第二讲ORCAD之SPICEAD数模混合仿真模块

PSpice A/D数模混合仿真海峰Cadence的PSpice A/D可以对电路进行各种数模混合仿真，以验证电路的各个性能指标是否符合设计要求。

PSpice A/D主要功能是将Capture CIS产生的电路或文本文件（*.cir）进行处理和仿真，同时附属波形观察程序Probe 对仿真结果进行观察和分析。

PSpice A/D数模仿真技术主要包括以下几类仿真：1、直流扫描分析（DC Sweep）：电路的某一个参数在一定围变化时，电路直流输出特性的分析和计算。

2、交流扫描分析（AC Sweep）：计算电路的交流小信号线性频率响应特性，包括幅频特性和相频特性，以及输入输出阻抗。

3、噪声分析（Noise）：在设定频率上，计算电路指定输出端的等效输出噪声和指定输入端的等效输入噪声电平。

4、直流偏置点分析（Bias Point）：当电路中电感短路，电容断路时，电路静态工作点的计算。

进行交流小信号和瞬态分析之前，系统会自动计算直流偏置点，以确定瞬态分析的初始条件和交流小信号条件下的非线性器件的线性化模型参数。

5、时域/瞬态分析（Transient）：在给定激励下，电路输出的瞬态时域响应的计算，其初始状态可由用户自定义，也可是直流偏置点。

6、蒙特卡洛分析（Monte-Carlo）：根据实际情况确定元件参数分布规律，然后多次重复进行指定电路特性的分析，每次分析时的元件参数都采用随机抽样方式，完成多次分析后进行统计分析，就可以得到电路特性的分散变化规律。

7、最坏情况分析（Worst）：电路中元件处于极限情况时，电路输入输出特性分析，是蒙特卡洛的极限情况。

8、参数扫描分析（Parametric Sweep ）电路中指定元件参数暗规律变化时，电路特性的分析计算。

9、温度分析（Temperature ）：在指定温度条件下，分析电路特性。

10灵敏度分析（Sensitivity ）：计算电路中元件参数变化对电路性能的影响。

基于OrCAD／PSpice的AD／DA转换电路的仿真实验研究【摘要】分析了A/D D/A转换器的内部结构及其工作原理，并利用OrCAD/PSpice软件所提供的脉冲信号源及瞬态分析功能，解决了以往受传统实验仪器设备限制而难以验证的问题。

结合OrCAD/PSpice软件分别对D/A转换电路、A/D转换电路与及由A/D D/A组成的转换电路进行瞬态分析与仿真。

仿真结果表明所设计电路的仿真波形与理论值一致，当数字信号的转换位数越多，则转换误差越小。

【关键词】A/D D/A；OrCAD/PSpice；瞬态分析1.引言随着数字技术，特别是计算机技术的飞速发展与普及，在现代控制、通信及检测领域中，信号的处理无处不在。

自然界中的物理量，例如压力、温度、位移、等都是模拟量。

要对这些物理量进行控制和检测，往往需要一种能在模拟信号与数字信号之间起转换作用的电路——模数转换器和数模转换器。

A/D D/A转换器在电子线路中的应用十分广泛，它沟通了整个电子领域中的模拟域和数字域。

但在A/D D/A转换器的实验教学过程中，由于受传统实验设备的限制，很难对其实际工作过程进行有效的分析与验证。

OrCAD/PSpice提供了一个虚拟实验平台，它克服了传统电子元器件、仪器设备的限制，包含非常丰富的电子元器件库，并且提供功能强大的多种仿真分析功能，本文利用其瞬态分析功能，在A/D和D/A 转换电路的仿真与分析中，很好地捕捉和展现出各种时域暂态的数字信号和相应模拟电压波形，能帮助学生熟悉和快速掌握先进的电路实验方法和技能。

2.A/D D/A转换电路基本原理（1）AD转换电路基本原理A/D转换器是用来将模拟信号转换成一组相应的二进制数字量输出。

图1为8位逐次比较型A/D转换器框图。

它由控制逻辑电路、数据寄存器、移位寄存器、D/A转换器及电压比较器组成。

电路启动后，第一个CP将移位寄存器置为10000000，该数字经数据寄存器送入D/A转换器。

PSpice A/D数模混合仿真孙海峰Cadence的PSpice A/D可以对电路进行各种数模混合仿真，以验证电路的各个性能指标是否符合设计要求。

PSpice A/D主要功能是将Capture CIS产生的电路或文本文件（*.cir）进行处理和仿真，同时附属波形观察程序Probe对仿真结果进行观察和分析。

PSpice A/D数模仿真技术主要包括以下几类仿真：1、直流扫描分析（DC Sweep）：电路的某一个参数在一定范围内变化时，电路直流输出特性的分析和计算。

2、交流扫描分析（AC Sweep）：计算电路的交流小信号线性频率响应特性，包括幅频特性和相频特性，以及输入输出阻抗。

3、噪声分析（Noise）：在设定频率上，计算电路指定输出端的等效输出噪声和指定输入端的等效输入噪声电平。

4、直流偏置点分析（Bias Point）：当电路中电感短路，电容断路时，电路静态工作点的计算。

进行交流小信号和瞬态分析之前，系统会自动计算直流偏置点，以确定瞬态分析的初始条件和交流小信号条件下的非线性器件的线性化模型参数。

5、时域/瞬态分析（Transient）：在给定激励下，电路输出的瞬态时域响应的计算，其初始状态可由用户自定义，也可是直流偏置点。

6、蒙特卡洛分析（Monte-Carlo）：根据实际情况确定元件参数分布规律，然后多次重复进行指定电路特性的分析，每次分析时的元件参数都采用随机抽样方式，完成多次分析后进行统计分析，就可以得到电路特性的分散变化规律。

7、最坏情况分析（Worst）：电路中元件处于极限情况时，电路输入输出特性分析，是蒙特卡洛的极限情况。

8、参数扫描分析（Parametric Sweep ）电路中指定元件参数暗规律变化时，电路特性的分析计算。

9、温度分析（Temperature ）：在指定温度条件下，分析电路特性。

10灵敏度分析（Sensitivity ）：计算电路中元件参数变化对电路性能的影响。

Altium Designer 6.9软件中添加Spice仿真器件模型的方法在电子设计辅助软件中, Altium Designer 6.9是最常用的软件,新版本的Altium Designer 6.9软件增加了电路仿真功能,能够对设计的电路进行模拟分析。

但是由于其仿真模型库中的元件比较少,使得许多特殊功能的电路无法进行仿真,因此必须添加所需的器件模型。

由于Spice格式已经成为仿真器件模型的标准,电子元器件厂家通常都会给出器件的Spice模型,因此可以从生产厂家的产品资料光盘中得到,也可从Internet网查询这些模型,直接把这些模型转换为Altium Designer 6.9器件模型,然后添加到Altium Designer 6.9的仿真器件库中,增强Altium Designer 6.9的仿真功能。

在此,我已运放为例:介绍将Burr-Brown公司产品资料光盘中的运放Opa501添加到Altium Designer 6.9仿真器件库中的方法。

1.绘制元件图形首先在Altium Designer 6.9中建立一个原理图库文件如Schlib.lib,然后用主菜单中Tools下的New Componet命令创建一个新元件,在弹出的对话框Name中输入元件名Opa501。

在Altium Designer 6.9的设计窗口内绘出如图1所示的元件图形并保存文件。

图1.jpg2.输入元件的描述信息对绘制好的元件,需要输入元件的描述信息才能使用。

打开Tools下的Description对话窗口,这里有Designator、Library Fields及Part Field Names三个选取项。

其中Pan Field Names项采用缺省值,在Designator项的Default和Description栏中分别填人“U?”和“General-Purpose Opera tional Amplifier”。

PSpice A/D数模混合仿真孙海峰Cadence的PSpice A/D可以对电路进行各种数模混合仿真，以验证电路的各个性能指标是否符合设计要求。

PSpice A/D主要功能是将Capture CIS产生的电路或文本文件（*.cir）进行处理和仿真，同时附属波形观察程序Probe对仿真结果进行观察和分析。

PSpice A/D数模仿真技术主要包括以下几类仿真：1、直流扫描分析（DC Sweep）：电路的某一个参数在一定范围内变化时，电路直流输出特性的分析和计算。

2、交流扫描分析（AC Sweep）：计算电路的交流小信号线性频率响应特性，包括幅频特性和相频特性，以及输入输出阻抗。

3、噪声分析（Noise）：在设定频率上，计算电路指定输出端的等效输出噪声和指定输入端的等效输入噪声电平。

4、直流偏置点分析（Bias Point）：当电路中电感短路，电容断路时，电路静态工作点的计算。

进行交流小信号和瞬态分析之前，系统会自动计算直流偏置点，以确定瞬态分析的初始条件和交流小信号条件下的非线性器件的线性化模型参数。

5、时域/瞬态分析（Transient）：在给定激励下，电路输出的瞬态时域响应的计算，其初始状态可由用户自定义，也可是直流偏置点。

6、蒙特卡洛分析（Monte-Carlo）：根据实际情况确定元件参数分布规律，然后多次重复进行指定电路特性的分析，每次分析时的元件参数都采用随机抽样方式，完成多次分析后进行统计分析，就可以得到电路特性的分散变化规律。

7、最坏情况分析（Worst）：电路中元件处于极限情况时，电路输入输出特性分析，是蒙特卡洛的极限情况。

8、参数扫描分析（Parametric Sweep ）电路中指定元件参数暗规律变化时，电路特性的分析计算。

9、温度分析（Temperature ）：在指定温度条件下，分析电路特性。

10灵敏度分析（Sensitivity ）：计算电路中元件参数变化对电路性能的影响。

OrCAD仿真与仿真模块库介绍PSpice A/D9.1个别时候可能会出现异常现象，例如：某⼀步后，突然电路图的电源极性被⾃动改变了！造成直流电压和直流电流不正常，输出⽆波形。

所以应该趁正常的时候做好备份是明智的。

PSpice A/D9.1没有提供变压器仿真，但是可以⽤⼀个磁芯和3只电感来模拟。

PSpice A/D9.2提供了变压器仿真库模块。

默认环境温度是27℃。

电阻的单位是：(Ω)（默认），K(Ω)，MEG(MΩ)；允许使⽤4R7、4K7的标注⽅法；但是，0.1Ω不能标成容易混淆的R1，也不⽀持4M7或4MEG7的⽤法电容的单位是：p ，n（千p），u (微法) <没有默认单位，否则可能不正常！>电感的单位是：uH，mH，H频率的单位是：Hz（默认），K(Hz)，MEG(Hz)，G(Hz)电平的单位是：uV，mV，V（默认）时间的单位是：nS，uS，mS，S零件的任何数值不能为“0”。

不允许电解电容器背对背连接。

允许电阻数值后⾯加/3W，电容后⾯加/50或/50V等标⽰。

*.DSN是设计管理⽂件；*．opj是电路图⽂件；(这两个⽂件是最重要的源⽂件) *.olb是电路图库⽂件；*．net是⽹络表⽂件；*．ALS是与⽹络表同时⽣成的⽂件；频响曲线不能确定最⼤输出幅度，因为它可以随输⼊信号⽆限制的增加，甚⾄远远超过电源电压！这是Pspice9.1的bug。

⽤点频看波形，可以确定最⼤正弦输出电平，亦即限幅电平，可以看出：当输出接近电源幅度时，波形就限幅了。

在仿真刚开始的时候，Netlist会检查电路是否合乎要求，它不允许三极管管脚悬空。

PSpice9.1只能在瞬态⽅式的正弦信号对⼆极管钳位仿真，对交流信号的频响⽅式⽆效。

电流探头只能放在各零件的红脚连接点上，⽽不能放到连接线上。

电压探头则全可以。

电位差探头，应该成对放置，先放的是正电位，后放的是负电位。

要仿真，必须使⽤Pspice下的库模块，⽽不能⽤⼀般的库模块，先画仿真的电路图：1．进⼊OrCAD Capture CIS窗⼝；2．点击菜单的File---New---Project，出New Project窗⼝，在“Name”空⽩栏中填⼊欲⽤的电路图名，在“Create New Project Using”窗⼝选中“Analog or Mixed A/D”，在“Location”空⽩栏填⼊或通过“Browse”，确定存放设计⽂件的⽂件夹。

如何使用Orcad Capature创建元件仿真模型
以创建Nexperia二极管BAS16GW pspice仿真模型为例：
1）获取元件SPICE仿真模型
一般可以从厂商网站找到pspice模型文件
下载并另存为BAS16GW.lib的文件,如下图所示：
2）创建Orcad Capture Libary文件
在Model Editor程序里打开BAS16GW.lib文件，生成.OLB（ORCAD的原理图库文件）将BAS16GW的仿真模型加入到元件库中File->Export to Capture Part Library
打开模型输出向导窗口，如下图所示：
设置好后,点击ok。

此时零件外观为矩形,双击打开BAS16GW.olb，需要更改其外形,如下图所示：
3）放置*.lib 和*.olb文件
将BAS16GW.lib放置在D:\soft\Cadence\SPB_16.6\tools\pspice\library
将BAS16GW.olb放置在D:\soft\Cadence\SPB_16.6\tools\capture\library\pspice 或者自定义文件夹放置。

3）配置*.lib文件
需要新建一个工程文件，如下图所示:
将BAS16GW.lib添加进去，如下图所示：
4）添加BAS16GW.olb到library
快捷键”P”,调出添加库窗口，如下图所示：
添加库，如下图所示：
至此元件BAS16GW就可以用做仿真了。

附录1.Model Editor的位置如下图所示：
2．如何更改元件的编号U？。

OrCad培训教材-原理图capture-电路板layout-仿真pspice OrCAD 培训教材深圳光映计算机软件有限公司——洪永思Capture FeaturesVendor specific librariesIntegration with all other OrCAD EDA toolsNetlist interface to other PCB desig1packagesCross-probing and bi-directional annotation between schematic and PCB designs.Integration of company parts database (Capture CIS).Customized Bill of Materials reportsPSpice Features提供⼀个对电路进⾏仿真的环境分析验证你的电路对电路进⾏参数优化对器件的模型参数进⾏提取Layout Features提供对PCB板进⾏设计的环境周到齐全的EDA软件接⼝功能强⼤的机械设计环境(Visual CCAD)与制作加⼯相结合的GerbTool⼯具功能多样的策略与模板OrCAD的基础知识OrCAD常⽤⽂档类型*.opj—项⽬管理⽂件*.dsn—电路图⽂件*.olb—图形符号库⽂件*.lib—仿真模型描述库⽂件*.mnl—⽹络表⽂件*.max—电路板⽂件*.tch—技术档⽂件*.gbt—光绘⽂件*.llb—PCB封装库⽂件*.log *.lis—记录说明⽂件*.tpl—板框⽂件*.sf—策略档⽂件OrCAD软件包含的库1、*.olb-Capture专⽤的图形符号库只有电⽓特性，没有仿真特性的库。

此类库没有相应的*.lib库，且器件属性中没有PspiceTemplate属性。

能够利⽤PSpice进⾏仿真的库。

此类库有相应的*.lib库，且器件属性中有PspiceTemplate属性。

PSpice A/D数模电路混合仿真孙海峰Cadence的PSpice A/D可以对电路进行各种数模混合仿真，以验证电路的各个性能指标是否符合设计要求。

PSpice A/D主要功能是将Capture CIS产生的电路或文本文件（*.cir）进行处理和仿真，同时附属波形观察程序Probe对仿真结果进行观察和分析。

PSpice A/D数模仿真技术主要包括以下几类仿真：1、直流扫描分析（DC Sweep）：电路的某一个参数在一定范围内变化时，电路直流输出特性的分析和计算。

2、交流扫描分析（AC Sweep）：计算电路的交流小信号线性频率响应特性，包括幅频特性和相频特性，以及输入输出阻抗。

3、噪声分析（Noise）：在设定频率上，计算电路指定输出端的等效输出噪声和指定输入端的等效输入噪声电平。

4、直流偏置点分析（Bias Point）：当电路中电感短路，电容断路时，电路静态工作点的计算。

进行交流小信号和瞬态分析之前，系统会自动计算直流偏置点，以确定瞬态分析的初始条件和交流小信号条件下的非线性器件的线性化模型参数。

5、时域/瞬态分析（Transient）：在给定激励下，电路输出的瞬态时域响应的计算，其初始状态可由用户自定义，也可是直流偏置点。

6、蒙特卡洛分析（Monte-Carlo）：根据实际情况确定元件参数分布规律，然后多次重复进行指定电路特性的分析，每次分析时的元件参数都采用随机抽样方式，完成多次分析后进行统计分析，就可以得到电路特性的分散变化规律。

7、最坏情况分析（Worst）：电路中元件处于极限情况时，电路输入输出特性分析，是蒙特卡洛的极限情况。

8、参数扫描分析（Parametric Sweep）电路中指定元件参数暗规律变化时，电路特性的分析计算。

9、温度分析（Temperature）：在指定温度条件下，分析电路特性。

10灵敏度分析（Sensitivity）：计算电路中元件参数变化对电路性能的影响。