第-6-章-电路仿真教学教材.ppt

第-6-章-电路仿真常用仿真元器件库常用仿真元器件库电阻电阻电容电容电感电感振荡器振荡器晶体管晶体管二极管二极管电池电池熔断器熔断器6.1仿真元器件库仿真元器件库6.1.1常用仿真元器件库常用仿真元器件库仿真信号仿真信号源组件库源组件库3.周期脉周期脉冲源冲源4.分段线分段线性源性源2.正弦仿正弦仿真源真源5.指数激指数激励源励源6.单频调单频调频源频源1.直流源直流源ISRCVSRCVSINISINVPULSEIPULSEIPWLVPWLIEXPVEXPVSFFMISFFM6.1.2仿真信号源组件库仿真信号源组件库6.1仿真元器件库仿真元器件库仿仿真真信信号号源源组组件件库库还还包包含含线线性性受受控控源源和和非非线线性性受控源。受控源。HSRCGSRCFSRCESRC线性受控源线性受控源线性电流控制电压源线性电流控制电压源线性电流控制电流源线性电流控制电流源线性电流控制电流源线性电流控制电流源线性电压控制电压源线性电压控制电压源6.1仿真元器件库仿真元器件库非线性受控源非线性受控源BVSRCBISRC非线性受控电压源非线性受控电压源非线性受控电流源非线性受控电流源非线性电压或电流源，有时被称为方程定义源。非线性电压或电流源，有时被称为方程定义源。电压或电流波形可描述为：电压或电流波形可描述为：V=表达式表达式 或或 I=表达式表达式6.1仿真元器件库仿真元器件库Simulation Special Function.IntLib 库库中中的的组组件件是是一一些些专专门门为为信信号号仿仿真真而而设设计计的的函函数数组组件件库库，该该组组件件库库提提供供了了常常用用的的运运算算函函数数，比比如如增增益益、加加、减减、乘乘、除除、求求和和、压控振荡源等专用的组件。压控振荡源等专用的组件。6.1.3仿真专用函数组件库仿真专用函数组件库6.1仿真元器件库仿真元器件库Simulation Math Function.IntLib 组组件件库库中中主主要要是是一一些些仿仿真真数数学学函函数数组组件件，比比如如求求正正弦弦、余余弦弦、绝绝对对值值、反反正正弦弦、反反余余弦弦、开开方方等等数数学学计计算算的的函函数数，使使用用这这些些函函数数可可以以对对仿仿真真电电路路中中的的信信号号进进行行数数学学计计算算，从从而而获获得得自自己需要的仿真信号。己需要的仿真信号。6.1.4仿真数学函数组件库仿真数学函数组件库6.1仿真元器件库仿真元器件库信号仿真传信号仿真传输线组件库输线组件库LLTRALTRAURC无损耗传输线无损耗传输线有损耗传输线有损耗传输线均匀分布传输线均匀分布传输线6.1.5 信号仿真传输线组件库信号仿真传输线组件库6.1仿真元器件库仿真元器件库为没有定义仿真属性的元器件添加仿真属性为没有定义仿真属性的元器件添加仿真属性：双击元器件打开如图对话框双击元器件打开如图对话框单击选择仿真类型完成6.1.6元器件仿真属性编辑元器件仿真属性编辑6.1仿真元器件库仿真元器件库执执行行选选单单命命令令 ViewToolbars Utilities，就就可可以以显显示示实实用用工工具具栏栏，单单击击实实用用工工具具栏栏中中的的按按钮钮，即即可可显显示示如如图图 6.13 所所示示的的仿仿真真源源工工具具命命令令。在在仿仿真真设设计计时时，可可以以直直接接从该工具命令中选取组件添加到原理图中。从该工具命令中选取组件添加到原理图中。6.1.7仿真源工具仿真源工具6.1仿真元器件库仿真元器件库6.2.1节点电压节点电压(NS)设置设置 该设置使指定的节点固定在所给定的电压下，仿真该设置使指定的节点固定在所给定的电压下，仿真器按这些节点电压求得直流或瞬态的初始解。器按这些节点电压求得直流或瞬态的初始解。节点电压可以在节点电压可以在“元件属性元件属性”对话框中设置对话框中设置。对元件仿真属性进行编辑对元件仿真属性进行编辑接着对仿真模式参数设置接着对仿真模式参数设置6.2仿真设置仿真设置6.2.1节点电压节点电压(NS)设置设置 该设置使指定的节点固定在所给定的电压下，仿真该设置使指定的节点固定在所给定的电压下，仿真器按这些节点电压求得直流或瞬态的初始解。器按这些节点电压求得直流或瞬态的初始解。节点电压可以在节点电压可以在“元件属性元件属性”对话框中设置对话框中设置 在在 Model Kind 下下拉拉列列表表中中选选中中 Initial Condition 选选项项，然然后后在在 Model Sub-Kind列列表表框框中中选选择择 Initial Node Voltage Guess 选选 项项，然然 后后 进进 入入 Parameters 标标签签页页设设置置其其初初始始值。值。6.2仿真设置仿真设置该设置是用来设置瞬态分析初始条件的，该设置是用来设置瞬态分析初始条件的，IC 仅用于仅用于设置偏置点的初始条件，它不影响设置偏置点的初始条件，它不影响 DC 扫描。扫描。仿真元件的初始条件设置操作如下仿真元件的初始条件设置操作如下：打打开开对对话话框框打开对打开对话框话框6.2仿真设置仿真设置6.2.2初始条件初始条件(IC)设置设置该该设设置置是是用用来来设设置置瞬瞬态态分分析析初初始始条条件件的的，IC 仅仅用用于于设置偏置点的初始条件，它不影响设置偏置点的初始条件，它不影响 DC 扫描。扫描。仿真元件的初始条件设置操作如下仿真元件的初始条件设置操作如下：在在 Model Kind 下下拉拉列列表表中中选选中中 Initial Condition 选选项项，然然后后在在Model Sub-Kind 列列表表框框中中 选选 择择 Set Initial Condition 选选项项，然然后后进进入入 Parameters 标标签签页页设设置其初始值置其初始值。6.2仿真设置仿真设置6.2.2初始条件初始条件(IC)设置设置库库 Simulation Sources.IntLib 中中提提供供了了两两个个特特别别的的初始状态定义符初始状态定义符(1).NS 即即 NODE SET(2).IC 即即 Initial Condition(初始条件初始条件)这这两两个个特特别别的的符符号号可可以以用用来来设设置置电电路路仿仿真真的的节节点点电电压和初始条件。压和初始条件。6.2仿真设置仿真设置初始状态初始状态设置的设置的 3 种途径种途径“.IC”设置设置“.NS”设置设置 定义元器件属性定义元器件属性 如如有有这这三三种种或或两两种种共共存存时时，在在分分析析中中优优先先考考虑虑的的次次序序是是：定定义义元元器器件件属属性性、“.IC”设设置置、“.NS”设设置置。如如果果“.NS”和和“.IC”共共存存时时，则则“.IC”设设置置将将取取代代“.NS”设置。设置。6.2仿真设置仿真设置1进进入入 Analysis(分分析析)主主选选单单 Analysis Setup 执执行行 DesignSimulateMixed Sim 命令命令 选择选择显示可分析显示可分析的信号的信号显示激活的信号显示激活的信号6.2.3仿真器的设置仿真器的设置6.2仿真设置仿真设置2Transient Analysis(瞬态特性分析瞬态特性分析)激激活活 Transient/Fourier Analysis 选选项项，在在如如图图所所示示的的“瞬态分析瞬态分析/傅里叶分析参数设置傅里叶分析参数设置”对话框进行设置。对话框进行设置。瞬瞬态态分分析析通通常常从从时间零开始时间零开始。Step Time(步步长长)通通常常是是用用在在瞬瞬态态分分析中的时间增量。析中的时间增量。6.2仿真设置仿真设置3Fourier Analysis(傅里叶分析傅里叶分析)若若 PERIOD 是是基基频频的的周周期期，则则PERIOD=1/FREQ，就是说，瞬态分析至少要持续就是说，瞬态分析至少要持续 1/FREQ(s)。若若要要进进行行傅傅里里叶叶分分析析，必必须须选选中中 Transient/Fourier Analysis 选项。在此设置参数。选项。在此设置参数。进行傅里叶分析进行傅里叶分析设置傅里叶分析的基频设置傅里叶分析的基频设置所需的谐波数设置所需的谐波数6.2仿真设置仿真设置4DC Sweep Analysis(直流扫描分析直流扫描分析)激激活活 DC Sweep Analysis 选选项项，可可得得如如图图 6.17 所所示示的的“直流分析参数设置直流分析参数设置”对话框。对话框。定义了电路中的主定义了电路中的主电源电源选中可以使用从电源选中可以使用从电源6.2仿真设置仿真设置5AC Small Signal Analysis(交流小信号分析交流小信号分析)AC Small Signal Analysis(交交流流小小信信号号分分析析)将将交交流流输出变量作为频率的函数计算出来。输出变量作为频率的函数计算出来。设设置置交交流流小小信信号号分分析析的的参参数数，可可以以通通过过激激活活 AC Small Signal Analysis 选选项项，打打开开“交交流流小小信信号号分分析析参参数设置数设置”对话框。对话框。6.2仿真设置仿真设置扫描类型共有三种选择：扫描类型共有三种选择：(1)Linear 定定义义扫扫描描中中线线性递增的测试点数。性递增的测试点数。(2)Decade 定定义义扫扫描描中中以以10的倍数递增的测试点数。的倍数递增的测试点数。(3)Octave 定定义义扫扫描描中中以以 8 的倍数递增的测试点数。的倍数递增的测试点数。6.2仿真设置仿真设置6Noise Analysis(噪声分析噪声分析)设设置置噪噪声声分分析析的的参参数数，可可激激活活 Noise Analysis 选选项项，打开如图所示的打开如图所示的“噪声分析设置噪声分析设置”对话框来操作。对话框来操作。起始频率起始频率噪声源噪声源中止频率中止频率扫描类型扫描类型测试点数测试点数输出点数输出点数参考点数参考点数可可设设的的参参数数6.2仿真设置仿真设置7Transfer Function Analysis(传递函数分析传递函数分析)激激活活 Transfer Function Analysis 选选项项，打打开开如如图图 所示的所示的“传递函数分析传递函数分析”对话框。对话框。定义了参考的输入源定义了参考的输入源设置了参考源的节点设置了参考源的节点6.2仿真设置仿真设置8Temperature Sweep(温度扫描温度扫描)分析分析通通过过激激活活 Temperature Sweep 选选项项，打打开开如如图图所所示示的的“温度扫描分析温度扫描分析”对话框。对话框。定义了扫描温度的范围定义了扫描温度的范围定义了温度扫描的步幅定义了温度扫描的步幅6.2仿真设置仿真设置9Parameter Sweep(参数扫描参数扫描)分析分析 通通过过激激活活 Parameter Sweep 选选项项，可可打打开开如如图图所所示示的的“参数扫描分析参数扫描分析”对话框。对话框。6.2仿真设置仿真设置在在 Sweep Variable(参参数数域域)中中输输入入参参数数，该该参参数数可可以以是是一一个个单单独独的的标标识识符符，如如 R1；也也可可以以是是带带有有元元件件参参数数的的标标识识符符，如如 R1resistance，可可以以直直接接从从下下拉拉列列表表中选择。中选择。Start Value 和和 Stop Value 定定义义了了扫扫描描的的范范围围，Step Value 定义了扫描的步幅。定义了扫描的步幅。6.2仿真设置仿真设置10Monte Carlo Analysis(蒙特卡罗分析蒙特卡罗分析)Monte Carlo Analysis(蒙蒙特特卡卡罗罗分分析析)是是使使用用随随机机数数发发生生器器按按元元器器件件值值的的概概率率分分布布来来选选择择元元器器件件，然然后后对对电电路进行模拟分析。路进行模拟分析。激激 活活 Monte Carlo Analysis 选选项项打打开开如如图图 6.23 所所示示的的“蒙蒙特特卡卡罗罗分分析析参参数设置数设置”对话框对话框 6.2仿真设置仿真设置元器件的元器件的 Distribution(分布规律分布规律)有：有：(1)Uniform 平平直直分分布布，元元器器件件值值在在定定义义的的容容差差范范围围内统一分布。内统一分布。(2)Gaussian 高高斯斯曲曲线线分分布布，元元器器件件值值的的定定义义中中心心值加上容差值加上容差3，在该范围里呈高斯分布。，在该范围里呈高斯分布。(3)WorstCase 与与Uniform类类似似，但但只只使使用用该该范范围围的的结束点。结束点。6.2仿真设置仿真设置对对电电路路图图进进行行仿仿真真分分析析，应应使使其其包包含含以以下下的的必必要要信信息：息：所所有有的的元元器器件件和和部部件件须须引引用用适适当当的的仿仿真真组组件件模型模型必必须须放放置置和和连连接接可可靠靠的的激激励励信信号号源源，以以便便仿仿真过程中驱动整个电路真过程中驱动整个电路 在在需需要要绘绘制制仿仿真真数数据据的的节节点点处处必必须须添添加加网网络络标号标号 如果必要的话，必须定义电路的仿真初始条件如果必要的话，必须定义电路的仿真初始条件 6.2仿真设置仿真设置6.3.1对电路图进行仿真分析的方法与步骤对电路图进行仿真分析的方法与步骤 调用元器件库调用元器件库选择仿真用原理图元器件选择仿真用原理图元器件放置元器件连接线路放置元器件连接线路添加激励源和网络标号添加激励源和网络标号实施仿真实施仿真6.3运行电路仿真运行电路仿真6.3运行电路仿真运行电路仿真6.3.1对电路图进行仿真分析的方法与步骤对电路图进行仿真分析的方法与步骤 采用采用 Protel 2004 进行混合信号仿真的设计流程如图进行混合信号仿真的设计流程如图所示所示。设设计计仿仿真真原原理理图图时时，一一定定要要先先加加载载仿仿真真元元器器件件库库，仿仿真真元元器器件件库库存存放放路路径径为为 AltiumLibrarySimulation，仿真元器件库如图所示。仿真元器件库如图所示。6.3运行电路仿真运行电路仿真在此实例中，采用如图所示简易整流稳压电路。在此实例中，采用如图所示简易整流稳压电路。1模模拟拟电电路路仿仿真真实实例例：简简易易整整流流稳稳压压电电路路的的仿仿真真分分析析(1)设计仿真原理图文件设计仿真原理图文件 6.3.2电路仿真举例电路仿真举例6.3运行电路仿真运行电路仿真双击电路中的双击电路中的 Vin 组件组件 按下按下单击设置参数单击设置参数6.3运行电路仿真运行电路仿真(2)执执行行选选单单命命令令 DesignSimulateMixed Sim，弹弹出出 Analyses Setup 对话框对话框。6.3运行电路仿真运行电路仿真(3)设置完以后，单击按钮开始仿真系统弹设置完以后，单击按钮开始仿真系统弹出一个运行仿真的消息框出一个运行仿真的消息框 Message 。(2)执执行行选选单单命命令令 DesignSimulateMixed Sim，弹弹出出 Analyses Setup 对话框对话框。6.3运行电路仿真运行电路仿真(3)设置完以后，单击按钮开始仿真系统弹设置完以后，单击按钮开始仿真系统弹出一个运行仿真的消息框出一个运行仿真的消息框 Message 。(2)执执行行选选单单命命令令 DesignSimulateMixed Sim，弹弹出出 Analyses Setup 对话框对话框。仿仿真真完完成成后后，仿仿真真器器输输出出*.sdf 文文件件，显显示示仿仿真真分分析波形，瞬态分析波形如图所示。析波形，瞬态分析波形如图所示。单击显示直流工作点分析结果6.3运行电路仿真运行电路仿真(4)在在仿仿真真的的过过程程中中，系系统统会会同同时时创创建建 SPICE 网网络络表表。仿仿真真分分析析后后，仿仿真真器器就就生生成成一一个个后后缀缀为为“.nsx”的的文文件件，“.nsx”文文件件为为原原理理图图的的 SPICE 模模式式表表示示。如图所示如图所示。(5)设计者通过仿真结果完善原理图设计。设计者通过仿真结果完善原理图设计。6.3运行电路仿真运行电路仿真2数字电路仿真实例：双稳态电路仿真分析数字电路仿真实例：双稳态电路仿真分析(1)绘制原理图，绘制好的双稳态电路如图所示。绘制原理图，绘制好的双稳态电路如图所示。6.3运行电路仿真运行电路仿真2数字电路仿真实例：双稳态电路仿真分析数字电路仿真实例：双稳态电路仿真分析(1)绘制原理图，绘制好的双稳态电路如图所示。绘制原理图，绘制好的双稳态电路如图所示。双双击击电电路路中中的的 V3 元元器器件件，会会弹弹出出“组组件件属属性性设设置置”对话框对话框。单击单击设置设置6.3运行电路仿真运行电路仿真(2)执执行行选选单单命命令令 DesignSimulateMixed Sim，弹弹出出 Analyses Setup对对 话框，如图所示。话框，如图所示。6.3运行电路仿真运行电路仿真(2)执执行行选选单单命命令令 DesignSimulateMixed Sim，弹弹出出 Analyses Setup对对 话框，如图所示。话框，如图所示。(3)设设置置完完以以后后，单单击击按按钮钮开开始始仿仿真真，系系统统会弹出一个运行仿真的消息框会弹出一个运行仿真的消息框 Message，如图所示，如图所示。6.3运行电路仿真运行电路仿真(2)执执行行选选单单命命令令 DesignSimulateMixed Sim，弹弹出出 Analyses Setup对对 话框，如图所示。话框，如图所示。(3)设设置置完完以以后后，单单击击按按钮钮开开始始仿仿真真，系系统统会弹出一个运行仿真的消息框会弹出一个运行仿真的消息框 Message，如图所示，如图所示。当当仿仿真真完完成成后后，仿仿真真器器输输出出*.sdf 文文件件，显显示示如图所示的瞬态分析波形。如图所示的瞬态分析波形。6.3运行电路仿真运行电路仿真(4)在在仿仿真真的的过过程程中中，系系统统会会同同时时创创建建 SPICE 网网络络表表。仿仿真真分分析析后后，仿仿真真器器就就生生成成一一个个后后缀缀为为“.nsx”的的文文件件，“.nsx”文文件件为为原原理理图图的的 SPICE 模模式式表表示示。如图所示。如图所示。(5)设计者通过仿真结果完善原理图设计。设计者通过仿真结果完善原理图设计。6.3运行电路仿真运行电路仿真3数数字字/模模拟拟电电路路混混合合仿仿真真实实例例：多多级级分分频频电电路路仿仿真分析真分析(1)绘制原理图绘制原理图。电电路路设设计计好好后后，配配置置上上激激励励直直流流电电源源 VCC=5 V，VEE=15 V，设置，设置 C1 初始电压为初始电压为 0 V。6.3运行电路仿真运行电路仿真(2)执执行行选选单单命命令令 DesignSimulateMixed Sim，弹弹出出 Analyses Setup 对话框，如图所示。对话框，如图所示。6.3运行电路仿真运行电路仿真(2)执执行行选选单单命命令令 DesignSimulateMixed Sim，弹弹出出 Analyses Setup 对话框，如图所示。对话框，如图所示。(3)设设置置完完以以后后，单单击击按按钮钮开开始始仿仿真真，不不一一会会系系统统会会弹出一个运行仿真的消息框弹出一个运行仿真的消息框 Message，如图所示。，如图所示。6.3运行电路仿真运行电路仿真(2)执执行行选选单单命命令令 DesignSimulateMixed Sim，弹弹出出 Analyses Setup 对话框，如图所示。对话框，如图所示。(3)设设置置完完以以后后，单单击击按按钮钮开开始始仿仿真真，不不一一会会系系统统会会弹出一个运行仿真的消息框弹出一个运行仿真的消息框 Message，如图所示。，如图所示。当当仿仿真真完完成成后后，仿仿真真器器输输出出*.sdf 文文件件，显显示示仿仿真真分析波形，显示的瞬态分析波形如图所示。分析波形，显示的瞬态分析波形如图所示。6.3运行电路仿真运行电路仿真(4)在在仿仿真真的的过过程程中中，系系统统会会同同时时创创建建 SPICE 网网络络表表。仿仿真真分分析析后后，仿仿真真器器就就生生成成一一个个后后缀缀为为“.nsx”的文件，如图所示。的文件，如图所示。(5)设计者通过仿真结果完善原理图设计。设计者通过仿真结果完善原理图设计。6.3运行电路仿真运行电路仿真此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢