9.1 仿真概念和仿真操作步骤 9.2 常用仿真元件与激励源 9.3 仿真器的设置与运行

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1 9.1 仿真概念和仿真操作步骤 9.2 常用仿真元件与激励源 9.3 仿真器的设置与运行
第9章 电路仿真 9.1 仿真概念和仿真操作步骤 9.2 常用仿真元件与激励源 9.3 仿真器的设置与运行

2 PROTEL DXP 内嵌一个功能强大的模/数混合信号仿真器，该仿真器的仿真引擎采用美国Berkeley学校的电路仿真程序SPICE/Xpice，它不需要设计者手工添加模/数和数/模转换器，就可以准备地实现模/数混合信号仿真。

3 DXP电路仿真器提供的仿真手段有以下几种：
Operating Point Analysis：工作点分析 Transient Analysis：瞬时特性分析 Fourier Analysis：傅立叶分析 DC Sweep Analysis：直流传输特性分析 AC Small Signal Analysis：交流小信号分析 Noise Analysis：噪声分析 Pole-Zero Analysis：零点/极点分析 Transfer Function Analysis：传递函数分析 Temperature Sweep Analysis：温度扫描分析 Parameter Sweep Analysis: 参数扫描分析 Monte Carlo Analysis： 蒙特卡罗分析

4 9.1电路仿真基本步骤 电路仿真是以电路分析理论为基础，通过建立元件数学模型，借助数值计算方法在计算机上对电路功性能指标进行分析运算，然后以文字、表格、图形等方式在屏幕上显示出来。不需要实际的元件和仪器仪表设备，电路设计者就可以用电路仿真软件对电路性能进行分析和校验。采用电路仿真可以提高电子线路设计质量和可靠性，降低开发费用，减轻设计者的劳动强度，并缩短产品开发周期。

5 仿真操作步骤（P253） 1、编辑电路仿真原理图。 2、 在电路图上放置元件，并设置元件的仿真参数。 3、放置仿真激励源。
4、 设置电路的仿真节点（测试点）。 5、对电路进行ERC校验。 6、选择仿真方式并设置仿真参数。（瞬态特性分析、交流小信号分析等方式） 7、启动仿真器。Design—〉Simulate—〉Mixed Sim 8、 运行电路仿真，获得仿真结果。 9、 依据仿真结果对电路原理图进行改进。

6 9.2 一个简单的例子

7 9.2 一个简单的例子 进行电路仿真的具体步骤为：
9.2 一个简单的例子 进行电路仿真的具体步骤为： （1）新建一个电路原理图文件。File—〉New—〉Schematic。保存更名为cySheet4.SCHDOC。 （2）加载电路仿真原理图的元器件库。 DXP没有专门的电路元器件的仿真模型库，而是把元器件的仿真模型、PCB封装形式库和元器件的原理图符号集成在一起，形成一个集成库*.IntLib。 加入\Altium\Library\Simulation\Simulation Sources.IntLib库

8 在Library库文件面板中选择Miscellaneous Device
在Library库文件面板中选择Miscellaneous Device.IntLib库中选择RES2，在库文件面板的Model框中，表示该元件具有仿真模型。

9 （3）绘制电路仿真原理图。放置元器件，设置自元器件参数。放置电阻元件，下图是电阻参数设置。

10 （4）放置电容元件。电容参数设置如下：

11 双击Simulation，进入仿真属性对话框，共有三个选项

12 选择Parameter页，设置Intial Voltage值为0V

13 放置仿真激励源。Simulation Source.IntLib中找到VSRC

14 激励源参数页选项

15 （6）设置测试节点的初始电压。 Simulation Source. IntLib中的
（6）设置测试节点的初始电压。 Simulation Source.IntLib中的.IC元件，在仿真模型中的Parameter页中设置Initial Voltage为0V.

16 （7）设置完成所有的元器件的仿真参数后，连接所有导线，并进行ERC校验。
（8）设置仿真方式。Design——〉Simulate——〉Mixed Sim。设置General Setup项如图所示。

17 仿真方式设置对话框

18 （9）设置瞬态特性分析仿真方式。选中Operating Point Analysis（工作点分析）和Transient/Fourier Analysis（瞬态特性和傅立叶分析）右侧的Enabled复选框。 取消Use Transient Default复选项。选中Use initial Conditions复选框，表示采用电路仿真原理图中设置的初始条件。瞬态起始时间、瞬态停止时间、仿真时间的步长、仿真最大步长等参数如图设置。

19 （10）进行电路仿真。在上图中点击OK按钮，进行电路仿真。系统生成.sdf仿真结果文件。
C1上的瞬态电流 R1消耗的功率

20 （11）观察电路仿真结果，调整电路参数。分析图中仿真波形，根据设计电路的实际需求，调整电路参数到合适。
C1上的瞬态电流 R1消耗的功率

21 9.2 一个简单的例子 仿真步骤和简单实例

22 9.3 设置常用元器件仿真参数 9.3.1 电路仿真的单位设置。
在DXP的电路仿真中，所有的参数输入都可以不带物理量纲，利用国际标准单位。电路仿真的单位设置 电阻：Ω欧姆 电容：F法拉 电感：H亨利 电压：V伏特 电流：A安培 频率：Hz赫兹

23 常用仿真元件与激励源 常用仿真元件 常用仿真激励源 初始状态的设置

24 常用仿真元件 常用元器件： 二极管 电阻：Value; 三极管 电容： Value；Intial Voltage 整流桥
电感： Value；Intial Current 电位器： Value；Set Position 晶振： 保险丝：Resistance（电阻） ； Current（熔断电流） 二极管 三极管 整流桥 晶振 变压器 集成仿真元件

25 变压器：有Trans、Trans Ideal、TransCupl类型。仿真参数有A边的电感值；B边的电感值；耦合系统

26 运算放大器：选择MAXIM公司的MAX4334ESD元器件。不需设置仿真参数

27 节点电压设置：. 在PROTEL DXP的Simulation Sources
节点电压设置：. 在PROTEL DXP的Simulation Sources.IntLib元件库中有两种特殊的元件，可用于设置电路的初始状态。 （1）.NS元件。 .NS用来设置电路节点的预收敛值。当仿真程序计算出该节点的电压小于由.NS元件设置的值，则去掉NS元件的设置值，继续计算，直到计算出真正的收敛值为止 （2）.IC元件 仿真数学函数设置：为仿真计算方便，DXP了一些数学计算函数，如可以把两个电路节点进行合并，如加、减、乘、除、开方等。加入Simulation Math Function.IntLib库。

28 9.4 常用仿真激励源（P271） DXP中，仿真激励源就是电路输入的测试信号，就像波形发生器，观察这些测试信号通过仿真电路后的输出，从而判断该仿真电路参数的合理性。 （1）直流电源 （2）正弦波交流电源 （3）周期脉冲电源 （4）分段线性电源

29 直流电压源和直流电流源

30 9.4.2 正弦信号激励源 Simulation Sources.IntLib——〉VSIN
DC Magnitude：设置正弦信号的直流参数 AC Magnitude：设置交流小信号分析的电压值。通常设置为1V，如果不进行交流小信号分析，此值可以任意设置。 AC Phase：设置交流小信号分析的电压初始相位。通常设置为0 Offset: 设置正弦信号激励源上叠加的直流分量。 Amplitude：设置正弦信号激励源的幅值。 Frequency：设置正弦信号激励源的频率。 Delay：设置正弦信号激励源初始的延时时间。 Damping Factor:设置正弦信号激励源的阻尼因子。该值小于1，正弦信号随时间衰减；大于1，发散。 Phase：初始相位。

31 9.4.3 脉冲电压激励源 Simulation Sources.IntLib——〉VPULSE
DC Magnitude：设置脉冲电压激励源的直流参数 AC Magnitude：设置交流小信号分析的电压值。通常设置为1V，如果不进行交流小信号分析，此值可以任意设置。 AC Phase：设置交流小信号分析的电压初始相位。通常设置为0。 Initial Value：设置脉冲电压激励源的电压初始值。 Pulse Value：设置脉冲电压激励源的电压幅值。 Time Delay：设置初始时刻的延时时间。 Pulse Width: 设置高电平时间。 Rise Time：设置上升时间。 Fall Time：设置下降时间。（利用上升和下降时间可以产生三角波） Period：设置周期。 Phase：设置初始相位。

32 9.4.4 调频波激励源 Simulation Sources.IntLib——〉VPWL
DC Magnitude：设置调频波激励源的直流参数 AC Magnitude：设置交流小信号分析的电压值。 AC Phase：设置交流小信号分析的电压初始相位。通常设置为0。 Offset: 设置调频波上的直流分量。 Amplitude：设置幅值。 Carrier Frequency：载波频率 Modulation Index：调制系数。 Signal Frequency：调制信号频率。

33 9.4.5 指数函数激励源 Simulation Sources.IntLib——〉IEXP
DC Magnitude：设置指数函数激励源的直流参数 AC Magnitude：设置交流小信号分析的电压值。 AC Phase：设置交流小信号分析的电压初始相位。通常设置为0。 Initial Value：设置激励源的电压初始值。 Pulsed Value：设置激励源的跳变电流。 Rise Delay Time：设置上升延时时间。 Rise Time Constant：设置上升时间。 Fall Delay Time：设置下降延时时间。 Fall Time Constant ：设置下降时间。

34 9.5 仿真器的设置与运行 启动仿真器 设置仿真器 运行仿真器

35 6.5.1 启动仿真器 当仿真准备工作完成之后，可启动仿真器进行电路仿真。可采用以下的方法来启动仿真器。
启动仿真器 当仿真准备工作完成之后，可启动仿真器进行电路仿真。可采用以下的方法来启动仿真器。 （1）通过执行菜单命令Design|Simulate|Mixed Sim，将弹出仿真分析设置对话框，仿真器启动，如图示。 （2）通过调出仿真工具栏的方法来启动仿真器。首先执行菜单命令View|Toolbars|Mixed Sim调出仿真工具栏，单击按钮，也可以打开仿真分析设置对话框。

36 图 仿真分析设置对话框

37 6.5.2 设置仿真器参数 （1）静态工作点分析参数设置（Operating Point Analysis）
设置仿真器参数 （1）静态工作点分析参数设置（Operating Point Analysis） （2）瞬态分析／傅立叶分析参数设置（Transient/Fourier Analysis） （3）直流扫描分析参数设置(DC Sweep Analysis Setup) （4）交流小信号分析参数设置（AC Small Signal Analysis） （5）噪声分析参数设置（Noise Analysis） （6）传递函数分析参数设置（Transfer Function Analysis） （7）温度扫描分析参数设置（Temperature Sweep） （8）参数扫描分析设置（Parameter Sweep） （9）蒙特卡罗分析（Monte Carlo Analysis） （10）通用参数设置（General Setup）

38 6.5.2 通用参数设置（General Setup）
（1）Collect Data For下拉列表框 （2）Sheets to Netlist下拉列表框 （3）SimView Setup （4）Available Signals （5）Active Signals

39 6.5.2 瞬态特性分析和傅立叶分析的参数设置 这两种方式是电路仿真中最常用的仿真方式，瞬态特性分析描述时域指标，而傅立叶分析描述频域指标。
采用瞬态特性分析的仿真方式，在仿真结束后，可以观测各个节点的动态过渡过程。 采用傅立叶分析的仿真方式，在仿真结束后，可以观测各个节点的基波、高次谐波，以及他们的频谱。

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41 参数的意义： Use Transient Default：使用默认参数 Transient Start Time： Transient Stop Time: Transient Step Time：仿真步长。一般取步长为仿真时间的1%或0.5%。 Transient Max Step Time： 仿真最大步长。 Use Initial Conditions：仿真初始条件。 Default Cycles Displayed：默认的显示周期数 Default Points Per Cycle：每个显示周期中的默认点数 Enable Fourier：选择傅立叶分析的仿真方式。 Fourier Fundamental Frequency：傅立叶分析中的基波频率 Fourier Number of Harmonics：傅立叶分析中的最大谐波次数，一般采用默认值10。

42 6.5.2 直流传输特性分析的参数设置 直流传输特性分析是指在电路仿真中，在指定的范围内改变输入信号源的电压，对其进行工作点分析，从而得到一组直流输出，也是节点的直流传输特性曲线，分析该曲线可以确定该输入信号的最大范围和噪声容限。 该仿真方式可以同时对仿真电路中的两个节点的输入信号进行直流扫描分析。

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44 9.5.4 交流小信号分析的参数设置 交流小信号分析主要用来分析仿真电路的频率响应特性，即当输入信号的频率发生变化时输出信号的变化情况。可以通过改变输入信号的频率来分析电路系统的频带，利用交流小信号分析可以得到电路的幅频特性和相频特性。

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46 9.5.4 交流小信号分析的参数设置 交流小信号分析主要用来分析仿真电路的频率响应特性，即当输入信号的频率发生变化时输出信号的变化情况。可以通过改变输入信号的频率来分析电路系统的频带，利用交流小信号分析可以得到电路的幅频特性和相频特性 注意：进行交流小信号分析之前，需要先计算直流工作点（选择Operating Point Analysis即可）； 一般，交流小信号分析的幅值取1V，相位取0，这时系统的输出量就是该仿真电路单元的传递函数。 另外，利用交流小信号分析也可以对电路的阻抗特性进行分析。

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48 9.5.5 噪声分析的参数设置 噪声分析可以用来计算电路中某个节点处相对于地电平的等效噪声，是一种定量计算噪声的方法。

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50 9.5.6 参数扫描分析的参数设置 参数扫描分析的仿真方式可以用来分析当电路中某个元器件的值发生变化时对电路性能的影响，只有在选择了瞬态特性分析、交流小信号分析、直流传输特性分析时，选择参数扫描分析才有意义。

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52 9.5.6 参数扫描分析的参数设置 参数扫描分析的仿真方式可以用来分析当电路中某个元器件的值发生变化时对电路性能的影响，只有在选择了瞬态特性分析、交流小信号分析、直流传输特性分析时，选择参数扫描分析才有意义。

53 运行仿真器 仿真电路图绘制并检查结束，并进行仿真参数设置后，点击OK按钮就可以运行电路仿真了。仿真完成后，将产生一系列的文件。如进行瞬态分析或交流小信号分析后，将产生后缀名为.sdf的文件，该文件为输出波形的显示文件，借助仿真波形，设计者就可对所设计的电路进行分析，可以很方便地发现设计中的问题，对电路进行改进。如果仿真电路中存在错误，电路仿真不能正常进行，仿真器会自动生成错误报告，设计者可查看发生的错误，返回到原理图中进行修改，再重新仿真。

54 仿真实例 多谐振荡器仿真 数字电路仿真 低通滤波器仿真 交流小信号仿真