Pspice简明教程

Pspice 教程
Pspice 教程课程内容：
补充说明（1 网表输出）（2 如何下载和使用新元件模型）
1.直流分析
2.交流分析
3.参数分析
4.瞬态分析
5.蒙特卡洛分析
6.温度分析
7.噪声分析
8.傅利叶分析
9.静态直流工作点分析
附录A: 关于Simulation Setting 的简介
附录B：关于测量函数的简介
附录C：关于信号源的简介
使用软件的说明：CADENCE仿真可以在Capture或者HDL界面下，
1Capture 的优点是界面简洁，容易学习，使用广泛。

HDL 的界面比较复杂，而且各种规则约束较多，
2 他们在使用的原理图库不同，Capture的原理图以*.olb的形式存放在
TOOL-capture -library中,而HDL的原理图、封装形式、以及物理信息都集成在share-library下的各自元件中；
3两者的仿真模型库相同，都在TOOL-pspice中。

所以从仿真效果来看，两者没有区别。

4 HDL的好处是当完成原理图仿真后，可以直接输出网表，到APD版图中，供自动布局用。

一．直流分析
直流分析：PSpice 可对大信号非线性电子电路进行直流分析。

它是针对电路中各直流偏压值因某一参数（电源、元件参数等等）改变所作的分析，直流分析也是交流分析时确定小信号线性模型参数和瞬态分析确定初始值所需的分析。

模拟计算后，可以利用Probe 功能绘出Vo-Vi 曲线，或任意输出变量相对任一元件参数的传输特性曲线。

首先我们开启DesignCapture / Capture CIS. 打开如下图所示的界面( Fig.1) 。

( Fig 1) 我们来建立一个新的工程 ( Fig.2)
( Fig.2)
我们来选取一个新建的工程文件! 我们可以看到以下的提示窗口。

(Fig.3)
(Fig.3) 我们可以给这个工程取个名字，因为我们要做Pspice 仿真，所以我们要勾选第一个选项，在标签栏中选中!其它的选项是什么意思呢？
Analog or Mixed A/D 数模混合仿真
PC Board Wizard 系统级原理图设计
Programmable Logic Wizard CPLD 或FPGA 设计
Schematic 原理图设计
接下来我们看到了Pspice 工程窗口，即我们的原理图窗口属性的选择。

(Fig.4)
(Fig.4)
我们在Creat based upon an existing project 下可以看到几个画版工程选项!其中包括：新的空画版，带层次原理图的画版等等。

我们可以来选择一个空的工程画版。

(Fig.5)
(Fig.5) 这就是我们新的工程窗口设计界面。

我们从窗口中可以看到相比Capture / Capture CIS 多了几个新的工具栏。

在工程管理器中，我们先来熟悉一下这些快捷工具栏的作用。

基本的Pspice 的窗口设置可以点击View下面的Grid,toolbar等加入我们常用工具。

下面我们来调用器件的工具窗口器件窗口(Fig.6)
(Fig.6) 我们可以看到有几个选项，双击我们就可以调用这个器件选项! 好让我们来做几个简单的Pspice 直流仿真!
原理图：（双击元件名称或者数值可以直接修改）
我们所用到的器件信息：
大家按照上述原理图放置器件的时候，我们必须要注意到问题有：
1．器件是从哪种库中调用出来的？
在我们调用器件的时候，可以看见界面的上方有一个存放一部分元件的选择栏。

这个选择栏叫design Cache.它用来存放我们最经常使用的一些器件以及我们在这个设计图已经用过的器件，如下图：这是在一个完整设计中包含的Cache.
2．地的选择
地的选择不是在Place part, 而是在Place ground 中出现!点击小图标，选择“0”，注意，一定要选择有0电位的地，否则在仿真会报错。

现在我们来接着做下一步!设置我们的仿真信息：我们点击或者从菜单中
选择Pspice--New Simulation Profile 选项! 将会弹出一个窗口!(Fig.7)
(Fig.7) 我们来给这个Simulation Profile 来明个名! 好做完这一步，会弹出一个窗口! Simulation Setting (Fig.8)，大家观察各个创选项的内容，这里可以设置仿真的类别，确定仿真的精度，设置仿真的源以及参数范围等··这里是这个软件最核心的部分。

(Fig.8) 我们先从Analysis 中开始看：有四个标签窗口：Analysis type( 分析类型); Sweep variable( 扫描变量); Options( 选项设置); Sweep type( 扫描类型)。

对此原理图的仿真设置时，在Analysis type( 分析类型)中我们选取DC Sweep. 在Option 中，我们选取Primary Sweep. 在Sweep variable 中可以看到很我关于选项： Voltage Source 电压源信息Current Source 电流源信息Global parameter 全局参数Model parameter 模型参数Temperature 温度设置.在Sweep type 中有下列变量： (Linear; logarithmic, value line)。

我们可以看看! 在我们这次仿真中，我们选择Linear 就可以!在Star 中添入0v，在End 中添入15v，在Increment 中，添入1v. 然后点击RUN ! 激活Simulator界面，但是这时候并没有波形，因为我们没有选。

我们可以点击Trace 选项从菜单中!(如下图所示)
选择Add Trace ，程序将会弹出一个Add Trace 窗口。

在其中可以看到有两个标签Simulation Output variables 与Functions and Macros 。

(Fig.9)
在这个窗口中，我们可以看到许多的变量，还有需要测量的信息函数!在操作的过程中，我们必须要注意到一点Trace Expression! 比如我们要看最大的的值的时候，先选择Max() 函数，再选择变量的类型。

我们来看看我们的仿真结果是不是领人满意？
仿真结果：(Fig.10)
(Fig.10) 通过波形，
我们可以从原理上分析此波形的正确性！
二．交流分析
交流分析：PSpice 可对小信号线性电子电路进行交流分析，此时半导体器件皆采用其线性模型。

它是针对电路性能因信号频率改变而变动所作的分析，它能够获得电路的幅频响应和相频响应等特性参数。

跟前面一样，我们新建一个工程test two.opj，前面的操作步骤一样。

原理图如下(Fig.11)
(Fig.11)
所用到的器件为：
器件模型模型库
电源V1 VAC/Source
电阻R1 R/Analog_p
电感L1 L/Analog_p
电容C1 C/ Analog_p
地0 0/Source
现在我们来对Simulation Setting 来进行设置!设置如下(Fig.12)
(Fig.12) 这个设置跟我们在DC 中的设置很相似,从窗口中我们可以看到一些最为基本的设置信息! 我们的扫描类型为线性，值从500 至100k, Total 的值为200,Total 的含义就是我们取值的点为200 个.
波形图：(Fig.13) 我们测量显示的函数为I(R1)!
(Fig.13) 如果发现波形不是很好，我们可以修改一下，让显示的效果比较突出. 如何修改仿真波形参数呢？
点击Edit Profile ，就可以回到我们的仿真参数设置参数窗口!我们可以根据自己的需要来重
新来设置仿真参数!然后再来运行一下仿真结果。

做出仿真波形，如何才能够测量出波形的具体的数据信息呢？
我们选择信息框：
我们可以看到后面的工具栏由灰色锁定状态变为可用的状态!同时也会弹出一个小小的数据显示信息框。

从上面我们可以看到具体的信息! 现在我来介绍一下这个具体的小工具栏
通过软件的测量，我们可以求出最大的谐振频率为f=7.0503kHz , 最大电流为i=20mA 我们
可以通过计算验证它的准确性!
三．参数分析
我们在做电路设计的时候可以经常遇到一些问题就是，当确定了使用某个器件但需要频繁地修改它地数值来得到可靠的输出波形，比如R,C, 等等。

我们可以改一次做一次仿真，但这就很麻烦而且很难确定最佳点，这样的时候我们就要用到参数分析了。

参数分析就是针对电路中的某一参数在一定范围内作调整，利用PSpice 分析得到清晰易懂的结果曲线，迅速确定出该参数的最佳值。

事实上，前面所讲的直流分析是随电源值步进，交流分析是随频率值步进也是参数分析。

在做Pspice 仿真的时候，我们该怎样做呢？我们用做交流分析电路的原理图来做一个参数分析!
不过这张电路图我们要做一个小小的修改，如下图所示：(Fig.14)
从图中，我们可以看到多了一个Parameters 的文字，这个就是参数变量可以从Special 库文件中调用。

我们怎么让它做我们的变量符号名呢？
我们点击后，将这个文本文字放到工作平面台上!然后选中这个串文本文字，点击鼠标右键
就选择编辑其属性。

如下图所示：
将会显示出属性窗口，我们现在开始编辑属性窗口信息!
点击New Row
将会弹出一个新的窗口，Add New Row 信息窗口
我们按下图所示添写：
点击Apply 选项，这样我们就为本设计建立了一个变量名为R地参数，回到原理图：将这个变量赋给R1电阻元件 (Fig.14) 注意它地格式加大括号。

接下来Simulation Setting.( 修改如下图所示) 选择Global变量为R,并且规定这个变量地范围：
好了!让我们来看看仿真波形!点击运行按钮! 出现提示窗口
我们可以看到提示出有R 的参数变化信息，点击ok!让我们看看Pspice 为我们做了些什么？是
不是真的有四个波形显示出来!
仿真出来的波形：
如果觉得这个波形不够直观，或者需要观测不同地点地参数范围，可以自己修改XY轴。

四．瞬态分析
瞬态分析：PSpice 可对大信号非线性电子电路进行瞬态分析，也就是求电路的时域响应。

它可在给定激励信号情况下，求电路输出的时间响应、延迟特性；也可在没有任何激励信号的情况下，求振荡波形、振荡周期等。

瞬态分析运用最多，也最复杂，对计算机要求高
我们用一个一阶的RC 电路来进行分析：
首先，我们要来认识一下这个脉冲信号源
现在我们来设置Simulation Setting, 在设置Simulation Setting 中，Analysis Type 选项选Time Domain (Transient ). 设置参数如下图所示!
我们来先分析一下波形的形状。

输入的波形为矩形波，而输出波形为三角波形!而且是个积分电路!为什么？(t=RC=8000*1e-7=80ms, 这样大家可以年看到一个最为关键的问题，整个电路会出现上升的趋势，这样就可以看见了波形应该是来来回回的上升的过程!)其实大家刚刚学会如何设置参数分析方法，可以试着改变R 的参数，改变参数看看波形会变的如何
仿真波形(如下图)：
如果大家修改一下参数，因为时间时钟周期为20ms 所以我们改变一下参数，把阻值改为200 欧，看看电路什么样子？
是不是电路根我们分析的一样!其实这个过程大家可以自己去体会!
软件提供了多种激励信号源供大家使用，具体可以见附录1
五最坏情况分析
由于制造工艺上的问题，我们可能用到的器件参数不像我们在仿真中出现的哪么好!这样就存在着一个误差的问题! 例如，在仿真电路里地电阻为1K,在实际电路中，厚膜电阻总会有5％的误差，如果这个精度对整个电路有关键影响的话，我们如何在仿真中体现出来？
这就是容差分析。

它包括两个内容：蒙特卡洛分析和最坏情况分析。

最坏情况（Worst Case）是指电路中的元件参数在其容差域边界点上取某种组合时所引起的电路性能的最大偏差。

它的输出表现为输出函数可能出现的极端情况。

如果存在最大偏差时都能满足设计要求，那说明是设计是完善的。

对器件容差的介绍：
①DEV 器件容差是指各元器件统一使用的容差，该容差可以相互独立变化。

②LOT 批容差是指各元器件的容差可以同时变化。

在我们的实际应用中，由于大部分器件经过二次挑选，得到一致性比较好的部分，因此，上述两种容差合并为TOL一种。

我们以下图进行最坏情况分析：
在进行容差分析前，我们必须要小注意到一个小小的问题，就是我们的偏置电阻都是没有容差值的!我们必须要手动加入容差值才行! 双击电阻R6, 然后进入属性设置
窗口,在Tolerance 选项中加入该值，如图所示：
现在来设置开始仿真信息如图下所示：
我们要设置输出信息为V(OUT1)，选项设为both DEV and LOT，具体DEV 和LOT 做什么用？我们在做仿真的时候可能会遇到一些器件的容值误差可能相同，可能不相同的情况!这样我们就必须调用LOT( 批量容差)， DEV( 独立器件上的容差值的不同)。

我们来点击More Settings 选项，
Monte Carlo/Worst-Case Output File Options 选项：
当然，有些元件并不是只修改TOL参数那么简单，比如一个变压器，它就会有很多不同参数，这时候就必须编辑它的Pspice模型；打开元件库，可以看到一个叫做BREAKOUT的库，里面有可编辑模型的电阻电容电感二极管三极管变压器等元件选择任何一个放入原理图，右键选择Edit pspice model就可以直接修改元件容差。

例如将R7替换为Rbreak在MODEL中加入DEV和LOT，
我们可以看到它的模型的Pspice 模型器件的语句为：
.model Rbreak RES R=1 现在我们来为它加点内容：
.model Rbreak Res R=1 DEV=10% LOT=5% 然后保存，
让我们来看看仿真的结果如何？
我们可以看到有三条线!分别表示的是，正常的波形输出，含有容值误差分析选项.还有就是最大的误差值输出.
六．蒙特卡洛分析
蒙特卡洛分析：此分析使用统计模拟方法，在给定电路元件参数容差的统
计分布规律的情况下，用一组伪随机数求得元器件参数的随机抽样序列，
估算出电路性能的统计分布规律,他可以帮助我们分析电路可能会出现的
各种情况。

设置方法如图
我们具体的说说一下关于Monte Carlo options 具体含义：
Number of : 代表着测量次数为5 次
Use :采用均匀分布或者高斯分布
m number: 选项为随机函数信息，可以出现的突发情况对电路的影响! Save data: 对数据的保存，全部保存这些信息。

让我们来看看波形：
七．温度分析
图中所有的元件参数和模型参数都设定为其常温下的值（常温默认27℃），在进行基本分析的同时，可以用温度分析指定不同的工作温度。

我们来对温度参数变化进行设置，同样的再进行分析前我们也要设置容差值!我们就采用设好的值! 在设置值之前，让我们来看看这个设置有哪些东西？
Run the simulateion at temperature: 设置温度的信息，以x 温度开始运行电路! Repeat the simulateion for each of the temp: 设置温度变化信息，我们可以手动输入自己想要的各个温度我自己设置的值如下：
让我们来看看仿真波形如何!
我们可以发现温度对波形的影响。

五．傅利叶变换傅里叶分析是在大信号正弦瞬态分析时，对输出的最后一个周期波形进行谐波分析，计算出直流分量、基波和第2～9 次谐波分量以及失真度。

这次分析只是对两个电压做傅利叶分析。

点击Fourier ，出现如下图所示的波形：
我们可以用对数形式来观察波形，在图中选择右键将Scale选项改为Log
六．静态(直流)工作点分析
在电子电路中，确定静态工作点是十分重要。

因为有了它便可决定半导体晶体管等的小信号线形化参数值。

一般作网表输入的时候，我们通常会用到OP 这个命令! 输出的是各节点电压、各个电压源流过的电流和总（消耗）功率。

我们还是用这个原理图来做静态分析：选设置好要测量的量我们勾选的选项，第一个是什么意思呢？对非线性器件与半导体器件做静态点的信息做保存对于小信号直流增益计算。

其它的两个我就不详解，我想大家能够了解到了通过这么长时间的学习! 对于静态分析，我们是看不见波形的，而是要见数据的，波形只是提供一个感性的认识，而不能向数据那样提供给我们很详细的数据说明信息。

这样，我们就必须要学会看outfile 的数据信息，要学会分析!
静态工作点分析数据表(一) 在这个表中，列出所示节点的数据，实际上我们也可以直接看原理
就可以了。

大家看下图：
这些红色的数据就是节点的数据，但要能显示这些数据，我们必须要点击中的V，这样就会显示出信息来!
静态工作点分析数据表(二) 在这里显示的是什么呢？显示的是电压源的信息，
静态工作点分析数据表(三)
一看小标题我想大家都知道这个是分析的什么了，这个分析的是小信号模型参数，在这里我们可以看到输入阻抗，输出阻抗还有电压增益。

好，然后让我们来看看其它的信息是什么含义呢？
** WARNING: THIS AUTOMATICALLY GENERATED FILE MAY BE OVERWRITTEN BY SUBSEQUENT SIMULATIONS 注意：这里提醒一个自动保存文件，可能因为你的仿真参数的改变，重新仿真后，这个信息会更新，所以还是要手动保存一下。

数字电路
数字电路设计：PSpice A/D 可以对模拟和数字混合电路进行分析，可以输出数字（逻辑）信号或者模拟信号。

PSpice 中由于增加了数字电路分析，使其分析功能更加完整，应用更加广泛。

在这里我们做一个简单介绍，希望大家在以后的使用中有更深刻的认识。

我们先来绘制一张图：
它的数学表达式：
Y =•AB +•AB
我们现在怎么来仿真呢？
最麻烦的就是设置信号源的信号时钟
我们将鼠标放在DSTM 处，然后点击鼠标右键!选择其编辑模型(Edit Pspice Model)! 会弹出一个新的窗口：如图
在这个地方，我们要选择我们信号的类型，具体如何大家可以看一目了然，不过大家要注意一
下就是名字最好取一个比较便于记忆的!在此我们选择Clock 。

点击后出现一个新的窗口，如下图所示：
如图这是一个时钟属性设置窗口，我们根据频率(Frequency and duty cycle)
的要求来设置我们的时间!有时我们也可以设置一下按照时间，选择(Period and on time) 就可以了!第一个是工作频率(Frequency)，第二个就是占空比(Duty Cycle) ,第三个就是初始值(Initial value)，第四个就是时间延时(Time delay) 。

设置好后，点OK! DSTM2 的设置过程如上所示，不过时间频率要改一下，改为4Mhz 最好!
设置完毕了，然后来设置一下Stimulation Setting 的设置文件。

如下图所示：
点击后我们可以看看波形如何，我们也可以分析一下具体的内容，看看是不是真的这样! 波形图如下：
现在我们大家来看看这个数字仿真出来的outfile 文件的内容是什么？
附录A： Simulation Seetings
对Simulation Setting的介绍
这个General 菜单选项： Simulation: 仿真信息的配置名称Input：
|-------Poject Name 工程文件路径和名称|-------Schematic filename 文件名Schematic 原理图
Output
Output 输出文件信息
Waveform data 波形信息
Notes: 诠释
Analysis 就不细讲，因为在后面的课程中会仔细的谈到如何应用!
下一个Configuration File
这里有个很重要的应用：选择Library 在Configured中有一个nom.lib的文件，这个文件是用来索引Capture 所使用的所有仿真模型（pspice model）。

当我们从网上下载新的器件时，通常会有两个文件，*.lib 和*.olb, 我们使用文本来观察.lib文件，会发现它就是仿真模型的表达式，因此我们在使用新器件进行仿真使，必须将这个文件加入Configure中。

加入方法是用Browse选择文件然后选ADD as design。

*.olb是原理图符号文件，在使用新器件绘制原理图时，在Place part中Add library选择文件就可以了。

Options
这个地方就是我们对我们的仿真做设置的的信息地方，从Category 中我们可以看出来，其实对不同器件的仿真，我们可能有不同的要求。

Data Collection
Data Collection 简单的说就是数据采集，这里面包括的信息有电压，电流，电源，数字信号，
噪声。

Common Simulation Data Format (CSDF)
Probe Window
这个选项我们一直没有涉及过!其实要我们仿真的时候可能已经看到有个工具栏选项在Capture 中! 这个工具栏的作用是什么呢!我们不必总是在波形显示时调用函数，只要在电路中加入测试笔就可以直接仿真出波形!这个东东挺好用的!我必较喜欢!上面图所示的那个窗口就是我们来设置Probe，即测试笔信息的!这个参数
附录B
附录C：关于信号源的简介
做瞬态分析的时候我们要用到5 种基本信号源!
现在我们来仔细的瞧睢它们是个什么样子？
一．VPULSE 与IPULSE 的参数和简介
VPULSE , IPULSE
VPULSE 与IPULSE 的参数的设置
V1=0,V2=1V,TD=0S,TF=0S,TR=0S,PW=5us,PER=10us
仿真出来的波形：
这里出来的并不是理想状态的方波，而是有上升下降沿的波形，这里软件自动考虑了现实中存在的因素，
二．VSIN 与ISIN 的参数和简介VSIN (sinusoidal waveform) ISIN
Vsin 与Isin 参数设置选项：
设定参数如下：
Voff=1,vampl=9,frep=1meg,td=1u,df=0.4meg,phase=0
波形如下：
如果Voff=0,TD=0,DF=0 就是我们通常所见到的正弦源。

三．指数源VEXP(Exponential Waveform) 或IEXP 指数源VEXP(Exponential Waveform) IEXP 元件图形：
指数源VEXP 或IEXP 的参数的设置
参数含义单位
V1 或I1 初始值V 或A
V2 或I2 脉动值V 或A
TD1 上升延迟时间S
TC1 上升时间常数S
TD2 下降延迟时间S
TC2 下降时间常数S
如果我们设定参数如下所示：
V1=2,v2=10,td1=1m,tc1=0.3m,td=5m,tc=0.5m
可得到如下波形：
四．分段线性源(VPWL(Piece-WuseLinear) 或IPWL VPWL 元件图形IPWL 元件图形
经坐标方式输入波形，每对值(T1，V1 或I1) 确定了时间t=T1 时分段线形波的值中间值用线形插值方法来确定。

有了它，事实上就等于对各种信号波形皆可以描述---线段逼近曲线。

例如设定的参数如下t1=0,v1=1,t2=10,v2=2,t3=15,v3=2,t4=20,v4=4,t5=25,v5=0 可得到如下图所示的波形：
有了分段线性源，就可以对各种信号波形都可以进行描述------用直线段逼近曲线
五．周期性折线源VPWL_ENH 或IPWL_ENH VPWL_ENH 图形IPWL_ENH 图形
周期性折线源其实更像是上面的一个周期化的描述周期性折线源参数的设置例如设定参数如下：TSF=1s,VSF=5v, 坐标对为(0, -1) (1, 1) (2, -1), REPEAT_VALUE=3, 可得如图所示的波形
参数含义单位
TSF 时间基准值S
VSF 或ISF 电压或电流基准值V 或A
FIRST_nPAIRS 转折点的坐标对无
SECOND_nPAIRS 转折点的坐标对无
THIRD_nPAIRS 转折点的坐标对无
REPEAT_VALUE 重复次数次数
六．单频调频源VSFFM(Singl-Frequency Frequency-Modulated) 或ISFFM VSFFM 图形ISFFM 图形
VSFFM 或ISFFM 参数设置表
计算公式：
VALUE=V
off +V
ampl
• sin(2p •fc • TIME+ mod • sin(2p •fm • TIME)) 例如设定的参数如下：voff=0.5,vampl=4,fc=1.5k,mod=5,fm=300 可得出如下图所示的
波形：。