章翠娥

（江蘇省南通中等專業(yè)學(xué)校，江蘇南通，226000）

0 引言

智能化技術(shù)是當(dāng)前社會重要技術(shù)發(fā)展方向，人們對電子產(chǎn)品的需求也開始向智能化方向發(fā)展。而智能化不僅提升了新型電子產(chǎn)品的研發(fā)難度，同時也使得電子產(chǎn)品集成電路變得更加復(fù)雜。在這種情況下，應(yīng)用電子電路仿真技術(shù)，就成了解決智能化電子產(chǎn)品研發(fā)集成電路設(shè)計難關(guān)的主要方法。目前，電子電路仿真技術(shù)基本上與電子產(chǎn)品研發(fā)整體技術(shù)水平發(fā)展速度保持一致，通過應(yīng)用電子電路仿真技術(shù)能夠極大的提高智能化電子產(chǎn)品研發(fā)周期，降低研發(fā)成本，對整個電子產(chǎn)品行業(yè)的智能化發(fā)展至關(guān)重要。因此，本文從分析電子電路仿真技術(shù)的優(yōu)勢與應(yīng)用價值入手，詳細(xì)探討了PSpice以及Proteu兩類主流仿真軟件在電子產(chǎn)品集成電路設(shè)計中的應(yīng)用策略。

1 仿真技術(shù)優(yōu)勢分析

電子電路仿真技術(shù)具有以下技術(shù)優(yōu)勢：

第一，高效性優(yōu)勢。電子電路仿真技術(shù)主要通過錄入仿真實驗參數(shù)以后，有計算機(jī)仿真軟件負(fù)責(zé)完成復(fù)雜易錯的參數(shù)計算、邏輯推演等仿真實驗的關(guān)鍵內(nèi)容。這中仿真模擬測試方法相較于傳統(tǒng)的人工測試方法來說，顯然效率要高的多，并且電子電路仿真軟件大都配備有強(qiáng)大的附加功能和自動糾錯功能，同樣能夠極大的提高仿真測試結(jié)果的可靠性。運(yùn)用電子電路仿真技術(shù)能夠提高電子產(chǎn)品集成電路等復(fù)雜模塊的設(shè)計效率。

第二，多樣性優(yōu)勢。目前如Proteu軟件的電子電路仿真軟件已經(jīng)搭載了3D模擬、單片機(jī)編程等電子產(chǎn)品開發(fā)中需要用到的功能。運(yùn)用這種功能齊全的軟件能夠極大的提高電子產(chǎn)品研發(fā)過程中的調(diào)試階段效率，電子電路仿真軟件的升級和功能多樣性發(fā)展，同樣會使電子產(chǎn)品的研發(fā)模式變得更加自動化、便捷化。

第三，穩(wěn)定性優(yōu)勢。借助于如Proteu軟件能夠提升電子產(chǎn)品設(shè)計中電路板制作、產(chǎn)品外形結(jié)構(gòu)優(yōu)化等硬件設(shè)計方面的可行性，設(shè)計人員可以借助仿真軟件直觀的觀察對比評測產(chǎn)品的物理樣本狀態(tài)，同時也可以在電路板制板出現(xiàn)問題時，能夠快速準(zhǔn)確的鎖定錯誤源范圍。另外，采用Proteu軟件的編程調(diào)試功能，能夠減少產(chǎn)品程序出錯的風(fēng)險，提高產(chǎn)品主程序的穩(wěn)定性。

2 仿真技術(shù)在電子產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用價值體現(xiàn)

仿真技術(shù)主要能夠在電子產(chǎn)品設(shè)計的兩個方面體現(xiàn)應(yīng)用價值。一方面，在復(fù)雜集成電路的設(shè)計過程中，可以采用仿真技術(shù)進(jìn)行復(fù)雜電路板、模擬芯片電路設(shè)計。同時也可以利用仿真技術(shù)的時域分析功能，測試集成電路芯片在特定環(huán)境下的電路性能穩(wěn)定性，提高電子產(chǎn)品的整體品質(zhì)。另一方面，將仿真技術(shù)應(yīng)用貫穿到電子產(chǎn)品項目研發(fā)的整個流程中，用仿真技術(shù)測試來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工測試方式，能夠提高整個產(chǎn)品研發(fā)項目的整體效率，同時還能為后續(xù)的成品性能測試以及研發(fā)項目成本預(yù)測提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

3 仿真技術(shù)在電子產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用策略

3.1 PSpice仿真技術(shù)功能及應(yīng)用策略

（1）PSpice常用電子電路仿真功能

在復(fù)雜電子產(chǎn)品的大規(guī)模集成電路設(shè)計中，目前業(yè)界通常會采用Cadence的PSpice仿真軟件進(jìn)行，該仿真軟件能夠?qū)⒏黝悘?fù)雜的電路性能指標(biāo)銅鼓哦仿真模塊分析，對分析數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，設(shè)計人員可以通過觀察仿真分析結(jié)果，直觀對比評測電路目前設(shè)計現(xiàn)狀的各項性能指數(shù)。

具體來說，PSpice軟件主要有兩個功能模塊構(gòu)成，分別負(fù)責(zé)電力仿真分析的具體環(huán)節(jié)。一方面是基本分析模塊（AD），該模塊主要包括直流、交流電路性能仿真分析以及電路整體時域分析等基本性能分析功能。該模塊主要通過噪聲仿真分析的方法，設(shè)定被測電路的頻率，然后制定輸出端的等效，確定輸出噪聲，同時，指定輸入端的噪聲電平。同時也會通過在直流電路中進(jìn)行偏置點模擬直流電路的短路情況，用來計算電路在短路或電容故障情況下工作狀態(tài)，通過對直流偏置點的計算，確定電路瞬態(tài)情況下，初始狀態(tài)和交流小信號條件下的非線性性能變化參數(shù)模型。另一方面，是高級分析模塊（AA），它主要包括參數(shù)掃描、溫度分析、最壞模擬分析等功能。通過直流掃描分析，快速的展示電路的直流輸出性能?；蛘咄ㄟ^對電路中某個具體電器件的參數(shù)變化，來總結(jié)該電器件參數(shù)變化帶來的電路性能變化規(guī)律。

（2）PSpice仿真軟件具體應(yīng)用流程

運(yùn)用PSpice仿真軟件的基本流程如圖1所示。

圖1 PSpice仿真軟件仿真實驗基本流程

第一，繪制電路仿真電路，標(biāo)注電路中的閉合時間。如圖2所示。

圖2 仿真電路圖樣式

第二，設(shè)置仿真參數(shù)，設(shè)置如仿真時間以及運(yùn)行步長等參數(shù)。

第三，運(yùn)行仿真方案，記錄仿真輸出波形結(jié)果。

第四，觀察分析仿真波形結(jié)果，判斷是否需要進(jìn)行二次調(diào)試。

第五，根據(jù)一次或迭代進(jìn)行的仿真實驗調(diào)試結(jié)果，調(diào)整電路設(shè)計圖。

以RC正弦振蕩電路的時域分析為例，在給定輸入激勵信號作用下，計算電路輸出端的瞬態(tài)響應(yīng)，瞬態(tài)分析結(jié)果自動存人以.dat為擴(kuò)展名的數(shù)據(jù)文件中，用Probe功能窗口分析顯示仿真結(jié)果的信號波形。傅里葉分析(Fourier Analysis)指在瞬態(tài)分析時，對輸出的最后一個周期性波形進(jìn)行諧波分析，計算出直流分量、基波分量、第2次到第9次諧波分量的幅值和相位以及電路的失真度，從輸出文本文件中讀出傅里葉分析結(jié)果，在Probe中觀察到諧波分布圖。

3.2 Proteu仿真技術(shù)功能及應(yīng)用策略

（1）Proteu常用仿真技術(shù)功能

Proteu軟件也是業(yè)界常用語智能電子產(chǎn)品開發(fā)的仿真工具，它主要應(yīng)用在對模擬電路以及數(shù)字電路的仿真實驗上。采用Proteu軟件不僅能夠?qū)﹄娐吩O(shè)計方案進(jìn)行仿真運(yùn)行，去發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案中的不足之處，通過反復(fù)仿真調(diào)試來優(yōu)化現(xiàn)有設(shè)計方案，同時還能借助軟件自帶的Proteu電路設(shè)計數(shù)據(jù)庫資源，實現(xiàn)對虛擬示波器以及虛擬信號源的仿真實驗?？梢詫⒎抡鎸嶒灥男阅軠y試精確到具體的元器件上，使得復(fù)雜數(shù)字電路的微小電路元器件的選用更加科學(xué)合理。

（2）Proteu仿真軟件的主要應(yīng)用方向

Proteu軟件經(jīng)過這幾年的發(fā)展，技術(shù)越加成熟，功能也越加齊全。目前Proteu軟件主要被業(yè)界具體應(yīng)用在自動化、智能化的小型電子產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域。例如對于自動防盜報警裝置、自動開蓋垃圾桶、LED漢字翻譯屏等電子產(chǎn)品中。借助于Proteu軟件強(qiáng)大的電路模擬運(yùn)行功能，能快速完成電路設(shè)計過程中元器件選用、性能調(diào)試等難點問題。極大的縮短了中小型電子產(chǎn)品的開發(fā)周期。當(dāng)然在傳統(tǒng)電子產(chǎn)品的開發(fā)中，Proteu軟件也廣泛的應(yīng)用在多種產(chǎn)品類型中。其中典型的在自動化中小型電子產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛的MUC單片機(jī)的電路設(shè)計就多用Proteu軟件輔助完成。

總體來說，Proteu軟件主要被應(yīng)用在電子產(chǎn)品設(shè)計的以下幾個環(huán)節(jié)：

首先，被應(yīng)用在電子產(chǎn)品總設(shè)計原理圖的仿真預(yù)覽過程中，在電子產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計處于前期構(gòu)思完結(jié)，為了檢驗設(shè)計構(gòu)思的可行性或者對研發(fā)成本進(jìn)行預(yù)算，就可以用Proteu軟件對基于目前電路設(shè)計思路的電子路線簡圖進(jìn)行仿真實驗，通過軟件的預(yù)覽工嗯呢該，直觀檢查該設(shè)計思路在原理上是否可行。

其次，在電子產(chǎn)品主程序的編程設(shè)計過程中，也可以運(yùn)用Proteu軟件之間即興ISIS程序的編輯工作，同時還能通過軟件自帶的糾錯功能，快速發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品主程序編程過程中出現(xiàn)的編程語言錯誤和運(yùn)行BUG。通過糾錯功能在產(chǎn)品試運(yùn)行時，能夠快速的鎖定出現(xiàn)BUG的錯誤源，大大的減輕了單片機(jī)出程序編程開發(fā)的負(fù)擔(dān)。

再來，Proteu對電子電路的仿真調(diào)試功能。通過進(jìn)入軟件中的“Edit component”功能區(qū)，可以將需要調(diào)試的目標(biāo)文件輸入進(jìn)軟件，然后設(shè)置好仿真實驗的晶振頻率，點擊仿真按鈕對電路進(jìn)行仿真實驗。同時將仿真結(jié)果一波形圖像的形式轉(zhuǎn)化為可視圖像經(jīng)由人機(jī)交互屏，向設(shè)計人員實時直觀展示電路設(shè)計方案目前的試運(yùn)行性能指數(shù)。同時還能通過電路在特殊條件下的瞬態(tài)對比分析，來對電路設(shè)計方案進(jìn)行調(diào)試優(yōu)化。

最后，在物理樣品制作時，同樣可以采用Proteu軟件的3D模擬功能，對電子產(chǎn)品的外觀形態(tài)進(jìn)行3D成像模擬，可以更細(xì)致的觀察產(chǎn)品外觀設(shè)計的合理性以及各部件銜接位置的穩(wěn)定性，為產(chǎn)品物理結(jié)構(gòu)的調(diào)整提供數(shù)據(jù)支持。

（3）Proteu仿真軟件具體應(yīng)用策略

Proteu軟件在電子產(chǎn)品中的具體應(yīng)用策略主要分為兩大類。一方面是電子產(chǎn)品硬件設(shè)計應(yīng)用。主要通過軟件的仿真模擬分析功能，來進(jìn)行元器件的性能測試和選用，或者進(jìn)行產(chǎn)品物理外觀結(jié)構(gòu)合理性、穩(wěn)定性的設(shè)計調(diào)試、以及集成電路板的制作。以電路板的制作為例，Proteu軟件在電路板設(shè)計制作中，主要按照幾個步驟進(jìn)行。第一，繪制電路板電子電路圖，生成電子電路圖方案文件，然后將該文件輸入軟件。第二，根據(jù)設(shè)計方案在軟件上設(shè)置仿真實驗的各中參數(shù)，并啟動仿真按鈕，對電路進(jìn)行仿真實驗。第三，分析仿真實驗波形結(jié)果，根據(jù)電路的時域分析結(jié)果，對集成電路設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)集成電路精度要求，反復(fù)迭代這一過程，使得集成電路設(shè)計方案在性能方面趨近于完美。第四，制作電路板實物樣本，運(yùn)用Proteu軟件的3D模擬功能，對實物樣本進(jìn)行最終調(diào)試。

在電子產(chǎn)品軟件的開發(fā)中，主要運(yùn)用Proteu軟件進(jìn)行電子線路的調(diào)試以及程序編程的調(diào)試。該應(yīng)用主要運(yùn)用了Proteu軟件搭載的單片機(jī)編程功能模塊，對單片機(jī)程序進(jìn)行試運(yùn)行調(diào)試，提前修復(fù)一些程序上的邏輯錯誤。