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ORCADPSPICE9.2使用方法电力系王鲁杨2004年2目录第1章OrCADPSpice简介.................................................31-1关于OrCADPSpice.................................................31-2OrCADPSpice的特点...............................................4第2章OrCADCapture简介................................................52-1启动Capture环境................................................52-2打开文件与项目..................................................13第3章第一张电路图....................................................163-1学习目的........................................................163-2重点说明........................................................163-3练习范例........................................................16第4章使用PSPICE对电力电子电路进行仿真...............................234-1仿真的步骤......................................................234-2PSpice窗口内工具栏的说明........................................294-3Pspice中的Probe探针............................................304-4暂态分析（TransientAnalysis）与傅立叶分析（FourierAnalysis）..313第1章OrCADPSpice简介1-1关于OrCADPSpiceOrCAD是由OrCAD公司于20世纪80年代末推出的EDA软件，它是世界上使用最广的EDA软件，每天都有上百万的电子工程师在使用它，相对于其他EDA软件而言，它的功能也是最强大的。Cadence公司在1999年与OrCAD公司合并后，更成为世界上最强大的开发EDA软件的公司，它的产品OrCAD世纪集成版OrCAD9.2工作于Windows与WindowsNT环境下，集成了电原理图绘制、印制电路板设计、模拟与数字电路混合仿真及电路优化设计等功能。其软件系统结构如图1-1所示。SPICE程序的全名为SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis。顾名思义，它是为了执行日益庞大而复杂的集成电路（IntegratedCircuit:IC）的仿真工作而发展出来的。最早它是由美国加州柏克莱大学发展出雏型，并大力推广至各校园及企业中。而后它改进规格成为SPICE2标准，现在世面上的SPICE兼容软件皆基于SPICE2标准。在目前个人电脑上使用的商用电路仿真软件中，以PSpiceA/D系列最受大众欢迎。它是1984年MicroSim公司依SPICE2标准所发展出来，可在IBM及其兼容电脑上执行的SPICE程序。因为PSpiceA/D程序集成了模拟与数字仿真运算法，所以它不只可以仿真纯模拟电路或纯数字电路，更可以非常有效率地并完善地仿真模拟加数字的混合电路。历年来经过多次改版，以其强大的功能及高度的集成性而成为现今个人电脑上最受欢迎的电路仿真软件。最近，EDA（ElectronicDesignAutomation）界的天王厂家OrCAD相中了PSpiceA/D高超的电路仿真能力而加以并购，因此这套程序就正式更名为OrCADPSpiceA/D了。经过重新集成过后的OrCADPSpice在整个OrCAD设计环境内的地位如图1-1所示。由图1-1可以见到，目前的OrCAD设计环境将两个公司最佳的EDA程序产品紧紧地结合在一起，形成超强的阵容，其功能之完整强悍当然是不必赘述了。它的前段处理程序为OrCADCapture,负责电路图的绘制、仿真参数的设置以及产生网络表(Netlist)等报告文件，然后就是OrCADPSpice登场，负责软件验证的工作。一旦绘制的电路图可以通过验证，就可以进入后续的LayoutPlus程序进行印刷电路板(PCB）设计，或是进入Express程序进行电路绘制程序CaptureCIS软件仿真程序PSpice印刷电路板程序LayoutPlus可编程逻辑元件程序Express图1-1OrCAD设计环境4可编程逻辑元件（PLD）的设计。在OrCADCapture眼中，OrCADPSpice就像是一块软件的电路面包板。我们可以在上面放入电源与触发信号后，再根据需求来测试设计的电路是否合乎要求，然后予以必要的调整。等到仿真结果顺利通过检测，就可以转移流程到实际接触硬件层次的过程了(PCB或PLD设计）。在OrCADCapture准备转移到OrCADPSpice进行仿真之前，Capture会先将绘好的电路与仿真设置转换成一系列的电路文件以供PSpice读取。这些电路文件包括有使用元件种类、网络连接状态、仿真相关指令、自建仿真元件库与激励源信号等等信息。1-2OrCADPSpice的特点1．集成性高。在OrCAD的集成环境内，从调用电路绘制程序CaptureCIS在视窗环境下完成电路图的制作及分析设置，到调用电路仿真程序PSpice完成仿真与观测结果，再到印刷电路板设计LayoutPlus或可编程逻辑元件设计Express整个操作步骤完全一气呵成，用户不需要四处切换工作环境，可以省却不少麻烦。2.完整的Probe观测功能。在观测仿真结果方面，OrCADPSpice提供了一个Probe程序来协助用户快速而精准地观察电路特性，另外它也提供了软件测量的功能，可以测量出各式各样基本与衍生的电路特性数据，让用户能够轻易地判断出电路是否合乎要求。必要时，用户可以让PSpice显示出一些由记录数据所衍生出来的波形数据，譬如波特图、相位边限、迟滞图、上升时间等等。另外，无论是光标功能、分割画面以显示多个输出波形、放大或缩小显示的波形、切换X轴和Y轴的变量、标注文字等等功能，PSpice均能完成如曲线跟踪仪(CurveTracer),示波器（Oscilloscope）、网络分析仪（NetworkAnalyzer）、频谱分析仪（SpectrumAnalyzer）、逻辑分析仪(LogicAnalyzer)等仪器般的分析功能。而这些功能均可支持鼠标操作，十分方便。3.各种完整的高级仿真功能。除了基本的偏压点分析（BiasPointDetail）、直流扫描分析（DCSweep）、交流扫描分析（ACSweep）、暂态分析（TransientAnalysis）之外，更包含有温度分析（TemperatureAnalysis）、参数分析（ParametricAnalysis）、傅立叶分析（FourierAnalysis）、蒙地卡罗分析（MonteCarloAnalysis）、最差情况分析（WorstCaseAnalysis）、噪声分析（NoiseAnalysis）、性能分析（PerformanceAnalysis）等等更进一步的分析工具。4.模块化和层次化设计。随着电路日益复杂，电路设计的方法也趋向于模块化和层次化。也就是说，先将整体电路依其特性及复杂度切割成合适的子电路，然后先个别绘制及仿真每一个子电路，待相关的子电路一一完成后，再将它们组合起来继续仿真，最后完成整体电路。OrCADPSpice完全提供协助模块化和层次化设计所需的功能。5．模拟行为模型。提供了一个简便的方式去仿真一块尚未完成或是极复杂的子电路。用户可自行定义或使用OrCADPSpice己经内建好的模拟行为模型元件，运用描述电路特性的方式而不需要以真实电路来输入与仿真，如此可大幅精简仿真的时间及复杂度。6.具有模拟和数字仿真能力。除了传统的模拟信号仿真之外，OrCADPSpiceA/D也集成了数字信号仿真的功能，当然它就可以更进一步执行模拟加数字的电路仿真了。57.元件库扩充功能。尽管OrCADPSpiceA/D已经内建了很多常见的电子元件符号及其对应模型（大约11,300个模拟元件与1，600个数字元件），但是随着制板技术的进步和新的电子元件不断地问世，又或者内建的元件库内恰好没有合适的元件，这时我们就可以用元件编辑程序新建或修改现有元件的特性以作出合乎我们要求的新元件。第2章OrCADCapture简介电路图绘制（SchematicEntry）是指：在一个计算机辅助设计（ComputerAidedDesign:CAD）的环境下，使用电脑提供的输入输出工具来绘制电路图，可按需求存档与打印，必要时并可将各基本元件间的连接情况选取出来，成为一个网路表（Netlist）与其他相关文件报告以供后续处理程序使用。一般而言，绘制电路图常常是一系列电路设计流程中的前端处理，后续处理包括有模拟或数字信号的仿真、FPGA和CPLD程序编写或是PCB印刷电路板制作等等。在OrCAD设计环境下，Capture被视为一个负责绘制电路图以及产生各式报告文件的程序。在本书范围内，它的地位主要包含三件事情：绘制电路图（放置并连接各元件、设置元件值与电源）、设置仿真要求（定义输入激励源信号、定义分析的种类及范围）、与PspiceA／D交互（转换操作画面以及交互探针）。Capture融合了很多因为电脑化而拥有的资源管理能力。譬如说，每个Capture绘图页都可以是一个独立的设计文件，但是当它们组合成层次化结构时，系统便会自动地将这些绘图页作交互连接的动作。2-1启动Capture环境以下我们介绍如何调出OrCADCapture9.2程序的窗口画面。请如图2-1所示（你的电脑显示可能会因为与笔者当初安装时的设置不同而有所差异），先在Windows2000／XPProfessional屏幕左下方的图钮上按鼠标左键一下，这会打开“开始”功能菜单。然后在“程序”选项上按鼠标左键一下，再选择OrCADFamilyRelease9.2选项，按鼠标左键一下，再选择Capture选项，按鼠标左键一下。现在我们已经打开如图2-2所示的OrCADCapture程序窗口了。我们可以见到屏幕画面上大部分是灰色的，这是因为目前我们并没有打开任何项目（无论空白或己存在的项目）的缘故。一旦我们打开了某个项目，就会转换出各式各样不同的对应画面出来了。画面左下方有一个缩小化的SessionLog窗口，它是一个负责显示Capture操作流程或是错误信息的窗口。目前因为我们还未在Capture内执行任何操作，所以它现在的内容应该是空白的。由于它的内容全是文字信息，所以在必要时也可以将它存档使用，然后用文字编辑程序观察其内容。6图2-1启动Capture的WindowsXPProfessional图2-2初打开的Capture屏幕画面7现在请按钮或由File\New\Project...功能菜单调出如图2-3所示的NewProject对话框。请如图2-3在Name栏内输入范例项目的名称“练习1”，然后在Location栏内输入本项目要储存的磁盘文件夹路径。由于目前我们要建立的是PspcieA／D电路图，所以请在图2-3画面中的CreateaNewProjectUsing栏内选择AnalogorMixed-SignalCircuitWizard选项。图2-3NewProject对话框设置文件夹路径也可由右下方的钮调出如图2-4所示的Sele