第13-電路仿真分析

13.1仿真元件庫(kù)AltiumDesigner為用戶提供了大部分常用的仿真元件，這些仿真元件庫(kù)在安裝目錄下的：/AltiumDesignerWinter09/Library/Simulation中，其中包含了仿真信號(hào)源庫(kù)SimulationSources.IntLib、仿真特殊功能元件庫(kù)SimulationSpecialFunction.IntLib、仿真數(shù)學(xué)功能元件庫(kù)SimulationMathFunction.IntLib、信號(hào)仿真?zhèn)鬏斁€元件庫(kù)SimulationTransmissionLine.IntLib，仿真Pspice功能元件庫(kù)SimulationPspiceFunction.IntLib,其元件庫(kù)圖標(biāo)如圖13-1所示。圖13-1仿真元件庫(kù)圖標(biāo)13.1.1仿真信號(hào)源元件庫(kù)（SimulationSources.IntLib）

仿真信號(hào)源元件庫(kù)中共有23個(gè)仿真元件，這些仿真源為仿真電路提供激勵(lì)源和初始條件設(shè)置等功能。

1.在原理圖中添加如圖13-4所示的兩個(gè)元件符號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)仿真電路的節(jié)點(diǎn)電壓和初始條件設(shè)置。⑴.NS。NODESET（節(jié)點(diǎn)設(shè)置）⑵.IC。InitialCondition（初始條件）圖13-4節(jié)點(diǎn)設(shè)置和初始條件狀態(tài)定義符13.1.2仿真數(shù)學(xué)函數(shù)元件庫(kù)（SimulationMathFunction.IntLib）仿真數(shù)學(xué)函數(shù)元件庫(kù)中的元件主要是一些仿真數(shù)學(xué)函數(shù)元件，比如求正弦、余弦、絕對(duì)值、反正弦、反余弦、開(kāi)方等數(shù)學(xué)計(jì)算的函數(shù)，通過(guò)使用這些函數(shù)可以對(duì)仿真信號(hào)進(jìn)行相關(guān)的數(shù)學(xué)計(jì)算，從而得到自己需要的信號(hào)。13.1.3仿真特殊功能元件庫(kù)（SimulationSpecialFunction.IntLib）仿真特殊功能元件庫(kù)的元件主要是常用的運(yùn)算函數(shù)，比如增益、加、減、乘、除、求和和壓控振蕩源等專用的元件。13.1.4信號(hào)仿真?zhèn)鬏斁€元件庫(kù)（SimulationTransmissionLine.IntLib）信號(hào)仿真?zhèn)鬏斁€元件庫(kù)包括三個(gè)信號(hào)仿真?zhèn)鬏斁€元件，分別是URC均勻分布傳輸線、LTRA有損耗傳輸線和LLTRA無(wú)損耗傳輸線，如圖13-14所示。圖13-14傳輸線元件13.1.5仿真Pspice功能元件庫(kù)（SimulationPspiceFunction.IntLib）仿真Pspice功能元件庫(kù)主要為設(shè)計(jì)者提供Pspice功能元件。13.2仿真器的設(shè)置

完成電路的編輯后，在仿真之前，要選擇對(duì)電路進(jìn)行那種分析，設(shè)置收集的變量數(shù)據(jù)，以及設(shè)置顯示哪些變量的波形。常見(jiàn)的仿真分析有靜態(tài)工作點(diǎn)分析（OperatingPointAnalysis）、瞬態(tài)分析（TransientAnalysis）、直流掃描分析（DCSweepAnalysis）、交流小信號(hào)分析（ACSmallSignalAnalysis）、噪聲分析（NoiseAnalysis）、極點(diǎn)、零點(diǎn)分析（Pole-ZeroAnalysis）、傳遞函數(shù)分析（TransferFunctionAnalysis）、溫度掃描分析（TemperatureSweep）、參數(shù)掃描（ParameterSweep）、蒙特卡洛分析（MonteCarloAnalysis）等分析。本章主要講解后面例子中用到的靜態(tài)工作點(diǎn)分析、瞬態(tài)分析和交流小信號(hào)分析的設(shè)置方法。

執(zhí)行Design→Simulate→MixedSim命令,彈出如圖13-15所示的電路仿真分析設(shè)置對(duì)話框。13.2.1一般設(shè)置（GeneralSetup）

在仿真分析設(shè)置對(duì)話框的左側(cè)分析選項(xiàng)列表中，列寫出了所有的分析選項(xiàng)，選中每個(gè)分析選項(xiàng)，右側(cè)即顯示出相應(yīng)的設(shè)置項(xiàng)。選中GeneralSetup，即可在右側(cè)的選項(xiàng)中進(jìn)行一般設(shè)置。在AvailableSignals列表中顯示的是可以進(jìn)行仿真分析的信號(hào)，ActiveSignals列表框中顯示的是激活的信號(hào)，將需要進(jìn)行仿真的信號(hào)，單擊“”和“”可完成添加或刪除激活信號(hào)，如圖13-15所示。圖13-15仿真分析設(shè)置對(duì)話框可進(jìn)行仿真的信號(hào)激活的信號(hào)添加或刪除按鈕13.2.2靜態(tài)工作點(diǎn)分析（OperatingPointAnalysis）靜態(tài)工作點(diǎn)分析通常用于對(duì)放大電路進(jìn)行分析，當(dāng)放大器處于輸入信號(hào)為零的狀態(tài)的時(shí)候，電路中各點(diǎn)的狀態(tài)就是電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。最典型的是放大器的直流偏置參數(shù)。進(jìn)行靜態(tài)工作點(diǎn)分析的時(shí)候，不需要設(shè)置參數(shù)。13.2.3瞬態(tài)分析（TransientAnalysis）瞬態(tài)分析用于分析仿真電路中工作點(diǎn)信號(hào)隨時(shí)間變化的情況。進(jìn)行瞬態(tài)分析之前，設(shè)計(jì)者要設(shè)置瞬態(tài)分析的起始和終止時(shí)間、仿真時(shí)間的步長(zhǎng)等參數(shù)。在電路仿真分析設(shè)置對(duì)話框中，激活Transient選項(xiàng)，在如圖13-17所示的瞬態(tài)分析參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中進(jìn)行設(shè)置。圖13-17瞬態(tài)分析參數(shù)設(shè)置對(duì)話框

在TransientAnalysisSetup列表中共用11個(gè)參數(shù)設(shè)置選項(xiàng)，這些參數(shù)的含義分別是：

TransientStartTime參數(shù)用于設(shè)置瞬態(tài)分析的起始時(shí)間。瞬態(tài)分析通常從時(shí)間零開(kāi)始，在時(shí)間零和開(kāi)始時(shí)間，瞬態(tài)分析照樣進(jìn)行，但并不保存結(jié)果。而開(kāi)始時(shí)間和終止時(shí)間的間隔將保存，并用于顯示。

TransientStopTime參數(shù)用于設(shè)置瞬態(tài)分析的終止時(shí)間。

TransientStepTime參數(shù)用于設(shè)置瞬態(tài)分析的時(shí)間步長(zhǎng)，該步長(zhǎng)不是固定不變的。

TransientMaxStepTime參數(shù)用于設(shè)置瞬態(tài)分析的最大時(shí)間步長(zhǎng)。

UseInitialConditions項(xiàng)用于設(shè)置電路仿真的初始狀態(tài)。當(dāng)勾選該項(xiàng)后，仿真開(kāi)始時(shí)將調(diào)用設(shè)置的電路初始參數(shù)。

UseTransientDefault項(xiàng)用于設(shè)置使用默認(rèn)的瞬態(tài)分析設(shè)置，選中該項(xiàng)后，列表中的前四項(xiàng)參數(shù)將處于不可修改狀態(tài)。

DefaultCyclesDisplayed參數(shù)用于設(shè)置默認(rèn)的顯示周期數(shù)。

defaultPointsPerCycle參數(shù)用于設(shè)置默認(rèn)的每周期仿真點(diǎn)數(shù)。

EnableFouries項(xiàng)用于設(shè)置進(jìn)行傅立葉分析，勾選該項(xiàng)后，系統(tǒng)將進(jìn)行傅立葉分析，顯示頻域參數(shù)。

FouriesFundamentalFrequency用于設(shè)置進(jìn)行傅立葉分析的基頻。

FouriesNumberofHarmonics用于設(shè)置進(jìn)行傅立葉分析的諧波次數(shù)。13.2.4交流小信號(hào)分析（ACSmallSignalAnalysis）

交流小信號(hào)分析用于對(duì)系統(tǒng)的交流特性進(jìn)行分析，在頻域響應(yīng)方面顯示系統(tǒng)的性能，該分析功能對(duì)于濾波器的設(shè)計(jì)相當(dāng)有用，通過(guò)設(shè)置交流信號(hào)分析的頻率范圍，系統(tǒng)將顯示該頻率范圍內(nèi)的增益。在電路仿真分析設(shè)置對(duì)話框中，激活A(yù)CSmallSignalAnalysis選項(xiàng)，在如圖13-18所示的交流小信號(hào)分析參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中進(jìn)行設(shè)置。圖13-18交流小信號(hào)分析參數(shù)設(shè)置對(duì)話框

其中StartFrequency參數(shù)用于設(shè)置進(jìn)行交流小信號(hào)分析的起始頻率。

StopFrequency參數(shù)用于設(shè)置進(jìn)行交流小信號(hào)分析的終止頻率。

Sweep參數(shù)用于設(shè)置交流小信號(hào)分析的頻率掃描的方式，系統(tǒng)提供了三種頻率掃描方式“Linear”項(xiàng)表示對(duì)頻率進(jìn)行線性掃描，“Decade”項(xiàng)表示采用10的指數(shù)方式進(jìn)行掃描，“Octave”項(xiàng)表示采用8的指數(shù)方式進(jìn)行掃描。

TestPoints參數(shù)表示進(jìn)行測(cè)試的點(diǎn)數(shù)。

TotalTestPoints參數(shù)表示中的測(cè)試點(diǎn)數(shù)。13.3多諧振蕩器電路仿真實(shí)例

在學(xué)習(xí)前面關(guān)于電路仿真的基本知識(shí)后，將對(duì)第二章的多諧振蕩器電路進(jìn)行仿真。電路仿真的一般步驟如下：找到仿真原理圖中所有需要的仿真元件，如果仿真元件庫(kù)中沒(méi)有所用的元件，必須事先建立其仿真庫(kù)文件，并添加仿真模型。本章后面的模擬放大電路仿真和BCD-7段譯碼電路仿真實(shí)例中將講解這部分內(nèi)容，但元件的仿真庫(kù)文件的建立方法在本教材中不做要求。仿真元件的放置和電路的連接，并且添加激勵(lì)源。在需要繪制仿真數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)處添加網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)。仿真器參數(shù)設(shè)置。電路仿真并分析仿真結(jié)果。13.3.1繪制仿真原理圖

在第二章中已經(jīng)繪制了多諧振蕩器電路，如圖2-1所示。其中每個(gè)元件都具有其仿真屬性，因此不用更改。只需將接口Y1刪除，添加一個(gè)+12V的電壓源V1，方法：?jiǎn)螕簟癠tility”工具欄中的工具按鈕，打開(kāi)如圖13-20所示的仿真電源工具欄，在工具欄中單擊“+12V”電壓源工具按鈕，在工作區(qū)放置一個(gè)+12V的電壓源。圖13-20放置激勵(lì)源+12v的電壓源

放置完畢后，點(diǎn)擊元件，彈出元件屬性對(duì)話框，如圖13-21所示，修改其參數(shù)，設(shè)置Designator為“V1”、Comment為“=Value”、Value為“+12”。圖13-21仿真電壓源屬性設(shè)置對(duì)話框圖13-22多諧振蕩器仿真原理圖

連接電路，并放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)：Q1B、Q1C、Q2B、Q2C，如圖13-22所示。13.3.2仿真器參數(shù)設(shè)置1.單擊“”按鈕，彈出13-23所示的對(duì)話框，分別雙擊Q1B、Q1C、Q2B、Q2C，把他們添加到ActiveSignals內(nèi)，見(jiàn)圖13-23。2.在CollectDataFor欄，從列表中選擇“NodeVoltage，SupplyCurrent，DeviceCurrentandPower”。3.為這個(gè)分析勾選“OperatingPointAnalysis”和“TransientAnalysis”。圖13-23仿真器一般參數(shù)設(shè)置4.激活TransientAnalysis選項(xiàng),設(shè)置TransientStopTime為10ms，指定一個(gè)10ms的仿真窗口；設(shè)置TransientStepTime為10us，表示仿真可以每10us顯示一個(gè)點(diǎn)；設(shè)置TransientMaxStepTime:10us；如圖13-24所示。圖13-24瞬態(tài)特性參數(shù)設(shè)置13.3.3信