基本特性分析SPICE软件ppt课件.ppt
3-1 概述3-2 电路模拟分析的步骤3-3 基本电路特性分析参数的设置3-4 电路特性分析中的信号源,基本电路特性分析,PSpice 10 功能,一个电路能否用PSpice仿真，取决于2个条件：(1) 电路中的元器件必须有相应的模型和模型参数描述。(2) 电路的规模只受到计算机资源制约。,PSpice工作原理,PSpice A/D与配套软件,基本功能对电子线路进行各种模拟分析电路特性参数分析对模拟结果的分析处理高级分析功能元器件符号库和模型参数库的编辑修改,Pspice软件的功能,Pspice的模拟分析功能,PSpice模拟分析的直接结果是节点电压和支路电流，但结合利用Pspice/Probe模块的功能,不但可以像示波器那样直接显示电压和电流波形以及对波形进行数学处理，还具有下述三项分析功能： (1) 电路特性参数的提取：调用软件提供的多种“Measurement”函数，可以从波形中提取出表征电路特性的参数，例如增益、带宽、中心频率、上升时间等等。用户还可以根据需要，遵循规定的格式，自行编写可以提取特定参数的“Measurement”函数。 以前版本中将“Measurement”函数称为“Goal Function”。 (2) 电路性能分析：Probe模块具有Performance Analysis功能，可以定量分析电路特性随元器件参数的变化关系，有利于改进电路设计。这是一种面向设计的功能。 (3) 电路特性参数分布的直方图统计：根据设计好的电路进行实际生产时，由于采用的元器件参数具有分散性，必然引起产品电特性的分散。在Probe中可以用直方图显示产品性能的分布。 这是一种面向生产的设计，又称为成品率分析、可制造性设计。,电路特性参数分析对模拟结果的分析处理,Sensitivity工具：进行灵敏度分析，鉴别出电路设计中哪些元器件的参数对电路电特性指标起关键作用。用于优化设计的Optimizor工具：优化选定电路中关键元器件的参数，以满足对电路性能目标的各种要求。用于可靠性设计(降额设计）的Smoke工具：对电路中的元器件进行热电应力分析，检验元器件是否由于功耗、结温的升高、二次击穿或者电压/电流超出最大允许范围而存在影响电路可靠性的应力问题，并及时发出警告。用于可制造性设计的Monte Carlo工具：分析实际生产中由于元器件参数分散性导致的电路特性统计分布情况，从而可以进一步预测生产成品率。,PSpice/Advanced Analysis,模拟分析的结果是节点电压和支路电流，但可以转换为电路特性参数，进而进行优化设计。不同版本中节点表示方法不同，输出变量表示格式不完全相同。单位采用工程单位制，使用中可省略。数字采用科学表示方法并且可以采用比例因子(注意：M代表“ 毫”、MEG代表“ 兆”)。,几点说明,直流源标准交流信号瞬态分析用信号 (包括：脉冲源、分段线性源、正弦调幅信号、正弦调频信号、指数信号共5种)。时钟信号一般脉冲信号源总线信号 (可以是2位、4位、8位、16位和32位共5种)。,Pspice模拟分析中可采用的信号源,(1) PSpice中的各种分析功能分为基本分析功能和选项分析功能两类。 基本分析功能分为4组，对应4种分析类型： Bias Points DC Sweep AC Sweep/Noise Time Domain,Simulation Profile,Simulation Profile,模拟类型分组及每组包括的分析功能,(2) 进行模拟分析时，一次只能进行一种类型的功能分析，包括基本功能分析和相应的选项分析。 由此引入Simulation Profile的概念。一个Simulation Profile 的设置包括名称、进行哪几种功能分析、以及每种分析的具体要求。(3) 对同一个电路，可以建立多个Simulation Profile。而且不同Simulation Profile中的分析类型可以相同，当然，分析要求不会相同。(4) 模拟分析时只能针对一个Simulation Profile的要求进行。每个Simulation Profile 的设置以及分析结果单独存放。(5) 同一个电路的多个Simulation Profile由项目管理器管理。,Simulation Profile,3-1 概述3-2 电路模拟分析的步骤3-3 基本电路特性分析参数的设置3-4 电路特性分析中的信号源,基本电路特性分析,1. 绘制电路图，包括设置元器件参数。2. Simulation Profile 设置。 (1) 执行PSpice/New Simulation Profile命令。 (2) 给Simulation Profile确定一个名称。 (3) 设置Simulation Profile参数。3. 执行PSpice/Run命令，启动模拟进程。4. 调用Probe模块，显示、分析模拟结果。,电路模拟分析的基本步骤,1. 执行PSpice/New Simulation Profile命令,可以从Inherit From 下拉列表中选用一个已有的分 组为基础设置参数。若要重新设置分析参数,应在该 列表中选择none。,2. 给模拟类型分组确定一个名称(无任何限制)。,在分组中基本特性分析必须进行，用户还可以选定要包括哪几种任选项特性分析。对选中的每一种特性分析类型，需设置相应的特性分析参数，这是在电路模拟过程中需由用户进行的主要工作。新版本中采用交互方式设置，老版本中需按格式语言编写，很易出错。,设置模拟类型分组和电路特性分析参数,设置模拟类型分组和电路特性分析参数,3-1 概述3-2 电路模拟分析的步骤3-3 基本电路特性分析参数的设置3-4 电路特性分析中的信号源,基本电路特性分析,对模拟电路共有8种基本电路特性分析。,基本电路特性分析参数的设置,对每种电路特性分析应明确下面4个问题： (1)这种特性分析的功能是什么。 (2)进行这种特性分析需设置哪些参数。 (3)特性分析结果以什么方式输出。 默认状态下,若分析结果中没有波形或变化量，则结果存放在 .OUT文本输出文件中,否则存入.DAT二进制文件,需调用后处理模块PROBE显示结果波形。如果需要，也可通过设置,将波形数据同时存入.OUT输出文件中。 (4)与这种特性分析有关的注意事项和容易出错的问题。,基本电路特性分析参数的设置,3-3-1 直流工作点分析参数设置3-3-2 直流特性分析参数设置3-3-3 交流小信号特性分析参数设置3-3-4 瞬态特性分析参数设置3-3-5 瞬态特性分析中的信号源,基本电路特性分析参数的设置,1. 直流工作点分析 (Bias Point Detail):计算电路的直流工作状态，并给出非线性器件的工作点和线性化参数。2. 直流灵敏度分析 (DC Sensitivity)：分析节点直流电压对电阻、 独立源、控制开关、二极管、双极晶体管参数的灵敏度。 元件灵敏度： S(T,X)=dT/dX 相对灵敏度：元器件值变化1引起电路特性T的变化 SNX*S(T,X)/1003. 直流传输特性分析 (Transfer Function)：将电路在直流工作点处作线性化处理，计算下述3个参数： 输出端和输入端直流电压之比（小信号增益） 输入电阻 输出电阻,直流工作点分析参数设置,1. 直流工作点分析 (Bias Point Detail) 2. 直流灵敏度分析 (DC Sensitivity) 3. 直流传输特性分析 (Transfer Function),直流工作点分析参数设置,演 示,(1) 进行电路模拟分析时对元器件符号库有什么要求？ (2) Simulation Profiles在电路模拟中起什么作用？(3) 直流工作点分析对AC交流小信号分析和TRAN瞬态分析有什么作用？如果要分析电路的AC、TRAN特性，是否必须首先设置直流工作点分析？,思考题,作用：使电路中某一参数(称为自变量)在一定范围内变化。对自变量的每一个取值,计算一次电路的直流偏置特性(称为输出变量)。DC分析时,还可以指定一个参变量并确定其变化方式。对参变量的每一个取值，均使自变量在其变化范围进行一次扫描，计算输出变量的变化情况。,直流特性分析参数设置（DC Sweep）,直流特性分析参数设置（DC Sweep）,基本参数(自变量)设置,直流特性分析参数设置（DC Sweep）,参变量参数设置,直流特性分析参数设置（DC Sweep）,说明:直流特性扫描分析结果存入.DAT文件，需调用PROBE模块显示结果曲线。若要将结果存入.OUT文件,需在电路中相应位置设置输出指示符。,直流特性分析参数设置（DC Sweep）,5-1 Probe的基本功能5-2 基本运行环境设置5-3 显示分析结果信号波形的基本方法5-4 从信号波形中提取电路特性参数5-5 电路性能分析5-6 绘制直方图,波形显示和分析模块Probe,(1) 基本功能“示波器”作用 (2) 信号波形的运算处理 (3) 关于电路设计的性能分析 (4) 绘制直方图 (5) 信号波形数据的显示和处理,Probe的基本功能,(1)调用方式的设置,基本运行环境设置,(2)存放数据内容的设置,基本运行环境设置,Probe窗口与Trace命令菜单中的Add Trace命令,显示分析结果波形的基本方法,演 示,1. 交流小信号频率特性分析(AC Sweep) 作用：在电路工作点处建立交流小信号等效电路，使输入交流信号频率在一定范围变化，计算输出交流信号的变化。,交流小信号特性分析参数设置,1.交流小信号频率特性分析(AC Sweep) 2.噪声分析(Noise Analysis),交流小信号特性分析参数设置,演 示,(1) 如何理解AC信号源只有振幅和相位值而没有频率？ (2) 什么是“小信号”条件？既然是“AC小信号”分析,为什么AC信号源的振幅可以设置为1V，使分析结果给出的输出端信号振幅可能超过100V？,思考题,1.瞬态特性分析 (Transient Analysis) 2.傅里叶分析 (Fourier Analysis),瞬态分析作用：在给定输入激励信号作用下，计算电路输出端的瞬态响应。需指定的参数：(1) 输入端激励信号波形。 (2) 分析参数(分析时间步长和总时间) (3) 输出要求(开始输出的时间、输出时间步长、偏置解)。,瞬态特性分析参数设置,3-1 概述3-2 电路模拟分析的步骤3-3 基本电路特性分析参数的设置3-4 电路特性分析中的信号源,基本电路特性分析,(1) 瞬态分析时，电路中必需有一个用于瞬态分析的激励信号源。(2) 用于瞬态分析的激励信号源波形只能采用5种形式。(3) 每种波形各自采用一组参数描述波形的变化情况。,瞬态特性分析中的信号源,1. 周期脉冲信号 PULSE：,瞬态特性分析中的信号源,分段线性信号 PWL (Piece-Wise Linear) 可以产生单脉冲信号、阶跃信号等实用的输入信号。 描述分段线性信号只要给出每个转折点的坐标。,瞬态特性分析中的信号源,3. 调幅正弦信号 SIN (SINusoidal waveform),瞬态特性分析中的信号源,若参数Voff=0，df=0，td=0，phase=0，则成为标准正弦信号。,4. 调频信号 SFFM (Signal-Frequency Frequency-Modulated),瞬态特性分析中的信号源,指数信号 EXP (EXPonential waveform) 可用来作为“浪涌分析”中的信号源。,瞬态特性分析中的信号源,(1) 对每一种电路特性分析，电路中必须有对应的信号源。否则无法进行这种特性分析。 DC分析-要求电路中有描述直流电压(电流)值的电源。 AC分析-电路中必须有描述信号振幅值和相位值的交流信号源。 TRAN分析-要求电路中有提供5种激励信号波形之一的信号源。(2) 对上述每一种信号源，必须采用相应的信号源符号。(3) SOURCE符号库中包括了各种信号源符号。其信号值和波形应采用编辑修改元器件参数的方法设置。(4) 瞬态分析采用的信号源符号也可以从SOURCSTM符号库中调用信号波形需调用StmEd波形编辑模块,以人机交互方式设置/绘制。,电路特性分析中的信号源,Souce符号库中的电源符号和参数设置,演 示,如何理解一个信号源可以同时设置DC、AC和TRAN3种类型的信号？ 对调幅正弦信号，若参数Voff=0，df=0，td=0，则成为标准的正弦信号，可否用于AC分析？,思考题,目前计算机模拟软件对电路进行分析的基本原理是根据基耳霍夫定律，针对待分析电路的拓扑结构和元器件值，建立电路方程，然后采用数值计算方法求解。由此得到的分析结果是电路中的节点电压和支路电流数值。 但是，在电路设计中，用户最关心的是表征电路特性的参数值，如放大电路的增益、带宽和中心频率等等。 为了实现电路特性参数值的自动提取，OrCAD/Pspice10软件中提供有一系列“Measurement”函数，PSpice9中称为Goal Function 。,提取电路特性参数,“Measurement”函数是由一系列搜寻命令以及对搜寻结果进行计算分析的运算式组成。由运算式得到的结果是一个具体数值，这也就是表示电路特性的数值。为了方便用户，OrCAD/PSpice软件提供有一系列内定的“Measurement”函数，可以提取出几十种常用的电路特性值。如果用户在电路分析中，需要调用具有特定功能的“Measurement”函数，可以遵循Probe提供的搜寻命令、运算式、以及“Measurement”函数的格式，编写自己的“Measurement”函数。存放“Measurement”函数的文件以PRB为扩展名。,Measurement函数,Measurement函数,显示信号波形后，执行Trace/Measurements子命令显示特征函数列表,提取电路特性参数的步骤,1、显示信号波形，执行Trace/Measurements子 命令2、选用合适的特征函数3、选中特征函数，按Eval按钮，设置特征函数的参数4、按OK按钮，屏幕上显示出特征点P1的位置，并列出特征值函数计算表达式和最终结果5、点击确定按钮，屏幕显示恢复原来状态6、点击View/Measurement Results子命令，特征值分析情况在波形下面列表显示出来。,演 示,
