1nuaa_orcad教学.ppt

1、基于Orcad的电路分析与设计,航天学院 导航、制导与控制 讲师：李有光 L,一. 仿真可以节省人力、物力、财力,进行一次详尽的仿真分析，比制作实际系统和样机节省大量的经费。而且，制作实际系统需要计算元器件的定额，但仿真就不用。仿真还能发现系统存在的问题、确定最优参数，从而增加试验样机一次成功的可能性。 对于新的电路和参数（器件新的裕度）进行实验，电路拓扑的变化和实验均无需成本。 提高了设计效率，减少了设计周期。,计算机仿真的好处,仿真能在各种假定的条件下，甚至是在目前无法实现的条件下，对电路进行研究。如不管是考虑安全因素还是成本，实验室里都不宜做的破坏性实验。但是仿真却可以做各种故障和非正常

2、性的实验。 在研究一个系统的方案的初期，可以将影响系统的一些次要因素去掉，如杂散电容、漏电感等，以免它们对系统的基本原理和性能产生影响，从而混淆了对系统的正确理解。但在制作一个实际系统中却作不到这一点。一旦系统出现异常，有时你甚至不知道问题出自主电路设计问题还是寄生电路引起的问题； 仿真时，可以简化部分电路，从而研究电路中的某一特定部分，对于实际系统这是不可能的。,二. 仿真可以实现许多实验不能或难以实现的功能,可以观察到器件和电路在各种条件下的工作性能,可以检验处于电路设计初始阶段的各种决策,有时计算机仿真是唯一可行或唯一安全的分析和评价技术,借助仿真，可以拥有各种高功率设备和测量仪器仪表,

3、计算非线性电路的平均功率、有效值、功率因数等，而 这在硬件电路中是难以实现的,能够对电力电子系统的结构和参数进行优化设计,进行一些特殊的分析，比如进行极限状态和最坏情况分析，进行容差分析和优化设计,三. 借助仿真，可以更有效的工作,1. 设计依赖于设计师的经验。 2. 设计依赖于现有的通用元器件。 3. 设计后期的仿真不易实现和调试复杂。 4. 自下而上设计思想的局限。 5. 设计实现周期长，灵活性差，耗时 耗力，效率低下。,传统设计方法的缺点：,其方案验证与设计、系统逻辑综合、布局布线、性能仿真、器件编程等均由 EDA工具一体化完成。 设计思想不同： 自上而下的设计方法。 自上而下是指将系统

4、的整体逐步分解为各个子系统和模块，若子系统规模较大，则还需将子系统进一步分解为更小的子系统和模快，层层分解，直至整个系统中各个子系统关系合理，并便于电路级的设计和实现为止。 自上而下设计中可逐层描述，逐层仿真，保证满足系统指标。,EDA (Electronic Design Automation)方法：自上而下（Top - Down)的设计方法,一个电路层次的电路模型图,仿真结果,Pspice应用改进的节点分析法建立电路方程（MNA），能进行直流分析（包括直流工作点、直流转移特性、直流传输曲线、直流灵敏度分析等），交流分析（包括电路噪声和失真分析）和大信号暂态分析（包括离散傅立叶分析）。 Ps

5、pice输出内容可包括：直流输出、交流输出、暂态输出、噪声输出等，也可包括任意节点的电压、支路电流。输出可采用数据和曲线形式。,(1) Pspice通用电路仿真软件,通用仿真分析主要有下面的几种软件:,Pspice的仿真界面,Pspice的仿真结果,Saber软件十分适用数字模拟混合电路的仿真分析，电力电子电路往往正是这样的电路。Saber十分适合电力电子系统的仿真。Saber包括各种分析技术，它们是：电子、电力电子、机电、机械、光电、光学、液压控制、系统离散数字系统等。Saber有包括电力电子器件在内非常全面的元器件库。Saber可进行的分析有：直流工作点分析、暂态分析、交流小信号频率响应分

6、析、零极点分析、频谱分析、参数分析、直流传输分析、统计分析应力分析、故障分析等。Saber还有硬件描述语言MAST。,(2) Saber 软件,Saber软件界面,Matlab（Matrix Laboratory）由Mathworks公司推出的当前国际上最流行的数学分析软件，是一种以矩阵为基本编程单元程序设计语言。它提供了各种矩阵的运算与操作，并有较强的数据可视化功能。 由于Matlab有强大的矩阵运算和绘图功能，许多控制界的名家在自己擅长的专业领域编写了一些具有特殊意义的工具箱（Toolbox）,如控制工具箱、电力系统工具箱、系统辨识工具箱、小波信号工具箱、信号处理工具箱等。1992年Mat

7、hworks公司又推出的交互式模型输入与仿真环境Simulink使得Matlab为控制系统的仿真与CAD应用打开了崭新局面。 利用Simulink的模块的功能，对电力电子系统层面的仿真变得十分方便和容易。基于Matlab的仿真方法将成为电力电子系统仿真分析和CAD的重要发展方向。,(3) Matlab/Simulink数学计算软件,Matlab软件界面,（4） EWB: 该软件（统称电子工作台）具有学习容易，使用简便和仿真结果直观清晰等特点。同时提供了多种虚拟仪器，用户可以利用虚拟仪器对电路进行仿真实验，就如同在实验室中使用真实的仪器进行电路调试。因此他很适合做电子技术课程的辅助实验教学. （

8、5） System View: 该软件是一个用于现代电子系统设计、仿真的动态电路分析工具，是一个系统级的工作平台，具有很强的专业应用性特点。主要应用于通信应用的系统设计、分析，可以进行数字信号处理系统、模拟、数字通信系统，信号处理和控制系统的仿真分析。,对电力电子器件的建模也是电力电子系统仿真的一个重要方面，建立起一个精确的器件模型是非常困难的。器件模型分为三种：,1.简单模型,2.一般模型,3.精确模型,器件层面建模,一个MOSFET仿真模型,一个MOSFET仿真模型测试电路,测量和仿真的MOSFET的静态特性,测量和仿真的MOSFET的动态特性,人 才 市 场 需 求,软件下载地址,ftp

9、:/ 软件专区 / = 工程科学 =/ = 电子设计自动化 (EDA) =/ Orcad.10.5.电子电路设计,电路设计流程,常见电路网络,线性电阻网络 线性动态网络 非线性电阻网络 非线性动态网络,常见电路分析内容,直流分析求线性电阻网络的直流解，给出节点及支路的电压和电流值，给出直流功耗。 工作点分析求出非线性网络的静态工作点，对动态网络求出初始条件、偏置或平衡状态下的工作点（将网络中的所有电容开路，电感短路得到的）。这些也是非线性网络的直流解 驱动点分析求出非线性电阻网络的驱动点电流和驱动点电压之间的关系，这也是网络的直流解。,常见电路分析内容,传输函数分析求出电阻网络的输出电压或电流

10、和输入电压或电流之间的关系，可得到网络的输入阻抗和输出阻抗。这也是网络的直流解 交流分析求出线性网络的频率响应特性，即频域分析。对非线性网络进行小信号交流特性分析(将非线性元件在工作点处线性化，然后分析这个被线性化电路的稳态交流响应)。可得到网络的幅频特性与相频特性，得到在给定频率下的输入与输出阻抗等。对非线性动态网络可求出有输入或无输入时的稳态周期解,常见电路分析内容,瞬态分析对动态网络进行时域分析，求出其瞬态响应。(在用户或程序确定的初始条件下。在有或无输入信号时，求出随时间变化的输出波形。） 噪声分析对线性网络进行频域或时域的等效输入噪声和输出噪声特性分析(将噪声源作为输入，求这时的交流

11、解或瞬态解) 温度特性分析求出在各种温度网络的各种特性,常见电路分析内容,灵敏度分析计算电路中元件参数变化时对输出量的影响。灵敏度分析可在直流工作情况下进行，也可在交流和瞬态工作条件下进行。 容差分析在元件参数各自的容差范围内求出对电路特性的影响PSPICE中可用蒙特卡罗分析对直流，交流和瞬态特性进行容差分析 最坏情况分析求电路特性的最坏情况(在电路元件参数取最坏的极端值时求电路的特性）,常见电路分析内容,付里叶分析在给定频率下对网络进行瞬态分析。将得到的输出波形再做频谱分析求出输出变量的基频和谐波量。 失真分析求电路在小信号条件下的失真特性。,电路模拟程序构成,第二部分,PSPICE程序基础

12、,SPICE的发展历史,SPICE于1973年4月12日在加拿大滑铁卢的第16届中西部电路理论会议上，由美国加州大学伯克利分校的Donald O. Pederson教授发布。 the Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis (SPICE),Donald O. Pederson, Professor Emeritus in the Department of Electrical Engineering and Computer Sciences.,1988年SPICE成为美国国家标准 1984年Microsim公司开发完成PSPI

13、CE成为第一个用于PC平台的SPICE模拟器,是为非线性直流、非线性瞬态、和线性交流电路分析而编制的通用电路模拟程序。电路中可以包含电阻(resistor)、电容(capacitor)、电感 (inductor)、互感(mutual inductor)、独立电压源(voltage source)和电流源(current source)、五种最常用的半导体元件：二极管(diode)、BJT、JFET、MESFET和MOSFET。,SPICE,Pspice简介,PSPICE则是由美国Microsim公司在SPICE 2G版本的基础上升级并用于PC机上的SPICE版本，其中采用自由格式语言的5.0版

14、本自80年代以来在我国得到广泛应用，并且从6.0版本开始引入图形界面。1998年著名的EDA商业软件开发商ORCAD公司与Microsim公司正式合并，自此Microsim公司的PSPICE产品正式并入ORCAD公司的商业EDA系统中。与传统的SPICE软件相比，PSPICE 9.0在三大方面实现了重大变革：首先，在对模拟电路进行直流、交流和瞬态等基本电路特性分析的基础上，实现了蒙特卡罗分析、最坏情况分析以及优化设计等较为复杂的电路特性分析；第二，不但能够对模拟电路进行，而且能够对数字电路、数/模混合电路进行仿真；第三，集成度大大提高，电路图绘制完成后可直接进行电路仿真，并且可以随时分析观察仿

15、真结果。,小信号单级放大器,程序清单,Example1: Simple Amplifier .LIB BIPOLAR.LIB V1 1 0 AC 1 SIN(0 10M 1K) R1 1 2 1K C1 2 3 10U R2 4 3 50K R3 3 0 10K R7 4 5 3K *Included A Bipolar Q1 5 3 6 Q2N2222A R8 6 0 1K C2 6 0 100U C3 5 7 10U R6 7 0 1K V2 4 0 DC 12V .TRAN 1US 10MS .PROBE .END,“标题”，由任意字符串构成作为打印的标题，但必须要有。,载入库文件，此处

16、载入的是三极管的库文件,电路特性分析的控制语句：包括定义的模型语言性能分析语句和输出控制语句。,结束语句，表示程序结束,注释语句：是用户对程序运算和分析时加以说明的语句，其一股形式为 *字符串,电路的描述语句：包括定义电路拓扑和元件值的元件，半导体器件，电源等描述语句。其位置在描述语句的第二行与最后结束语句行之间的任何地方。,输入描述语句,输入描述由若干条输入描述语句构成，语句中的信息由字母字符串组成的名字段、数字段和分隔符构成。 名字段(名称)：其第一个字16必须是字母A至Z，其它没有任何限制。在描述元件时第一个字必须是指定的元件器件类型字母 数字段(数值)：可以是整数、浮点数、整数或浮点数

17、后面跟整数指数和整数或浮点数后面跟比例因子表示 比例因子：有十种比例因子，它们的符号和代表的值为：T1E12、G1E9、MEG1E6、K1E3、MIL25.4E-6、M1E-3、U1E-6、N1E-9、P1E12、F1E15,输入描述语句,分隔符：包括空格、逗号、等号、左括号或右括号等 续行号：若一行信息表达不完，可在第二行的第一列上打一个“十”号以表示该行语句是上一语句的继续。 单位：包括米、千克、秒等。单位后缀在程序中是被忽略的。任何非比例因子后缀字母都可用作单位后缀。 方向：采用常用习惯标准，即规定支路电流的正方向和支路电压假定的正方向一致。 节点编号；一般取任意的正整数，不能为负数，但

18、也可以是任意字母数字串。接地点一定是编号为零的参考点，这是事先定义好的，意为接地或共同节点。节点“0”或“000”是等效的。,PSPICE元器件描述语句,语句格式R(name) N+ N- ModName Value 例:R1 1 2 100 RF 4 5 RMOD 12K N+和N-是电阻所连接的正、负两个节点号。当电阻上为正电压时，电流从N+节点流出通过电阻流入N-节点。 ModName为模型名，其内容由.MODEL语句给出。 Value是电阻值，单位为欧姆，可正可负，但不能为零。,元件描述（电阻）,元件模型和描述（电容）,语句格式C(name) N+ N- ModName Value I

19、C=V0 例:C1 1 2 10U Cload 4 5 CMOD 10P N+和N-是电容所连接的正、负两个节点号。当电容上为正电压时，电流从N+节点流出通过电容流入N-节点。 ModName为模型名，内容由.MODEL语句给出。 Value是电容值，单位法拉，可正可负，但不能为零。 IC定义了电容的初始（时间为0）电压V0。注意只有在瞬态分析语句.TRAN中的任选项关键字UIC规定时，IC规定的初始条件才起作用。,元件模型和描述（电感）,语句格式L(name) N+ N- ModName Value IC=I0 例:L1 1 2 10U LA 4 5 LMOD 10M N+和N-是电感所连接

20、的正、负两个节点号。当电感上为正电压时，电流从N+节点流出通过电感流入N-节点。 ModName为模型名，其内容由.MODEL语句给出。 Value是电感值，单位亨利，可正可负，但不能为零。 IC定义了电感的初始（时间为0）电流I01。注意只有在瞬态分析语句.TRAN中的任选项关键字UIC规定时，IC规定的初始条件才起作用。,元件模型和描述（互感）,语句格式K(name) L(1st name) L(2nd name) Value 例:L1 1 2 0.5mH L2 4 5 0.5mHK1 L1 L2 0.9999 其中L(1st name) 和L(2nd name) 是两个耦合电感的名字，V

21、alue是耦合系数K的值，它必须大于零且小于或等于1，其耦合规则采用通常的在每个电感的第一个节点上加上一个“”作为极性端。 为非线性磁心模型名， 缺省值为1，它用来衡量磁横截面大小的，它代表的是薄片的层数。因此对每种薄片只需有一种模型语句。,在语句中如果给出了 ，此时就会有以下四个变化： (1)相互耦合的电感器变成了一个非线性磁芯器件，磁芯的磁通量的磁场强度BH特性可用JilsAtherton模型分析。 (2)电感器成了“线圈”，故原来设定为电感的值现在要设定为线圈匝数。 (3)电感器清单里可能只有一个电感器。 (4)模型语句需设定模型参数。,元件模型和描述（无损传输线）,语句格式T(name

22、) NA+ NA- NB+ NB- Z0= + TD= F= NL= T(name) 为传输线名字，NA+ NA-为输入端口节点， NB+ NB-为输出端口节点， NA+ NB+定义为正节点， NA- NB-定义为负节点。正电流从NA+ 流向NA-，从 NB+流向 NB- 。Z0为特性阻抗 传输线长度可用两种形式表示，一种是由传输线的延迟TD决定的；另一种是给出一个频率F和参数NL来确定，NL是在频率为F时相对于传输线波长归一化的传输线电学长度若规定了F而未给出NL，则认为NL0.25，即F是14波长时的频率。,元件模型和描述（压控开关）,语句格式S(name) N+ N- NC+ NC- 例

23、子：S1 6 5 4 0 SMOD1 节点N+和N-分别是开关的正和负节点，NC+和NC-分别是控制的正和负节点 是模型名，由.MODEL语句说明。,元件模型和描述（流控开关）,语句格式W(name) N+ N- VN 例子：W1 6 5 VIN WMOD1 节点N+和N-分别是开关的正和负节点，VN是控制电流流过的电压源 是模型名，由.MODEL语句说明。,元件描述（二极管）,语句格式：D(name) N+ N- 例：D1 3 4 DMOD1 其中N+和N-分别是二极管的正负节点，正电流从正节点流出，通过二极管流入负节点。 是模型名，可由用户自行选定。AREA是面积因子，OFF规定在直流分析

24、时在器件上所加初始条件为关态。如未指定AREA则缺省值为1.0。若瞬态分析不要求从静态工作点开始，就可规定ICVD为初始条件。,元件描述（三极管）,语句格式：Q(name) NC NB NE 例：Q1 3 4 5 QMOD1 其中NC，NB，NE，NS分别是集电极、基极、发射极和衬底的节点。NS是可选项，若未规定则认为NS接地。 是模型名，可由用户自行选定。AREA是面积因子，OFF规定在直流分析时在器件上所加初始条件为关态。如未指定AREA则缺省值为1.0。若瞬态分析不要求从静态工作点开始，就可规定ICVBE,VCE为初始条件。,元件描述（JFET）,语句格式：J(name) ND NG N

25、S 例：J1 3 4 5 JMOD1 其中ND，NG，NS是漏极、栅极、源极的节点。 是模型名，可由用户自行选定。AREA是面积因子，OFF规定在直流分析时在器件上所加初始条件为关态。如未指定AREA则缺省值为1.0。若瞬态分析不要求从静态工作点开始，就可规定ICVDS,VGS为初始条件。,元件描述（MOSFET）,语句格式：M(name) ND NG NS NB + + + + + 例：M1 3 4 5 MMOD1 其中ND，NG，NS,NB是漏极、栅极、源极和衬底的节点。 是模型名，可由用户自行选定。,L和W分别是沟道的长和宽，单位为米。AD和AS是漏和源扩散区的面积，单位为平方米，PD和

26、PS分别是漏结和源结的周长，单位米。L、W缺省值为100mm ，AD、AS的缺省值为零。NRD和NRS分别是漏和源扩散区等效的方块数，该值乘以 .MODEL语名中规定的薄层电阻RSH，就可计算出每个晶体管漏和源的寄生串联电阻。NRG和NRB为栅极和衬底扩散区的方块数。PD和PS缺省值为0，NRD和NRS缺省值是1,NRG和NRB缺省值为0。M是与器件面积有关的“倍数”，它模拟了多个器件并联的效应。MOSFET的有效宽度，结和覆盖电容，结电流要乘M，寄生电阻值(如RD，RS)要除以M。,元件描述（GaAs FET）,语句格式：B(name) ND NG NS 例：B1 3 4 5 BMOD1 其

27、中ND，NG，NS是漏极、栅极、源极的节点。 是模型名，可由用户自行选定。AREA是面积因子，OFF规定在直流分析时在器件上所加初始条件为关态。如未指定AREA则缺省值为1.0。若瞬态分析不要求从静态工作点开始，就可规定ICVDS,VGS为初始条件。,元件描述（独立电压源）,语句格式：V(name) N+ N- + + 例：Vcc 3 0 DC 6VVin 1 0 DC 2 AC 1 30 SIN(0 2V 10kHz) 其中N+和N-分别是独立电压源的正负节点，正电流从正节点进入独立电压源流入负节点。,元件描述（独立电流源）,语句格式：I(name) N+ N- + + 例：I1 3 0 D

28、C 6VIin 1 0 DC 2 AC 1 30 SIN(0 2V 10kHz) 其中N+和N-分别是独立电流源的正负节点，电流从正节点流入独立电流源，从负节点流出。独立电流源不必接地,元件描述（指数源）,一般形式：EXP(V1 V2 TRD TRC TFD TFC) V1初始电压 V2峰值电压 TRD上升延时时间 TRC上升时间常数 TFD下降延时时间 TFC下降时间常数,元件描述（脉冲源）,一般形式：PULSE(V1 V2 TD TR TF PW PER) V1初始电压 V2脉冲电压 TD延迟时间 TR上升时间 TF下降时间 PW脉冲宽度 PER脉冲周期,元件描述（分段线性源）,一般形式：

29、PWL (T1 V1 T2 V2 .TN VN) Ti时间点 Vi该时间点电压值,元件描述（单频调频源）,一般形式：SFFM (V0 VA FC MOD FS) V=V0+VAsin(2FCt)+Msin(2FSt) V0偏置电压 VA电压振幅 FC载波频率 MOD调制系数 FS信号频率,元件描述（正弦源）,一般形式：SIN (V0 VA FREQ TD ALPHA THETA) V=V0+VAe-(t-td)sin2f(t-td)- V0偏置电压 VA电压振幅 FREQ 频率 TD 延迟时间 ALPHA阻尼因子 THETA 相位延迟,元件描述（多项式源）,一般形式：POLY(n) N1+ N

30、1- N2+ N2- . Nn+ Nn- +P0 P1 Pm n=1: Y=P0+P1A+P2A2+ P3A3+. PnAn n=2: Y= P0+P1A+ P2B+ P3A2+ P4AB+ P5B2 + P6A3+ P7A2 B+ P8AB2 + P9B3. n=3: Y= P0+P1A+ P2B + P3C+ P4A2+ P5AB+ P6AC + P7B2 + P8BC + P9C2 + P10A3 + P11A2 B+ P12A2 C+ P13AB2 + P14ABC + P15AC2 + P16B3 + P17B2 C+ P18 BC2 + P19C3 + P20A4 + .,元件描述

31、（线性受控电压源）,语句格式：电压控制电压源E(name) N+ N- NC+ NC- 电流控制电压源H(name) N+ N- VN 例：E1 3 4 1 0 6Hin 1 0 Vin 2 其中N+和N-分别是电压源的正负节点， NC+和NC-分别是控制电压源的正负节点。VN为控制电流流过的电压源,元件描述（线性受控电流源）,语句格式：电压控制电流源G(name) N+ N- NC+ NC- 电流控制电流源F(name) N+ N- VN 例：G1 3 4 1 0 6Fin 1 0 Vin 2 其中N+和N-分别是电压源的正负节点， NC+和NC-分别是控制电压源的正负节点, VN为控制电流

32、流过的电压源,元件描述（非线性受控电压源）,语句格式：非线性电压控制电压源E(name) N+ N- Poly(n) +NC1+ NC1- NC2+ NC2- . NCn+ NCn- +P0 P1 P2Pm 非线性电流控制电压源H(name) N+ N- Poly(n) VN1 VN2. VNn +P0 P1 P2Pm 非线性电流控制电流源常作为非线性电阻,例子： E1 10 12 POLY(2) 3 0 5 0 0 1 1.5 1.2 1.7 1 V=V(3)+1.5 V(5)+1.2V(3)2+1.7 V(3) V(5)+ V(5)2 H1 25 40 POLY VN 0 1 1.5 1.

33、2 1.7 V=I(VN)+1.5I(VN)2+ 1.2I(VN)3+ 1.7I(VN)4,元件描述（非线性受控电流源）,语句格式：非线性电压控制电流源G(name) N+ N- Poly(n) +NC1+ NC1- NC2+ NC2- . NCn+ NCn- +P0 P1 P2Pm 非线性电流控制电流源F(name) N+ N- Poly(n) VN1 VN2. VNn +P0 P1 P2Pm 非线性电压控制电流源常作为非线性电导,例子： G1 10 12 POLY(2) 3 0 5 0 0 1 1.5 1.2 1.7 1 I=V(3)+1.5 V(5)+1.2V(3)2+1.7 V(3)

34、V(5)+ V(5)2 F1 25 40 POLY VN 0 1 1.5 1.2 1.7 I=I(VN)+1.5I(VN)2+ 1.2I(VN)3+ 1.7I(VN)4,模型描述语句,语句格式：.MODEL MNAME TYPE(P1=VAL1 +P2=VAL2 P3=VAL3. Pn=VALn) MNAME是模型名，它和器件描述语句相同，该语句可指定一个或多个器件使用的一组模型参数。 TYPE为元器件模型类别，每种类别有自己的一套参数。给定模型类别后，模型参数值由括号内参数表中的参数值来给出，对模型可设置部分参数值或全部参数值。末给定的参数名和值就由程序中的缺省值代替。, 是两个容差参数设定

35、。DEV和LOT的规定值可以是百分数也可以是数值。DEV是描述不连续的独立器件，如印刷电路板上的元器件或不同批管芯的容差。LOT描述的是连续的、器件批，如集成电路一批中的各个晶片的偏差，以及芯片中匹配器件的容差。,模型类别总结,模型类别总结,子电路描述语句,语句格式： .SUBCKT SUBNAME N1 其中SUBNAME 是子电路名，N1，N2是子电路外部节点号，不能为零。子电路的定义是以.SUBCKT语句开始的，其后跟一组元件语句定义子电路，直到语句.ENDS为止。子电路定义中不能出现控制语句，但可包括器件模型，子电路调用，其它子电路定义等其它内容。,在子电路中所定义的那部分器件模型或子

36、电路的定义都只是局部的，在子电路定义之外不能识别其含意。子电路定义中的任何节点也都是局部量，接地点是全局量。所以子电路定义中的节点号、器件名、MODEL的说明可以和外部的相同，而不会冲突。,子电路调用,语句格式： X(name) N1 SUBNAME X是关键字，调用子电路只要规定以X为首的假元件名即可。其后是用来连接到子电路上的电路节点号，最后是子电路名。子电路的外节点号由于是局部的，所以和电路调用时的节点号无关，但电路节点号的顺序必须.SUBCKT语句中定义的顺序一致。,例子： 定义一个名为OPA的子电路,1、2是两个输入节点，3为输出节点，节点4是电源Vcc .SUBCKT 0PA l

37、2 3 4一组子电路拓扑结构描述语句 .ENDS 调用语句为： X1 7 9 3 4 OPA 在调用子电路时，电路节点顺序要与子电路节点顺序一致，该语句规定电路的7、9、3、4节点分别代表OPA子电路的输入1、2，输出3和电源Vcc节点。,库文件调用语句,语句格式：.LIB 例:.LIB.LIB DIODE.LIB.LIB C:PSPICELIBBIPOLAR.LIB .LIB语句用于参考和调用存在于库文件中的模型或子电路库。 是文件名，可以是任意字符串。其扩展名.LIB不能缺省，如果设定一个文件名就必须有扩展名。若缺省，其缺省值为NOM.LIB。NOM.LIB将引导查找所有其它的库文件。,第

38、四部分,PSPICE特性分析语句,直流工作点分析,语句格式： .OP 此语句计算并打印出电路的直流工作点，这时电路中所有电感短路，电容开路。在瞬态和交流分析前程序将自动进行直流工作点分析，以确定瞬态分析的初始条件和交流小信号分析时非线性器件的线性化小信号模型参数。输出结果包括： 1、所有节点的电压 2、所有电压源的电流及电路的直流总功耗3、所有晶体管各极的电流和电压 4、非线性受控源的小信号(线性化)参数,直流扫描分析,语句格式： .DC (SType) SNAME SSTART SSTOP SINCR + 例子： .DC VIN 0.25 5 0.25 IB 0mA 1mA 100uA .D

39、C LIN I2 5mA -2mA 0.2mA .DC RES RMOD(R) 0.7 1.3 0.1 .DC DEC NPN QMOD1(IS) 1E-18 1E-15 5 .DC TEMP LIST 45 15 0 l5 50 100 125 .DC PARAM VSUPPLY 7.5 15 0.5,扫描类型：包括LIN、DEC、OCT、LIST,扫描参数名：电源、温度、模型参数、全局变量等,扫描起始值,扫描中止值,扫描增量或点数，必须大于0,嵌套扫描,直流小信号灵敏度分析,语句格式； .SENS OUT1 例:.SENS V(5) V(2,3) I(V2) I(V5) OUT1 为输出变

40、量, .SENS语句是通过在偏置点附近将电路线性化，计算并打印出每个输出变量对电路中所有元器件值和模型参数变化时的敏感程度。 运行.SENS 语句后，对应每一个元器件值和模型参数都将打印出指定输出量的元件灵敏度和归一化灵敏度。因此这个语句很容易产生大量的输出。,目前只对下列元器件才能计算其灵敏度 电阻器 独立电压源和独立电流源 电压控制开关和电流控制开关 晶体二极管 双极晶体管,小信号传输函数,语句格式： .TF OUTVAR INVAR 例：.TF V(5,3) VIN .TF I(V1) VIN 其中OUTVAR 是小信号输出变量， INVAR 是小信号输入源 TF语句通过在偏置点附近将电

41、路线性化后，计算并打印出电路的直流小信号传信函数值，即输出与输入的比值，输入电阻值和输出电阻值。,交流特性分析,语句格式： .AC (SType) N FSTART FSTOP 要使用AC特性分析，必须在输入中至少指定一个独立源的交流值，以使分析得以进行。此外要使FSTOPFSTART0。 AC分析中，所有具有非零幅度值的独立电压和电流源都是电路的输入。要得到AC的分析结果必须使用.PRINT,.PLOT或.PROBE中的一个。,频率取值方法，包括LIN、DEC、OCT,每一数量级中取频率点的数目,起始频率值,终止频率值,噪声分析,语句格式： .NOISE V(N+,N-) SOURCE M

42、例，NOISE V(5) VIN 10 该语句是进行电路的噪声分析。噪声分析是同交流分析一起进行的。所以NOISE语句要与.AC语句一同出现。,节点总的噪声输出电压,作为噪声输入基准并计算等效输入噪声节点处的独立电压源或独立电流源名称,频率问隔点数，在每个间隔频率点，电路中每个噪声源的贡献将打印出来。若为零则不打印该信息,电路中产生噪声的器件有电阻器和半导体器件，每个器件的噪声源在AC分析的每个频率计算出相应的噪声，并传送到一个输出节点，所有传送到该节点的噪声进行方均根相加，就得到了指定输出端的等效输出噪声。同时计算出从输入源到输出端的电压(电流)增益,由输出噪声和增益就得到等效输入噪声值,若

43、SOURCE是电压源，则计算等效输入噪声电压，单位为vHz1/2 若OURCE是电流源，则计算等效输入噪声电流，单位为AHz1/2 噪声分析产生两种输出；详细表格，总的表和图。若在.NOISE设置了M值，则不打印详细表格。详细表格是随分析时打印出来的，不需要.PRINT或.PLOT语句说明。如果需要打印出等效输入噪声和输出噪声，就需要用.PRINT或.PLOT 语句来实现。,瞬态分析,语句格式： .TRAN TSTEP TSTOP 例：.TRAN 1NS l00NS .TRAN 1ns l00NS 1NS UIC .TRANOP 5NS 400NS 50NS 其中TSTEP是绘图的时间增量，

44、TSTOP是分析终止时间，TSTART是绘图的开始时间，TSTART 缺省值为0。 TMAX是最大步长，缺省值是TSTEP和(TSTOP-TSART)50中的较小值。 UIC是一个任选的关键字，表示用户用自己规定的初始条件进行瞬态分析，而不用在瞬态分析前进行静态工作点的求解。,瞬态分析总是从时间零开始，在时间零到TSTART 的时间间隔内，瞬态电路分析仍进行，只是没有输出，而且瞬态分析的值也没有存贮起来。在TSTART和TSTOP间隔内进行计算存贮并输出。 瞬态分析时程序采用变步长的算法以保证精度和速度.当电路变化不大时，内部运算的时间步长就增大，变化快时就缩小，这样计算出来的不同时间的值并采

45、用2阶多项式插值法得到所需要的打印时间的值。 .TRAN语句中带有“OP”后缀时，能打印出由.OP语句产生的偏置点。,付里叶分析,语句格式：.FOUR FREQ V1V2 V3. 例: .FOUR 100K V(5) 其中FREQ是的基频， V1V2 V3.是要求分析的输出变量(节点电压)。 付里叶分析计算了瞬态分析结果的一部分，得到基频、DC分量、第2到第9次谐波。不是所有的瞬态结果都要用到，只用到瞬态分析TSTOP之前基频的一个周期。若PERIOD是基频的周期，则PERIODlFREQ。付里叶分析时间是(TSTOP-PERIOD)1/F，就是说，瞬态分桥至少要持续1FREQ,为了得到最高的

46、精度，应把瞬态分析中的TMAX定为PERIOD/100。对高Q值电路，TMAX可小一些。 .FOUR语句运行结果就是输出，不用设.PRINT或.PLOT,温度特性分析,语句格式：.TEMP T1 例：.TEMP 55 25 l 00 该语句规定在什么温度下进行模拟，T1，T2是指定的模拟温度(单位为)。若给了几个温度，则对每个温度，都要做一遍所有的分析。当温度低于-273时不能模拟。模型参数是在温度为标称温度TNOM下的值，若无.TEMP语句，则程序将在温度TNOM27下进行模拟。,节点设置语句,语句格式： .NODESET V(NODE)VAL 例:NODESET V(12)4.5 V(4)

47、2.2 NODE为节点号，V(NODE)为节点电压，VAL是设置的电压值。 该语句的作用是使指定节点的电压固定在所给定的电压值上，程序先按这些节点电位求得直流或瞬态的初始解进行运算，在解收敛后就去掉这些约束条件继续选代，直到算得真正的解为止。,此语句对双稳态或非稳态电路的计算收敛可能是必须的，它可使电路摆脱“停顿”状态，而进入所希望的状态。一般情况该词句是不必要的。 此语句也可帮助启动DC扫描。.NODESET电压可用在DC扫描的第一步，在余下各步中被忽略。在嵌套DC扫描中， .NODESET可用于每个嵌套(即内层扫描)的第一步。该命令也可用到DC扫描的其它类型，如参数值或温度的扫描。,初始条

48、件设定语句,语句格式：.IC V(NODE)VALV(NODE)VAL 例:IC V(11)5 V(4)-5 V(2)2.2 该语句是设置瞬态初始条件的，它和.NODESET语句不同, .NODESET是用来帮助直流解的收敛，并不影响最后得到的工作点(对多稳态电路除外)，一旦建立了工作点，这些值在DC扫描分析和瞬态分析中不在起作用，而.IC的值用来计算瞬态分析偏置点以及非线性元件的线性化参数，它不影响DC扫描。,该语句有两种不同的解释，取决于在.TRAN语句中是否规定了参数UIC。 在.TRAN 语句中规定了参数UIC时：程序用.IC语句中规定的节点电压计算电容、二极管、双极型晶体管、结型场效

49、应晶体管和MOS场效应管的初始条件。这和在每个器件语句中规定IC参数是完全等效的，但在器件语句中规定的IC值优先于.IC语句的值，一旦规定了参数UIC和有.IC语句时，瞬态分析就先不进行直流工作点的分析(初始瞬态值)，因此应该在.IC语句中仔细设定各点的直流电位。,在.TRAN语句中未规定参数UIC时，在瞬态分析前计算直流偏置(初始瞬态)解。这.IC语句中指定的节点电压仅当作求解直流工作点时相应的节点的初始值。在瞬态分析时对这些节点的限制就取消了。,蒙特卡罗分析,语句格式： .MC (runs value) (analysis) + 例：.MC 8 TRAN V(10) YMAX .MC 20

50、 AC VP(91，34) YMAx .MC 40 DC IC(Q8) YMAX LIST (runs value) 为指定运行次数，这是.MC语句中必须的。程序规定最大为2000。 (analysis)在.MC语句中是必须的，其所选的分析必须设为直流分析DC、交流分析AC和瞬态分析TRAN这三者中的一种。选定的分析在随后的运行中将多次运行。,.MC语句可对电路因元器件模型参数存在容许的偏差(容差)造成电路特性的变化进行统计分析。器件模型参数是在MODEL语句中设定的DEV和LOT容差范围内，在每次分析时随机地变化。 .MC语句对所选定的分析直流、交流、瞬态特性进行多次运行。第一次运行时，所有

51、元器件的模型参数均在标称值下，随后的运行中模型参数在其容差范围内随机变化。,为输出变量名， 是对输出变量的所有值进行特定的运算而减少到一个值的单值运算方法的选择。将在额定值下分析(第一次运行)值与随后的统计分析运行值进行比较(单值运算)就得到了单值， 必须是下列方法之一： YMX 求出每个波形与额定运行值的最大差值 MAX 求出每个波形的最大值 MIN 求出每个波形的最小值 RISEEDGEvalue其中value是指定的阈值。找出第一次超过阈值的波形，这波形里在超过阈值点之后必须有一个或几个点等于或低于这个值。最后列出的输出值就是波形超过阈值的值。 FALLEDGEvalue其中value

52、是指定的阈值，找出第一次低于阈值的波形，这波形里在一个低于阈值点之后必须有一个或几个等于或高于这个值。最后列出的输出值就是波形低于阈值的点。,输出任选项：包括下列几项，选择时可不选或选几种： LIST：每次运行中每个元件实际使用的模型参数值。 OUTPUT(output type)：要求在第一次运行以后的各次运行输出。 OUTPUT 则只对第一次(规范值)运行产生输出， (output type)可选以下几种之一种： ALL：产生所有的输出(包括第一次运行值)； FIRST：只产生前n次运行产生的输出 EVERY ：对每个第n次运行产生输出； RUNS ：仅对此部分中列出的运行次数进行分析并产

53、生输出，这个表中最多可列25个值。 RANGE ， 用下限值和上限值限制扫描变量的范围，符号“*”可用来表示value为所有的值。如 YMAX RANGE(*，5对所有小于或等于5的扫描变量(时间、频率等)计算出YMAX。 MAX RANGE(一1，*)：对大于或等于-1的扫描变量算出最大输出变量。如果RANGE 未写，扫描变量在整个扫描范围内计算。,灵敏度/最坏情况分析,语句格式： .WCASE (analysis) (output variable) 例：.WCASE TRAN V(10) YMX .WCASE DC IC(Q6) YMAX VARY DEV .WASE AC VP(5，0

54、) YMAX DEVICE RQ OUTPUT ALL .WCASE 语句中的前三项(analysis) (output variable) 均与.MC语甸中的含意一样,是任选项， 可没有，也可选下列几种： ?,.WASE 语句是对电路进行灵敏度和最坏情况分析。该语句是在参数变化时，对所选的分析多次运行,与.MC不同的是.WCASE每次运行只改变一个器件参数，而monte carlo统计分析是参数按指定的统计规律同时随机的变化。由于.WCASE每次运行时可求出每个参数对输出变量(波形)的灵敏度，在所有的灵敏度都得到后，在最后一次运行中使各个参数同时按容差范围内各自的最大变化量改变，这样就进行了

55、最坏情况分析了。如果器件参数有5个， .WCASE 开始按参数的标称值进行第一次分析，然后由各自容差分别改变一个参数共运行5次，最后进行最坏情况分析，所以.WCASE 共进行参数变量加二次等于7次分析。,是任选项，可没有，也可选下列几种： OUTPUT ALL：要求将第一次运行以后的各次运行输出。若没有声明 则仅输出标称值(第一次)和最坏情况下运行的结果。 RANGE ， ：同.MC语句。 HI或LOW：指定了最坏情况分析的方向(相对于标称值)，如果是YMAX或MAX，缺省值为HI，否则缺省值是LOW。 VARY DEV (VARY LOT ) (VARY BOTH)：器件模型参数按.MODE

56、L语句中规定的DEV容差各自独立随机变化或LOT容差同时发生随机变化或者根据两者都进行变化。如果未声明该选项，则缺省值是(VARY BOTH)。 BY RELTOL:器件模型参数按.Options语句设置的RELTOL(相对精度)变化。 BY：器件模型参数按设置的 值变化，缺省时即只写BY其值为BY RELTOL 。 DEVICE ：对要进行分析的器件类型，可在关键词DEVICE后列出。列出几个类型时不要用空格、括号等隔开，如只对R和Q进行分析，则形式为DEVICE RQ。该选项缺省时，则对所有器件都进行灵敏度最坏情况分析。,分布参数定义语句,语句格式： .DISTRIBUTION 例子：.

57、.DISTRIBUTION USERDEF1 (-1,0)(0,1)(1,0) 语句用于在monte carlo统计容差分析中，让用户自己定义器件模型参数的容差分布，由.DISTRIBUTION 所描述的容差分布曲线可控制Pspice产生随机数的相对概率分布，以计算模型参数的偏差。在Pspice中随机数产生器的范围为(-1，+1)，参数偏差有均匀分布、高斯分布及用户自定义分布，每种分布都由标明的。用户如果要定义器件模型参数的容差分布，则name在.options和.model语句中都应同名。, 表示了，这是数字对，用它所组成的一组数字对，就描述了每次.MC运行时，给器件模型参数计算的偏差值以及

58、对应的概率值，数字对可达100个。偏差值必须在(-1，1)之间，这是与随机数产生器的范围相匹配的，后赋值时，要使后面的值应大于或等于前面的值，概率表示是相对可能性，必须为正数或零，,函数定义语句,语句格式： .FUNC (name) () (body) 例：.FUNC E(x) EXP(X) .FUNC SINH(x) (E(x)十E(-x)/2 .FUNC函数定义语句用以定义表达式中所要用到的函数，.FUNC语句必须出现在第一次使用这个函数之前，且函数不能重新定义，函数名(name)定义可任意，但应与PSPICE的内建函数如“ABS” “ SIN”等不同。 (name)后跟自变量(arg)，

59、最多可有10个自变量，在因数使用时的自变量数目必须与定义的数目相等。语句中自变量可有可无但括号不能省。 (body)为函数体，可以利用前面已定义过的函数,包括文件语句,语句格式： .INC (file name) 例：.INC AAA.CIR .INC C:PSPICELIBBBB.CIR .INC语句是用于插入别的文件的内容，(file name)是任意字符串 包括文件可以包括任何语句，其特殊点为：无标题行，可用一个注释；如果有.END语句，则表示包括文件的末尾；.INC语句最多有4级“包括”。,参数及表达式定义语句,语句格式： .PARAM(namevalue). .PARAM(nameexpression) 例：.PARAM VCC6V，VEE-6V .PARAM BD(100KHz3) .PARAM PI3.14159 以参数代替数值，或在表达式中使用参数，可以灵活设置电路输入文件中待分析的值。 (name)是定义的参数名，(value)和(expression)分别是常数或表达式，表达式必须仅含常数或前面已定义过的参数，其它参数不能在表达式中。(name) 名不能与程序中予定义的参数、予定义函数或命令