使用指南LTspice

LTspice使用指南
梁竹关
云南大学信息学院电子工程系，
1 前言
1．1 电路仿真分析软件简介
电路仿真（simulation）分析软件很多，有用于模拟电路的、有用于数字电路的、有既可以用于数字电路也可以用于模拟电路的，而且在这些软件中，有的功能非常强大，用户使用起来很方便、并且容易入手，而有些就要逊色多了，在这里就不一一列举那些软件以及它们的功能，用户可以根据实际情况选择适合的。

当然商用的电路仿真软件往往功能强大，但价格也非常之昂贵，而用于学习的免费软件功能就弱多了。

LTspice是集成电路仿真分析软件其中之一，它是一个可视化的图形输入电路仿真软件，在windows操作系统下运行。

下面就主要介绍LTspice的功能、特点和使用方法。

Linear Technology公司是一家大型的美国电子元器件制造商，它生产各种各样电子元器件，有模拟电路元器件、有数字电路元器件等等。

1．2 电路仿真软件做什么？
电路仿真软件主要用于分析电路的功能和性能。

当我们仿真分析电路时，首先必须明确你要仿真分析的电路是模拟电路还是数字电路，这是因为模拟电路和数字电路需要分析的功能和性能有所不同。

1．3 电路仿真软件通用使用步骤
不同的电路仿真软件使用方法和技巧会有所不同，但它们还是有一些相通之处。

相通之处就在于如下，当用仿真分析软件分析电路时，首先需要输入电路，一般会有文本输入和图形输入两种方式；然后设置仿真类型，最后调用仿真控制命令进行仿真分析，得到的结果可能以数字形式表示出来，也可能以图表形式表示出来。

2 安装仿真软件
图2.1 软件下载地址
网址提供了许多电路仿真软件和集成电路版图设计软件，如Cadence、LASI等，有些软件要正式使用它们，你还需要购买它们的License。

在该网站你会发现有免费电路仿真软件LTspice，如图2.1所示，点击它。

然后根据提示进行下载和安装。

（注：如果不想去上网下载，你可以在我给的Softwares for IC desigh中找到）
3 电路输入
无论电路是简单还是复杂，其输入过程和方法是相同的。

下面就以一个CMOS反相器电路为例，说明LTspice软件的电路原理图输入过程和方法。

3．1 打开电路原理图输入界面
当你安装电路仿真软件LTspice成功后，计算机桌面上会LTspice的快捷图标，双击该图标，打开一个对话界面，如图3.1所示。

图3.1 LTspice打开的界面
在图3.1所示的界面单击File，出现如图3.2所示的对话框，从中选择New Schematic
并单击，这将得到电路原理图输入界面，如图3.3所示。

图3.2 找到New Schematic
图3.3 电路原理图输入界面
3．2 输入电路原理图
（1）电子元器件
当鼠标指到像个与门的图形，如图3.4所示，点它时就可以找到各种电路元器件库。

图3.4 准备添加元器件
在该元器件库中，有各种各样元件、器件，主要还是Linear Technology公司自己制造的元器件，在库里还有电阻、电容、电感、二极管、BJT晶体管、FET晶体管，各种电源（包
括独立电源和受控电源）等。

点击与门图形后，得到如图3.5所示的元器件库。

图3.5 LTspice的元器件库
（2）布局
在这里要输入CMOS反相器晶体管电路，它由一只PMOS和一只NMOS构成。

我们知道，MOS晶体管应该是四端器件。

但是，如果MOS晶体管的衬底和源极相连时，它就可以被看成三端器件。

为了电路需要，在元器件中选择衬底没有和源极相连的MOS晶体管。

在LTspice元器件库中的pmos4和nmos4表示衬底没有和源极相连接。

在LTspice元器件库中找到pmos4，双击它，然后在电路输入界面点击一下，如图3.6所示。

(a) 找到pmos4
(b) 安放pmos4
图3.5 布置PMOS管
布置nmos4的过程和方法和pmos4的完全一样。

元件布置好以后，还需要给元件设置工艺参数。

MOS晶体管的最主要工艺参数是尺寸L和W。

把鼠标置于布置好的元件上，然后点击鼠标右键，得到如图3.7所示的对话框。

图3.7 设置MOS晶体管的工艺参数
在电路输入界面布置NMOS管的过程和PMOS晶体管的完全相同，如图3.8所示。

图3.8 布置NMOS晶体管
（2）布线
和PCB电路一样，当电路元器件布局好后，还要对它们进行布线，也就是实现互连，使信号能够在电路中正常运行。

在电路输入界面中的EDIT下拉菜单中找到Draw Wire，如图3.8所示，选中它，就可以实现对电路布线，CMOS反相器的布局布线结果如图3.9所示。

（a）准备布线
（b）布线结果
图3.9 布线
3．3 封装电路
电路设计采用层次化的方式，为了上层电路的调用，往往把底层的电路做好后进行封装，其实进行封装不仅有利于上层电路调用，还有利于测试。

对底层电路进行封装的过程如下：在电路原理图输入界面File的下拉菜单中找到New Symbol，点击它，就得到一个新的画图界面，如图3.10所示。

（a）New Symbol
（b）封装界面
3.10 封装电路
利用封装界面中的draw下拉菜单中的选项就可以画出CMOS反相器的电路符号，如图3.11所示。

图3.11 反相器电路符号
在图3.11中的Pin添加方法是这样的，从该界面的Edit下拉菜单中找到Add Pin/Port，点击它，就可以在图中增加Pin，如图3.12所示。

需要注意的是Symbol中的Pin的名称得和被封装的电路中的一样。

图3.12 添加Pin
4、运行仿真
4．1 仿真类型
模拟电路和数字电路仿真分析的功能和性能指标是不一样的，在仿真进行之前，首先要明确做什么样的仿真分析，才好设置仿真条件。

（1）模拟电路仿真分析类型
对于模拟电路，输入正弦波信号进行分析，仿真分析类型主要有静态工作点分析、小信号模型分析、噪声分析等。

（2）数字电路仿真分析类型
对于数字电路，输入脉冲波形进行仿真分析，仿真分析类型主要有时序分析（采用瞬态分析控制）。

4．2 接入信号源
电路做好后，在电路输入端加激励信号源，才能观察到电路的反应如何。

接入信号源的步骤如下：第一步，在元器件库中找到独立电压源Vantage；第二步，双击Vantage，让它进入画图界面；第三步，拖动Vantage图标，移到电路输入端；第四步，右击Vantage图标，对它进行设置。

以上步骤如图4.1所示。

（a）元器件库中的独立电压源
（b）添加信号源
（c）设置信号源
图4.1 信号源
4．3 仿真设置
在运行仿真命令之前，首先必须设置仿真类型。

在电路原理图输入窗口中，找到Simulate 选项，单击它，选中Edit Simulation Cmd，得到如图4.2所示的对话窗。

Transient表示瞬态分析，AC Analysis进行小信号分析，DC Sweep可以做直流分析。

图4.2 Edit Simulation Cmd
下面对CMOS反相器运行Transient仿真，进行功能和时序分析。

在Edit Simulation Cmd
选中Transient，然后在出现的对话框中进行设置，如图4.3（a）所示。

Transient仿真设置后得到的结果如图4.4（b）所示。

（a）Transient对话框
（b）Transient设置结果
图4.3 Transient仿真设置
4．4 运行仿真
当设置好需要运行的仿真类型以后，点击Simulate中的Run，如图4.2所示，就可以仿真了。

图4.5 运行仿真
4．4 仿真结果
运行Run命令后，将会增加一个新窗口，如图4.6所示。

仿真运行结果将在个窗口显示出来。

图4.5 增加一个新窗口
只要把鼠标放在电路中，将在新窗口显示电压波形和电流波形，如图4.6所示。

图4.5 输出波形。