研究生Pspice仿真課程Word版

1、第一章 pspice概述1-1 spice的起源 spice 程序的全名為simulation program with integrated circuit emphasis，顧名思義它是為了執(zhí)行日益龐大而復(fù)雜的集成電路( integrated circuit ic)的仿真工作而發(fā)展出來的。最早它是由美國加州柏克萊大學(xué)發(fā)展出來的，并大力推廣至各校園及企業(yè)中。而后它改進規(guī)格成為spicf2標準，現(xiàn)在世面上的spice兼容軟件皆基于spice2標準。 在目前個人電腦上使用的商用電路仿真軟件中，以pspice a/d系列最受人歡迎。它是1984年microsim公司依spice2標準所發(fā)展出來，可

2、在ibm及其兼容電腦上執(zhí)行的spice程序。因為pspice a/d程序集成了模擬與數(shù)字仿真運算法，所以它不只可以仿真純模擬電路或純數(shù)字電路，更可以非常有效率地并完善地仿真模擬加數(shù)字的混合電路。歷年來經(jīng)過多次改版，以其強大的功能及高度的集成性而成為現(xiàn)今個人電腦上最受歡迎的電路仿真軟件。最近，eda ( electronic design automation )界的天王廠家orcad相中了pspice a/d高超的電路仿真能力而加以并購，因此這項程序就正式更名為。orcad pspice a/d了。經(jīng)過重新集成過后的orcad pspice在整個orcad設(shè)計環(huán)境內(nèi)的地位如圖所示電路繪制程序c

3、apture cis軟件仿真程序pspice印刷電路板程序layout plus可編程邏輯元件程序express由圖可以看到，目前的orcad設(shè)計環(huán)境將兩個公司最佳的eda程序產(chǎn)品緊緊地結(jié)合在一起形成超強的陣容，其功能之完整強悍當然是不必贅述了。它的前段處理程序為orcad capture cis(component information system)，負責電路圖的繪制、仿真參數(shù)的設(shè)置以及產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表( netlist )等報告文件，然后就是orcad pspice登場，負責軟件驗證的工作。一旦繪制的電路圖可以通過驗證，就可以進入后續(xù)的layout plus程序進行印刷電路板(pcb設(shè)計，或

4、是進入express程序進行可編程邏輯元件(pld)的設(shè)計。在orcad capture眼中，orcad pspice就像是一塊軟件的電路面包板，我們可以在上面放入電源與觸發(fā)信號后，再根據(jù)需求來測試設(shè)計的電路是否合乎要求，然后予以必要的調(diào)整，等到仿真結(jié)果順利通過檢測，就可以轉(zhuǎn)移流程到實際，接觸硬件層次的過程( pcb或pld設(shè)計)。在orcad capture準備轉(zhuǎn)移到orcad pspice進行仿真之前，capture會先將繪好的電路與仿真設(shè)置轉(zhuǎn)換成一系列的電路文件以供pspice讀取。這些電路文件包括使用元件種類、網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)、仿真相關(guān)指令、自建仿真元件庫與激勵源信號等等信息。本書的內(nèi)容為

5、orcad pspice介紹。由于capture cis是 pspice的前端處理程序，所以我們也將使用四章(第2章到第5章)的篇幅介紹在capture cis中有關(guān)于pspice界面的功能與操作。對于完整的capture cis, layout plus和express介紹限于篇幅，有興趣可自行參考相關(guān)書籍。1-2 orcad pspice的特點1、集成性高。在orcad的集成環(huán)境內(nèi)，從調(diào)用電路繪制程序capture cis在視窗環(huán)境下完成電路圖的制作及分析設(shè)置，到調(diào)用電路仿真程序pspice完成仿真與觀測結(jié)果，再到印刷電路板設(shè)計layout plus或可編程邏輯元件設(shè)計express整個操

6、作步驟完全一氣呵成。用戶不需要四處切換工作環(huán)境，可以省卻不少麻煩。2、完整的probe觀測功能，在觀測仿真結(jié)果方面，orcad pspice提供了一個probe程序來協(xié)助用戶快速而精準地觀察電路特性，另外它也提供了軟件測量的功能，可以測量出各式各樣基本與衍生的電路特性數(shù)據(jù)，讓用戶能夠輕易地判斷出電路是否合乎要求。必要時，用戶可以讓pspice顯示出一些由記錄數(shù)據(jù)所衍生出來的波形數(shù)據(jù)，譬如波特圖、相位邊限、遲滯圖、上升時間等等。另外，無論是光標功能、分割畫面以顯示多個輸出波形、放大或縮小顯示的波形、切換x軸和y軸的變量、標注文字等等功能，pspice均能完成如曲線跟蹤儀(curve tracer

7、)、示波器( oscilloscope )、網(wǎng)絡(luò)分析儀(network analyzer)、頻譜分析儀(spectrum analyzer ) 、邏輯分析儀(logic analyzer )等儀器般的分析功能。而這些功能均能支持鼠標操作，十分方便。3、各種完整的高級仿真功能。除了基本的偏壓點分析( bias point detail ),直流掃描分析(dc sweep ),交流掃描分析(ac sweep ) ,暫態(tài)分析(transient analysis)之外，更包含有溫度分析（temperature analysis )、參數(shù)分析( parametric analysis) ,傅立葉分析(

8、fourier analysis ) ,蒙地卡羅分析( monte carlo analysis ) ,最差情況分析( worst case analysis ) ,噪聲分析(noise analysis ),性能分析(performance analysis )等等更進一步的分析工具。4、模塊化和層次化設(shè)計。隨著電路日益復(fù)雜，電路設(shè)計的方法也趨向于模塊化和層次化。也就是說，先將整體電路依其特性及復(fù)雜度切割成合適的子電路，然后先個別繪制及仿真每個子電路，待相關(guān)的子電路一一完成后，再將它們組合起來繼續(xù)仿真，最后完成整體電路。orcad pspice完全提供協(xié)助模塊化和層次化設(shè)計所需的功能。5、模

9、擬行為模型。提供了一個簡便的方式去仿真一塊尚末完成或是極復(fù)雜的子電路，用戶可自行定義或使用orcad pspice已經(jīng)內(nèi)建好的模擬行為模型元件，運用描述電路特性的方式而不需要以真實電路來輸入與仿真，如此可大幅精簡仿真的時間及復(fù)雜度。6、具有模擬和數(shù)字仿真能力。除了傳統(tǒng)的模擬信號仿真之外，orcad pspice a/d也集成了數(shù)字信號仿真的功能，當然它就可以更進一步執(zhí)行模擬加數(shù)字的電路仿真了7、元件庫擴充功能。盡管orcad pspice a/d已經(jīng)內(nèi)建了很多常見的電子元件符號及其對應(yīng)模型(大約11,300個模擬元件與1,600個數(shù)字元件)，但是隨著制板技術(shù)的進步和新的電子元件不斷地問世，又或

10、者內(nèi)建的元件庫內(nèi)恰好沒有合適的元件，這時我們就可以用元件編輯程序新建或修改現(xiàn)有元件的特性以做出合乎我們要求的新元件。1-6 pspice可執(zhí)行的仿真分析pspice a/d可以執(zhí)行的電路分析，大致上可以分為基本分析與高級分析兩大類。如果可以將電路的所有基本與高級分析都驗證的話，當然是最安全可靠了，但是限于設(shè)計周期的壓力，這是很難達到的目標。一般而言，電路最好要經(jīng)過所有基本分析的驗證后才可以開始考慮進入下一個設(shè)計流程。至于高級分析的部分，則是只挑一些特別關(guān)心的項目來驗證就可以了。1-6-1 基本分析基本分析包含有三大類項目: 直流分析、交流分析與時域信號分析。它們將分別在本書的第6章偏壓點與直流

11、掃描分析、第7章交流掃描分析、第8章暫態(tài)分析、第15章噪聲分析與第16章傅立葉分析中加以詳細的介紹。直流分析主要驗證電路在直流電源(直流電壓源與直流電流源)下的工作狀態(tài)。包含有偏壓點分析(bias point detail)、直流掃描分析(dc sweep ) ,直流靈敏度分析(dc sensitivity small-signal)以及小信號直流轉(zhuǎn)移分析(small-signal dc transfer)。偏壓點分析主要在用戶給定了直流電源的情況下，求出電路上各節(jié)點電壓與分支電流的數(shù)值。在執(zhí)行其他任何分析之前，pspice均會自動執(zhí)行一次偏壓點分析。直流掃描分析主要是將一個或兩個直流電源、模

12、型參數(shù)或是溫度作為輸出波形圖的橫軸變量，掃描過一定范圍的數(shù)值，取出穩(wěn)態(tài)電壓或電流數(shù)值作為輸出波形圖的縱軸變量。直流靈敏度分析主要是計算在偏壓點數(shù)值改變下，某個節(jié)點電壓數(shù)值的變化程度。小信號直流轉(zhuǎn)移分析主要是計算出在偏壓點數(shù)值改變下，小信號直流增益、輸入阻抗與輸出阻抗的改變量。交流分析主要驗證電路在小信號交流電源下的工作狀態(tài)。包含有交流掃描分析(ac sweep )與噪聲分析(noise )，相當于實驗室內(nèi)頻率分析儀的地位。交流掃描分析主要是將一個或二個交流電源描描過一定范圍的頻率，將電路在偏壓點附近線性化，然后求出小信號電壓或電流的幅度與相位頻率響應(yīng)。噪聲分析主要在求出在交流掃描分析中所指定的

13、頻率中 ，輸出信號中屬于各個電路噪聲源的比例、輸出信號的噪聲rms總合以及等效的輸入噪聲源。時域信號分析主要驗證電路在時域信號下的工作情況。包含有暫態(tài)分析（transient）與傅立葉分析(fourier )。暫態(tài)分析主要在求出各個時間點上電路的節(jié)點電壓、分支電流或是數(shù)字狀態(tài)，相當于實驗室的示波器與邏輯分析儀的地位。傅里葉分析主要求出暫態(tài)分析結(jié)果中某個輸出信號的直流與其傅里葉成分的比例。1-6-2高級分析高級分析包含有以下幾類可多次執(zhí)行( multi-run)的分析項目:溫度分析( temperature )、參數(shù)分析(parametric),蒙地卡羅分析(monde carlo ),靈敏度最

14、差情況分析（sensitivity worst-case )。所謂多次執(zhí)行指的就是這些分析通常會對某一些特定的輸出信號產(chǎn)生一系列輸出結(jié)果。另外這些高級分析都必需伴隨在直流掃描分析、交流掃描分折或是暫態(tài)分析之后才能執(zhí)行。它們將分別在本書的第l4章溫度分析、第i7章參數(shù)分析、第18章蒙地卡羅分析、第19章最差情況分析加以詳細的介紹。執(zhí)行溫度分析時，pspice a/d會依用戶的設(shè)置逐步更改工作溫度值，依次調(diào)整各元件的值，然后在每個溫度數(shù)值的狀態(tài)下記錄一次輸出結(jié)果。執(zhí)行參數(shù)分析時，pspice a/d會依用戶的設(shè)置逐步更改某個電路特性值，然后在每個電路特性值的狀態(tài)下記錄一次輸出結(jié)果。可更改的電路特性

15、值有全局參數(shù)、模型參數(shù)、元件值、直流電源與工作溫度。蒙地卡羅分析與靈敏度/最差情況分析是有統(tǒng)計性質(zhì)的分析類型。pspice a/d根據(jù)元件的誤差范圍每改變一次元件值就執(zhí)行一次要求的基本分析，再將結(jié)果記錄下來，只不過蒙地卡羅分析采取的是隨機式的改變方式，而靈敏度/最差情況分析則是先執(zhí)行一次靈敏度分析，找出使輸出有最差情況的組合，然后用這些數(shù)值找出最差情況時的真正輸出結(jié)果，也就是說，蒙地卡羅分析是以隨機取樣及統(tǒng)計的形式呈現(xiàn)批量生產(chǎn)時合格率的分布情形，而最差情況分析則較適用于找出極端情況下的輸出波形及當時的元件值組合。如果是仿真數(shù)字電路的話,可以設(shè)置使用最低延遲時間、標準延遲時間或最高延遲時間來仿真

16、。如果已經(jīng)使能數(shù)字最差情況時序分析(digital worst-case timing )， pspice a/d將會考慮所有最低延遲時間與最高延遲時間的混合狀態(tài)，求出可能出現(xiàn)最危險時序時的輸入組合。1-8 capture與pspice文件要使電路可以執(zhí)行某種分析，pspice a/d至少必須知道以下這些事情:電路內(nèi)的元件與它們之間的連接狀況、執(zhí)行何種分析、對應(yīng)電路元件的仿真模型以及激勵源信號。這些數(shù)據(jù)分別存放在不同的資源文件內(nèi)。某些文件會由capture自動產(chǎn)生，某些會由元件庫送來，某些得由用戶自行定義。1-8-1 .dsn, .opj, .cir, .net, .als文件 在captur

17、e中，原則上每一份設(shè)計(design)作品的電路圖都存于一個擴展名為.dsn的文件內(nèi)。而一個orcad項目應(yīng)該要包含整個設(shè)計流程中會動用到的資源文件，當然也包含了一個.dsn文件。項目文件的擴展名為.opj 在執(zhí)行pspice仿真程序之前、orcad capture程序會先自動產(chǎn)生擴展名為.cir、.net和.als的一個文件供pspice程序使用。其中.cir是電路主文件，內(nèi)容包含spice規(guī)格要求的固定形式和仿真指令，并會調(diào)用.net和.als兩個文件。.net文件內(nèi)容為一連串元件名稱、元件值、元件連接狀祝的文字式描述。.als內(nèi)容為元件端點連線在電路中的別名。1-8-2 olb. l i

18、b文件 pspice a/d的每個元件都必須有對應(yīng)的符號定義和模型定義。所謂符號定義就是代表本元件的幾何圖形，存在于.olb元件庫文件(orcad library)內(nèi)。所謂模型定義就是一組描述元件特性的參數(shù)值，存在于.lib元件庫文件內(nèi)。pspice a/d內(nèi)已經(jīng)建好的元件庫文件應(yīng)該足夠用來描述大部分的電路場合了，但是必要的話，用戶也可以自己建立或修改元件庫文件。1-8-2 .out、.dat文件輸出文件.out是一個ascii文本文件，可用記事本程序或用pspice a/d文件觀察程序來打開閱讀。其內(nèi)容包含有電路的網(wǎng)絡(luò)連接描述、pspice指令與選項、仿真結(jié)果、仿真過程中所產(chǎn)生的各式各樣錯誤

19、信息。另外如果有經(jīng)過設(shè)置的話，它也包含有一些仿真后的輸出結(jié)果. dat是一個二進制數(shù)據(jù)文件，是由仿真程序pspice所產(chǎn)生的。內(nèi)容為仿真完后的輸出結(jié)果，主要是供probe程序來觀測仿真結(jié)果之用，配合用戶所下的指令產(chǎn)生各式的輸出曲線圖及圖表。1-8-3 prb、stl、stm、inc文件就算是使用pspice來觀測輸出波形，往往也需要一些操作步驟才能得到一個滿意的屏幕波形，. prb文件內(nèi)就是記錄操作完后的pspice波形圖數(shù)據(jù)，用戶可以在需要時調(diào)出，免去重復(fù)操作的麻煩。pspice程序會自動記錄最后一次的屏幕波形，當然用戶也可以自行設(shè)置存檔。執(zhí)行電路仿真之前，我們必須準備好輸入電路的各式模擬或

20、數(shù)字信號，有時就得使用激勵源編輯程序(stimulus editor)來作信號編輯的工作。而.stl文件內(nèi)就是放置這些編輯后的輸入信號數(shù)據(jù)。本書第8章有使用stimulus editor程序來編輯正弦波信號的范例。第22章、第23章有使用stimulus editor程序來編輯周期性數(shù)字信號的范例。如果使用模型編輯程序（model editor)的model text view來產(chǎn)生的文字式輸入信號描述，其擴展名為.stm。 擴展名為.inc是所謂的包含文件，內(nèi)容是一些用戶定義的pspice指令或是用戶想要在輸出文件.out內(nèi)出現(xiàn)的文字注解。由于它是一個ascii文本文件，所以可以使用記事本程

21、序之類的文字編輯程序或是使用model editor的model text view來產(chǎn)生。第6章偏壓點和直流掃描分析（*dc）(歐姆定律)學(xué)習(xí)目的使用電路繪制程序capture繪制所需要的電路圖，學(xué)習(xí)偏壓點分析（bias point detail )和直流掃描分析(dc sweep)的設(shè)置學(xué)習(xí)調(diào)用電路仿真程序pspice執(zhí)行仿真并顯示輸出波形，再將仿真結(jié)果與歐姆定律相驗證。學(xué)習(xí)打印電路圖及輸出波形圖。 本章的主要學(xué)習(xí)目標為電路仿真程序pspice的基本操作。電路仿真程序pspice的主要功能是將capture產(chǎn)生的電路圖形文件或是電路文本文件.cir進行仿真，并將結(jié)果存檔。另外，pspic提

22、供了一個附屬的波形觀測程序probe ,它有能力將仿真結(jié)果快速而精準地以窗口圖形顯示出來，相當于電子實驗室內(nèi)曲線跟蹤儀、示波器、網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀、邏輯分析儀等觀測儀器的地位。 范例為歐姆定律的驗證。范例一偏壓點分析并觀察文本輸出文件內(nèi)容步驟一 繪制如圖所示的電路圖。其中電阻r1的元件名稱為r,電壓源v1的元件名稱為vdc,直流電位屬性dc設(shè)為5v。步驟二設(shè)置dc bias detail偏壓點分析參數(shù)1、在啟動pspice執(zhí)行仿真之前，必須把執(zhí)行何種仿真、執(zhí)行范圍為何等等相關(guān)數(shù)據(jù)準備好才行。orcad pspice是以仿真參數(shù)文件(simulation profile)來管理這些數(shù)據(jù)。如何

23、設(shè)置偏壓點分析的仿真參數(shù)文件。2、所謂偏壓點分析就是只計算v1為5v時(因為用繪制電路圖時，已經(jīng)設(shè)置vdc元件v1的dc屬性為5v)，電路內(nèi)各節(jié)點的電壓值與各分支的電流值。其功能主要在驗證某一個電路在當時的直流電壓或電流電源時，是否可以正常工作，尤其在設(shè)計類似晶體管放大器之電路時，這是一個必要的步驟。3、現(xiàn)在要設(shè)置偏壓點分析，在analysis頁的analysis type欄內(nèi)點選偏壓點分析。4、保存5、仿真6、查看輸出文件。這里要注意，pspice對于電壓源電流的定義是流出為負，流入為正，所以記錄的vi的電流是-5.000e-02a。 提示一 除錯技巧當無法執(zhí)行仿真程序時，pspice會在o

24、utput window內(nèi)顯示錯誤及警告信息，所以我們可先研究這里提供的信息口如果可以了解它的說明，當然就直接回電路圖修改電路后重新仿真。否則也可先選取某個信息，然后使用鼠標右鍵調(diào)出快捷功能菜單，選擇help on.選項，這會調(diào)出一個說明本錯誤信息意義的窗口，再加以分析判斷。某些無法通過capture drc(design rule check)檢查的錯誤，會跳回繪圖頁編輯程序的畫面，并在出現(xiàn)錯誤的電路位置上顯示錯誤標記。如果是分析設(shè)置下的錯誤，多半會在文本輸出文件.out內(nèi)有對應(yīng)的錯誤信息說明。這時可打開文件來觀察。一個繪圖或設(shè)置的錯誤可能會導(dǎo)致數(shù)個錯誤信息的產(chǎn)生，所以改完幾個錯誤后便重新再

25、仿真一次，可以減少很多錯誤信息的出現(xiàn)，簡化問題。范例二 直流掃描分析并觀察輸出波形步驟一調(diào)出例一電路圖并設(shè)置dc sweep直流分析參數(shù)1、打開例一電路2、在analysis的analysis type中選擇dc sweep選項來設(shè)胃執(zhí)行直流掃描分析：在sweep variable（掃描變量型式)欄選擇voltage source(電壓源)并設(shè)置name(名稱)欄為v1，這是因為要執(zhí)行掃描的電源是電壓源v1， sweep type(掃描模式)欄選擇linear線性模式，start value(起始值)欄設(shè)為0，end value(結(jié)束值)欄改為5, increment(增加量)欄設(shè)為0.1，這

26、是說我們將要求v1的電壓由0v開始上升直到5v為止，每次線性上升0.1 v,所以pspice執(zhí)行后儲存的計算點就是vi由0、0.1、0.2 , 0.3 .4.8、4.9、5.0。等共5l個點。由于我們預(yù)期輸出結(jié)果會是一條直線（若電阻為一個固定量時，電壓和電流是成正比的關(guān)系），所以51個點就很足夠了。如果我們所預(yù)期的輸出結(jié)果會是個曲線，那么當然設(shè)置點數(shù)就要多一點了，以免顯示波形失真。一般情況，設(shè)置點數(shù)在1000點左右，顯示波形就很漂亮了。3、退出simulation setting 提示二直流分析設(shè)置選項說明sweep variable欄可設(shè)置掃描變量為voltage source(電壓源)、c

27、urrent source(電流源)、global parameter(全局參數(shù))、model parameter(模型參數(shù))、temperature(溫度)。這是多選一的選項。sweep type設(shè)置掃描類型為linear(線性)、logarithmic(對數(shù))或value list(數(shù)值列表)，其中l(wèi)ogarithmic形式又可分為octave(二倍頻程)和decade(冪次、十倍頻程)。如果選擇value list類型，需單獨輸入掃描變量值。這也是多選一的項目。name:掃描變量名稱。model type:模型類型(如bjt為q，mos為m，二極管為d等等)。model name:模型名

28、稱。parameter name:模型參數(shù)名稱。以上三個設(shè)置參數(shù)多用于模型參數(shù)的掃描時，請參考第17章范例四的說明。start value:掃描起始值。end value:掃描結(jié)束值。increment:每次掃描時掃描變量的增加量。步驟二 存檔并執(zhí)行仿真pspice存檔、執(zhí)行仿真。屏幕上會自動打開pspice的probe窗口。如果嫌output window與simulation status window太占畫面，可以使用viewoutput window與viewsimulation status window功能選項將它們關(guān)閉，然后將輸出波形圖區(qū)放至最大的狀態(tài)。這個pspice窗口和前面

29、偏置點的pspice窗口有以下幾個不同的地方。首先工具欄中可用的按鈕多了一些，這些都是對應(yīng)到輸出波形操作的按鈕，由于前面偏壓點分析的結(jié)果只有文字輸出，所以這些工具欄按鈕當然就不亮了。再來可以看到輸出波形區(qū)內(nèi)出現(xiàn)一個僅有橫軸與縱軸的空圖，橫軸變量就是我們前面設(shè)置的掃描變量v1，而且坐標值也已經(jīng)按照我們的要求定為0v到5v了。至于縱軸變量則等待著我們的輸入?，F(xiàn)在注意一下output window的記錄內(nèi)容，可以見到dc sweep分析順利地完成了，不過其實在執(zhí)行直流掃描分析之前，pspice一定會自動先執(zhí)行一次偏壓點分析。目前的simulation status window內(nèi)有一些信息了，一看就

30、知道它告訴我們v1將由0v開始掃描到5v為止。pspice窗口內(nèi)的工具欄可分為file、edit、simulate、probe與cursor五大類。其對應(yīng)的操作功能請參見下表的簡單說明。file、edit、simulate與通用軟件中常見的一樣就不再贅述。步驟三 觀察仿真波形結(jié)果選擇（或用快捷鍵）traceadd trace.對話框。這個對話框相當大，很難一窺全貌。在simulation output variables欄內(nèi)選中i (r1)或在窗口下方的trace expression欄鍵入i (r1)，點ok鍵，顯示如圖由pspice窗口內(nèi)所顯示的斜線，我們可以知道流過電阻的電流會隨著加在電

31、阻上的電壓而正比例地增加，這完全符合我們根據(jù)歐姆定律所做的預(yù)期結(jié)果。要顯示波形的另外一種作法就是回capture窗口用放探針的方式。在capture窗口內(nèi)選pspicemarkersmark current into pin或快捷鍵，這會出現(xiàn)一個信號探針的符號，將其放入電路圖中。注意，電流探針必須放在元件管腳端點上，而不可放在單純的連線上，回pspice窗口，一樣得到以上的圖形。 提示三探針的介紹探針的用途主要是在電路圖上標記出待觀測信號的類型及位置，在capture內(nèi)的pspicemarkers選項下，提供了以下這些探針:voltage level:測量電壓或邏輯基準的探針。voltage

32、differential提供一組測量電壓差的探針。current into pin:測量電流的探針，只能放在元件腳上。 advanced:會打開一個子菜單，提供一些高級測量(如測量db值、相位差等等)的探針。 提示四如何刪除一條顯示中的波形曲線有時我們選錯了顯示曲線，或是想更換為別的顯示曲線，這時就得先刪除現(xiàn)在顯示的波形曲線。其操作如下:先用鼠標在波形顯示區(qū)的下方選取待處理的波形變量名稱，它會變?yōu)榧t色，然后直接按delete鍵或選editdelete就可在顯示屏幕下刪除這一條曲線。如果選擇tracedelete all traces選項，這將把畫面上所有波形曲線刪除。步驟四 打印輸出波形圖要在

33、打印pspice輸出波形圖也很簡單，只要先在pspice窗口內(nèi)調(diào)整好輸出波形圖，然后選快捷鍵就會按目前設(shè)置的打印控制來打印波形圖。如果要更改打印控制請選fileprint選項或快捷鍵ctrl+p來打開print窗口。設(shè)置選項完畢，點擊ok現(xiàn)在pspice就會將選定的顯示波形送至打印機輸出。步驟五 將輸出波形存成圖形文件另一種打印波形結(jié)果的方式就是將它們轉(zhuǎn)成標準圖形文件后再打印。這樣的圖形文件可以按需要適當?shù)胤糯蠡蚩s小，也可以由圖形處理程序(如photoshop, photoimpact等)作適當?shù)膱D案處理，最后再放入文稿內(nèi)打印。要將輸出波形轉(zhuǎn)成標準圖形文件，首先要在pspice窗口調(diào)整好輸出波

34、形，然后選windowcopy to clipboard.選項，設(shè)置好選項后按ok鍵即可將目前工作窗口內(nèi)的波形送至剪貼板內(nèi)，可用圖形處理程序再行處理。在pspice窗口下，如果按下鍵盤右上方的print screen鍵，會將目前電腦屏幕所看到的全部顯示數(shù)據(jù)送至剪貼板內(nèi)。第7章交流掃描分析（rc電路的頻率響應(yīng)*ac sweep)學(xué)習(xí)目的使用交流掃描分析（ac sweep )來驗證 r-c電路頻譜圖。學(xué)習(xí)如何修改probe波形圖的x軸及y軸坐標的設(shè)置值。學(xué)習(xí)如何增加一條y軸坐標來顯示其他波形與變更網(wǎng)格線。學(xué)習(xí)如何在probe波形圖去掉分線標記并加入說明文字。學(xué)習(xí)如何啟動光標來測量數(shù)據(jù)。學(xué)習(xí)如何將調(diào)

35、整好的波形圖存檔，以供日后再度觀測。本章的范例將分析如圖r-c電路充、放電時線路的頻率響應(yīng)。由于交流分析輸出波形圖的橫軸為頻率，故又稱為頻率響應(yīng)圖或頻譜圖。步驟一 繪出電路圖步驟二 設(shè)置ac sweepac sweep(交流掃描類型)設(shè)為logarithmic的decade(按冪次顯示)類型，start frequency:（仿真起始頻率）設(shè)為10khz。end frequency:(仿真終止頻率)設(shè)為10mhz。points/decade:設(shè)為101(每冪次記錄101個點)。這里特別強調(diào)1件事情，在simulations settings對話框設(shè)置仿真參數(shù)時，小寫m和大寫m均代表103，而1

36、06的冪次代號為meg(大小寫均可);而在probe窗口內(nèi)處理波形數(shù)據(jù)時小寫m代表103, 而大寫m或meg則代表106，千萬不要弄錯了。提示一ac sweep設(shè)置窗口的各設(shè)置項目 ac sweep type(交流掃描類型)：可設(shè)為linear(線性顯示)、logarithmic octave (倍頻程顯示)、logarithmic/decade(冪次顯示)。 total points:如果采線性顯示時總記錄點數(shù)。 points/octave:倍頻程顯示時每倍頻程記錄點數(shù)。 points/decade:冪次顯示時每冪次記錄點數(shù)。 star frequency:仿真起始頻率，注意這個值不可以為0

37、。 end frequency:仿真終點頻率。 noise analysis(噪聲分析):在噪聲分析舉例中介紹步驟三 存檔并執(zhí)行仿真pspice步驟四 使用probe觀察仿真結(jié)果1、設(shè)計的電路圖形文件若是可以順利地完成仿真，就會自動打開probe窗口。這是一個空圖，除了x軸變量已經(jīng)按照我們在ac sweep的設(shè)置為10k-10meg hz之外，y軸變量則等待著我們的選擇輸入。2、現(xiàn)在選擇trace/add trace，打開add trace對話框。請先在窗門右邊的functions or macros欄處選取db( )，然后在窗口下方的trace expression欄處用鼠標選擇或直接由鍵盤

38、輸入完成這樣的字符串db (v(vi)/v(vo)”。退出add traces窗口。3、前面我們使用的db（）就是所謂的目標函數(shù)( goal function )。這是一種用來在輸出數(shù)據(jù)中搜尋出某些特定值及其坐標值的函數(shù)。在probe程序中，經(jīng)由gaul function的協(xié)助，我們可以很容易地取得諸如低通響應(yīng)的頻寬、帶通響應(yīng)的-3db頻率或中心頻率、時域信號的上升或下降時間等等這些特定量的數(shù)值及其發(fā)生的場合。另外，gaul function也可以協(xié)助我們在做性能分析(performance analysis)時觀察多次仿真中某個特定量的變化情形。詳情請見附錄的介紹。步驟五 改交x軸和y軸坐標

39、的設(shè)置值1.如果對于顯示波形圖的x軸或y軸范圍不滿意，或是想放大某段范圍來仔細觀察的話，可以直接在x軸位置雙擊鼠標左鍵或是用plotaxis settings選項打開axis settings對話框，選擇x axis來更改設(shè)置值，各設(shè)置項目的說明請見提示二。2.也可以直接在y軸位置雙擊鼠標左鍵或是用axis settings對話框選擇y axis來更改y軸的設(shè)置值，各設(shè)置項目的說明請見提示三的說明。 提示二axis settings對話框x axis頁的各設(shè)置項目data range軸數(shù)據(jù)范圍:可設(shè)為auto range(自動設(shè)置)、user defined(用戶自行設(shè)置，需輸入上下限)。sc

40、ale(顯示類型):可設(shè)為linear(線性顯示)、log(對數(shù)顯示)。use data(使用的數(shù)據(jù)):可設(shè)為full(完全使用)、restricted (analog) (限制只使用某些數(shù)據(jù)，需輸入上下限)processing options(處理選項):可設(shè)為fourier(傅里葉變換后顯示，詳見以后章節(jié)的說明)、performance analysis(性能分析，詳見以后章節(jié)的說明)。 提示三axis settings對話框y axis頁的各設(shè)置項目data range ( y軸數(shù)據(jù)范圍):可設(shè)為auto range(自動設(shè)置)、user defined(用戶自行設(shè)置，須輸入上下限)。s

41、cale(顯示型式):可設(shè)為linear(線性顯示)、log(對數(shù)顯示)。y axis numbers:選擇待更改設(shè)置值的y軸編號。axis title: y軸的標頭文字。注意，probe程序中的小寫m代表103，而大寫m或meg則代表106。步驟六 增加一條y軸坐標以顯示相位頻譜圖1、如果我們想在同一張圖上顯示兩種不同的輸出波形，有時會因為波形大小相差太多或是因為它們的單位完全不同(比如現(xiàn)在我們想同時觀察增益和相位的頻率響應(yīng)圖，但是增益的單位為db,而相位的單位卻為，以至于顯示的波形結(jié)果十分不理想，這時就必須要讓每個波形各自對應(yīng)一條y軸。2、首先使用trace/delete all trac

42、es功能選項或快捷鍵ctrl-del刪除所有曲線，再使用p1otac功能選項，這會重新打開一個空的probe窗口?，F(xiàn)在選擇traceadd trace或快捷圖鈕片或insert鍵打開add traces對話框，然后在trace expression欄處輸入db (v(vi)/v(vo)。再請用plotadd y axis選項(或ctrl+y鍵)打開另一個y軸，然后打開add traces對話框，在trace expression欄處輸入p(v(vo)/v(vi)。鼠標選ok退出add traces窗口。probe窗口如圖。若想刪除多余的y軸坐標，請先用鼠標選到欲刪除的y軸，符號”會移到這個y軸

43、旁，然后選plotdelete y axis選項或按(ctrl+shift+y鍵就可以了。步驟七 變更網(wǎng)格線默認狀況下，probe會自動為波形圖的橫軸與縱軸方向加上網(wǎng)格線，這些網(wǎng)格線是可以修改的。如果要修改縱軸網(wǎng)格線?？梢灾苯釉趛軸位置雙擊鼠標左鍵或是用plotaxis settings選項打開axis settings對話框選擇y grid頁來更改設(shè)置值，各設(shè)置項目的說明請見提示四。如果要修改橫軸網(wǎng)格線，可以直接在x軸位置雙擊鼠標左鍵或是用plotaxis settings選項打開axis settings對話框選擇x grid頁來更改設(shè)置。x grid頁只比y grid頁少了y axis

44、number這個設(shè)置項目。提示四axis settings對話框的y grid頁的功能說明automatic:如果打勾，probe將自動為我們調(diào)整主軸間隔與主軸間的副軸個數(shù)。y axis number:選擇下面要設(shè)置的是哪個y軸。這個選項在x grid內(nèi)不存在。major欄內(nèi)為一些關(guān)于主軸顯示狀態(tài)的選項，minor欄內(nèi)為一些關(guān)于副軸顯示狀態(tài)的選項。spacing欄:如果以linear線性間隔來顯示; ,可輸入主軸之間的間隔寬度。如果以log ( # of decade)對數(shù)間隔來顯示，可選擇每冪次內(nèi)主軸的個數(shù)。grids欄:選擇網(wǎng)格線線型，可設(shè)為lines(線狀)，dots(交義處點狀)、+(

45、交叉處+字狀)，或是none(不顯示)。如果選擇dots或+，我們還可以選擇with other major grids(只在與其他主軸交叉處顯示)，with other minor grids（只在與其他副軸交叉處顯示)，或是二者都選，或是二者都不選。ticks inside plot edge欄:如果打勾，波形圖邊緣的內(nèi)側(cè)也會標記主軸刻度。不過如果網(wǎng)格線設(shè)為lines形式時，通常是看不見它們的。numbers outside plot edge欄:當被打勾時(默認狀態(tài))，每個主軸刻度都會顯示出標記。intervals between major欄:定義將主軸與主軸之間切割為2. 4, 5或

46、10塊區(qū)域。只能在automatic欄未打勾的情況下才能設(shè)置。步驟八 為波形圖去掉分線標記1、在彩色電腦屏幕上，不同的曲線主要依照不同的顏色來區(qū)分，但是為了黑白打印需要，曲線上也會各自加入分線標記以便分辨。如果要去除分線標記請用tooloptions選項，這會打開probe options對話框，然后將use symbols(分線標記設(shè)置)選項由always(永遠啟動)改設(shè)為never(不顯示)。2、至于use symbol欄內(nèi)的attributes（屬性）選項，情形就比較復(fù)雜些。首先將鼠標光標移到任何一條波形曲線下面，單擊鼠標右鍵，應(yīng)該會出現(xiàn)一個只有information與propertie

47、s兩個選項的功能菜單。請選properties選項，將會出現(xiàn)一個trace properties對話框。在這個對話框內(nèi)可以對波形曲線的顯示顏色( color )，線條樣式(pattern ) ,曲線寬度( width)以及分線符號形式(symbol )做一些調(diào)整。對話框最下方有一個show symbol的選擇項，默認狀態(tài)下它是未打勾的。如果我們在probe options對話框的use symbols欄內(nèi)選擇了attributes選項，那么畫面上將只有shaw symbol選擇項被打勾的波形曲線會顯示出分線標記。這種功能使我們能夠在許多曲線內(nèi)很清楚地標示出某一條特定曲線。步驟九 為波形圖加上說

48、明文字如果想要在probe圖內(nèi)加入適當?shù)恼f明文字，可用plotlabel功能，其詳細的設(shè)置選項請見提示五的說明。提示五：text輸入說明文字line繪出直線poly-1ine繪出折線arrow繪出有箭頭的直線box繪出方塊circle繪出圓形ellipse先輸入傾斜角后，繪出橢圓形mark將光標位置顯示在圖內(nèi)plotlabel的功能說明2、我們現(xiàn)在將頻率響應(yīng)圖加上說明文字與箭頭，首先選toolsoptions.選項，將probe options窗口的use symbols選項改回never，如此將會關(guān)閉分線標記，再由p1otaxis settings選項打開axis settings對話框，將

49、x grid頁與y grid頁中major與minor欄中的grids選項全設(shè)為none，關(guān)閉橫軸與縱軸網(wǎng)格線。 然后選plotlabe1text.或快捷圖鈕打開text label窗口，輸入gain (db)，選ok關(guān)閉窗口。這時的probe窗口會有一個可用鼠標移動的字符串，將其移至合適的位置，單擊鼠標左鍵定位，輸入phase ( degree )的說明文字。3.現(xiàn)在選plotlabe1arrow選項，probe窗口的鼠標光標會變成鉛筆形狀，在箭頭起點按鼠標左鍵一下，然后將鼠標光標移至箭頭終點處，再按鼠標左鍵一下就完成箭頭了。4.現(xiàn)在選plotlabe1ploy-line, probe窗口的

50、鼠標光標也會變成鉛筆形狀，在折線起點單擊鼠標左鍵，然后將鼠標光標移至折線轉(zhuǎn)折點處，再單擊鼠標左鍵，依次繪下去。在折線終點處單擊鼠標右鍵就完成折線了。5.在說明文字、箭頭、折線上單擊鼠標左鍵，它們將轉(zhuǎn)為紅色顯示，這時可以用鼠標左鍵拖曳它們到新的位置上，如果按del 鍵就可以刪除它們。如果在說明文字上雙擊鼠標左鍵，將可以再度進入text label對話框內(nèi)作修改。 步驟十 啟動光標功能作測量1、波形圖只是提供一個宏觀的影像而己，實際的物理量還是要透過測量來得到。probe窗口內(nèi)提供了很好的光標功能使我們很容易地就可以得到波形上的記錄值。啟動光標請用tracecursordisplay或快捷鍵選項，

51、這會在屏幕上出現(xiàn)一個probe cursor窗口，它顯示了目前光標1和光標2在橫軸及縱軸上的記錄值。2、剛啟動光標功能時，光標1和光標2都用于指示第一個變量db (v(vo)/v(vi)的值。用鼠標右鍵在probe窗口下方第二個變量p (v(vo)/v(vi)前的紅色空心三角形上點一下，這空心三角形就會被一個虛線框圈繞?，F(xiàn)在我們就可以使用鼠標左鍵來移動光標1在db (v(vo)/v(vi)波形的位置，使用鼠標右鍵來移動光標2在p (v(vo)/v(vi)波形的位置了。3、將兩個光標都移至如圖7-18所示的位置，然后選tracecursorfreeze功能來凍結(jié)光標位置?，F(xiàn)在我們由probe c

52、ursor窗口的數(shù)據(jù)可以知道當增益為-3.0069db時，此時的頻率(轉(zhuǎn)折頻率fc)為318.040khz，這和我們前面所計算的-3db頻率為318khz已經(jīng)十分接近了。另外我們也可讀出當頻率為551.180khz時，相位為- 5 9.9934、必要時，可用plotlabe1mark功能或快捷鍵直接將坐標值顯示在probe內(nèi)5、除了可以使用鼠標來調(diào)整光標位置之外，也可以使用鍵盤的左與右箭頭鍵來微調(diào)光標位置。6、因為記錄點有限的關(guān)系，有時很難將光標真正地定位在某一個特定點上，這時只好使用這個有點誤差的記錄值。否則就得回到分析設(shè)置對話框，將記錄點增加到滿意的地步后重新仿真及觀測了。步驟十一 保存波

53、形圖1、 probe提供了保存觀測屏幕的功能，以便用戶反復(fù)查看結(jié)果。2、將probe窗口調(diào)整成滿意的情況，然后選windowdisplay control功能打開saverestore display窗口，在new name:輸入適當?shù)奈募?。然后選save鈕將之存入.prb文件內(nèi)。往后我們打開這個.dat文件時，就可以在saverestore display窗口內(nèi)找到這個文件名字符串，用鼠標左鍵在其上點擊，就可以打開以前保存好的probe觀測屏幕。第8章 暫態(tài)分析 (op-amp反相放大器)學(xué)習(xí)目的介紹時域信號源的設(shè)置。使用暫態(tài)分析(transient analysis )驗證op-amp反

54、相放大器電路的時域輸出輸入特性。學(xué)習(xí)如何分隔顯示屏幕或使用多個顯示窗口以顯示多個波形。學(xué)習(xí)如何使用虛擬裝置以通知pspice將仿真結(jié)果記錄于.out文本輸出文件內(nèi)。學(xué)習(xí)如何使用激勵源編輯程序(stimulus editor)來編輯輸入信號源。學(xué)習(xí)如何對施密特觸發(fā)電路(schmitt trigger)仿真以產(chǎn)生遲滯圖( hysteresis ) (使用兩種方法:直流掃描分析和暫態(tài)分析)。重點說明 本部分的學(xué)習(xí)目標為暫態(tài)分析(transient analysis)的設(shè)置及在時域(tine domain )上觀測輸入輸出波形。 一般電子實驗室內(nèi)對信號的觀測主要是真對時域信號而定，而所謂時域信號就是以

55、時間為橫軸來記錄的波形。此時使用的電子儀器主要有信號發(fā)生器和示波器。信號發(fā)生器負責產(chǎn)生驗證電路時所需的周期性時域信號，將之輸入待驗證的電路，然后就可用示波器將輸入和輸出信號顯示于屏幕上觀測及比較。pspice a/d的暫態(tài)分析就是仿真這樣的時域工作環(huán)境。由各式各樣設(shè)置好的信號源提供待驗證電路合適的輸入信號，待完成仿真后就可以用probe來觀測輸出波形了。 pspice ad已經(jīng)內(nèi)建有一些常用的時域信號源，大致上可以分成兩大類型。第一種是使用激勵源編輯程序( stimulus editor)來定義的信號源(表8-1)，由于有激勵源編輯程序的協(xié)助，所以可以用圖形編輯的方式來定義這類信號源，既精確又

56、方便，不過評估版限制這類自定義的信號源，僅能編輯正弦波信號(模擬)和周期脈沖信號(數(shù)字)。第二類時域信號源是采取定義元件屬性的方式(表8-2)，為了應(yīng)付各式各樣的時域信號，pspice分別提供出合適的元件。 為了減少學(xué)習(xí)的復(fù)雜度，本部分的重點放在模擬信號源上面，至于數(shù)字信號的定義在其他章節(jié)中介紹。模擬信號源中的電壓源都需冠上v開頭，電流源需冠上i開頭。它們均含有dc和ac的元件屬性，所以也可以用來執(zhí)行前面所述的直流掃描分析和交流掃描分析本部分例一介紹一些常用的模擬信號源的設(shè)置方法: 本部分的范例二將驗證op-amp反相放大器電路的時域輸出輸入特性，其電路如圖所示。輸出電壓將與輸入電壓之間呈反相

57、關(guān)系(即相位差180)，其閉環(huán)電壓增益由rf及ri決定。它可以用來放大交流和直流信號。 如果同時在屏幕上顯示太多個輸出波形曲線，畫面就會很復(fù)雜難辨。勢必要有一個方法可以讓看圖的人很容易就區(qū)分出各個輸出信號。常見的做法除了有前一章所述的加入分線標記或加入說明文字之外，也可以采用分區(qū)顯示的方式。本章范例三也將介紹兩種不同的分區(qū)顯示方法。 盡管probe程序所顯示的結(jié)果波形十分完美，光標的使用也十分方便。但是因為probe程序的暫態(tài)分析記錄點是由pspice程序根據(jù)需要而自動調(diào)整。所以有時光標很難真的指定到某個要求的特定點上。況且如果我們需要很多特定點上的仿真數(shù)值結(jié)果，使用probe程序的光標功能反而不很方便。這時就必須使用虛擬裝置元件。 使用虛擬裝置元件其實就和一般電路元件一樣，只要將它放入電路圖中我們關(guān)心的節(jié)點或電路分支中，然后適當?shù)卦O(shè)置其元件屬性，啟動仿真，pspice程序就會將那些特定節(jié)點上的電壓或電路分支中的電流數(shù)值數(shù)據(jù)存入.out文本