PSPICE电子线路辅助设计

PSPICE电子线路辅助设计主讲人：徐莹隽第一部分计算机辅助电路分析基础计算机辅助电路设计的特点电路规模可以从简单到复杂电路的计算精度非常高提高了设计效率，减少了设计周期可以进行极限状态和最坏情况分析可以进行容差分析和优化设计电路设计流程设计指标要求确定电路方案确定电路参数选定分析方法修改电路参数修改电路方案数学方法CACA实验方法结果性能满足要求确定电路常见电路网络线性电阻网络线性动态网络非线性电阻网络非线性动态网络常见电路分析内容直流分析求线性电阻网络的直流解，给出节点及支路的电压和电流值，给出直流功耗。工作点分析求出非线性网络的静态工作点，对动态网络求出初始条件、偏置或平衡状态下的工作点（将网络中的所有电容开路，电感短路得到的）。这些也是非线性网络的直流解驱动点分析求出非线性电阻网络的驱动点电流和驱动点电压之间的关系，这也是网络的直流解。常见电路分析内容传输函数分析求出电阻网络的输出电压或电流和输入电压或电流之间的关系，可得到网络的输入阻抗和输出阻抗。这也是网络的直流解交流分析求出线性网络的频率响应特性，即频域分析。对非线性网络进行小信号交流特性分析(将非线性元件在工作点处线性化，然后分析这个被线性化电路的稳态交流响应)。可得到网络的幅频特性与相频特性，得到在给定频率下的输入与输出阻抗等。对非线性动态网络可求出有输入或无输入时的稳态周期解常见电路分析内容瞬态分析对动态网络进行时域分析，求出其瞬态响应。(在用户或程序确定的初始条件下。在有或无输入信号时，求出随时间变化的输出波形。）噪声分析对线性网络进行频域或时域的等效输入噪声和输出噪声特性分析(将噪声源作为输入，求这时的交流解或瞬态解)温度特性分析求出在各种温度网络的各种特性常见电路分析内容灵敏度分析计算电路中元件参数变化时对输出量的影响。灵敏度分析可在直流工作情况下进行，也可在交流和瞬态工作条件下进行。容差分析在元件参数各自的容差范围内求出对电路特性的影响．PSPICE中可用蒙特卡罗分析对直流，交流和瞬态特性进行容差分析．最坏情况分析求电路特性的最坏情况(在电路元件参数取最坏的极端值时求电路的特性）常见电路分析内容付里叶分析在给定频率下对网络进行瞬态分析。将得到的输出波形再做频谱分析求出输出变量的基频和谐波量。失真分析求电路在小信号条件下的失真特性。电路模拟程序构成输出结果输入电路的拓扑信息和元件特性解方程求数值解确定器件模型并处理建立电路方程第二部分PSPICE程序基础SPCIE和PSPICESimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis1972年由加州大学伯克利分校开发完成程序代码完全开放，用户可以根据需要修改1988年SPICE成为美国国家标准1984年Microsim公司开发完成PSPICE成为第一个用于PC平台的SPICE模拟器《通用电路模拟技术及软件应用SPICE和PSPICE》姚立真小信号单级放大器程序清单Example1:SimpleAmplifier.LIBBIPOLAR.LIBV110AC1SIN(010M1K)R1121KC12310UR24350KR33010KR7453K*IncludedABipolarQ1536Q2N2222AR8601KC260100UC35710UR6701KV240DC12V.TRAN1US10MS.PROBE.END“标题”，由任意字符串构成作为打印的标题，但必须要有。载入库文件，此处载入的是三极管的库文件电路特性分析的控制语句：包括定义的模型语言性能分析语句和输出控制语句。结束语句，表示程序结束注释语句：是用户对程序运算和分析时加以说明的语句，其一股形式为*字符串电路的描述语句：包括定义电路拓扑和元件值的元件，半导体器件，电源等描述语句。其位置在描述语句的第二行与最后结束语句行之间的任何地方。输入描述语句输入描述由若干条输入描述语句构成，语句中的信息由字母字符串组成的名字段、数字段和分隔符构成。名字段(名称)：其第一个字16必须是字母A至Z，其它没有任何限制。在描述元件时第一个字必须是指定的元件器件类型字母数字段(数值)：可以是整数、浮点数、整数或浮点数后面跟整数指数和整数或浮点数后面跟比例因子表示比例因子：有十种比例因子，它们的符号和代表的值为：T＝1E12、G＝1E9、MEG＝1E6、K＝1E3、MIL＝25.4E-6、M＝1E-3、U＝1E-6、N＝1E-9、P＝1E－12、F＝1E－15输入描述语句分隔符：包括空格、逗号、等号、左括号或右括号等续行号：若一行信息表达不完，可在第二行的第一列上打一个“十”号以表示该行语句是上一语句的继续。单位：包括米、千克、秒等。单位后缀在程序中是被忽略的。任何非比例因子后缀字母都可用作单位后缀。方向：采用常用习惯标准，即规定支路电流的正方向和支路电压假定的正方向一致。节点编号；一般取任意的正整数，不能为负数，但也可以是任意字母数字串，可以是不连接的。接地点一定是编号为零的参考点，这是事先定义好的，意为接地或共同节点。节点“0”或“000”是等效的。第三部分PSPICE元器件描述语句元件描述（电阻）语句格式R(name)N+N-＜ModName＞Value例:R112100RF45RMOD12KN+和N-是电阻所连接的正、负两个节点号。当电阻上为正电压时，电流从N+节点流出通过电阻流入N-节点。＜ModName＞为模型名，其内容由.MODEL语句给出。Value是电阻值，单位为欧姆，可正可负，但不能为零。PSPICE元器件描述元件模型和描述（电容）语句格式C(name)N+N-＜ModName＞ValueIC=V0例:C11210UCload45CMOD10PN+和N-是电容所连接的正、负两个节点号。当电容上为正电压时，电流从N+节点流出通过电容流入N-节点。＜ModName＞为模型名，内容由.MODEL语句给出。Value是电容值，单位法拉，可正可负，但不能为零。IC定义了电容的初始（时间为0）电压V0。注意只有在瞬态分析语句.TRAN中的任选项关键字UIC规定时，IC规定的初始条件才起作用。元件模型和描述（电感）语句格式L(name)N+N-＜ModName＞ValueIC=I0例:L11210ULA45LMOD10MN+和N-是电感所连接的正、负两个节点号。当电感上为正电压时，电流从N+节点流出通过电感流入N-节点。＜ModName＞为模型名，其内容由.MODEL语句给出。Value是电感值，单位亨利，可正可负，但不能为零。IC定义了电感的初始（时间为0）电流I01。注意只有在瞬态分析语句.TRAN中的任选项关键字UIC规定时，IC规定的初始条件才起作用。元件模型和描述（互感）语句格式K(name)L(1stname)L(2ndname)Value＋ModNamesizevalue例:L1120.5mHL2450.5mHK1L1L20.9999其中L(1stname)和L(2ndname)是两个耦合电感的名字，Value是耦合系数K的值，它必须大于零且小于或等于1，其耦合规则采用通常的在每个电感的第一个节点上加上一个“．”作为极性端。ModName为非线性磁心模型名，sizevalue缺省值为1，它用来衡量磁横截面大小的，它代表的是薄片的层数。因此对每种薄片只需有一种模型语句。在语句中如果给出了ModName，此时就会有以下四个变化：(1)相互耦合的电感器变成了一个非线性磁芯器件，磁芯的磁通量的磁场强度B—H特性可用Jils—Atherton模型分析。(2)电感器成了“线圈”，故原来设定为电感的值现在要设定为线圈匝数。(3)电感器清单里可能只有一个电感器。(4)模型语句需设定模型参数。元件模型和描述（无损传输线）语句格式T(name)NA+NA-NB+NB-Z0=value+[TD=value][F=valueNL=value]T(name)为传输线名字，NA+NA-为输入端口节点，NB+NB-为输出端口节点，NA+NB+定义为正节点，NA-NB-定义为负节点。正电流从NA+流向NA-，从NB+流向NB-。Z0为特性阻抗传输线长度可用两种形式表示，一种是由传输线的延迟TD决定的；另一种是给出一个频率F和参数NL来确定，NL是在频率为F时相对于传输线波长归一化的传输线电学长度．若规定了F而未给出NL，则认为NL＝0.25，即F是1／4波长时的频率。元件模型和描述（压控开关）语句格式S(name)N+N-NC+NC-ModName例子：S16540SMOD1节点N+和N-分别是开关的正和负节点，NC+和NC-分别是控制的正和负节点ModName是模型名，由.MODEL语句说明。元件模型和描述（流控开关）语句格式W(name)N+N-VNModName例子：W165VINWMOD1节点N+和N-分别是开关的正和负节点，VN是控制电流流过的电压源ModName是模型名，由.MODEL语句说明。元件描述（二极管）语句格式：D(name)N+N-ModNameAREA＋OFFIC＝VD例：D134DMOD1其中N+和N-分别是二极管的正负节点，正电流从正节点流出，通过二极管流入负节点。ModName是模型名，可由用户自行选定。AREA是面积因子，OFF规定在直流分析时在器件上所加初始条件为关态。如未指定AREA则缺省值为1.0。若瞬态分析不要求从静态工作点开始，就可规定IC＝VD为初始条件。元件描述（三极管）语句格式：Q(name)NCNBNENSModNameAREA＋OFFIC＝VBE,VCE例：Q1345QMOD1其中NC，NB，NE，NS分别是集电极、基极、发射极和衬底的节点。NS是可选项，若未规定则认为NS接地。ModName是模型名，可由用户自行选定。AREA是面积因子，OFF规定在直流分析时在器件上所加初始条件为关态。如未指定AREA则缺省值为1.0。若瞬态分析不要求从静态工作点开始，就可规定IC＝VBE,VCE为初始条件。元件描述（JFET）语句格式：J(name)NDNGNSModNameAREA＋OFFIC＝VDS,VGS例：J1345JMOD1其中ND，NG，NS是漏极、栅极、源极的节点。ModName是模型名，可由用户自行选定。AREA是面积因子，OFF规定在直流分析时在器件上所加初始条件为关态。如未指定AREA则缺省值为1.0。若瞬态分析不要求从静态工作点开始，就可规定IC＝VDS,VGS为初始条件。元件描述（MOSFET）语句格式：M(name)NDNGNSNBModName+L=valueW=valueAD=value+AS=valuePD=valuePS=value+NRD=valueNRS=valueNRG=value+NRB=valueM+OFFIC＝VDS,VGS,VBS例：M1345MMOD1其中ND，NG，NS,NB是漏极、栅极、源极和衬底的节点。ModName是模型名，可由用户自行选定。L和W分别是沟道的长和宽，单位为米。AD和AS是漏和源扩散区的面积，单位为平方米，PD和PS分别是漏结和源结的周长，单位米。L、W缺省值为100mm，AD、AS的缺省值为零。NRD和NRS分别是漏和源扩散区等效的方块数，该值乘以.MODEL语名中规定的薄层电阻RSH，就可计算出每个晶体管漏和源的寄生串联电阻。NRG和NRB为栅极和衬底扩散区的方块数。PD和PS缺省值为0，NRD和NRS缺省值是1,NRG和NRB缺省值为0。M是与器件面积有关的“倍数”，它模拟了多个器件并联的效应。MOSFET的有效宽度，结和覆盖电容，结电流要乘M，寄生电阻值(如RD，RS