第13-电路仿真分析

13.1仿真元件库AltiumDesigner为用户提供了大部分常用的仿真元件，这些仿真元件库在安装目录下的：/AltiumDesignerWinter09/Library/Simulation中，其中包含了仿真信号源库SimulationSources.IntLib、仿真特殊功能元件库SimulationSpecialFunction.IntLib、仿真数学功能元件库SimulationMathFunction.IntLib、信号仿真传输线元件库SimulationTransmissionLine.IntLib，仿真Pspice功能元件库SimulationPspiceFunction.IntLib,其元件库图标如图13-1所示。图13-1仿真元件库图标13.1.1仿真信号源元件库（SimulationSources.IntLib）

仿真信号源元件库中共有23个仿真元件，这些仿真源为仿真电路提供激励源和初始条件设置等功能。

1.在原理图中添加如图13-4所示的两个元件符号，即可实现整个仿真电路的节点电压和初始条件设置。⑴.NS。NODESET（节点设置）⑵.IC。InitialCondition（初始条件）图13-4节点设置和初始条件状态定义符13.1.2仿真数学函数元件库（SimulationMathFunction.IntLib）仿真数学函数元件库中的元件主要是一些仿真数学函数元件，比如求正弦、余弦、绝对值、反正弦、反余弦、开方等数学计算的函数，通过使用这些函数可以对仿真信号进行相关的数学计算，从而得到自己需要的信号。13.1.3仿真特殊功能元件库（SimulationSpecialFunction.IntLib）仿真特殊功能元件库的元件主要是常用的运算函数，比如增益、加、减、乘、除、求和和压控振荡源等专用的元件。13.1.4信号仿真传输线元件库（SimulationTransmissionLine.IntLib）信号仿真传输线元件库包括三个信号仿真传输线元件，分别是URC均匀分布传输线、LTRA有损耗传输线和LLTRA无损耗传输线，如图13-14所示。图13-14传输线元件13.1.5仿真Pspice功能元件库（SimulationPspiceFunction.IntLib）仿真Pspice功能元件库主要为设计者提供Pspice功能元件。13.2仿真器的设置

完成电路的编辑后，在仿真之前，要选择对电路进行那种分析，设置收集的变量数据，以及设置显示哪些变量的波形。常见的仿真分析有静态工作点分析（OperatingPointAnalysis）、瞬态分析（TransientAnalysis）、直流扫描分析（DCSweepAnalysis）、交流小信号分析（ACSmallSignalAnalysis）、噪声分析（NoiseAnalysis）、极点、零点分析（Pole-ZeroAnalysis）、传递函数分析（TransferFunctionAnalysis）、温度扫描分析（TemperatureSweep）、参数扫描（ParameterSweep）、蒙特卡洛分析（MonteCarloAnalysis）等分析。本章主要讲解后面例子中用到的静态工作点分析、瞬态分析和交流小信号分析的设置方法。

执行Design→Simulate→MixedSim命令,弹出如图13-15所示的电路仿真分析设置对话框。13.2.1一般设置（GeneralSetup）

在仿真分析设置对话框的左侧分析选项列表中，列写出了所有的分析选项，选中每个分析选项，右侧即显示出相应的设置项。选中GeneralSetup，即可在右侧的选项中进行一般设置。在AvailableSignals列表中显示的是可以进行仿真分析的信号，ActiveSignals列表框中显示的是激活的信号，将需要进行仿真的信号，单击“”和“”可完成添加或删除激活信号，如图13-15所示。图13-15仿真分析设置对话框可进行仿真的信号激活的信号添加或删除按钮13.2.2静态工作点分析（OperatingPointAnalysis）静态工作点分析通常用于对放大电路进行分析，当放大器处于输入信号为零的状态的时候，电路中各点的状态就是电路的静态工作点。最典型的是放大器的直流偏置参数。进行静态工作点分析的时候，不需要设置参数。13.2.3瞬态分析（TransientAnalysis）瞬态分析用于分析仿真电路中工作点信号随时间变化的情况。进行瞬态分析之前，设计者要设置瞬态分析的起始和终止时间、仿真时间的步长等参数。在电路仿真分析设置对话框中，激活Transient选项，在如图13-17所示的瞬态分析参数设置对话框中进行设置。图13-17瞬态分析参数设置对话框

在TransientAnalysisSetup列表中共用11个参数设置选项，这些参数的含义分别是：

TransientStartTime参数用于设置瞬态分析的起始时间。瞬态分析通常从时间零开始，在时间零和开始时间，瞬态分析照样进行，但并不保存结果。而开始时间和终止时间的间隔将保存，并用于显示。

TransientStopTime参数用于设置瞬态分析的终止时间。

TransientStepTime参数用于设置瞬态分析的时间步长，该步长不是固定不变的。

TransientMaxStepTime参数用于设置瞬态分析的最大时间步长。

UseInitialConditions项用于设置电路仿真的初始状态。当勾选该项后，仿真开始时将调用设置的电路初始参数。

UseTransientDefault项用于设置使用默认的瞬态分析设置，选中该项后，列表中的前四项参数将处于不可修改状态。

DefaultCyclesDisplayed参数用于设置默认的显示周期数。

defaultPointsPerCycle参数用于设置默认的每周期仿真点数。

EnableFouries项用于设置进行傅立叶分析，勾选该项后，系统将进行傅立叶分析，显示频域参数。

FouriesFundamentalFrequency用于设置进行傅立叶分析的基频。

FouriesNumberofHarmonics用于设置进行傅立叶分析的谐波次数。13.2.4交流小信号分析（ACSmallSignalAnalysis）

交流小信号分析用于对系统的交流特性进行分析，在频域响应方面显示系统的性能，该分析功能对于滤波器的设计相当有用，通过设置交流信号分析的频率范围，系统将显示该频率范围内的增益。在电路仿真分析设置对话框中，激活ACSmallSignalAnalysis选项，在如图13-18所示的交流小信号分析参数设置对话框中进行设置。图13-18交流小信号分析参数设置对话框

其中StartFrequency参数用于设置进行交流小信号分析的起始频率。

StopFrequency参数用于设置进行交流小信号分析的终止频率。

Sweep参数用于设置交流小信号分析的频率扫描的方式，系统提供了三种频率扫描方式“Linear”项表示对频率进行线性扫描，“Decade”项表示采用10的指数方式进行扫描，“Octave”项表示采用8的指数方式进行扫描。

TestPoints参数表示进行测试的点数。

TotalTestPoints参数表示中的测试点数。13.3多谐振荡器电路仿真实例

在学习前面关于电路仿真的基本知识后，将对第二章的多谐振荡器电路进行仿真。电路仿真的一般步骤如下：找到仿真原理图中所有需要的仿真元件，如果仿真元件库中没有所用的元件，必须事先建立其仿真库文件，并添加仿真模型。本章后面的模拟放大电路仿真和BCD-7段译码电路仿真实例中将讲解这部分内容，但元件的仿真库文件的建立方法在本教材中不做要求。仿真元件的放置和电路的连接，并且添加激励源。在需要绘制仿真数据的节点处添加网络标号。仿真器参数设置。电路仿真并分析仿真结果。13.3.1绘制仿真原理图

在第二章中已经绘制了多谐振荡器电路，如图2-1所示。其中每个元件都具有其仿真属性，因此不用更改。只需将接口Y1删除，添加一个+12V的电压源V1，方法：单击“Utility”工具栏中的工具按钮，打开如图13-20所示的仿真电源工具栏，在工具栏中单击“+12V”电压源工具按钮，在工作区放置一个+12V的电压源。图13-20放置激励源+12v的电压源

放置完毕后，点击元件，弹出元件属性对话框，如图13-21所示，修改其参数，设置Designator为“V1”、Comment为“=Value”、Value为“+12”。图13-21仿真电压源属性设置对话框图13-22多谐振荡器仿真原理图

连接电路，并放置网络标号：Q1B、Q1C、Q2B、Q2C，如图13-22所示。13.3.2仿真器参数设置1.单击“”按钮，弹出13-23所示的对话框，分别双击Q1B、Q1C、Q2B、Q2C，把他们添加到ActiveSignals内，见图13-23。2.在CollectDataFor栏，从列表中选择“NodeVoltage，SupplyCurrent，DeviceCurrentandPower”。3.为这个分析勾选“OperatingPointAnalysis”和“TransientAnalysis”。图13-23仿真器一般参数设置4.激活TransientAnalysis选项,设置TransientStopTime为10ms，指定一个10ms的仿真窗口；设置TransientStepTime为10us，表示仿真可以每10us显示一个点；设置TransientMaxStepTime:10us；如图13-24所示。图13-24瞬态特性参数设置13.3.3信