Protel DXP 的电路仿真设计

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随着计算机技术的迅速发展,各种电子自动化设计( EDA) 软件层出不穷。在设计过程中利用这些仿真工具构建电路、修改元器件参数、实现对具体电路随时随地进行实验仿真和功能验证,极大地方便了电子工程师的设计工作。这些仿真软件中影响较大的有microSim 公司的Pspice 以及Interactive Image Technologies 公司的Electronics Workbench ,它们都是专用电路仿真软件。但电路仿真是电子电路设计中的一个重要环节,许多EDA 软件都内嵌了电路仿真测试功能。protel DXP 就是一种将所有设计工具集成于一身的EDA 设计系统。
1 　Protel DXP 电路仿真概述
    基于最新的Spice 3f5 模拟模型和XSPICE Simcode 数字模型仿真内核, Protel DXP 内嵌一个功能强大的A/D 混合信号仿真器,设计人员在进行原理图设计输入后,即可正确地仿真模拟和数字器件而无需通过A/D 转换或D/A 转换将其转换到其他模块中进行。它可以对当前所画的原理图进行仿真,在整个设计周期都可以查看和分析电路的性能指标,及时发现设计中所存在的问题并加以改正。设计者能够准确地分析电路的工作状况,从而提高电路的设计工作效率、缩短开发周期、降低生成成本。
' K( L7 z, V. ]" ^9 }) s/ w2 　Protel DXP 电路仿真设计的一般步骤
0 q8 n: q7 u$ _  y  v- X  V    电路仿真是指在计算机上通过软件来模拟具体电路的实际工作过程,并计算出在给定条件下电路中各节点(包括中间节点和输出节点) 的输出波形。电路仿真是否成功,取决于电路原理图、元件模型的仿真属性、电路的网表结构以及仿真设置等。
5 v) k4 R) d! R, I/ x
a ) 原理图设计: 首先, 新建一个原理图文件*.schdoc ,打开编辑环境,与普通原理图大致相同;然后,打开Libraries ,加载必要的元器件库,添加元器件并设置参数,这里所有的元器件都必须具有Simulation 仿真属性,否则仿真时将出现错误信息,在DXP中假定所有元器件都是理想元器件;最后,用导线进行电气连接或网络标号,对整个电路进行编译ERC 校验,确保整个电路没有错误。
b) 设置仿真环境: 执行菜单命令,打开Analysessetup 对话框,设置仿真方式并指定要显示的数据,DXP 提供10 种分析仿真方式,包括直流工作点、直流扫描、交流小信号、瞬态过程、Fourier 、噪声、传输函数、温度扫描、参数扫描以及蒙特卡罗分析等。
1 C7 U# A) n6 g: y5 W& a1 Uc) 仿真:设置仿真环境后单击OK 按钮,系统进行电路仿真,生成一*.sdf 文件,同时打开窗口显示分析结果。
d) 分析结果:观察电路仿真结果,分析仿真波形是否符合电路设计要求,如果不符合,则重新调整电路参数进行仿真,直到满意为止。
3 　实例仿真分析

# i0 _1 L: l& \( M5 Q( R1 `! ^  o    分析分两步进行:首先进行直流分析(静态分析) ,求出晶体管各极的静态工作点电压和电流IB、IC、IE、VB、VC、VE 等,使晶体管大致处于放大区中心处;然后进行交流分析(动态分析) ,即在输入信号作用下求出静态工作点上叠加的各极信号电压和电流,计算放大器的性能指标,其中最基本的是电压放大倍数Au(电压增益) 、输入电阻和输出电阻等,这里主要介绍Au 。在各种电子设备中,放大器是必不可少的组成部分。
# K: I5 c  ?3 m( d& q0 w, g3.1 　工程近似估算
. U- k5 q) h! Z1 c1) 静态分析
因β= 128 ,则有:

/ p' m. e& D1 f5 R$ h$ {5 [2) 动态分析
6 X. [8 O5 n0 b- m  e) w
6 s- E- q, M5 Z- P2 H1 Q0 ~(相位差为180°)

3.2 　Protel DXP 仿真分析
3 J/ `: b& A* s    按图2 电路编辑仿真原理图,添加适当的元器件(必须具有仿真属性) ,设置仿真参数,执行Design/Simulation/ Mixed Sim 菜单命令,设置仿真环境。
1) 静态分析
    在Analysis/ option 栏中选择Operating Point Analysis (工作点分析) 仿真方式,Active Signals 中选择b、c、e、q[ib]、q[ic]、q[ie]为激励信号,单击OK 按钮

& h% N. e+ H! f& n& Z7 P3 U2) 动态分析
. t5 v0 z" C3 M! h3 ^5 ?" p: i5 P" ]    执行同样菜单命令,在对话框中选择Transient/Fourier Analysis (瞬态分析) 仿真方式,设置相应仿真参数,选择in、out 为激励信号,单击OK 按钮
: c7 |1 h: w* y  B& m# [9 O- T, z
- Z/ V  }6 V6 J* A; y. {- s* c  D    添加测量坐标显示测量数据:输入交流信号幅度为10 mV ,输出交流信号幅度为0.77 V ,所以电压放大倍数为77 ,且输入和输出信号波形之间相位相反。分析图3 和图4 仿真结果,与工程近似估算值大致相近,仿真正确。

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随着计算机技术的迅速发展,各种电子自动化设计( EDA) 软件层出不穷。在设计过程中利用这些仿真工具构建电路、修改元器件参数、实现对具体电路随时随地进行实验仿真和功能验证,极大地方便了电子工程师的设计工作。这些仿真软件中影响较大的有microSim 公司的Pspice 以及Interactive Image Technologies 公司的Electronics Workbench ,它们都是专用电路仿真软件。但电路仿真是电子电路设计中的一个重要环节,许多EDA 软件都内嵌了电路仿真测试功能。protel DXP 就是一种将所有设计工具集成于一身的EDA 设计系统。- p; }' |7 S0 u% \1 h! d( O
1 　Protel DXP 电路仿真概述7 _: u/ @- `3 i
2 b! z8 ^  X; E' @8 e    基于最新的Spice 3f5 模拟模型和XSPICE Simcode 数字模型仿真内核, Protel DXP 内嵌一个功能强大的A/D 混合信号仿真器,设计人员在进行原理图设计输入后,即可正确地仿真模拟和数字器件而无需通过A/D 转换或D/A 转换将其转换到其他模块中进行。它可以对当前所画的原理图进行仿真,在整个设计周期都可以查看和分析电路的性能指标,及时发现设计中所存在的问题并加以改正。设计者能够准确地分析电路的工作状况,从而提高电路的设计工作效率、缩短开发周期、降低生成成本。
) u8 o- t. h- z5 f9 X8 `2 　Protel DXP 电路仿真设计的一般步骤
! I8 W9 k: `& b3 v    电路仿真是指在计算机上通过软件来模拟具体电路的实际工作过程,并计算出在给定条件下电路中各节点(包括中间节点和输出节点) 的输出波形。电路仿真是否成功,取决于电路原理图、元件模型的仿真属性、电路的网表结构以及仿真设置等。

a ) 原理图设计: 首先, 新建一个原理图文件*.schdoc ,打开编辑环境,与普通原理图大致相同;然后,打开Libraries ,加载必要的元器件库,添加元器件并设置参数,这里所有的元器件都必须具有Simulation 仿真属性,否则仿真时将出现错误信息,在DXP中假定所有元器件都是理想元器件;最后,用导线进行电气连接或网络标号,对整个电路进行编译ERC 校验,确保整个电路没有错误。8 ]) n5 F% @6 H  g! [9 n
1 q5 X& d4 D4 Q5 _) l" ab) 设置仿真环境: 执行菜单命令,打开Analysessetup 对话框,设置仿真方式并指定要显示的数据,DXP 提供10 种分析仿真方式,包括直流工作点、直流扫描、交流小信号、瞬态过程、Fourier 、噪声、传输函数、温度扫描、参数扫描以及蒙特卡罗分析等。. o& `  v  E7 F9 ]7 F; t
c) 仿真:设置仿真环境后单击OK 按钮,系统进行电路仿真,生成一*.sdf 文件,同时打开窗口显示分析结果。
d) 分析结果:观察电路仿真结果,分析仿真波形是否符合电路设计要求,如果不符合,则重新调整电路参数进行仿真,直到满意为止。( [. ^+ U2 [0 F& \5 J
3 　实例仿真分析
/ b) @+ h7 n7 P2 Y7 |! A$ ]: ~4 L2 e8 H& _" v; c0 a: o
    分析分两步进行:首先进行直流分析(静态分析) ,求出晶体管各极的静态工作点电压和电流IB、IC、IE、VB、VC、VE 等,使晶体管大致处于放大区中心处;然后进行交流分析(动态分析) ,即在输入信号作用下求出静态工作点上叠加的各极信号电压和电流,计算放大器的性能指标,其中最基本的是电压放大倍数Au(电压增益) 、输入电阻和输出电阻等,这里主要介绍Au 。在各种电子设备中,放大器是必不可少的组成部分。
3.1 　工程近似估算8 d' `( |5 _8 g. c1 n$ G. M6 ~8 Q
& y* L% i& z8 E1) 静态分析
4 _0 N- Q& n$ L* ?% D' |因β= 128 ,则有:1 B$ `$ d) {$ |# m  s( k
% J# d- }. Q1 K$ q9 E& l7 w# r( F0 c  w! k% z9 W
$ k5 o" @# ^" ?1 n" b/ I  U5 a( k2) 动态分析

(相位差为180°)
( K7 L* x9 X( t' O+ I& @5 F
3.2 　Protel DXP 仿真分析2 l, i" y, U; H) r- E2 ?& A
    按图2 电路编辑仿真原理图,添加适当的元器件(必须具有仿真属性) ,设置仿真参数,执行Design/Simulation/ Mixed Sim 菜单命令,设置仿真环境。, H* F3 v8 G" L1 O0 D
1) 静态分析: F" w) I( D* |% o" T: x
  h9 f; c4 y: o# @    在Analysis/ option 栏中选择Operating Point Analysis (工作点分析) 仿真方式,Active Signals 中选择b、c、e、q[ib]、q[ic]、q[ie]为激励信号,单击OK 按钮
) N7 H9 ~7 K5 e8 p
" A, m1 J" O$ Q2) 动态分析  r0 Q; Q# [$ F
3 |, X" n- h" y: F    执行同样菜单命令,在对话框中选择Transient/Fourier Analysis (瞬态分析) 仿真方式,设置相应仿真参数,选择in、out 为激励信号,单击OK 按钮

    添加测量坐标显示测量数据:输入交流信号幅度为10 mV ,输出交流信号幅度为0.77 V ,所以电压放大倍数为77 ,且输入和输出信号波形之间相位相反。分析图3 和图4 仿真结果,与工程近似估算值大致相近,仿真正确。

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随着计算机技术的迅速发展,各种电子自动化设计( EDA) 软件层出不穷

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设计者能够准确地分析电路的工作状况,从而提高电路的设计工作效率、缩短开发周期、降低生成成本
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电路仿真是指在计算机上通过软件来模拟具体电路的实际工作过程,并计算出在给定条件下电路中各节点(包括中间节点和输出节点) 的输出波形