王 杰

(惠州出入境檢驗檢疫局綜合技術(shù)中心，廣東惠州 516000)

在設(shè)計大型集成電路和系統(tǒng)時，利用計算機技術(shù)可實現(xiàn)模擬電路中電路分析、數(shù)字電路中邏輯模擬及電路版圖印制等，且因計算機技術(shù)的輔助還可以加快設(shè)計的效率，大幅地提高了設(shè)計的成功率。PSpice軟件是1972年美國加州大學伯克利分校的計算機輔助設(shè)計小組開發(fā)而成的，用于模擬電路仿真的軟件，是最早出現(xiàn)的 EDA軟件之一［1］，于1984年正式由美國Microsim公司推出。這款電路仿真軟件是電子電路計算機設(shè)計輔助工具中精度最高且最受關(guān)注的軟件之一。該軟件經(jīng)過不斷更新使得其在功能上越來越能夠滿足要求，且伴隨著OrCAD公司與Microsim公司正式合并，PSpice軟件更是成為OrCAD公司的商業(yè)EDA系統(tǒng)中一個突出的產(chǎn)品。

1 PSpice軟件特點及組成

1.1 PSpice軟件特點

PSpice具有圖形界面清晰簡潔、易學易用、操作簡單、實用性強、仿真效果好、集成度高等優(yōu)點［2］?？蓪﹄娐愤M行各種分析、包括直流工作點、交流掃描分析、瞬態(tài)分析、參數(shù)掃描分析、溫度分析、靈敏度分析、直流傳輸特性分析等基本電路特性分析，以及蒙特卡羅分析、最壞情況分析、優(yōu)化設(shè)計等較為復雜的電路特性分析，能實現(xiàn)數(shù)/模混合電路進行仿真，且功能強大，可隨時分析觀察仿真結(jié)果。PSpice軟件還具有強大的電路圖繪制功能、電路模擬仿真功能、圖形后處理功能和元器件符號制作功能，以圖形方式輸入、自動進行電路檢查、生成網(wǎng)表、模擬和計算電路［3］。其用途廣泛，不僅可用于電路分析和優(yōu)化設(shè)計，并可以用于電子線路、電路和信號與系統(tǒng)等課程的計算機輔助教學。與印制版設(shè)計軟件配合使用，還可實現(xiàn)電子設(shè)計自動化。采用PSpice軟件仿真的方法，可在計算機上虛擬設(shè)計出一個測試儀器先進、元器件品種齊全的電子工作臺，不僅能夠彌補實驗室在元器件的品種、規(guī)格和數(shù)量上的不足，避免使用中儀器損壞等不利因素［4］?？傊?，PSpice是一個多功能的電路模擬試驗平臺，該軟件由于收斂性好，適于做系統(tǒng)及電路仿真工具，具有快速、準確的仿真能力以及廣闊的應用前景。

1.2 PSpice軟件組成

PSpice 軟件包主要包括 Schematics，PSpice，Probe，Stmed(Stimulus Editor)，Parts，PSpice Optimizer等，下面分別介紹這些組件的功能。

Schematics:是PSpice軟件中的電路模擬器。其功能是直接繪制、修改電路原理圖，實現(xiàn)對元件的修改及編輯，且能夠調(diào)用電路分析程序及圖形后處理程序以便觀察分析結(jié)果。此外 Schematics更是將 PSpice，Probe，Stmed，PSpice Optimize集于一體，形成了具有強大功能的集成環(huán)境。

PSpice:是仿真軟件中的數(shù)據(jù)處理器，PSpice的功能是對Schematics中所繪制的電路進行模擬分析，通過運算得出相關(guān)結(jié)果且聲稱輸出文件及數(shù)據(jù)文件。

Probe:是軟件中的圖形后處理器，Probe可將PSpice的運算結(jié)果顯示在屏幕上。且模擬結(jié)果仍可以接受基本參量組成的任意表達式。

Stmed:是軟件中產(chǎn)生信號源的工具，使得設(shè)定不同激勵信號時可直觀便利。

Parts:是軟件中對器件建模的工具，其功能是將廠家的器件數(shù)據(jù)信息或使用者自定義的器件數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，使其成為PSpice中所用的模擬數(shù)據(jù)，并能夠提供器件之間的關(guān)系曲線和相互作用，以便實現(xiàn)對元件精確度的確定。

PSpice Optimize:是軟件中的優(yōu)化設(shè)置工具，其功能是對所設(shè)計的電路進行優(yōu)化，以制定的參數(shù)、性能指標及全局函數(shù)作為優(yōu)化的參考標準［5］。

2 PSpice軟件分析功能概述

PSpice軟件的分析功能主要有直流分析、交流掃描分析、瞬態(tài)分析、蒙特卡羅分析及最壞情況分析，以下對這些功能進行概述［6］。

直流分析:PSpice軟件的直流分析功能有直流工作點分析，直流小信號傳遞函數(shù)值分析，直流掃描分析以及直流小信號靈敏度分析。

交流掃描分析:PSpice軟件主要是對頻率響應及噪聲的分析。軟件在進行交流分析之前，首先要對電路的靜態(tài)工作點進行計算，以便決定電路中所有非線性器件的交流小信號模型參數(shù)，隨后在制定的頻率單位內(nèi)實現(xiàn)電路的仿真分析。其中對頻率響應的分析主要是對傳遞函數(shù)的幅頻響應和相頻響應，可得到電壓、電流、互阻、互導的增益及輸入和輸出的阻抗頻率響應。且PSpice軟件可使分析結(jié)果以曲線方式來輸出。

瞬態(tài)分析:PSpice軟件的瞬態(tài)分析包括電路對不同信號的瞬態(tài)響應，時域波形經(jīng)過快速傅里葉變化后得到頻譜圖。PSpice軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對電路的輸出進行傅里葉分析從而得到時域響應的傅里葉分量。通過PSpice軟件的瞬態(tài)分析還可得到對數(shù)字電路時序波形。

蒙特卡羅分析:PSpice軟件的蒙特卡羅分析主要是對電路元器件參數(shù)在各自容許誤差范圍內(nèi)的分布規(guī)律及變化時電路特性的變化情況進行分析，特性是指直流、交流或瞬態(tài)特性。

最壞情況分析:PSpice軟件的最壞情況分析與蒙特卡羅分析均屬于統(tǒng)計分析，但與蒙特卡羅分析不同的是，最壞情況分析是在最后一次分析時使各個參數(shù)同時以容許誤差范圍內(nèi)最大變化量來改變，這就可得到最壞情況下的電路特性，而蒙特卡羅分析則是在同一次仿真分析中參數(shù)由制定的統(tǒng)計規(guī)律同時發(fā)生隨機變化。

3 PSpice軟件的應用及實例分析

PSpice軟件是一種功能強大，較受歡迎的電路仿真軟件，利用PSpice軟件可實現(xiàn)模擬電路、數(shù)字電路及數(shù)?；旌想娐返姆治黾半娐穬?yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)在制作實際電路之前仿真該電路的電性能，進行電路優(yōu)化設(shè)計。PSpice軟件應用于電路設(shè)計可大幅提高設(shè)計效率，具體使用PSpice軟件進行仿真可分為以下步驟。(1)是繪制電路圖。(2)需要對設(shè)置電路的特性分析類型和仿真參數(shù)文件。(3)需要啟動程序進行仿真。(4)是利用Probe將仿真結(jié)果進行顯示。(5)是進行分析并輸出相關(guān)的實驗結(jié)果。以下實例對PSpice軟件的功能及電路設(shè)計中的具體應用進行了說明。

實例1 利用PSpice軟件實現(xiàn)對限幅電路的仿真分析。如圖1顯示的是二極管限幅電路，圖2顯示的是該限幅電路直流掃描的分析結(jié)果［7］。

通過圖2顯示的結(jié)果可看出，當輸入的電壓超過8 V時其幅度會限制在6.7 V，而當輸入的電壓低于－8 V時其幅度則是限制在－6.7 V，實現(xiàn)了限幅。

如圖3所示限幅電路的瞬態(tài)分析結(jié)果，可看出該電路能夠?qū)崿F(xiàn)限幅要求，當輸入的電壓超過一定值時，其超出部分就會被截平，這就保證了信號的電壓可在一定的幅度范圍內(nèi)，避免了電路因信號電壓過大而使電路產(chǎn)生問題。

圖3 瞬態(tài)分析結(jié)果

實例2 利用PSpice軟件實現(xiàn)對考比茲振蕩器電路如圖4所示的瞬態(tài)分析，并繪制出波形如圖5所示。

4 結(jié)束語

PSpice軟件是當前應用最為廣泛的電路設(shè)計軟件之一，也被認為是電路模擬程序中的最佳程序。其強大的功能效率大大地改善和優(yōu)化了電子電路的設(shè)計，尤其是PSpice軟件在系統(tǒng)仿真方面的優(yōu)越性，更使得PSpice軟件成為設(shè)計師不可或缺的實用工具。

［1］ 汪漢新.電路設(shè)計的 PSpice仿真分析［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2003(15):42－44.

［2］ 賈新章，郝躍.OrCAD/Pspice9實用教程［M］.西安:西安電子科技大學出版社，1999.

［3］ 任青蓮，高文華，張平.基于PSpice的電路性能分析與優(yōu)化設(shè)計［J］.太原重型機械學院，2003，24(2):136 －139.

［4］ 祁云飛.基于小信號S參數(shù)的功率放大器設(shè)計［J］.電子科技，2010，23(8):72 －73，76.

［5］ 邵清亮，張振川.VHDL設(shè)計電路優(yōu)化探討［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2004(9):15－16.

［6］ 竺瓊，胡志忠，浦建開.基于SLPS的模擬電路故障樣本自動獲取技術(shù)［J］.電子設(shè)計工程2012(1):42－44.

［7］ 薛延俠.PSpice在電子技術(shù)基礎(chǔ)教學中的應用［J］.西安郵電學院學報，2011(S1):106－108.