Altium Designer混合信号仿真

1混合信号仿真全面介绍AltiumDesigner混合信号仿真功能V1.02AltiumDesigner混合信号仿真3AltiumDesigner混合信号仿真AltiumDesigner中的电路仿真是真正的混合模式仿真器，可以用于对模拟和数字器件的电路分析。仿真器采用由乔治亚技术研究所（GTRI）开发的增强版事件驱动型XSPICE仿真模型，该模型是基于伯克里SPICE3代码，并于且SPICE3f5完全兼容。SPICE3f5模拟器件模型：包括电阻、电容、电感、电压/电流源、传输线和开关。五类主要的通用半导体器件模型，如diodes、BJTs、JFETs、MESFETs和MOSFETs。XSPICE模拟器件模型是针对一些可能会影响到仿真效率的冗长的无需开发局部电路，而设计的复杂的、非线性器件特性模型代码。包括特殊功能函数，诸如增益、磁滞效应、限电压及限电流、s域传输函数精确度等。局部电路模型是指更复杂的器件，如用局部电路语法描述的操作运放、时钟、晶体等。每个局部电路都下在*.ckt文件中，并在模型名称的前面加上大写的X。数字器件模型是用数字SimCode语言编写的，这是一种由事件驱动型XSPICE模型扩展而来专门用于仿真数字器件的特殊的描述语言；它来源于标准的XSPICE代码模型。SimCode模型源代码被保存在ASCII文件中，编译后生成*.scb模型文件。可以将多个数字器件模型写在同一个文件中。4AltiumDesigner混合信号仿真AltiumDesigner的仿真器可以完成各种形式的信号分析，在仿真器的分析设置对话框中，通过全局设置页面，允许用户指定仿真的范围和自动显示仿真的信号。每一项分析类型可以在独立的设置页面内完成。AltiumDesigner中允许的分析类型包括：1、直流工作点分析2、瞬态分析和傅立叶分析3、交流小信号分析4、阻抗特性分析5、噪声分析6、Pole-Zero（临界点）分析7、传递函数分析8、蒙特卡罗分析9、温度扫描5AltiumDesigner混合信号仿真直流工作点分析：直流工作点分析用在测定带有短路电感和开路电容电路的直流工作点。在测定瞬态初始化条件时，除了已经在Transient/FourierAnalysisSetup中使用了UseInitialConditions参数的情况外，直流工作点分析将优先于瞬态分析。同时，直流工作点分析优先于交流小信号、噪声和Pole-Zero分析，为了保证测定的线性化，电路中所有非线性的小信号模型。在直流工作点分析中将不考虑任何交流源的干扰因素。6AltiumDesigner混合信号仿真瞬态分析：瞬态分析在时域中描述瞬态输出变量的值。在未使能UseInitialConditions参数时，对于固定偏置点，电路节点的初始值对计算偏置点和非线性元件的小信号参数时节点初始值也应考虑在内，因此有初始值的电容和电感也被看作是电路的一部分而保留下来。TransientStartTime:分析时设定的时间间隔的起始值（单位：秒）TransientStopTime:分析时设定的时间间隔的结束值（单位：秒）TransientStepTime:分析时时间增量（步长）值TransientMaxStepTime:时间增量值的最大变化量；缺省状态下，其值可以是TransientStepTime或（TransientStopTime–TransientStartTime）/50。UseInitialConditions：当使能后，瞬态分析将自原理图定义的初始化条件开始，旁路直流工作点分析。该项通常用在由静态工作点开始一个瞬态分析中。UseTransientDefault:调用缺省设定DefaultCyclesDisplayed:缺省显示的正玄波的周期数量。该值将由TransientStepTime决定。DefaultPointsPerCycle:每个正玄波周期内显示数据点的数量。如果用户未确定具体输入的参数值，建议使用缺省设置；当使用原理图定义的初始化条件时，需要确定在电路设计内的每一个适当的元器件上已经定义了初始化条件，或在电路中放置.IC元件。7AltiumDesigner混合信号仿真傅立叶分析：一个设计的傅立叶分析是基于瞬态分析中最后一个周期的数据完成的。EnableFourier:在仿真中执行傅立叶分析（缺省为Disable）FourierFundamentalFrequency:由正玄曲线波叠加近似而来的信号频率值FourierNumberofHarmonics:在分析中应注意的谐波数；每一个谐波均为基频的整数倍。在执行傅立叶分析后，系统将自动创建一个.sim数据文件，文件中包含了关于每一个谐波的幅度和相位详细的信息。8AltiumDesigner混合信号仿真直流扫描分析：直流扫描分析就是直流转移特性，当输入在一定范围内变化时，输出一个曲线轨迹。通过执行一系列直流工作点分析，修改选定的源信号的电压，从而得到一个直流传输曲线；用户也可以同时指定两个工作源。PrimarySource:电路中独立电源的名称PrimaryStart:主电源的起始电压值PrimaryStop:主电源的停止电压值PrimaryStep:在扫描范围内指定的增量值EnableSecondary:在主电源基础上，执行对每个从电源值的扫描分析SecondaryName:在电路中独立的第二个电源的名称SecondaryStart:从电源的起始电压值SecondaryStop:从电源的停止电压值SecondaryStep:在扫描范围内指定的增量值在直流扫描分析中必须设定一个主源，而第二个源为可选；通常第一个扫描变量（主独立源）所覆盖的区间是内循环，第二个（次独立源）扫描区间是外循环。9AltiumDesigner混合信号仿真交流小信号分析：交流分析是在一定的频率范围内计算电路和响应。如果电路中包含非线性器件或元件，在计算频率响应之前就应该得到此元器件的交流小信号参数。在进行交流分析之前，必须保证电路中至少有一个交流电源，也即在激励源中的AC属性域中设置一个大于零的值。StartFrequency:用于正玄波发生器的初始化频率（单位：Hz）StopFrequency:用于正玄波发生器的截至频率（单位：Hz）SweepType:决定如何产生测试点的数量；Linear-全部测试点均匀的分布在线性化的测试范围内，是从起始频率开始到终止频率的线性扫描，Linear类型适用于带宽较窄情况；Decade-测试点以10的对数形式排列，Decade用于带宽特别宽的情况；Octave-测试点以8个2的对数形式排列，频率以倍频程进行对数扫描，Octave用于带宽较宽的情形；TestPoints:在扫描范围内，依据选择的扫描类型，定义增量值；TotalTestPoint:显示全部测试点的数量；在执行交流小信号分析前，电路原理图中必须包含至少一个信号源器件并且在ACMagnitude参数中应输入一个值。用这个信号源去替代在仿真期间的正玄波发生器。用于扫描的正玄波的幅度和相位需要在SIM模型中指定。输入的幅度值（电压Volt）和相位值（度Degrees），不要求输入单位值。设定交流量级为1，将使输出变量显示相关度为0dB。10AltiumDesigner混合信号仿真阻抗特性分析：阻抗特性分析将显示电路中任意两个终端源间的阻抗特征，该分析没有独立的设置页面，通常只作为交流小信号分析中的一个部分。阻抗测量将通过输入电源电压值除以输出电流值得到。要获得一个电路输出阻抗的阻抗特征图，须通过下列步骤实现：从输入端删除源输入电源与地短接删除任意连入电路的负载连接输出两端的源，即正电源连接到输出端，负端接地11AltiumDesigner混合信号仿真噪声分析：噪声分析利用噪声谱密度测量由电阻和半导体器件的噪声影响，通常由V2/Hz表征测量噪声值。电阻和半导体器件等都能产生噪声，噪声电平取决于频率。电阻和半导体器件产生不同类型的噪声（注意：在噪声分析中，电容、电感和受控源视为无噪声元器件）。对交流分析的每一个频率，电路中每一个噪声源（电阻或晶体管）的噪声电平都被计算出来。它们以输出节点的贡献通过将各均方根值相加得到。OutputNoise:需要分析噪声的输出节点InputNoise:叠加在输入端的噪声总量，将直接关系到输出端上的噪声值ComponentNoise:电路中每个器件（包括电阻和半导体器件）对输出端所造成的噪声乘以增益后的总和。NoiseSources：选择一个用于计算噪声的参考电源（独立电压源或独立电流源）；StartFrequency：指定起始频率；StopFrequency：指定终止频率；TestPoints：指定扫描的点数；Points/Summary：指定计算噪声范围。在此区域中，输入0则只计算输入和输出噪声；如输入1则同时计算各个器件噪声。后者适用于用户想单独查看某个器件的噪声并进行相应的处理（比如某个器件的噪声较大，则考虑使用低噪声的器件换之）。OutPutNode：指定输出噪声节点；ReferenceNode：指定输出噪声参考节点，此节点一般为地（也即为0节点），如果设置的是其他节点，通过V(OutputNode)-V(ReferenceNode)得到总的输出噪声；SweepType框中指定扫描类型，这些设置和交流分析差不多，在此只作简要说明。Linear为线性扫描，是从起始频率开始到终止频率的线性扫描，TestPoints是扫描中的总点数，一个频率值由当前一个频率值加上一个常量得到。Linear适用于带宽较窄情况。Octave为倍频扫描，频率以倍频程进行对数扫描。TestPoints是倍频程内的扫描点数。下一个频率值由当前值乘以一个大于1的常数产生。Octave用于带宽较宽的情形。Decade为十倍频扫描，它进行对数扫描。TestPoints是十倍频程内的扫描点数。Decade用于带宽特别宽的情况。通常起始频率应大于零；独立的电压源中需要指定NoiseSource参数；12AltiumDesigner混合信号仿真Pole-Zero（临界点）分析：在单输入/输出的线性系统中，利用电路的小信号交流传输函数对极点或零点的计算用Pole-Zero进行稳定性分析；将电路的直流工作点线性化和对所有非线性器件匹配小信号模型。传输函数可以是电压增益（输出与输入电压之比）或阻抗（输出电压与输入电流之比）中的任意一个。InputNode:正的输入节点InputReferenceNode:输入端的参考节点（缺省：0（GND））OutputNode:正的输出节点OutputReferenceNode:输出端的参考节点（缺省：0（GND））TranserFunctionType:设定交流小信号传输函数的类型；V(output)/V(input)-电压增益传输函数，V(output)/I(input)-电阻传输函数AnalysisType:更精确的提炼分析极点Pole-Zero分析可用于对电阻、电容、电感、线性控制源、独立源、二极管、BJT管、MOSFET管和JFET管，不支持传输线。对复杂的大规模电路设计进行Pole-Zero分析，需要耗费大量时间并且可能不能找到全部的Pole和Zero点，因此将其拆分成小的电路在进行Pole-Zero分析将更有效。13AltiumDesigner混合信号仿真传递函数分析（也称为直流小信号分析）：传递函数分析将计算每个电压节点上的直流输入电阻、直流输出电阻和直流增益值。SourceName：指定输入参考的小信号输入源ReferenceNode：作为参考指定计算每个特定电压节点的电路节点（缺省：设置为0）利用传递函数分析可以计算整个电路中直流输入、输出电阻和直流增益三个小信号的值。14AltiumDesigner混合信号仿真蒙特卡罗分析：蒙特卡罗分析是一种统计模拟方法，它是在给定电路元器件参数