Cadence PSpice 教程 基礎篇（轉載）

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一、PSpice 的工作流程

二、PSpice A/D基本分析內容

在選擇分析方法前需要繪製電路原理圖， OrCAD 統一由 Capture 視窗進行輸入和調 用 PSpice 分析。在使用 PSpice 時繪製原理圖應該注意的地方。

1、 建立 Project 時應選擇 Analog or Mixed-signal Circuit

2、 調用的器件必須有 PSpice 模型

首 先 ， 調 用 OrCAD 軟 件 本 身 提 供 的 模 型 庫 ， 這 些 庫 文 件 存 儲 的 路 徑 為 Capture\Library\pspice，此路徑中的所有器件都有提供 PSpice 模型，可以直接調用。

其次，若使用自己的器件，必須保證*.olb、*.lib 兩個檔案同時存在，而且器件屬 性中必須包含 PSpice Template 屬性。

3、 原理圖中至少必須有一條網路名稱為 0，即接地。

4、 必須有激勵源。

原理圖中的連接埠符號並不具有電源特性，所有的激勵源都儲存在 Source 和 SourceTM 庫中。

5、 電源兩端不允許短路，不允許僅由電源和電感組成迴路，也不允許僅由電 源和電容組成的割集。

解決方案：電容並聯一個大電阻，電感串聯一個小電阻。

6、 最好不要使用負值電阻、電容和電感，因為他們容易引起不收斂。

接下來具體介紹幾種基本的分析方法和參數的設定。

1、直串流分析（DC sweep）

直串流分析指是使電路某個元器件參數作為自變數在一定範圍內變化，對自變數的 每個取值，計算電路的輸出變數的直流偏置特性。此過程中還可以指定一個參變數， 並確定取值範圍，每設定一個參變數的值，均計算輸出變數隨自變數的變化特性。直串流分析也是交串流分析時確定小訊號線性模型參數和瞬態分析確定初始值所需的分 析。類比計算後，可以利用 Probe 功能繪出 Vo- Vi 曲線，或任意輸出變數相對任一 元件參數的傳輸特性曲線。

首先我們開啟 cadence / release 16.5/OrCAD Capture CIS，開啟 1-1 所示的界 面。

 

 

 

接下來使用菜單：啟動 File/New/Poject 建立一個新的工程， 1-2 所示。

在圖 1-3 對話方塊中輸入檔案名稱，如“RC”。在下面的選項按鈕中選擇“Analog or Mixed A/D project”，要注意這是由 Capture 直接調用 PSpice 的按鈕，不要選錯哦。那麼其它的選項是什麼意思呢？

Analog or Mixed A/D 　　數模混合模擬

PC Board Wizard 　　系統級原理圖設計

Programmable Logic Wizard　　 CPLD 或 FPGA 設計

Schematic 　　原理圖設計

最後在“Location”中指點檔案存放的檔案夾後，單擊 OK，出現圖 1-4 介面。

在“Create based upon an existing project” 下可以看到許多已有的工程和 電路圖。我們選擇“Create a blank project”，進入到模擬電路圖繪製視窗，並開 始繪製電路圖。 1-5 所示。

接下來，我們先要學會選取器件：選擇繪圖工具列中的 ，點擊後圖 1-5 視窗出 現 放 置 元 件 的 窗 口 如 圖 1-6 所 示 。 注 意 選 擇 的 器 件 庫 必 須 存 儲 在 路 徑 為 Capture\Library\pspice 下，此路徑中的所有器件都有提供 PSpice 模型，可以直接調用。 活著如果是使用自己的器件，必須保證*.olb、*.lib 兩個檔案同時存在，而且器件屬性 中必須包含 PSpice Template 屬性，即在圖 6 對話方塊中選中的器件需要有 的標記。 （對於建立器件，後續有專門教程講解）

  1-6，我們選擇輸入“R”，找到在 analog.lib 下的電阻器件，雙擊它就可 以放置到繪圖視窗中了。

接下來我們作個簡單例子來瞭解一下模擬的工程。當然這裡先進行的是直流掃描 分析（DC Sweep）
在圖 1-5 的原理圖繪製視窗中輸入 1-7 所示的電路。

所用到的器件資訊：

 

電路圖畫好後存檔，然後就要開始設定模擬參數開始進行模擬了。首先，建立一 個模擬檔案，啟動 PSpice / New Simulation 命令，或者直接點擊模擬工具列中
按 鈕，得到圖 1-8 所示對話方塊。在 Name 中輸入模擬檔案名稱，如：DC，點擊“Create” 後，在原來工程檔案夾中就會自動產生一個名為“DC”的檔案夾，後面所作的模擬結 果和工程均儲存在該檔案夾下，方便於管理。


圖 1-8 模擬參數設定對話方塊

完成圖 1-8 後，會彈出圖 1-9 所示的模擬參數設定視窗。我們先從 Analysis 中開始 看起。

在 Analysis type(分析類型)中我們選取 DC Sweep.
在 Option 中，我們選取 Primary Sweep.
在 Sweep variable 中可以看到如下幾個選項：

Voltage Source 電壓源資訊

Current Source 電流源資訊

Global parameter 全域參數

Model parameter 模型參數

Temperature 溫度設定

在 Sweep type 中，我們可以設定為 Linear（線性）; logarithmic（對數）, value line（設定點）。這裡我們對電壓源 V1 進行設定，掃描值為-6V 到 10V，每次遞增 1V。
設定好後， 點擊確定。 然後點擊模擬工具列中的， 運行模擬。 接著就調出了 PSpice 的介面， 1-10 所示。

PSpice 介面中最主要的工具列含義 1-11 所示。

選擇功能表列 Trace/Add Trace，或者點擊表徵圖，得到圖 1-12 對話方塊，在這裡我 們可以看到有兩個標籤 Simulation Output variables 與 Functions and Macros。 “Simulation Output variables”中包含許多的變數，“Functions and Macros”中有需要測量的資訊函數。 在操作的過程中， 比如要看最大的的值的時候， 先選擇 Max() 函數，再選擇變數的類型 V1(D1)。我們就可以在 Trace Expression 中 看到運算式： MAX(V1(D1))。這是一個最為基本的步驟。若選擇輸出 V2（D1），得到圖 1-13 的波形。 通過波形可以自己分析是否滿足設計要求。

2、交串流分析（AC Sweep）
　　交串流分析的作用是計算電路的交流小訊號頻率響應特性。：PSpice 可對小訊號線 性電子電路進行交串流分析，此時半導體器件皆採用其線性模型。它是針對電路效能因 訊號頻率改變而變動所作的分析，它能夠獲得電路的幅頻響應和相頻響應以及轉移導 納等特性參數。
跟前面一樣，我們建立一個工程 bandpass.opj。前面的繪製原理圖和建立模擬檔案 的操作步驟與直串流分析相同。 原理圖 1-13 所示。

接下來對 Simulation Setting 來進行如下設定：

圖 1-14 設定頻率從 1Hz 變化到 100MHz，注意 PSpice 中不分英文字母的大小寫，因此表示兆（M）時要用 meg 表示，而不能用 M 表示，因為 M 代表的是毫。圖 1-14 點擊確定後，同樣點擊模擬工具列中的
，運行模擬。這樣又調出了 PSpice 的界 面，選擇功能表列 Trace/Add Trace，或者點擊表徵圖，在“Functions and Macros” 中選擇 DB(),然後在“Simulation Output variables”中找到“V(out)”,得到圖 1-15 的輸出端波形的分貝表示的幅頻特性傳輸速率圖。



點擊 Plot/Add Y Axis,添加一 Y 軸，然後再選擇功能表列 Trace/Add Trace，或者 點擊表徵圖，在“Functions and Macros”中選擇 P(),然後在“Simulation Output variables”中找到“V(out)”,得到圖 1-16 的輸出端波形幅頻和相頻特性圖。


若需要計算該帶通濾波器的頻寬和上下限頻率，可以調用特徵函數，選擇圖 標，彈出圖 1-17 介面，選擇 Bandwidth(1,db_lever),括弧中的 1 代表輸入的變數，因此 在 simulation Output Vaiables 中選擇 V(out)，然後再輸入 3，在“Trace” Expeession 中顯示 Bandwidth(V(out),3)。 點擊確定後， 會在波形顯示視窗下顯示 3dB 頻寬的數值。 同樣還可以計算上下限頻率等，結果 1-18 所示。

圖 1-17 中部分函數的功能說明如下

波形顯示後我們還可以用 Toggle cursor 的工具來進行測量，點擊小表徵圖， 我們可以看到後面的工具列由灰色鎖定狀態變為可用的狀態。同時又下角還會多出一 個資料顯示資訊框，該資訊框的內容可以複製到 word 或 Excel 中。

先介紹一下變為可用狀態的工具列的作用：

對於圖 1-13 的電路，可以在圖中標註上上下限的頻率值， 1-19 所示。

 3、瞬態分析（Time Domain(Transient))

瞬態分析的目的是在給定輸入激勵訊號作用下，計算電路輸出端的瞬態響應。進 行瞬態分析時，首先計算 t=0 時的電路初始狀態，然後從 t=0 到某一給定的時間範圍 內選取一定的時間步長，計算輸出端在不同時刻的輸出電平。瞬態分析結果自動存入 以.dat 為副檔名的資料檔案中，可以用 Probe 模組分析顯示模擬結果的訊號波形。瞬 態分析運用最多，也最複雜，而且是電腦資源耗費最高的部分。
用一個一階的 RC 微分電路來進行分析，首先在 capture 中繪製一張原理圖 1-20 所示。

先說明一下脈衝訊號源(VPulse)的幾個參數的含義

註： 表中 TSTOP 是瞬態分析中參數 Final Time 的設定值； TSTEP 是參數 Print Step 的設定值。
現在我們來設定 Simulation Setting,在設定 Simulation Setting 中，Analysis Type 選項選 Time Domain (Transient ).設定參數 1-21 所示。

點擊確定後，同樣點擊模擬工具列中的，運行模擬。這樣又調出了 PSpice 的 介面，選擇功能表列 Trace/Add Trace，或者點擊表徵圖，在“Simulation Output variables”中找到“V(R1:2)”,得到輸出的波形，同樣還可以通過 Plot/Add Plot to window 增加視窗顯示輸入波形。 1-22 所示。


當然還可以經過修改電阻或電容值觀察波形變化。比如修改電容值為 1u，可發現 輸出波形的脈衝訊號明顯起變化了。原因是 RC 這個時間常數變短，當然脈衝訊號變 尖了。要觀察電路中某個元件對最終波形的影響可以有更為簡單的方法，那就是我們 將在教程二中介紹的參數掃描分析。

如果需要對兩次分析結果進行比較，可以這樣操作，即：將 C1=10uF 時的波形保 存（如 10u.dat），然後修改原理圖中的元件參數，運行模擬，得到結果後，通過 File/Appeng Waveform(.dat) 1-24 所示。

在彈出的選擇檔案的對話方塊中找到剛才儲存的 10u.dat 檔案， 這樣就可以比較修改 前後的波形變化， 1-25 所示。

4、靜態工作點分析（Bias Point）
靜態工作點分析指在電路中電感短路、電容開路的情況下，對各個訊號源取其直流電平值，利用迭代的方法計算電路的靜態工作點。分析結果包括：各個節點電壓、流過各個電壓源的電流、電路的總功耗、晶體管的偏置電壓和各極電流及在此工作點下的小訊號線性化模型參數。結果自動存入.out 輸出檔案中。在電子電路中，確定靜 態工作點是十分重要，因為有了它便可決定半導體晶體管等的小訊號線形化參數值。 尤其是在放大電路中，晶體管的靜態工作點直接影響到放大器的各種動態指標。因此 我們就以一個小訊號放大電路為例來說明該分析方法的使用和模擬結果。 跟前面一樣，我們建立一個工程 amp.opj。繪製原理圖和建立模擬檔案的操作步驟 與直串流分析相同。 原理圖 1-26 所示。

接下來對 Simulation Setting 來進行如下設定：

點擊確定後，同樣點擊模擬工具列中的 ，運行模擬。這樣又調出了 PSpice 的 介面。選擇 View/Output File， 1-28 所示，就可以開啟儲存靜態工作點模擬結果的檔案了。 1-29 所示，放大器確定靜態工作點主要觀察晶體管的 VCEQ，IBQ 和 ICQ 三個值，合適的靜態工作點需要位於晶體管輸出特性曲線上的放大區，最好接 近交流負載線的中間。
  
若將圖 1-27 中包含直流靈敏度分析的選項鉤上， 並在輸出變數上輸入 VCE(Q_Q1)， 表示需要分析一下電路中個元件對三極體的靜態輸出電阻的靈敏度值。結果同樣 在.Out 檔案中調出。 1-30 所示。紅色框中的元件對三極體的靜態 VCE 的影響比 較大。

結束語： PSpice 最基本的功能就能這麼完美的進行電路的模擬，感慨今天的 EDA 軟體。 真是很好的工具，可以減少我們調試電路的時間，輕輕鬆鬆做自己的設計。馬上我們 會對 PSpice 進一步的分析方法進行介紹，相信慢慢的您會和筆者一樣喜歡上這個軟 件，然後離不開這個軟體的。
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