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AD09 第七次课


第七章 电路仿真系统

第 七 讲 ? 1.建立pcb 工程文件,装载与电路仿真相关的 元件库 电 路 ? 2.在电路上放置仿真元件(自带库元件有仿真 仿 模型) 真 系 ? 3.绘制仿真电路图,与普通原理图绘制相同 统

7.1 仿真的步骤

? 4.在仿真电路中添加仿真电源和激励源

第 七 讲 电 路 仿 真 系 统

? 5.设置仿真节点及电路初始状态 ? 6.对仿真电路图进行ERC校验 ? 7.设置仿真分析的参数 ? 8.运行电路仿真获得仿真结果 ? 9.修改仿真参数或更换元件,取得理想效果。

第 七 ? Altium Designer为用户提供了大部分常用的仿真元件, 讲 这些仿真元件库在安装目录下的:/Altium Designer Winter 电 09/Library/Simulation中,其中包含了仿真信号源库 路 Simulation Sources.IntLib、仿真特殊功能元件库Simulation 仿 Special Function.IntLib、仿真数学功能元件库Simulation 真 Math Function.IntLib、信号仿真传输线元件库Simulation 系 Transmission Line.IntLib,仿真Pspice功能元件库Simulation Pspice Function.IntLib,其元件库图标如图7-1所示。 统

7.2仿真元件库

图7-1 仿真元件库图标

7.2.1仿真信号源元件库 (Simulation Sources.IntLib)
第 七 讲? 仿真信号源元件库中共有23个仿真元件,这些仿真源为仿真 电路提供激励源和初始条件设置等功能。 电 路? 1. 在原理图中添加如图7-4所示的两个元件符号,即可实现整个仿 仿 真电路的节点电压和初始条件设置。 真? ⑴ .NS。NODE SET (节点设置) 系? ⑵ .IC。Initial Condition (初始条件) 统

图7-4 节点设置和初始条件状态定义符

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? 7.2.2仿真数学函数元件库(Simulation Math Function. IntLib) ? 仿真数学函数元件库中的元件主要是一些仿 真数学函数元件,比如求正弦、余弦、绝对值、反正 弦、反余弦、开方等数学计算的函数,通过使用这些 函数可以对仿真信号进行相关的数学计算,从而得到 自己需要的信号。 ? 7.2.3仿真特殊功能元件库(Simulation Special Function. IntLib) ? 仿真特殊功能元件库的元件主要是常用的运 算函数,比如增益、加、减、乘、除、求和和压控振 荡源等专用的元件。

? 7.2.4信号仿真传输线元件库(Simulation Transmission Line. IntLib) 信号 第? 七? 仿真传输线元件库包括三个信号仿真传输线元件, 讲 分别是URC均匀分布传输线、LTRA有损耗传输线和 电 LLTRA无损耗传输线,如图7-14所示。 路? 7.1.5仿真Pspice功能元件库(Simulation Pspice 仿 Function.IntLib) 真 系? 仿真Pspice功能元件库主要为设计者提供Pspice功能元件。 统

图7-14传输线元件

第 七 讲 7.3 仿真电源及激励源设置 在仿真电路中主要用到5种电源及激励源,包括: 电 直流电源 VSRC ISRC 路 仿 正弦信号源 Vsin ISIN 真 周期脉冲源 VPULSE IPULSE 系 指数信号源 VEXP IEXP 统
分段线性源 VPWL IPWL 单频调制电源 VSFFM ISFFM

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? 仿真电源参数设置
重要工作,决定是否能够仿真 步骤: 放置所需要的信号源,以指数信号源为例, 双击该对象,或右键点击弹出属性,找到 双击Description下的VEXP

第 七 切换到 讲 parameter 电 路 仿 真 系 统

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7.4仿真器的设置
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? 完成电路的编辑后,在仿真之前,要选择对电路 进行那种分析,设置收集的变量数据,以及设置显示哪些 变量的波形。常见的仿真分析有静态工作点分析 (Operating Point Analysis)、瞬态分析(Transient Analysis)、直流扫描分析(DC Sweep Analysis)、交 流小信号分析(AC Small Signal Analysis)、噪声分析 (Noise Analysis)、极点、零点分析(Pole-Zero Analysis)、传递函数分析(Transfer Function Analysis)、温度扫描分析(Temperature Sweep)、参 数扫描(Parameter Sweep)、蒙特卡洛分析(Monte Carlo Analysis)等分析。本章主要讲解后面例子中用到 的静态工作点分析、瞬态分析和交流小信号分析的设置方 法。

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执行Design→Simulate→Mixed Sim命令,弹出如图7-15所示的电路仿真 分析设置对话框。

? 7.4.1一般设置(General Setup) 第 ? 在仿真分析设置对话框的左 七 讲侧分析选项列表中,列写出了所有 的分析选项,选中每个分析选项, 电右侧即显示出相应的设置项。选中 路General Setup,即可在右侧的选项 仿中进行一般设置。在Available 真Signals 列表中显示的是可以进行仿 真分析的信号,Active Signals列表 系框中显示的是激活的信号,将需要 统进行仿真的信号,单击 “ ”和 “ ” 可完成添加或删除激活信号, 如图7-15所示。

可进行仿 真的信号

激活的信 号

添加或删 除按钮

图7-15 仿真分析设置对话框

? ? 第 七 讲 电 ? 路 ? 仿 真 系 统

7.4.2静态工作点分析(Operating Point Analysis) 静态工作点分析通常用于对放大电路进行分析,当放 大器处于输入信号为零的状态的时候,电路中各点的状态就 是电路的静态工作点。最典型的是放大器的直流偏置参数。 进行静态工作点分析的时候,不需要设置参数。 7.4.3瞬态分析(Transient Analysis) 瞬态分析用于分析仿真电路中工作点信号随时间变化 的情况。进行瞬态分析之前,设计者要设置瞬态分析的起始 和终止时间、仿真时间的步长等参数。在电路仿真分析设置 对话框中,激活Transient选项,在如图7-17所示的瞬态分析 参数设置对话框中进行设置。

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图7-17 瞬态分析参数设置对话框

在Transient Analysis Setup列表中共用11个参数设置选项,这些参数的含义 分别是: ? Transient Start Time参数用于设置瞬态分析的起始时间。瞬态分析通常从时 第间零开始,在时间零和开始时间,瞬态分析照样进行,但并不保存结果。而开始时间 和终止时间的间隔将保存,并用于显示。 七 ? Transient Stop Time参数用于设置瞬态分析的终止时间。 讲 ? Transient Step Time参数用于设置瞬态分析的时间步长,该步长不是固定不 电变的。 ? Transient Max Step Time参数用于设置瞬态分析的最大时间步长。 路 ? 仿 ?

真 系 统

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? Use Initial Conditions项用于设置电路仿真的初始状态。当勾选 该项后,仿真开始时将调用设置的电路初始参数。 ? Use Transient Default项用于设置使用默认的瞬态分析 设置,选中该项后,列表中的前四项参数将处于不可修改状态。 ? Default Cycles Displayed参数用于设置默认的显示周期 数。 ? default Points Per Cycle参数用于设置默认的每周期仿 真点数。 ? Enable Fouries项用于设置进行傅立叶分析,勾选该项 后,系统将进行傅立叶分析,显示频域参数。 ? Fouries Fundamental Frequency用于设置进行傅立叶 分析的基频。 ? Fouries Number of Harmonics用于设置进行傅立叶分 析的谐波次数。

7.4.4交流小信号分析(AC Small Signal Analysis)
第 七 ? 讲 电 路 仿 真 系 统
交流小信号分析用于对系统 的交流特性进行分析,在频域响应方 面显示系统的性能,该分析功能对于 滤波器的设计相当有用,通过设置交 流信号分析的频率范围,系统将显示 该频率范围内的增益。在电路仿真分 析设置对话框中,激活AC Small Signal Analysis选项,在如图7-18所 示的交流小信号分析参数设置对话框 中进行设置。

图7-18 交流小信号分析参数设置对话框

其中Start Frequency参数用于设置进行交流小信号分析的起始频率。 Stop Frequency参数用于设置进行交流小信号分析的终止频率。 Sweep参数用于设置交流小信号分析的频率扫描的方式,系统提供了三种频率扫描 方式“Linear”项表示对频率进行线性扫描,“Decade”项表示采用10的指数方式进行扫 描,“Octave”项表示采用8的指数方式进行扫描。 Test Points参数表示进行测试的点数。 Total Test Points参数表示中的测试点数。

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7.5多谐振荡器电路仿真实例
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在学习前面关于电路仿真的基本知识后,将对第二章的 多谐振荡器电路进行仿真。电路仿真的一般步骤如下:
找到仿真原理图中所有需要的仿真元件,如果仿真元件库中没 有所用的元件,必须事先建立其仿真库文件,并添加仿真模型。 仿真元件的放置和电路的连接,并且添加激励源。 在需要绘制仿真数据的节点处添加网络标号。 仿真器参数设置。 电路仿真并分析仿真结果。

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第 七 ? 在第二章中已经绘制了多谐振荡器电路,如图2-1所示。 讲 其中每个元件都具有其仿真属性,因此不用更改。只需将接口Y1 电 删除,添加一个+12V的电压源V1,方法:单击“Utility”工具栏 路 中的工具按钮,打开如图7-20所示的仿真电源工具栏,在工具 仿 栏中单击“+12V”电压源工具按钮,在工作区放置一个+12V的电 真 压源。 系 统

7.3.1绘制仿真原理图

图7-20 放置激励源+12v的电压源

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放置完毕后,点击元件,弹出元件属性对话框,如图7-21所示, 修改其参数,设置Designator为“V1”、Comment为“=Value”、Value为 “+12”。

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图7-21 仿真电压源属性设置对话框

连接电路,并放置网络 标号:Q1B、Q1C、Q2B、 Q2C,如图7-22所示。
图7-22 多谐振荡器仿真原理图

7.3.2仿真器参数设置
? 1.单击 “ ” 按钮,弹出7-23所示的对话框,分别双击Q1B、Q1C、Q2B、 Q2C,把他们添加到Active Signals内,见图7-23。 第? 2.在Collect Data For栏,从列表中选择“Node Voltage,Supply Current, 七 Device Current and Power”。 讲? 3.为这个分析勾选“Operating Point Analysis”和“Transient Analysis”。

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图7-23 仿真器一般参数设置

4.激活Transient Analysis选项,设置Transient Stop Time为 10ms,指定一个10ms的仿真窗口;设置Transient Step Time为10us, 第 表示仿真可以每10us显示一个点;设置Transient Max Step Time:10us; 七 如图7-24所示。 ?

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图7-24 瞬态特性参数设置

第 七 ? 单击 “ 讲 电 路 仿 真 系 统

7.3.3信号仿真分析
” 按钮运行仿真,仿真波形如图7-25所示。

图7-25 瞬态分析仿真波形

读者可以改变一些原理图中元件参数,再运行仿真看看 其变化。试着将C1的值改为47n,然后再运行瞬态特性分析。 输出波形将显示一个不均匀的占空比波形。


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