竇曉明

（鄭州辰維科技股份有限公司，河南 鄭州 450001）

0 引 言

PSPICE仿真軟件是由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)小組在1972年利用FORTRAN語(yǔ)言開發(fā)而成，不僅可以實(shí)現(xiàn)電子電路仿真，而且還可以實(shí)現(xiàn)波形與數(shù)據(jù)輸出、溫度與噪聲分析、自主建立元器件/庫(kù)等。除此之外，其具有簡(jiǎn)單易學(xué)、操作簡(jiǎn)便、實(shí)用性強(qiáng)、仿真效果好以及集成度高等特點(diǎn)[1]。

1 PSPICE仿真軟件簡(jiǎn)介

PSPICE仿真軟件是一款通用電路模擬分析軟件，能夠模擬和分析各類條件下的電路特性，其中包含Schematics、PSpice、Probe、Stmed（Simulus Editor）、Parts以及PSpice Optimizer模塊，具有電路圖繪制、模擬仿真以及圖形后期處理等功能，可以高效準(zhǔn)確地分析直流靈敏度、交流靈敏度、零極點(diǎn)以及交流小信號(hào)等。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，PSPICE仿真軟件也在不斷更新升級(jí)，目前市面上最新版本的PSPICE仿真軟件就是Cadence公司的OrCAD/Pspice。應(yīng)用PSPICE仿真軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的工作流程為：建立電路設(shè)計(jì)項(xiàng)目→生成電路圖→電路特性分析→設(shè)置分析參數(shù)→PSPICE A/D程序→分析并顯示模擬結(jié)果→調(diào)整及優(yōu)化電路設(shè)計(jì)→輸出電路設(shè)計(jì)最終結(jié)果[2,3]。應(yīng)用PSPICE仿真軟件可以分析的電路特性種類如表1所示。

表1 PSPICE電路特性分析種類

2 PSPICE仿真軟件的特點(diǎn)分析

2.1 簡(jiǎn)單方便

應(yīng)用PSPICE對(duì)電路進(jìn)行模擬仿真時(shí)，均通過(guò)圖形界面進(jìn)行操作與展示，既簡(jiǎn)單又直觀。PSPICE軟件可以對(duì)電路進(jìn)行自動(dòng)檢查，也能夠?qū)斎氲南嚓P(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化分析與計(jì)算，并快速制圖、出圖。此外，最新版的PSPICE軟件采用了更加高效的菜單式結(jié)構(gòu)，便于人們學(xué)習(xí)和操作，操作人員通過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤即可完成復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)工作，大大節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間[4]。

2.2 實(shí)用性強(qiáng)

相對(duì)Quartus Ⅱ、Cadence等仿真軟件來(lái)說(shuō)，PSPICE軟件中擁有大量國(guó)際著名電子開發(fā)公司提供的元件模型，為電路模擬仿真奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。同時(shí)，PSPICE軟件中豐富的模型也使得電路設(shè)計(jì)工作更加簡(jiǎn)單。通過(guò)修改某些數(shù)據(jù)，PSPICE軟件便能快速響應(yīng)并生成相應(yīng)的仿真模型，具有良好的實(shí)用性[5]。

2.3 集成度高

PSPICE軟件中集成了很多的計(jì)算工具，不僅能夠進(jìn)行加、減、乘、除等基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)計(jì)算，而且還能進(jìn)行正弦、余弦等復(fù)雜的函數(shù)計(jì)算。除此之外，PSPICE軟件中的各項(xiàng)功能也是高度集成化，設(shè)計(jì)人員在對(duì)話框中可以根據(jù)需要完成坐標(biāo)修改、窗口添加、保存以及打印等一系列操作，非常方便、快捷[6]。

3 PSPICE仿真軟件在電路設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用

某電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，使用PSPICE仿真軟件對(duì)電路設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了模擬仿真分析，基本設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 電路設(shè)計(jì)仿真的基本流程

3.1 電路圖模擬仿真

在PSPICE軟件的電路輸入模塊（Schematics）中輸入相關(guān)數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)生成該多諧波振蕩器的電路仿真圖，具體電路拓?fù)溥B接關(guān)系及元件參數(shù)如圖2所示。其中，多諧振蕩器由555定時(shí)器構(gòu)成，3腳為555定時(shí)器的輸出端（OUT）。

圖2 電路仿真示例

3.2 直流工作點(diǎn)分析

使用PSPICE軟件對(duì)電路直流工作點(diǎn)進(jìn)行分析，在菜單欄內(nèi)點(diǎn)擊打開“Analusis—Setup—Bias Point Detail”對(duì)話框，然后再點(diǎn)擊打開“Analusis—Run Probe”或“Analusis—Simulation”便能對(duì)直流工作點(diǎn)的電壓、總功耗及半導(dǎo)體元件的小信號(hào)參數(shù)等進(jìn)行分析，并將分析結(jié)果自動(dòng)保存到輸出文件中，以便查看和使用[7,8]。

3.3 瞬態(tài)特性分析及傅里葉分析

根據(jù)實(shí)際需要在PSPICE軟件設(shè)置瞬態(tài)特性分析和傅里葉分析的參數(shù)，如圖3所示。

圖3 參數(shù)設(shè)置示例

3.3.1 瞬態(tài)特性分析

瞬態(tài)特性分析（Transient Analysis，TRAN）的結(jié)果會(huì)自動(dòng)保存成擴(kuò)展名為DAT的數(shù)據(jù)文件，并且可以通過(guò)Probe模塊直觀地顯示出分析結(jié)果的信號(hào)波形[9]。以O(shè)UT端為例，使用Probe模塊對(duì)其信號(hào)波形進(jìn)行分析并自動(dòng)生成信號(hào)波形圖，如圖4所示。起始輸出時(shí)間默認(rèn)為0、終止時(shí)間默認(rèn)為5 ms，分析時(shí)間步長(zhǎng)為50 μs。

圖4 OUT端的信號(hào)波形

3.3.2 傅里葉分析

在完成瞬態(tài)分析后，利用傅里葉分析模塊計(jì)算和分析瞬態(tài)分析結(jié)果波形的直流、諧波分量等參數(shù)[10]?；谏鲜鯫UT端瞬態(tài)分析結(jié)果進(jìn)行傅里葉分析，即在傅里葉分析模塊中利用“Center”設(shè)置并確定基波頻率、利用“Number of harmonics”計(jì)算諧波次數(shù)、利用“Output”輸出變量。第1個(gè)尖峰為輸出信號(hào)頻率，數(shù)值為4 kHz；第2個(gè)尖峰為二次諧波分量，數(shù)值為8 kHz；第3個(gè)尖峰為三次諧波分量，數(shù)值為12 kHz。

經(jīng)過(guò)對(duì)比，所有頻率顯示數(shù)值與實(shí)際相符。

4 結(jié) 論

PSPICE仿真軟件在電子電路設(shè)計(jì)中有著很大的應(yīng)用價(jià)值，相關(guān)單位及設(shè)計(jì)人員需深化對(duì)PSPICE仿真軟件的研究，進(jìn)一步挖掘仿真技術(shù)的價(jià)值，提高電子電路設(shè)計(jì)的技術(shù)水平。通過(guò)優(yōu)化電路設(shè)計(jì)過(guò)程，保障電子電路設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性、功能性以及適用性，進(jìn)而推出更多優(yōu)質(zhì)的電子產(chǎn)品，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供強(qiáng)大推力。