《电路仿真技术》PPT课件.ppt

Protel DXP 电路仿真技术,在传统的设计电路过程中，为了检验所设计电路的性能，必须通过在面包板上搭建电路来联调电路，检查节点电压等电气特性，如果不满足要求则要更换不同的元器件，然后继续联调电路，如此循环往复直至电路符合设计要求。因此设计的工作量很大，研制时间长，而且设计质量取决于设计人员的经验。,PROTEL DXP在具有电路原理图设计和PCB板设计两大功能的同时还具有很多其它功能。它也具有电路仿真的强大功能。PROTEL DXP仿真功能可以对电子元器件进行一定程度的非线性仿真，基本能够做到测试结果与实际调试基本相似。同时它能够和PCB设计功能链接，生成印制电路，自动排出印制电路版，从而大大加快了产品开发速度，提高工作效率。提供了各种分析手段。有瞬态特性分析、傅立叶分析、直流扫描仿真分析、交流小信号分析、噪声分析、零极点分析、传递函数分析、蒙特卡罗分析等各种分析方法。,电路仿真的基本步骤,1.配置仿真电路图,电路仿真原理图的绘制是电路仿真过程中最基本的步骤，绘制仿真电路原理图的编辑环境与绘制电路原理图的编辑环境是完全相同的。绘制、修改的方法也相同，只是在选用的元件库上有所不同，仿真原理图上的元件一定是从仿真元件库中获得，从而使得每一个元器件拥有自己独特的仿真属性。这一点及其重要，如果某个元器件不具有仿真属性，那么在进行电路仿真时将会出错。,2.设置仿真元器件的仿真参数,为了能够正确的执行仿真分析，就必须对仿真原理图中的各个元器件的仿真信息进行规范性的设置，使得仿真模型与实物模型相互关联。,3.添加仿真电路电源和仿真激励源,在进行电路仿真之前必须能够清楚的辨析电路的电源和电路仿真激励源的概念。电路电源是整个电路工作的整个过程必须提供的电源，它的作用是为整个电路提供稳定的能源；而电路仿真激励源只是为了检测电路的某些电气特性外加的测试信号，它是整个电路中的一个噪声源。常用的电路仿真激励源有：阶跃信号激励源、脉冲信号激励源、正弦信号激励源等，仿真激励源随着电路测试要求的不同而有不同的选择。,4.定义仿真电路节点,在进行电路仿真从前，必须在每一个需要测试的地方添加网络标号。如果采用默认的网络标号，系统只会给出所有元器件两端的电压、流经它的电流和它消耗的功率，这样设计者就不能够直观的看到一些仿真结果。添加网络标号的方法和电路原理图中添加网络标号的方法是一样的。,5.对仿真原理电路进行ERC校验,在进行电路仿真前必须对仿真原理图进行ERC校验，从而确保仿真电路的正确性。对仿真原理电路进行ERC校验的方法与对电路原理图进行ERC校验的方法一样。,6.设置仿真方式和选择所要观察的仿真数据,在绘制好电路仿真原理图并设置好原理图中的各项仿真参数后还需要对电路仿真方式和仿真参数进行设置。Protel DXP提供了很多的电路仿真方式。,7.执行电路仿真,8.对仿真结果进行分析,常用元件简介及其仿真参数的设置,在进行电路仿真前，需要对要使用的元器件进行参数设置。参数设置过程中必须遵循一个假定：所有的元器件都是理想的元器件，这样设置的参数才有意义。在介绍常用元件及其参数设置之前，将介绍如何对仿真元件库进行操作。,1.添加仿真元件库,为了进行电路的仿真，要求仿真电路图中的所有元件必须包含特别的仿真信息，以便仿真软件能正确识别和处理。Protel DXP中的不提供专门的电路仿真元件库，而是将仿真元件模型、PCB封装库和元器件的原理图符号整合到一个*.IntLib的集成库中。新建原理图文件后，进入仿真原理图设计界面，添加仿真元件库的步骤如下：,(1)单击菜单Design-Add-Remove Library 就会弹出添加删除对话框，如图1所示。系统默认加载了两个集成库文件Miscellaneous Device.IntLib 和Miscellaneous Connectors.IntLib。,（2）点击图所示对话框的右下角的Install按钮，就可以添加自己还需要元件库。,图1,2 电阻元件,在Protel DXP仿真元件库中的电阻有两种类型：RES(固定电阻)、RES SEMI(半导体电阻)。如图2所示。在库文件Miscellaneous Device.IntLib选择固定电阻RES2，将它放到电路仿真原理图合适的位置，双击该元件，系统则会弹出电阻的属性对话框。如图3所示。首先在对话框的Designator中填入此电阻的标称，另外在该对话框右面参数栏中将电阻的阻值改为所需要的阻值。对于固定电阻只需要设置此两项参数就可以了。,图2,所谓半导体电阻就是电阻的阻值由电阻的长度、宽度和周围的环境决定。因此它的设置比固定电阻参数的设置要复杂的多。参数设置的前两步和对固定电阻的设置的前两步完全相同。如图3所示。紧接其后，双击图3中右下角的Simulation属性，则弹出半导体电阻的属性编辑对话框。选择Parameters选项栏，如图4所示，可以在此对话框中设置半导体电阻的各种仿真参数。,图3,图4,在图4中所示的选项区域中的电阻各仿真参数的含意如下：Value:设置电阻值，单位是欧。Length:设置半导体电阻的长度，单位是米。Width:设置半导体电阻的宽度，单位是米。Temperature:半导体电阻的工作温度，单位是摄氏度。,3 电容元件,在Protel DXP仿真元件库中的电容两种类型：CAP(无极性固定值电容)、CAP Pole(有极性固定值电容)和CAP SEMI(半导体电容)。如图5所示。在库文件Miscellaneous Device.IntLib选择需要的电容，将它放到电路仿真原理图合适的位置，双击该元件，系统则会弹出电容的属性对话框。,图5,在弹出的属性对话框中，双击右下角的Simulation属性，弹出电容的属性编辑对话框。选择Parameters选项栏，如图6或7所示，在此对话框中设置电容的各种仿真参数。,图6,图7,在图14.7中所示的选项区域中的电容各仿真参数的含意如下：Value:电容值，单位是法。Initial Voltage：极性电容初始电压，即电容的初始电压 值，此参数只有在动态分析时才用到,单位是伏特。Length:设置半导体电容的长度，单位是米。Width:设置半导体电容的宽度，单位是米。Temperature:半导体电阻的工作温度，单位是摄氏度。,4 电感元件,在Protel DXP仿真元件库中的提供多种电感类型：例如有Inductor(普通电感)、Inductor Iron(带铁芯的电感)等。如图8所示。在库文件Miscellaneous Device.IntLib选择需要的电感，将它放到电路仿真原理图合适的位置，双击该元件，系统则会弹出电感的属性对话框。,图8,在弹出的属性对话框中，双击右下角的Simulation属性，则弹出电容的属性编辑对话框。选择Parameters选项栏，如图9所示。,在图9中所示的选项区域中的电感各仿真参数的含意如下：Value:设置电感值，单位是亨。Initial Voltage：表示电感的初始值，此参数只在动态分析时才用到，单位是安培。,图9,5 二极管元件,二极管元件数量繁多，下面简单列出几种类型作为代表，如图10所示。在库文件Miscellaneous Device.IntLib选择需要的二极管，将它放到电路仿真原理图合适的位置，双击该元件，系统则会弹出电感的属性对话框。,图10,用前面相同的方法弹出二极管的属性编辑对话框。选择Parameters选项栏，如图11所示。,图11,在图 11中所示的选项区域中的二极管各仿真参数的含意如下：Area：区域因子，定义并联二极管的数目。Starting Condition：设置二极管的初始工作条件。选择Off是代表在有效点分析时，将二极管的结束电压置为零。Initial Voltage：二极管初始电压，此参数只在动态分析时才用到,单位是伏特。Temperature:二极管的工作温度，单位是摄氏度。默认为27摄氏度。,6 三极管元件,三极管元件在库文件MiscellaneousDevice.IntLib库中，数量繁多，下面简单列出几种类型作为代表，如图12所示。,图12,在图13中所示的选项区域中的三极管各仿真参数的含意如下：Area：区域因子，定义并联三极管的数目。Starting Condition：设置三极管的初始工作条件。选择Off是代表在有效点分析时，将三极管的结束电压置为零。Initial B-E Voltage：设置三极管基极发射极之间的初始电压,单位是伏特。Initial C-E Voltage：设置三极管集电极发射极之间的初始电压,单位是伏特。Temperature:三极管的工作温度，单位是摄氏度。默认为27摄氏度。,7 场效应管元件,Protel DXP同样为设计人员提供了丰富的场效应管元件，包括结型场效应管（如图14所示）、MOS场效应管（如图15所示）、MES场效应管（如图16所示）。这些元器件的仿真参数设置基本相同，此处具体介绍MOS场效应管。从库文件Miscellaneous Device.IntLib库中选取所要的MOS场效应管，然后采用前面介绍的方法打开MOS场效应管的属性编辑对话框。选择Parameters选项栏，如图17所示。,图14,图15,图16,在图17中所示的选项区域中的MOS场效应管各仿真参数的含意如下：Length:设置MOS场效应管沟道长度，单位是米。Width:设置MOS场效应管沟道宽度，单位是米。Drain Area：设置MOS场效应管漏极面积，单位是平方米。Source Area：设置MOS场效应管源极面积，单位是平方米。Drain Perimeter：设置MOS场效应管漏极结面积，单位是平方米。Source Perimeter：设置MOS场效应管源极结面积，单位是平方米。,图17,NRD：发射极等价号，设置MOS场效应管漏极扩散长度，单位是米。NRS：集电极等价号，设置MOS场效应管源极扩散长度，单位是米。Starting Condition：设置MOS场效应管的初始工作条件。选择Off是代表在有效点分析时，将MOS场效应管的结束电压置为零。Initial D-S Voltage：设置MOS场效应管漏极源极之间的初始电压,单位是伏特。Initial B-S Voltage：设置MOS场效应管栅极源极之间的初始电压,单位是伏特。Temperature:MOS场效应管的工作温度，单位是摄氏度。默认为27摄氏度。,8 晶振,晶振是为仿真系统提供时钟源的器件。在Protel DXP中，设计人员只需在库文件Miscellaneous Device.IntLib库中选取就可以获得，如图18所示。将选取的晶振放到电路仿真原理图合适的位置，采用前面介绍的方法打开晶振的属性编辑对话框。选择Parameters选项栏，如图19所示。,图18,图19,9 熔断丝元件,图20,图21,9 继电器,图23,图22,在图23中所示的选项区域中的熔断丝元件各仿真参数的含意如下：Pullin：闭合电压 Dropoff：断开电压Contact：闭合阻抗 Resistance：线圈阻抗Inductance：线圈感应系数,10 互感器,图24,图25,Ratio：原边次边转换比率，指定此值将覆盖仿真模型默认值。Rp：原边阻抗。Rs：次边阻抗Leak：漏电感应系数。Mag：磁化感应系数。,11 节点电压设置元件,首先添加一个Simulation Sources.IntLib的库文件。路径为LibrarySimulationSimulation Sources.IntLib。然后在库文件Simulation Sources.IntLib中选取.NS元件，如图26所示。,图26,选取.NS元件后，按照前面的方法打开节点电压的属性编辑对话框。选择Parameters选项栏，如图27所示。,图27,在图27中所示的仿真参数，它的含意如下：Initial Voltage：节点电压预收敛值（即电压的初始幅值）,单位是伏特。节点电压预收敛值的作用是当仿真程序计算出节点电压小于设置的预收敛值，则去掉预收敛值，然后继续计算直至算出正确的预收敛值。,11 节点电压初始值设置元件,该元件用来设置瞬态分析的初始条件。在仿真点进行瞬态分析分析过程中节点电压就保持在由IC元件指定的值上。在随后的瞬态分析中，这个限制被去掉。在Protel DXP设置节点电压初始值同样是非常方便。首先从库文件Simulation Sources.IntLib中选取IC元件，如图28所示。选取.IC元件后，按照前面的方法打开节点电压初始值设置的的属性编辑对话框。选择Parameters选项栏，其对话框完全相同于如图28所示的对话框。其参数的含意完全相同。,图28,二、仿真电源参数的设置,在进行电路仿真时，必须放置仿真电源，而且仿真电源的标识符必须和原理图中的Power Port标识符相同，才能进行仿真。它的作用好比是信号发生器，观察其发出的标准信号经过仿真电路后的输出，从而判断仿真电路参数设置的合理性。,2.1 直流仿真电源(Constant(DC)Simulation Sources),直流仿真电源包括直流电压源（VSRC）和直流电流源(ISRC)两种类型，如图29所示。使用直流仿真电源的方法很简单，只需在Protel DXP的Simulation Sources.IntLib库文件中点选相应的图标，将其放到仿真电路图中相应的位置，然后再双击该直流仿真电源标志符，系统则会弹出直流仿真电源的属性对话框。在弹出的属性对话框中，双击右下角的Simulation属性，则弹出直流仿真电源的属性编辑对话框。选择Parameters选项栏，如图30所示。直流电压源和直流电流源的Parameters选项栏，是完全相同的。,图29,图30 直流仿真电源仿真对话框中的Parameters选项栏,图30中所示的选项区域中的直流仿真电源各仿真参数的含意如下：Value：设置电源电压(V)或者电流(A)大小。AC Magnitude：如果要进行小信号AC分析的电压值，则设置此值为1。AC Phase：设置交流小信号分析的初始电压相位。,2 交流仿真电源(Sinusoidal Simulation Sources),交流仿真电源又可以称为正弦信号仿真电源，交流仿真电源包括交流电压源（VSIN）和交流电流源(ISIN)两种类型，如图31所示。使用交流仿真电源的方法同样很简单，只需在Protel DXP的Simulation Sources.IntLib库文件中点选相应的图标，将其放到仿真电路图中相应的位置，然后采用直流仿真电源一节中提到的方法打开交流仿真电源的属性编辑对话框。选择Parameters选项栏，如图32所示。,图31 交流电压源和交流电流源,图32 交流仿真电源仿真对话框中的Parameters选项栏,交流仿真电源各仿真参数的含意如下：DC Magnitude：设置交流仿真电源的直流参数，此处忽略。AC Magnitude：如果要进行小信号AC分析的电压值，则设置此值为1。AC Phase：设置交流小信号分析的初始电压相位。,Offset：设置在信号源上叠加的电压或者直流电流分量的大小。Amplitude：设置交流电压或电流源的幅值。Frequency：设置交流电压或电流源的频率。Delay：设置仿真电源初始的延时时间。Damping Factor：设置信号衰减指数，设置振幅每秒的衰减幅度。当衰减指数小于1时，交流信号随着时间衰减；当衰减指数大于1时，交流信号随着时间发散。Phase：设置交流仿真电源的初始相位。,3周期性脉冲仿真电源(Periodic Pulse Simulation Sources),周期性脉冲仿真电源包括两种类型：VPULSE(脉冲电压)和IPULSE(脉冲电流)，如图33所示。,图33 脉冲电压源和脉冲电流源,从Simulation Sources.IntLib库文件中点选相应的图标，将其放到仿真电路图中相应的位置，然后采用直流仿真电源一节中提到的方法打开周期性脉冲仿真电源的属性编辑对话框。选择Parameters选项栏，如图34所示。,图34 周期性脉冲仿真电源仿真对话框中的Parameters选项栏,交流仿真电源各仿真参数的含意如下：DC Magnitude：设置周期性脉冲仿真电源的直流参数，AC Magnitude：如果要进行小信号AC分析的电压值，则设置此值为1。AC Phase：设置交流小信号分析的初始电压相位。Initial Value：设置周期性脉冲仿真电源的初始电压。Pulsed Value：设置周期性脉冲仿真电源经过延时和上升时间后的电流或电压值。Time Delay：设置仿真电源初始的延时时间。Rise Time：设置电压从初始值向脉冲值变化的时间，必须大于0。Fall Time：设置电压从脉冲值回落到初始值的时间，必须大于0。Pulse Width：设置周期性脉冲仿真电源的脉冲宽度。Period：设置周期性脉冲仿真电源的脉冲周期。Phase：设置周期性脉冲仿真电源的初始相位。,4 指数仿真电源(Exponential Simulation Sources),Protel DXP中指数仿真电源包括VEXP(指数函数电压源)和IEXP(指数函数电流源)两种类型，如图35所示。具体操作方法是设计人员从Simulation Sources.IntLib库文件中点选相应的图标，将其放到仿真电路图中相应的位置，然后采用直流仿真电源一节中提到的方法打开指数仿真电源的属性编辑对话框。,图 35 指数仿真电源的图标,5 分段线性仿真电源(Piece-Wise Linear Simulation Sources),Protel DXP中，分段线性仿真电源位于Simulation Sources.IntLib库中，共有两种类型：IPWL(电流源)和VPWL(电压源)，如图36所示。,图36分段线性仿真电源的图标,6 线性受控源(Linear Dependant Simulation Sources),Protel DXP中，线性受控源位于Simulation Sources.IntLib库中，共有四种类型：HSRC(流控电压源)、GSRC(压控电流源)、FSRC(流控电流源)和ESRC(压控电压源)，如图37所示。同样设计人员从Simulation Sources.IntLib库文件中点选相应的图标，将其放到仿真电路图中相应的位置，然后采用直流仿真电源一节中提到的方法打开线性受控源的属性编辑对话框。选择Parameters选项栏，如图38所示。,图37 线性受控源的图标,图38 线性受控源仿真对话框中的Parameters选项栏,在图38中所示的选项区域中的线性受控源仅有一项仿真参数，它的含意如下：Gain：设置线性受控源参数，对于HSRC设置阻抗；对于GSRC设置电压增益；对于FSRC设置电流增益；对于ESRC设置电导率。,三、仿真类型的设置,在进行电路仿真前，还需要选择合适的仿真类型。执行菜单DesignSimulateMixed Sim，就可以打开仿真类型设置对话框，如图39所示。由图所示可知，在对话框中默认的选项是General Setup，即电路仿真类型的通用参数设置。,图39 仿真类型通用设置对话框,1 通用参数设置,图39中所示的General Setup选项对话框中，从图的右半部分依次往下的各个参数的含意如下：（1）Collect Data For下拉列表框中的参数，用来设置仿真程序要保存的仿真节点数据。Node Voltage：保存仿真节点的电压。Supply Current：保存流过电源的电流。Device Current：保存流过元器件的电流。Device Power：保存在元器件上消耗的功率。Subcircuit VARs：保存整个支路的端电压、流过支路的电流。Active signals：仅仅保存由active signals列表框中列出的激活信号。,(2)Sheets to Netlist下拉列表框中的参数，用来设置仿真程序作用范围。Active sheet：仿真程序作用于当前电路仿真原理图。Active project：仿真程序作用于当前的工程。(3)SimView Setup下拉列表框中的参数，用来设置显示仿真结果的信息窗口要显示的内容。Show active signals：在电路仿真时，按照active signals列表框中列出的激活信号，在显示仿真结果的信息窗口中显示相应的激活信号。Keep last setup：不加理会active signals列表框中列出的激活信号，而是保持上一次设置。系统将按照上次对仿真节点数据的选择保存和显示相应的激活信号。,(4)Available Signals列表框中的参数，用来显示仿真程序中可以被设计人员观测的信号，即当前可以获得的仿真信号。(5)Active Signals列表框，用来显示设计人员选择的在显示仿真结果的信息窗口中要显示的信号。,在图39中的左边仿真方式列表框还有一个通用参数高级设置的选项Advanced Options，选中这一选项则会有如图14.46所示的对话框。在图40中显示的内容都是各种仿真方式要遵循的基本条件，如果修改它们将可能造成某些仿真程序无法使用。,图40仿真类型高级设置对话框,系统可供选择的10种仿真类型：Operating Point Analysis(仿真点分析)、TransientFourier Analysis(瞬态傅立叶分析)、DC Sweep Analysis(直流扫描分析)、AC Small Signal Analysis(交流小信号分析)、Noise Analysis(噪声分析)、PoleZero Analysis(极点零点分析)、Transfer Function Analysis(传输性能分析)、Temperature Sweep Analysis(温度扫描分析)、Parameter Sweep Analysis(参数扫描分析)和Monte Carlo Analysis(蒙特卡洛分析)。,2 仿真点分析(Operating Point Analysis),这一仿真类型不含有任何参数，其对话框如图41所示。仿真点分析这一选项只是为其它仿真类型做铺垫，完成工作点的分析。,图41 仿真点分析参数设置,3 瞬态傅立叶分析(TransientFourier Analysis),傅立叶分析方法用于分析估计时域信号的直流、基频和高次谐波分量，即离散傅立叶变换。这个分析将电压波形从时域变换到频域，求出它的频域变化规律。在进行傅立叶分析时，必须首先选择一个输出节点即输出分量，分析从这个节点获得的电压波形。分析还需要一个基频，一般将电路中的交流激励源的频率设定为基频，若在电路中有几个交流源时，那么基频将是这些频率的最小公因数。比如有一个10.5KHz和一个7KHz的交流激励信号，那么基频就是0.5Hz。,4 直流扫描分析(DC Sweep Analysis),直流扫描分析产生的输出像一个曲线跟踪器。它执行一系列的仿真点分析，每次修改电源的电压都得到一个直流传输曲线。也可以定义辅助电源，如果定义了辅助电源，对应每个辅助电源的值对主电源进行直流扫描分析。通过直流扫描分析可以确定该输入信号的最大范围和噪声容限。,直流扫描分析参数设置对话框,Primary Source：点选其右边Value栏下的区域会出现下拉列表框，用来设置第一信号输入源。Primary Start：用来设置第一信号输入源初始值。Primary Stop：用来设置第一信号输入源终止值。Primary Step：用来设置第一信号输入源幅值变化的步长。Enable Secondary：第二输入源的使能选择项。Secondary Name、Secondary Start、Secondary Stop、Secondary Step它们的作用依次相同于Primary Source、Primary Start、Primary Stop、Primary Step的作用。,5 交流小信号分析(AC Small Signal Analysis),交流小信号分析主要用来分析仿真电路的频率相应特性，交流小信号分析将输出变量作为频率的函数计算出来。此分析方法首先进行仿真点分析以确定电路的直流偏置数据，其次用固定幅值的直流波形产生器代替信号电源，然后在特定的频率范围内分析电路。在进行交流小信号分析之前，首先要使用仿真点分析完成工作点的分析（因为仿真点分析对话框中不含有任何参数，所以只要选中即完成了这一部分工作），然后在进行交流小信号分析。,6 噪声分析(Noise Analysis),任何电路中都存在噪声，由此必须对噪声进行分析。噪声分析用来检测电子电路输出端噪声源的大小。噪声分析计算电路中由电阻及半导体元件所产生的噪声总和。假设噪声源互不相关，而且这些噪声值都独立计算。总噪声为每个噪声源对于特定的输出节点产生的限声均方根值的和。噪声分析通过分析噪声的频谱密度关系，确定电阻和半导体仿真元件对噪声特性的影响（产生噪声的元件主要有电阻和半导体器件）。,6极点零点分析(PoleZero Analysis),极点零点分析对于决定电路的稳定性分析非常有用。极点零点分析可决定一个电路的小信号交流传递函数的极点和零点。此分析由计算电路的静态工作点开始，得出所有非线性元件的线性化小信号模型。,7 传输性能分析(Transfer Function Analysis),传输性能分析主要用来计算电路中指定的两个输出节点与输入电源之间交流小信号的传递函数，也可以计算电路的输入与输出阻抗及直流增益的参数。在进行传输性能分析之前任何非线性元件都要根据静态工作点先行线性化，然后进行小信号分析。输出的变量可以是任何节点电压，而输入的则必须是电路某处所定义的独立电源。,8 温度扫描分析(Temperature Sweep Analysis),利用温度扫描分析，可快速地对电路进行不同温度的操作验证。其效果等同于对电路进行多次模拟，而每一次都针对不同的温度进行，可在对话框中选择起始、结束及增量值。如未设定温度扫描，则电路将在预设的27下进行模拟。仿真元件库中的所有元件参数都假定是常温(27)下的值。对于某些元件而言，可以在元件属性设置对话框中修改工作温度。在进行直流分析、交流小信号分析或瞬态特性分析时，才可以采用温度扫描分析来进行不同工作温度下的分析，即不能单独进行温度分析。,9 参数扫描分析(Parameter Sweep Analysis),数扫描分析原理是经过对一元件参数的扫描变化快速地验证电路的正确性。它与每次利用一个不同的值进行多次模拟的结果相同。在参数扫描对话框中，经过选择起始、结束及增量值来控制参数值。参数扫描分析允许以预定义的增幅扫描元件的值。参数扫描分析可以改变基本的元件和模型的数据，但是不能改变子电路的数据。通过参数扫描可以方便地找到元件的最佳参数。另外还可以定义一个辅助扫描参数。,14.5 模拟电路仿真实例,本章第一节讲解电路仿真设计的基本步骤，在随后的章节里面详细的讲述了在电路仿真中，各种常用元器件如何进行仿真参数的设置、各种仿真激励源的参数设置和各种仿真方式的设置。现在在此基础上向设计人员介绍一个实际使用的模拟电路方面的例子，从而加深设计人员对Protel DXP的电路仿真功能的了解。在随后的章节中还会介绍一个模拟结合数字的电路。,14.5.1 晶振电路的介绍,晶振电路的作用是为了给整个系统提供一个稳定的振荡源。以往的做法是用示波器看波形，计算振荡频率，现在介绍如何利用Protel DXP的电路仿真功能完成以上的操作。如图14.57所示是本例要介绍的晶振电路的电路仿真原理图，它是一个简单的模拟仿真电路，该电路的仿真电源就是电路的电源VDD，里面使用的元器件都可以在Miscellaneous Device.IntLib和Simulation Sources.IntLib两个库文件中获得。它和系统提供的晶振电路的例子只是表面相同，因为系统提供的例子中所用的元器件都采用Spice模型。这对一般设计人员来说要学习如何编写Spice模型有点困难。本例中介绍如何使用库文件中的元器件来完成仿真。,图14.57 晶振电路的电路仿真原理图,进行如图14.57所示的电路仿真的具体步骤如下：（1）新建工程和原理图文件。按照前面原理图的方法新建一个项目工程，然后在此项目工程内新建一个电路原理图文件。执行菜单命令File-New-Schematic，系统会在项目工程的原理图文件夹中新建一个原理图文件。保存然后将其重新命名为Crystal Oscillator.schdoc。此时已经进入原理图编辑环境。（2）加载仿真元器件库。采用前面介绍的方法打开Library库文件对话框，本例使用到的元器件除了已有的两个库文件外，只需再装人一个Simulation Source.IntLib库文件即可。如图14.58所示。,图14.58 加载库文件,（3）绘制仿真原理图。首先从Miscellaneous Device.IntLib库文件选取电阻RES1的图标，放置在仿真原理图中适当位置，本例中需要两个电阻。随后采用前面介绍的方法打开电阻的仿真设置对话框，将电阻的阻值修改为10K和220K，另外在Designator将两个电阻分别标号为R1，R2，并且将Comment设置为空。如图14.59所示为R1的仿真设置对话框。,图14.59 R1的仿真设置对话框,放置好电阻以后就要放置电容元器件。放置电容元件的步骤和放置电阻元件的方法相同，首先从Miscellaneous Device.IntLib库文件选取电容CAP的图标，放置在仿真原理图中适当的位置，打开电容的仿真设置对话框，将电容的容值修改为22pF，另外在Designator将两个电阻分别标号为C1，C2，并且将Comment设置为空。如图14.60所示为C1的仿真设置对话框。,图14.60 C1的仿真设置对话框,随后放置晶振元件。同样从Miscellaneous Device.IntLib库文件选取晶振XTAL的图标，放置在仿真原理图中适当的位置，打开晶振的仿真设置对话框，在Designator将晶振标号为Y1，并且将Comment设置为XTAL。然后打开右边对话框中的Parameters选项栏设置晶振的仿真参数，如图14.61所示。在FREQ(晶振频率)设置栏中设为2meg；在RS（级联阻抗）设置栏中设为750；在C（等效电容）设置栏中设为18pF；在Q（等效电流）设置栏中设为1000。,图14.61 设置晶振的Parameters选项栏,随后设置MOS场效应管。同样从Miscellaneous Device.IntLib库文件选取MOS场效应管的图标，放置在仿真原理图中适当的位置，打开MOS场效应管的仿真设置对话框，在Designator将MOS场效应管标号为Q1和Q2，并且将Comment设置为NMOS和PMOS。如图14.62所示为NMOS的仿真设置对话框。,图14.62 NMOS的仿真设置对话框,图14.63 仿真电源的仿真设置对话框,在完成了以上的操作后，紧接着要放置仿真电源。本例中仿真电源就是电路电源，从Simulation Sources.IntLib库文件中选取VSRC并把它放置到电路仿真原理图上，双击该标志，则系统弹出该仿真电源的参数设置对话框，如图14.63所示。在此对话框中将电源的值设置为5V，然后在Designator将电源标号设置为V1，并且将Comment设置为5V。在设置完了所有的元器件的仿真参数后，用连线将所有的元器件按照图14.57所示完成连接过程，形成完整的仿真电路图。并且在晶振的两端设置网络标号n1和n2，以及给输出端设置网络标号out。完成以上所有的操作以后，要对电路进行编译，即进行ERC检验。具体方法参考前面原理图章节介绍的方法，先保存仿真电路原理图，然后执行菜单命令Project-Compile All Projects，然后观察Message窗口就可以知道电路原理图是否有错误，如果没有就说明编译成功。,（4）设置仿真类型。执行菜单命令Design-Simulate-Mixed Sim，执行此菜单后就会弹出如图14.64所示的仿真类型设置对话框。首先设置通用参数，在General Setup选项的右边对话框的Collect Data For仿真输出设置框中选择Node Voltage、Supply Current、Device Current and Power。即选择仿真结束后输出节点电压、输入电流和流过元器件的电流和元器件两端的电压。,图14.64 仿真类型设置对话框,Active Signals列表框，显示了所有可以显示的信号。具体的操作在Available Signals列表框中依次选择要显示的信号N1,N2和OUT，然后单击按钮依次把信号加入到Active Signals列表框中。如果设计人员选错了信号还可以删除错误的信号，具体操作只要在Active Signals列表框中选中无需显示的信号，然后单击按钮就可以了。设置瞬态特性的仿真方式。在图14.64中选中Operating Point Analysis(仿真点分析)和TransientFourier Analysis(瞬态傅立叶分析)右侧的Enable选项，则弹出如图14.65所示的对话框。然后在该对话框右边的选项栏中选中Use Initial Condition，其它如Transient Start Time(设置进行瞬态仿真的起始时间)、Transient Stop Time（设置进行瞬态仿真的结束时间）、Transient Step Time（设置进行瞬态仿真时间的步长）、Transient Maximum Step Time（设置进行瞬态仿真时的最大步长）等选项按照图14.65所示来设置。至于傅立叶分析的参数就不用理会，因为没有使用Enable Fourier这一仿真分析。,图14.65 瞬态分析的对话框,（5）进行仿真。单击图14.65所示对话框中的OK按钮，则系统进行电流仿真。仿真结束后就会出现如图14.66所示的波形对话框。,图14.66 仿真结束后产生的波形,在执行电路仿真时，设计信息以SPICE Netlist的方式送入仿真引擎。同时产生一个网表文件Crystal Oscillator.nsx，在项目工程中双击此文件，就可以查看SPICE Netlist：Crystal Oscillator*SPICE Netlist generated by Advanced Sim server on 2004-7-22 11:27:58*Schematic Netlist:C1 N1 0 22pFC2 N2 0 22pF,MQ1 VDD N1 OUT OUT NMOSMQ2 OUT N1 0 0 PMOSR1 N1 N2 220kR2 OUT N2 10kV1 VDD 0 5VXY1 N1 N2 XTAL#0.SAVE 0 N1 N2 OUT VDD V1#branch V1z C1i C2i MQ1id MQ1ig MQ1is.SAVE MQ2id MQ2ig MQ2is R1i R2i C1p C2p MQ1p MQ2p R1p.SAVE R2p V1p*PLOT TRAN-1 1 A=N1 A=N2 A=OUT*PLOT OP-1 1 A=N1 A=N2 A=OUT*Selected Circuit Analyses:.TRAN 2E-9 1.5E-5 0 1E-8 UIC.OP*Models and Subcircuit:.MODEL NMOS NMOS().MODEL PMOS PMOS(),.SUBCKT XTAL#0 1 2LX 1 3 5.96831046775E-2 IC=0.5MCX 3 4 1.06103297205E-13C0 1 2 1.8E-11RS 4 2 7.5E+2.E