【精品】PPT课件 第二讲、OR-CAD 之PSPICE AD 数模混合仿真模块

电子CAD技术 (OrCAD/PSpiceA/D)
直流电路分析
独立电源 ( Independent DC Sources )
电流源(Current Source)
1. 2.
发出的电流是定值或是时间函数,与电压无关. 电流源的电流是由它本身确定的,而它两端的电压则是任意的, 根据其负载定.
电压源(Voltage Source) (与电流有相似的特征)
+ -
i4 1Biblioteka VbR7 20H
0
i1 i2 i3 i4 = 0 5i2 = 20i3 = 1i4 + 20.3846i3 i1 = 24
解得:
i2 = 20.8A, i3 = 5.2A, i4 = 2A
Vb = 20.3846i3 = 106V Va = 5i2 = 104V
104 2 P5 = = 2163 .20 W 5 104 2 P20 = = 540 .80 W 20 (106 104 )2 = 4 .00 W P1 = 1 ∑ Pdis = 2163 .2 + 540 .8 + 4 = 2708 W
受控电源 (Dependent DC Sources)
电压控制源 Voltage-controlled sources
Voltage-controlled voltage source Voltage-controlled current source Current-controlled voltage source Current-controlled current source E i1 = 0, u2 = u1 G i1 = 0, i2 = gu1 H u1 = 0, u2 = ri1 F u1 = 0, i2 = αi1

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。

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。

Second Sweep 参数分析(Parametric Sweep) 温度分析(Temperature Sweep) 最坏情况分析(Worst case) 蒙特卡洛分析(Monte Carlo)
运行Pspice的基本步骤 运行Pspice的基本步骤
A. B. o o o
启动 OrCAD Capture 新建一个工程(File>New >Project …), 设置工程的类型为: Analog or Mixed-signal Circuit 为这个工程 起一个名字 选择设计项 目的存储位置
PSpice 瞬态分析
运行仿真程序后放置电压探针在观测点可以观察其时 域波形,例子中的波形为:
请看演示…...
可以在PSpice环境中对时域 的波形进行快速傅里叶分 析(FFT点击FFT快捷按钮) FFT后的频域图波形如图:
PSpice 瞬态分析中的信号源
瞬态分析中常用的激励源 1,脉冲波 VPULSE,IPULSE 2 2,正弦波 VSIN,ISIN VSIN ISIN 3,指数波VEXP,IEXP 4,分段线形波 VPWL,IPWL(piece-wise liner) 5,周期的折线波VPWL_ENH,IPWL_ENH 6,单频调频波VSFFM,ISFFM
Pspice 中的分析类型
一,基本分析类型
直流分析(DC Sweep) DC 交流与噪声分析(AC Sweep/Noise) 瞬态分析,即时域分析 Time Domain(Transient) 直流工作点分析(直流偏置分析Bias Analysis)
Pspice 中的基本分析方法
二,高级分析类型
y = e
t /τ
例子:以VEXP为例 设置V1=0V,V2=2V, TD1=1us, TC1=0.2us, TD2=5us, TC2=0.5us 波形为:

共35页
3
高精度电路仿真器
Spectre/SpectreRF(cadence) Hspice/HspiceRF(avanti) Ads(Agilent 主要针对RF) eldo(Mentor Graphics) saber(Synopsys)
共35页
4
高速电路仿真器（针对百万门电路）
放置导线（wire）
小技巧：视图的放大和缩小可以用热键 I 放大； 热键 O 缩小
共35页 21
放置接点（junction）
1、选中原理图编辑窗口，使加速板出现 2、开始放置导线可以有三种方法 A、菜单 Place>Junction… B、按加速板上的 键. C、用热键 J 3、在需要节点的地方，可以点一下鼠标左 键就可以放置一个节点。
放置元件（part）
3、选择元件库(library)，选择元件(part) 4、放置在电路原理图上，翻转元件，可以选中后按 R 键 5、删除元件 可以选中后 按 Del 键 6、复制元件
共35页
18
放置元件（part）
复制元件可以才用两种方法： 1、选中想要复制的元件，使用Ctrl+C把 元件复制到剪切板，而后可以使用 Ctrl+V把元件从剪切板复制到当前位置。 2、选中想要复制的元件。按住 Ctrl 键， 同时用鼠标左键点住选中的元件拖曳到 需要的位置，即可复制一个元件



K MEG G T
1E3 1E6 1E9 1E12
共35页
10
Pspice集成环境
共35页
11
进入OR-CAD的集成环境
1、运行 OR-CAD CAPTURE 2、选择菜单 File>New>Project … 3、在Name中为工程起 一个名字 4、选择新项目的类型， 本例选择Schematic 5、在Location 中选择工程 的存放目录 6、选择OK

Xidian University
School of Microelectronics
实验内容
Xidian University
五管单元TTL门电路
School of Microelectronics
实验要求
◎编写PSPICE电路描述程序,画出待分析电路图,电路图中元件命名,节点编号,设定
器件参数,按输入电路描述语言规定,编写输入源程序。
School of Microelectronics
CMOS运算放大器电路分析程序实例
.MODEL MOD1 NMOS LEVEL=2 VTO=0.8 NSUB=1.17E16 TOX=0.08U
+CGSO=4E0-11CGDO=4E-11 CGBO=2E-10 UO=383 TPG=1 LAMBDA=0.03
◎独立源
V××××× N+ N- <<DC>流值> <AC<振幅<相位>>> <瞬态值>
I××××× N+ N- <<DC>直流值> <AC<振幅<相位>>> <瞬态值>
脉冲源:PULSE(V1 V2 TD TR TF PW PER)
正弦源:SIN(VO VA FREQ TD THETA)
Xidian University分段线性源:PWL(T1 V1 < T2 V2 ···>)
<AS=VAL> <PD=VAL> <PS=VAL> <NRD=VAL> <NRS=VAL> <OFF> <IC

2
OrCAD PSpice简介
PSpice（Personal Simulation Program with Intergrated Circuit Emphasis）软件是EDA领域最负盛名的 公司OrCAD所开发的通用电路模拟仿真软件
OrCAD Pspice的起源
1972年，美国加州大学伯克利分校雏形-FORTR AN语言 1975年，推出正式版SPICE2G 1985年，加州大学伯克利分校用C语言对SPICE软件进行 了改写， 并由Microsim公司推出 1988年，SPICE被定为美国国家工业标准 1998年著名的EDA商业软件开发商OrCAD公司与Microsim公司合并，自此Microsim公司的PSPICE产品正式并入 ORCAD公司的商业EDA系统中，成为OrCAD/PSPICE OrCAD后被Cadence公司收购，现在最新的版本是16.5
Pspice的分析类型
直流分析 偏压点分析
直流灵敏度分析
直流扫描分析
小信号直流转移分析 噪声分析 傅立叶分析
基本分析
交流分析
时域信号分析 温度分析 参数分析
交流扫描分析
暂态分析
高级分析
蒙特卡罗分析
灵敏度/最差情况分析
6
OrCAD PSpice简介
设计流程
7
电路图绘制软件
—OrCAD Capture
15
电路图绘制软件
电路图绘制实例
—OrCAD Capture
进入OrCAD Capture CIS绘图区 放置电路元件（R、H、V、空格键） 元件位置的调整 元件属性的编辑 元件外观的编辑
16
电路图绘制软件
绘制完成的电路图

个电路特性值的状态下记录一次输出结果。可更改的电路特性值有全局参数、模型参数、元 件值、直流电源与工作温度。
蒙地卡罗分析与灵敏度/最差情况分析是有统计性质的分析类型。PSpice
A/D 根据元件的误差范围每改变一次元件值就执行一次要求的基本分析，再将结果记录下 来，只不过蒙地卡罗分析采取的是随机式的改变方式，而灵敏度/最差情况分析则是先执行 一次灵敏度分析， 找出使输出有最差情况的组合， 然后用这些数值找出最差情况时的真正输 出结果， 也就是说， 蒙地卡罗分析是以随机取样及统计的形式呈现批量生产时合格率的分布 情形，而最差情况分析则较适用于找出极端情况下的输出波形及当时的元件值组合。 如果是仿真数字电路的话,可以设置使用最低延迟时间、标准延迟时间或最高延迟 时间来仿真。如果已经使能数字最差情况时序分析(Digital Worst-Case Timing )， PSpice A/D 将会考虑所有最低延迟时间与最高延迟时间的混合状态， 求出可能出现最危险时序时的输入 组合。
直流灵敏度分析主要是计算在偏压点数值改变下， 某个节点电压数值的变化程度。 小信号直流转移分析主要是计算出在偏压点数值改变下，小信号直流增益、输
入阻抗与输出阻抗的改变量。
交流分析主要验证电路在小信号交流电源下的工作状态。包含有交流扫描分析(AC
Sweep )与噪声分析(Noise )，相当于实验室内频率分析仪的地位。
电路绘制程序 Capture CIS
软件仿真程序 PSPice
印刷电路板程序 Layout Plus
可编程逻辑元件程序 Express
由图可以看到，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 OrCAD Capture CIS(component information system)，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 OrCAD PSpice 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 Layout Plus 程序进行印刷电路板(PCB>设计， 或是进入 Express 程序进行可编程逻辑元件(PLD)的设计。 在 OrCAD Capture 眼中，OrCAD PSpice 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( PCB 或 PLD 设计)。 在 OrCAD Capture 准备转移到 OrCAD PSpice 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。 本书的内容为 OrCAD Pspice 介绍。由于 Capture CIS 是 PSpice 的前端处理程序，所以 我们也将使用四章(第 2 章到第 5 章)的篇幅介绍在 Capture CIS 中有关于 PSpice 界面的功能 与操作。对于完整的 Capture CIS, Layout Plus 和 Express 介绍限于篇幅，有兴趣可自行参考 相关书籍。 1-2 OrCAD PSpice 的特点

Pspice 中的基本分析方法
二、高级分析类型
➢ Second Sweep ➢ 参数分析(Parametric Sweep) ➢ 温度分析(Temperature Sweep) ➢ 最坏情况分析(Worst case) ➢ 蒙特卡洛分析(Monte Carlo)
运行Pspice的基本步骤
A. 启动 OrCAD Capture B. 新建一个工程（File>New >Project …)， o 设置工程的类型为: Analog or Mixed-signal
PSpice 中的噪声分析
例子： 差分电路
激励源必须选用source 库的VAC（否则不能进行AC Sweep）， 如下图所示：
PSpice 中的噪声分析
设置步骤如下：
1.分析类型选择 AC SWEEP/NOISE
2.设置中选择General Settings 3.扫描类型为以10为底对数
起始频率设为 10K 结束频率设为 10G 每单位取样点数设为10 4.选中Noise Analysis 输出端为 ：V(OUT2) 参考电源为：V1 噪声报告点频间隔为：30
6.设置扫描类型为线性
开始为 0V 结束为 5V
增量为 1V
7.确定，点击 运行仿真
程序，系统将自动调用
PSpice A/D
以上设置把电压源 V1设置为直流电压扫描变量，
扫描值从0V到5V，每次递增1V
请看演示……
PSpice 直流分析
运行仿真程序后放置电压探针在D1的K脚（或 者在PSpice的环境中选择菜单Trace>Add Trace 选择V(D1:K) )
PSpice 交流分析
运行仿真程序，放置电压探针在out端（或者在 Probe 演示窗口中加入V(out)波形 )

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。

PSpice可用于模拟电路的设计 和性能分析，如放大器、滤波
器、振荡器等。
2024/2/2
数字电路设计和验证
PSpice也可用于数字电路的设 计和验证，如逻辑门电路、时 序电路等。
混合信号电路仿真
PSpice支持模拟和数字电路的 混合信号仿真，可分析数模混 合电路的性能。
电源电路设计和优化
PSpice可用于电源电路的设计 和优化，如开关电源、线性电
Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis
。
2024/2/2
它能够对电路进行直流分析、交 流分析、瞬态分析等，并输出相
应的电压、电流等波形图。
PSpice广泛应用于电子工程、 通信工程、自动化控制等领域。
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PSpice应用领域
模拟电路设计和分析
提供软件安装、使用、故障排查等方面的专 业支持。
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总结回顾与展望未来发展趋势
总结回顾
通过本次教程的学习，我们掌握了PSpice软件的基本操作、电路仿真、故障排查与问题解决等方面的知识。
展望未来发展趋势
随着电子技术的不断发展，PSpice软件将不断更新迭代，提升仿真性能和用户体验。未来，PSpice软件将更加智 能化、自动化，为用户提供更加便捷、高效的服务。同时，随着云计算、大数据等技术的应用，PSpice软件有望 实现云端仿真、数据共享等功能，进一步推动电子设计行业的发展。
存文件、打印文件等。
工具栏操作
02
通过点击工具栏中的快捷按钮来执行常用操作，如画电路图、
添加元件、设置参数等。
自定义工具栏
03
用户可以根据自己的使用习惯自定义工具栏中的按钮和选项。

本讲内容摘要
PSpice Schematics Editor
（电路图编辑器程序）是PSpice
的重要组件之一，也是一个基本 组件，是PSpice实现其他功能的
第四章 Schematics绘图编 辑器快速入门
第六章 PSpice Schematics Editor 功能介绍
基础。本讲详细介绍Schematics
返回
§6.1.1 元器件及其符号 PSpice提供的元器件有两大类： Primitive Parts 基本元器件：我们常用的电阻、电 容、电感、二极管、晶体管、电源等。 Hierarchical Parts 多级元器件：它是由更加复杂的 电路组成。可以使用Schematics Editor 或Symbol Editor 编辑或修改多级元器件的结构和电器特性。 注：在PSpice中，Part是元件的关键词；Symbol是 元件符号的关键词。
PSpice A/D
Optimizer Parts Microsim Probe Stimulus Editor
目 录
§4.1 运行 PSpice Schematics §4.2 Schematics 快速入门
目录
§4.1 运行 PSpice Schematics 方法一：从Manager进入Schematics
激励源编辑程序 电路文本编辑程序
主要程序间的关系
Model Editor 元器件模型参数 编辑器 Schematics Editor 电路原理图绘图编 辑器 stimulus Editor 激励源波形编辑 器
PSpice AD 数据 处理器
Optimizer电 路优化程序 Probe 波形 输出分析
§6.1.4 注释和文本 PSpice 提供较为丰富的注释编辑，如文本说明、 几何图形、注释文字或表格。 PSpice 为每个电路原理图自动提供标题框和图 纸框。

2 应用范例
分析图1.2单级交流放大电路，了解利用PSPICE软 件进行电路模拟分析的全过程以及输入、输出格式。
1. 画电路图及节点编号 电路图及节点编号如图1.2所示。 2.建立模拟输入文件 模拟输入文件如下： (1)AC AMPLIFIERCHARACTERICSANALYSIS (2)* OP,AC,NOISE,TRAN,TEMPANALYSIS
2.输出格式
PSPICE的输出格式包括表格方式和曲线方式。表 格方式以文本方式显示或打印输出结果。曲线方式有 两种：①用字元符号代点的低解析度图形方式；②高 解析度图形方式。命令格式如下：
.PRINT ［DC］［AC］［TRAN］<opvar> .PLOT［DC］［AC］［TRAN］<opvar> .PROBE［<opvar>］ 说明：.PRINT、.PLOT、.PROBE分别是打印、低 解析度图形输出和高解析度图形输出命令；［DC］、 ［AC］、［TRAN］是分析类型选项；<opvar>是输出 变量，可以是某节点的电压、电流变量，也可以是计 算变量或函数变量。PROBE命令后面若不指定节点变 量［<opvar>］，则进行全部节点变量分析。
_________________________
1.000E+00 1.095E-01. .*
. ..
1.585E+00 1.697E-01. . * . . .
2.512E+00 2.555E-01. . * . . .
3.981E+00 3.629E-01. . * . . .
6.310E+00 4.703E-01. . * . . .
产生 数据文 件 显示 分析结 果