基于OrCADPSpice9的电路优化设计

1、基于OrCAD/PSpice9的电路优化设计摘要：介绍了rAD/PSpie9的特点，通过实例说明了基于rAD/PSpie9环境下的电路优化设计过程。1引言电子设计自动化EDA是以电子系统设计软件为工具，借助于计算机来完成数据处理、模拟评价、设计验证等工序，以实现电子系统或电子产品的整个或大部分设计过程的技术。它具有设计周期短、设计费用低、设计质量高、数据处理才能强，设计资源可以共享等特点。电路通用分析软件rAD/PSpie9以其良好的人机交互性能，完善的电路模拟、仿真、设计等功能，已成为微机级EDA的标准系列软件之一。本文基于rAD/PSpie9的电路优化设计方法，通过实例分析了有源滤波器的优

2、化设计过程。2rAD/PSpie9软件的特点rAD/PSpie9是美国rADIN.公司研制的一种电路模拟及仿真的自动化设计软件，它不仅可以对模拟电路、数字电路、数/模混合电路等进展直流、交流、瞬态等根本电路特性的分析，而且可以进展蒙托卡诺ntearl统计分析，最坏情况rstase分析、优化设计等复杂的电路特性分析。相比PSpie8.0及以前版本，具有如下新的特点：改变了批处理运行形式。可以在INDS环境下，以人机交互方式运行。绘制好电路图，即可直接进展电路模拟，无需用户编制繁杂的输入文件。在模拟过程中，可以随时分析模拟结果，从电路图上修改设计。以rAD/apture作为前端模块。除可以利用ap

3、ture的电路图输入这一根本功能外，还可实现rAD中设计工程统一管理，具有新的元器件属性编辑工具和其他多种高效省时的功能。将电路模拟结果和波形显示分析两大模块集成在一起。Prbe只是作为其中的一个窗口，这样可以启动多个电路模拟过程，随时修改电路特性分析的参数设置，并可在重新进展模拟后继续显示、分析新的模拟结果。引入了模拟类型分组的概念。每个模拟类型分组均有各自的名称，分析结果数据单独存放在一个文件中，同一个电路可建立多个模拟类型分组，不同分组也可以针对同一种特性分析类型，只是分析参数不同。扩展了模型参数生成软件的功能。模型参数生成软件delED可以统一处理以文本和修改标准两种形式提取模型参数；

4、新增了达林顿器件的模型参数提取；完成模型参数提取后，自动在图形符号库中增添该器件符号。增加了亚微米S器件模型EKV2-6。EKV2-6是一种基于器件物理特性的模型，适用于采用亚微米工艺技术的低压、小电流模拟电路和数/模混合电路的模拟分析。3电路优化设计所谓电路优化设计，是指在电路的性能已经根本满足设计功能和指标的根底上，为了使得电路的某些性能更为理想，在一定的约束条件下，对电路的某些参数进展调整，直到电路的性能到达要求为止。rAD/PSpie9软件中采用PSpieptiizer模块对电路进展优化设计，可以同时调整电路中8个元器件的参数，以满足最多8个目的参数和约束条件的要求。可以根据给定的模型

5、和一组晶体管特性数据，优化提取晶体管模型参数。3.1电路优化根本条件调用PSpieptiizer模块对电路进展优化设计的根本条件如下：电路已经通过了PSpie的模拟，相当于电路除了某些性能不够理想外，已经具备了所要求的根本功能，没有其他大的问题。电路中至少有一个元器件为可变的值，并且其值的变化与优化设计的目的性能有关。在优化时，一定要将约束条件如功耗和目的参数如延迟时间用节点电压和支路电流信号表示。存在一定的算法，使得优化设计的性能可以成为以电路中的某些参数为变量的函数，这样PSpie才可以通过对参数变化进展分析来到达衡量性能好坏的目的。3.2电路优化设计步骤调用PSpieptiizer进展电

6、路优化设计，一般按以下4个步骤：(1)新建立计工程，完成电路原理图设计。这一歩的关键是在电路中放置PTPARA符号，用于设置电路优化设计过程中需要调整的元器件名称及有关参数值；(2)根据待优化的特性参数类别调用PSpieA/D进展电路模拟检验，确保电路设计能正常工作，根本满足功能和特性要求；(3)调用PSpieptiizer模块，设置可调整的电路元器件参数、待优化的目的参数和约束条件等与优化有关的参数。这一歩是优化设计的关键。优化参数设置是否适宜将决定能否获得满意的优化结果；(4)启动优化迭代过程，输出优化结果。电路优化设计的过程框图如图1所示。3.3电路优化设计实例滤波器电路如图2所示。优化

7、目的要求中心频率F为10Hz；3dB带宽(B)为1Hz，容差为10%；增益G为10，容差为10%。在图2中，滤波器电路共有三个可调电位器Rgain、Rf和Rb，用来调整中心频率、带宽以及增益，且这种调整是互相影响的。三个可变电阻的阻值是由滑动触点的位置SET确定的，显然SET值的范围为01，所以将三个电位器的位置参数分别设置为aG、aB和aF。由于对滤波器的优化设计是交流小信号分析，因此应将分析类型“Analysistype设置为“ASeep/Nise；扫描类型“ASeepType设置为“Lgarithi;“Pints/Deade设置为100；起始频率“Start和终止频率“End分别设置为1

8、Hz和100Hz。为了进展优化设计，在电路图绘制好后，应放置PTPARA符号并设置待优化的元器件参数。本例中参数属性设置值如表1所示。设置好待调整的元器件参数以后，调用PSpieptiizer模块并在优化窗口中设置增益G、中心频率F和带宽(B)三个优化指标。并利用PSpie中提供的特征值函数定义这三个优化指标，详细设置见表2。调用PSpieA/D进展模拟计算，在相应窗口中显示中心频率的值为8.3222，带宽为0.712187，增益为14.8106。显然这与要求的设计指标有差距，需要通过优化设计到达目的。在优化窗口中选择执行Tune/Aut/Start子命令，即可开始优化过程。优化完毕后，优化窗

9、口中给出最终优化结果，如图3所示。由图3可见，系统共进展了三次迭代，自动调用了9次电路模拟程序。当3个待调整的元器件参数分别取aG=0.476062；aF=0.457928；aB=0.702911时，可以使3个设计指标到达G=10.3499，F=9.98953，B=1.00777。可见，对电路进展优化设计后，电路指标均能满足设计要求。另外，完成优化设计后，还可以从不同角度显示和分析优化结果。4.完毕语从上面的例子可以看出，当电路的功能已经大致完成，但仍需要对一些指标进展优化，这时调用PSpieptiizer来完成这一优化过程是相当方便的。假设用户可以观察出详细是什么因素影响了电路的某项性能，从而知道调节哪些参数可使该性能更加理想；那么，应用PS