件的设计(在9.2版本已经不支持)Schematic本工程只进行原理图设计 在Create a New Project Using复选框中选择Analog or Mixed-Signal Circuit单击“OK”输入工程名数模混合分析印制电路板

21、设计电路图用于CPLD设计绘制一般电路图 三 . 配置元器件符号库 在这里为你将要画的电路选择元器件符号库。 你所画电路需要哪个库文件，就在左框中选中，点击Add按钮，即将该库文件增至右框。反之，从右框选中一个库文件，点击Remove按钮，即将该库文件从右框剔除。 四. 进入设计项目管理窗口 五. 进入电路图编辑窗口绘图快捷键：一、Capture运行环境配置Page Editor运行环境配置1、Colors/Print（用于设置电路图中30种组成元素在屏幕上显示 的色彩，以及在输出打印时是否要打印在电路图纸上）2、Grid Display（用于坐标网格有关的参数）3、Pan and Zoom（

22、用于设置缩放显示电路图时的倍率变化值和电路图在窗口中流动显示时的移动幅度的大小）4、Select（用于设置电路图编辑窗口和元器件符号编辑窗口的选中判断依据，以及移动过程中动态显示元器件外形的个数）5、Miscellaneous（用于环境参数的其他杂项的设置）6、Text Editor（用于设置以VHDL语言作为电路图输入描述时的有关参数设置）二、新设计项目的Design环境设置六 元器件的绘制1 绘制元器件的步骤电阻 R电感 L电容 C二极管 D三极管 Q压控开关S电压源 V电流源 I电压控制电流源 G点击点击part search按钮，调出下面的器件搜索对话框 2 说明1）元件放置快键菜单

23、在绘制电路图的过程中，点击鼠标右键，屏幕上将出现快键菜单：Mirror Horizontally 和 Mirror Vertically将元器件符号对轴和轴作镜像翻转； Rotate将元器件符号逆时针转900 ；Edit Properties修改元器件的属性参数。2） 关于元器件符号库 TTL 74系列 CMOS 4000系列 BIPOLAR：各种双极晶体管 OPAMP：各种运算放大器 ANALOG：电阻、电容、电感等 BREAKOUT：参数可变的元器件 SOURCE：激励源SOURCSTM：激励源SPECIAL：一些特殊符号Design Cache：绘图过程中自动形成的七 电源与接地符号的绘

24、制1 电源符号与接地符号的特点 两种类型的电源符号：一类是CAPSYM库中提供的四种电源符号，它仅仅是一种符号，不具备任何电压值，但有全局相连的特点。另一类是由SOURCE库所提供的，可赋一定的电平值，选择执行Place/Part “接地”符号，选择执行Place/Ground，也有全局相连的特点2 电源和接地符号的选用原则 模拟电路中用Place/Part子命令。数字电路高低电平用Place/Power，从SOURCE库中选用。调用PSpice对电路进行模拟分析时，电路中一定要用一个电位为零的接地点 选择执行Place/Ground，其符号名为0。 如使用CAPSYM库中的电源符号，应对其符

25、号进一步说明电平值。 八 引出端开路符号的绘制1 No Connect符号的作用 在一个电路中有些元器件引脚不需连接的，在进行设计规则检查时将会出现浮置情况，系统将发出警告信息，可以在此处放置一个No Connect符号，系统就认为是正常的。2 绘制No Connect符号的步骤 Place/No Connect九 端口连接符号的绘制1 OffConnector符号的作用 有几张图纸时，各图纸之间的连接关系用OffConnector表示，具有相同名称的端口连接符号之间在电学上是相连的即使是单页式电路图内部，未用互连线连接，具有相同名称的OffConnector在电学上也是相连的2 端口连接符号

26、的种类 CAPSYM.OLB库中的端口连接符号有两种：OFFPAGELEFT-L 和OFFPAGELEFT-R3 绘制步骤 Place/ OffConnector 十 图纸标题栏的绘制绘制电路图时，系统会自动在每一张电路图纸的右下角放置图纸标题栏。用户也可以删去此标题栏，选择执行Place/Title Block自己放置一个格式的标题栏。十一 互连线的绘制Place/Wire结束绘制互连线的状态并使光标恢复为箭头的方法有：1按Esc2快捷菜单选择执行End Wire3点击Place工具按钮中的Selection区别：结束当前绘制的一段互连线的方法1 绘制互连线的基本步骤2 任意角度走向互连线的

27、绘制一般的方法只能900 转弯,在未结束本互连线时先按下Shift键，再用鼠标控制光标的移动，进行任意角度走向的互连线3 互连线与元器件连接关系的判断元器件符号调至电路图时，每一个引线端头都有一个空心方形的连接区，若有互连线线将元器件连接起这个空心方形连接区就自动消失只有在交点处出现实心圆形状的连接结点，才表示这两条互连线在电学上是相连的形成连接结点的方法有两种： (1)在绘制互连线的过程中，使十字交叉点或丁字形相接点成为一段互连线的端头，该位置就会自动出现连接结点。 (2) 人为放置电连接结点 注意:为了保证互连线端头与元器件的端头准确对接，就选择工具栏中的“Snap To grid”。4

28、互连线之间连接关系的判断 十二 电连接结点的绘制Place/Junction 十三 节点别名的设置 设置节点名。例如，想把输出端的节点起名为Out。步骤如下：（1）启动Place/Net Alias命令，或按对应的绘图快捷键，屏幕上出现设置框。在设置框中键入节点名（例Out）。（2） 按OK键，则光标处 附着一个小方框，将光标 移至设置节点名的位置，按鼠标左键，新节点名 即出现在该位置。例子：绘制差分电路电路图的编辑修改一 电路元素的编辑修改元素的选中元素的改变、移动、复制和删除 二 元器件属性的编辑修改1、电路元素的属性参数 电路中绝大多数元素都有相应的属性参，用于表示与该电路元素有关的各种

29、信息，但是有少数电路元素如电连结点等没有属性参数。 电路元素的属性参数的分类： 固有属性参数：如编号、元器件值以及这些参数在电路图中显示时采用的颜色、字体、方向等，这类参数用户可以修改参数的设置，但不能删除。 用户定义的属性参数：在调用其他软件或模块对绘制好的电路图进行处理时，往往需要给电路元素添加一部分参数，如价格、生产厂家等。2、属性参数的编辑修改方法属性参数编辑器（Property Editor)属性参数修改对话框（Dialog Box)参数浏览列表编辑器（Browse Spread Editor)Part EditorUpdate Property File 3、属性参数编辑器属性参数

30、编辑器的启动属性参数编辑器的基本结构属性参数编辑器中的基本操作属性参数编辑器中参数值的修改方法修改不同类型元器件的属性参数时应注意的几个问题 4、属性参数修改对话框 双击查看元器件项目参数表幅值器件名属性显示方式设置电路图的显示和打印输出电路图的显示屏幕上显示的大小、区域进行调整（View/Zoom)坐标网格点（View/Grid)图幅分区(View/Reference)电路图显示的快速定位(View/Go To) 电路图的打印输出打印机的设置1、输出设备设置2、纸张设置3、打印方向设置打印参数设置1、打印倍率的设置 2、打印偏移量的确定 3、打印文件的生成 4、其他参数的设置输出预览采用打印

31、机或绘图输出的步骤 1、文件名：（姓名） 2、项目名：chafengdui 3、按电路图的进行修改 （1）元件值为红色 （2）元件名蓝色；字体为Arial粗体 画图要求 电路图的后处理 一 电路图后处理的一般流程及其命令菜单电路设计的后处理流程第三阶段第二阶段第一阶段电路设计开始元器件编号（Annotate）设计规则检查（DRC：Design Rules Check）元器件信息统计（Cross Reference） (Update Properties)元器件属性参数更新 (Export Properties) （Import Properties)电连接网表文件（Create Netlist

32、）统计报表生成（BOM：Bill of Materials）第四阶段后处理命令菜单Toots 二 元器件编号的更新（Tools/Annotate）1、Scope2、Action3、Mode4、Physical Packaging5、Reset reference numbers to begin at 1 in each page 6、Do not change the page number三 设计规则检验（Tools/Design Rules Check）1、在设计项目管理窗口中，选中需进行DRC检验的一页或多页电路图纸。2、选择执行Tools/Design Rules Check得对应的

33、对话框。3、在Action一栏中确定运行DRC的工作内容。4、一栏共有12项设置，用于指定在完成DRC检查后输出报告文件中应包括的信息。 设计规则检验的步骤 四 电连接网表文件生成（ Tools/Create Netlist） 五 元器件报表生成（Tools/Cross Reference）六 元器件统计报表生成（Tools/ Bill of Materials）OrCAD/Capture与OrCAD/Layout1 引线Layout属性参数的设置步骤 二 Layout格式属性参数的设置2 为元器件设置Layout属性参数 3 为节点设置Layout属性参数一 OrCAD/Layout生成电路

34、设计的步骤三 Capture与Layout之间的交互作用 四 供PSpice和Layout调用的电路设计 绘制好电路图后，即可调用OrCAD软件包中的Pspice软件对电路进行模拟。本章有介绍OrCAD/Pspice软件结构和功能特点的基础上，重点介绍应用OrCAD/Pspice软件对模拟电路进行计算机模拟的方法。对优化、逻辑模拟和数模混合模拟放在其它章节介绍。 OrCAD/Pspice软件 Pspice软件可以完成电路模拟分析。 一、 OrCAD五个模块之间的关系为：第3章 PSpice软件与电路仿真分析 OrCAD软件包中5个配套软件之间的相互关系输入电路图；实现设计项目统一管理交互方式生

35、成电路模拟中需要的各激励信号波形A.瞬态分析中需要的脉冲、分段线性、调幅正弦、调频和指数信号等5种波形；B.逻辑模拟中需要的时钟信号、各种形状的脉冲及总线信号。基本直流工作点计算、直流DC扫描、交流小信号AC分析和瞬态TRAN分析生成电路模拟时需要的模型参数显示电压、电流波形；对模拟结果再分析处理；数字电路中逻辑错误问题的检测根据约束条件，自动调整电路元器件参数，满足电路指标要求。 二、PSpiceA/D支持的元器件类型 (1)基本无源元件，如电阻、电容、电感、传输线等。 (2)常用的半导体器件，如二极管、双极晶体管、结型场效应管、MOS管等。 (3)独立电压源和独立电流源。 (4)各种受控电

36、压源、受控电流源和受控开关。 (5)基本数字电路单元，如门电路、传输门、触发器、可编程逻辑阵列等。 (6)常用单元电路，如运算放大器、555定时器等。在这里集成电路可作为一个单元电路整体出现在电路中，而不必考虑该单元电路的内部结构。 PspiceA/D可支持的元器件类别及其字母代号 字母代号 元器件类型 字母代号 元器件类型BCaAs场效应管N数字输入C电容O数字输出D二极管Q双极晶体管E压控电压源R电阻F流控电流源S电压控制开关G压控电流源T传输线H流控电压源U数字电路单元I独立电流源USTIM数字电路信号源JJFET结型场效应管V独立电压源K互感、传输线耦合W电流控制开关L电感X单元子电路

37、调用MMOS场效应管 ZIGBT管 三、PSpiceA/D分析的电路特性 可分析的电路特性有6类15种。 类别电路物性直流特性（1）直流工作点（Bias Point Detail）（2）直流灵敏度（DC Sensitivity）（3）直流传输特性（TF:Transfer Function）（4）直流特性扫描（DC Sweep）交流特性（1）交流小信号频率特性（AC Sweep）（2）噪声特性（Noise）瞬态特性（1）瞬态响应（Transient Analysis）（2）付里叶分析（Fourier Analysis）参数扫描（1）温度特性（Temperature Analysis）（2）参数扫

38、描（Parametric Analysis）统计分析（1）蒙特卡诺分析（MC：Monte Carlo）（2）最坏情况分析（WC：Worst Case逻辑模拟（1）逻辑模拟（Digital Simulaion）（2）数/模混合模拟（Mixed A/D Simulation）（3）最坏情况时序分析（Worst-case timing Analysis） 四 . 电路模拟的基本过程 采用OrCAD/PSpice软件对电路设计方案进行电路模拟的基本过程分8个阶段； 新建设计项目（Project）电路图生成（OrCAD/Capture）电路特性分析要求设计（Profile）电路模拟（PSpiceA/D）

39、模拟结果分析（PSpice/Probe）优化设计（PSpice/Optimixer）设计满足要求否？设计结果输出 否 是模拟电路分析计算的基本过程 一、绘制电路图 二、特性分析类型确定和参数设置 （1）调出PSpice命令菜单 在Capture中执行PSpice出现PSpice菜单。 （2）建立模拟类型分组 执行PSpice/New Simulation Profile子命令 （3）设置模拟类型和参数 完成上述设置后，点击Create按钮，出现设置框。 Analysis标签页中需设置3方面的内容： 1、基本分析类型的设定； （2）模拟类型组中其他分析类型的选定； （3）分析参数的设置。 三、模

40、拟分析计算 执行RUN命令，进行分析计算。并分别生成.dat和.out为扩展名的两种结果数据文件。 四、电路模拟结果分析 （1）模拟结果信号波形分析 模拟结果正确，则会调用Probe，显示信号的分析波形。 （2）出错信息显示分析 对于显示的出错信息，应进行分析，然后确定是否修改电路图、改变分析参数设置或采取措施解决不收敛问题。 （3）模拟结果输出文件查阅。 一 . 静态工作点分析 静态工作点分析就是将电路中的电容开路，电感短路，对各个信号源取其直流电平值，计算电路的直流偏置量。直流工作点分析（Bias Point Detail） 例：求基本放大电路的静态工作点。步骤如下： （1）用Captur

41、e软件画好电路图。 （2） 建立模拟类型分组。 建立模拟类型分组的目的是为了便于管理。OrCAD/PSpice 10将基本直流分析、直流扫描分析、交流分析和瞬态分析规定为4种基本分析类型。每一个模拟类型分组中只能包含其中的一种，但可以同时包括温度分析、参数扫描和蒙托卡诺分析等。 在电路图编辑窗口（Page Editor）下，点击PSpice/New Simulation Profile命令，屏幕上出现模拟类型分组对话框。 在Name栏键入模拟 类型组的名称，本例取名为DC。 （3）设置分析类型和参数。 在Analysis type栏中选“Bias Point”。 在Option栏中选“Gene

42、ral Settings”。 在Output File Options栏中选“Include detailed bias point information for nonlinear controlled sources and semiconductors”如果选择此部分，则进行直流灵敏度分析 （4）运行Pspice。 启动Pspice/Run命令，软件开始分析计算。 （5）查看分析结果。 分析计算结束后，系统自动调用Probe模块，屏幕上出现Probe窗口。选择View/Output File命令，即可看到本例的文本输出文件DC.out。* BIPOLAR JUNCTION TRANSI

43、STORSNAME Q_Q1 MODEL Q2N2222 IB 3.14E-05 IC 5.35E-03 VBE 6.90E-01 VBC -6.19E-01 VCE 1.31E+00 BETADC 1.70E+02 直流灵敏度分析(DC ensitivity) 灵敏度分析就是定量分析、比较电路特性对每个电路元器件参数的敏感程度。PSpice中直流灵敏度分析是分析指定的节点电压对电路中电阻、独立电压源和独立电流源、电压控制开关和电流控制开关、二极管、双极晶体管共5类元器件参数的敏感度，并将计算结果自动存入OUT输出文件中。需要注意的是对一般规模的电路，灵敏度分析产生的OUT输出文件中包含的数据

44、量将很大。灵敏度的定量表示 Pspice中采用两种不同的方式定量表示直流灵敏度电阻分压电路运行之后在输出文件中查看结果直流传输特性分析（Transfer Function） 直流传输特性分析又称TF分析，就是计算电路的直流小信号增益、输入电阻和输出电阻。用它来求解放大器的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻是最方便的。但是该功能属于直流分析范畴，分析时将电路中的电容开路、电感短路。所以只能用于分析直耦电路，不能分析阻容耦合电路。例：求差动放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。 （1）设置分析类型和参数：在Analysis type栏中选“Bias Point”； 在Option栏中选“Gen

45、eral Settings”。 在Output File Options栏中选“Calculate small-signal DC gail”。 在From Input source栏中填入“Vs”，在To Output栏中填入“V（Vo1，Vo2）”，意思是求传递函数（Vo1-Vo2）/Vs及从Vs 端看进去的输入电阻和从Vo1、Vo2端看进去的输出电阻。 （2）运行Pspice。 （3）查看分析结果。从中可以看出：双端输出的电压放大倍数AV=-152.7输入电阻Ri=20.12kW双端输出的输出电阻Ro=18.9kW * SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS V(OUT

46、1,OUT2)/V_V3 = -1.527E+02 INPUT RESISTANCE AT V_V3 = 2.012E+04 OUTPUT RESISTANCE AT V(OUT1,OUT2) = 1.889E+04参数设置 分析结果 直流特性扫描分析（DC Sweep） 直流分析又称DC分析，就是当电路中某一参数在一定范围内变化时求电路的直流特性。可以利用这一分析作出电路的传输特性曲线、晶体管的输入输出特性曲线等。值得注意的是，DC分析只能用于分析直耦电路，不能分析阻容耦合电路。 直流特性扫描分析(DC Sweep) 直流特性扫描分析的作用是：当电路中某一参数（称为自变量）在一定范围内变化时

47、，对自变量的每一个取值，计算电路的直流偏置特性（称为输出变量）。在分析过程中，将电容开路，电感短路，各个信号源取其直流电平值；若电路中还包括有逻辑单元，则将每个逻辑器件的延时取为0，逻辑信号激励源取其t=0时的值。 在进行直流特性扫描分析时，还可指定一个参变量并确定其变化范围。对参变量的每一个取值，均使自变量在其变化范围内按每一个设定值，计算输出变量的变化情况。直流特性扫描分析在分析放大器的转移特性，逻辑门的高低逻辑阀值等方面均有很大作用。本项目分析又简称为DC分析。 例：差动放大电路如图所示，设三极管Q1、Q2的=50，画出电路的电压传输特性曲线。 （1）用Capture软件画好电路图。 （

48、2）将三极管设置为=50。 （3）设置分析类型和参数： 在Analysis type栏中选“DC Sweep”；在Option栏中选“Primary Sweep”。 在Sweep variable栏中选“Voltage source”，在Name栏中填入“Vs”。意思以电压源Vs作为 变量。 在Sweep type栏中选“Linear”。 在Start栏中填入“-0.3”， 在End栏中填入“+0.3V”， 在Increment栏中填入“0.03V”。 意思是Vs从-0.3V+0.3V作 线性变化，步长为0.03V。 （4）运行Pspice。 （5）查看分析结果：在Probe窗口中，用光标依次

49、点中V（Vo1）和V（Vo2） ，即显示该电路电压传输特性曲线。DC分析的参数设置 4.6.2 DC分析的参数设置DC分析的参数设置例2DC分析的参数设置 交流小信号频率特性分析（AC Sweep） 交流分析又称AC分析，就是求电路的频域响应。当输入信号的频率变化时，它能够计算出电路的幅频响应和相频响应。 作交流分析时，信号源应用交流源VAC或IAC。也可以用前面介绍的5种激励源，但必须在设置参数时为其交流参数AC项赋值。注意不能用正弦源。 例：分析差动放大电路 的频率特性。 （1）用Capture软件画好电路图。信号源Vs选交流电压源VAC，幅值为0.1V。 （2）设置分析类型和参数: 在A

50、nalysis type栏中选“AC Sweep/Noise”。 在Option栏中选“General Settings”。 在AC Sweep Type 栏中选“Logarithmi： Decade”。 （3）在Start栏中填入 “1k”。 在End栏中 填入“10MEG”。 在Points/Decade栏 中填入“4”。意思是每10倍 频间隔计算4个点。 （4）查看分析结果。在Add Trace 对话框下端的“Trace Expression”文本框中键入V（Vo1，Vo2），即显示双端输出的频率特性曲线。 （5）查看双端输出时电压增益的波特图。 在Probe窗口中，执行Trace/Ad

51、d Trace命令，在“Trace Expression”文本框中键入DB（V（Vo1，Vo2）/V（Vs：+），即显示出电压增益的幅频特性曲线。 点选Trace/Add Y Axis ，增加一个纵轴。 在“Trace Expression”文本框中键P（V（Vo1，Vo2）/V（Vs：+），即显示出电压增益的相频特性曲线。具体操作步骤如下：1.绘制电路图（注意元件的来源）2.建立新的仿真文件 或者编辑旧的仿真文件3.设置分析类型为AC SWEEP/NOISE4.设置中选择General Settings5.扫描类型设置为以十为底的对数 起始频率设为 1Hz 结束频率设为 1MEGHz 每单位

52、取样点数设为 106.先不选用噪声分析频率参数设置 运行仿真程序，放置电压探针在out端（或者在Probe 演示窗口中加入V(out)波形 )仿真结果如下： 射放大电路设置步骤如下：1.分析类型选择AC SWEEP/NOISE2.设置中选择General Settings3.扫描类型为以10为底对数 起始频率设为 10 结束频率设为 100meg 每单位取样点数设为100 2交流分析中的输出变量名作交流分析时，输出变量名除了可用基本格式外，还可在基本格式中的关键字V或I后面加一标示符，以表示输出量类型。下表示出了5种标示符及含义。 标示符 含 义示例M输出变量的振幅VM（Out）：接点Out与

53、地之间交流电压振幅DB输出变量的振幅分贝数VDB（Out）：接点Out与地之间交流电压振幅分贝数P输出变量的相位VDP（Out1， Out2）：接点Out1与Out2之间交流电压相位R输出变量的实部VR（Q1：C）：晶体管Q1集电极的交流电压实部I输出变量的虚部VI（Q1：C）：晶体管Q1集电极的交流电压虚部 噪声分析（Noice Analysis） 噪声分析就是计算电路中每个电阻和半导体器件所产生的噪声。因为噪声电平与频率有关，所以噪声分析是与交流分析一起进行的。分析时要选一个节点作为输出节点，选一个独立电源作等效噪声源。Pspice程序在AC分析的每个频率点上，对指定输出端计算出等效输出噪

54、声，同时对指定输入端计算出等效输入噪声。输出和输入噪声电平都对噪声带宽的平方根进行归一化。 例：对差动放大电路进行噪声分析。 （1）设置分析类型和参数：在交流分析参数设置框中添加如下设置：在Noise Analysis 栏中选中“Enabled”。在Output栏中填入“V（Vo1）”。 在I/V栏中填入“Vs”。在Interv栏中填入“30”。意思是以Vo1作为输出节点，以Vs作为等效噪声源，每隔30个频率点输出一份噪声资料。设置完后按“确定”键。 （2）运行Pspice。（3）查看分析结果。在Probe窗口中，执行Trace/Add Trace命令，用光标点选V（INOISE）、V（ONO

55、ISE），即显示出指定输入端、输出端的等效噪声电压与频率的关系曲线。点选Trace/Add Y Axis ，增加一个纵轴。在“Trace Expression”文本框中键DB（V（INOISE）、DB（V（ONOISE）即显示出噪声电压幅频特性。等效输入噪声源位置输出结果间隔的点频数输出噪声的节点变量噪声分析中的参数设置 设置步骤如下：1.分析类型选择AC SWEEP/NOISE2.设置中选择General Settings3.扫描类型为以10为底对数 起始频率设为 10 结束频率设为 100meg 每单位取样点数设为1004.选中Noise Analysis 输出端为 ：V(out) 参考电

56、源为：Vi 噪声报告点频间隔为：100 瞬态特性分析（Transient Analysis） 瞬态分析又称TRAN分析，就是求电路的时域响应。它可在给定输入激励信号情况下，计算电路输出端的瞬态响应，也可在没有激励信号但有贮能元件（如C和L）的情况下，求振荡波形。 1瞬态分析举例 例：基本放大电路，输入端加一正弦信号，求其输出端的瞬态响应。步骤如下：（1）用Capture软件画好电路图。 （2）为正弦信号源设置参数。 （3）建立模拟类型分组。 （4）设置分析类型和参数： 在Analysis type栏中选“Time Domain（Transient）”。 在Option栏中选“General S

57、ettings”。 在Run to栏中填入“2ms”。意思是瞬态分析的终止时间为2ms。 在Start saving data栏中填入“0”。意思是起始时间为0。 在Maximum Step栏中填入“40us”。意思是时间步长为40ms。 （5）运行Pspice。执行Pspice/Run命令。 （6）查看分析结果。 分析计算结束后，系统自动调用Probe模块，屏幕上出现如图所示的Probe窗口。 在Probe窗口中，执行Trace/Add Trace命令，出现Add Trace 对话框。可用以下两种方法选择要显示的变量名： 在对话框左边的输出变量列表中用光标点中要显示的变量名，该变量名即出现在

58、下端的“Trace Expression”文本框中，允许同时点选多个输出变量。 在“Trace Expression” 文本框中键入要显示的 变量名。然后点OK按钮， 选中的变量波形就显示 在屏幕上。 建立两个以上的波形显示区 本例想同时观看输出输入波形，但两者电压幅度相差悬殊，在同一坐标中显示显然是不合适的，可采用添加波形显示区的方法： 在Add Trace 对话框中，选择V（Out），点OK按钮，显示出输出端的波形。 执行Plot/Add Plot to Window命令，屏幕上添加一个空白的波形显示区。 再执行Trace/Add Trace命令，在Add Trace 对话框选择V（Vs:

59、+），点OK按钮，在新加的波形显示区显示出输入信号Vs的波形。 Pspice 对电路进行特性分析时，必须在输入端加激励信号波形。不同的分析类型采用不同类型的输入信号波形。VDC直流源VAC交流源VSIN调幅正弦信号VPULSE脉冲信号VPWL分段线性信号VEXP指数信号输入激励信号波形的设置 2用于瞬态分析的5种激励信号源 （1）脉冲源（PULSE）。 选取脉冲源符号VPULSE或（IPULSE）。 例如设定参数如下：V1=0.3V，V2=3.6V，PER=20us，PW=10us，TD=2us，TF=1us，TR=1us。可得如图所示的脉冲波形。 参数 名称单位内定值V1起始电压VV2脉冲电

60、压VPER脉冲周期sTSTOPPW脉冲宽度sTSTOPTD延迟时间s0TF下降时间sTSTOPTR上升时间sTSTOP脉冲波 VPULSE，IPULSE中属性的设定 例子：以VPULSE为例 设置V1=0，V2=2V，TD=2ms, TR=1ms, TF=2ms,PW=4ms, PER=10ms;则VPULSE的波形为：脉冲信号源:提供方波信号V1:起始电压 Pw:脉冲宽度 tr: 上升时间 td: 延迟时间 V2:脉冲电压 Per:脉冲周期 tf: 下降时间 （2）正弦源（VSIN）。共有6个参数需要设置。 例如设定参数如下：VOFF=0，VAMPL=5MV，FREQ=1kHz，TD=0，D