各种电路仿真软件的分析与比较

一．当今流行的电路仿真软件及其特性

电路仿真属于电子设计自动化（EDA）的组成部分。一般把电路仿真分为三个层次：物理级、电路级和系统级。教学中重点运用的为电路级仿真。

电路级仿真分析由元器件构成的电路性能，包括数字电路的逻辑仿真和模拟电路的交直流分析、瞬态分析等。电路级仿真必须有元器件模型库的支持，仿真信号和波形输出代替了实际电路调试中的信号源和示波器。电路仿真主要是检验设计方案在功能方面的正确性。电路仿真技术使设计人员在实际电子系统产生之前，就有可能全面地了解电路的各种特性。目前比较流行的电路仿真软件大体上说有：ORCAD、Protel、Multisim、TINA、ICAP/4、Circuitmaker、Micro-CAP 和Edison等一系列仿真软件。

电路仿真软件的基本特点：

●仿真项目的数量和性能：

仿真项目的多少是电路仿真软件的主要指标。各种电路仿真软件都有的基本功能是：静态工作点分析、瞬态分析、直流扫描和交流小信号分析等4项；可能有的分析是：傅里叶分析、参数分析、温度分析、蒙特卡罗分析、噪声分析、传输函数、直流和交流灵敏度分析、失真度分析、极点和零点分析等。仿真软件如SIMextrix只有6项仿真功能，而Tina6.0有20项，Protel、ORCAD、P-CAD等软件的仿真功能在10项左右。专业化的电路仿真软件有更多的仿真功能。对电子设计和教学的各种需求考虑的比较周到。例如TINA的符号分析、Pspice和ICAP/4的元件参数变量和最优化分析、Multisim的网络分析、CircuitMaker的错误设置等都是比较有特色的功能。

Pspice语言擅长于分析模拟电路，对数字电路的处理不是很有效。对于纯数字电路的分析和仿真，最好采用基于VHDL等硬件描述语言的仿真软件，例如，Altera公司的可编程逻辑器件开发软件MAX+plusII等。

●仿真元器件的数量和精度：

元件库中仿真元件的数量和精度决定了仿真的适用性和精确度。电路仿真软件的元件库有数千个到1--2万个不等的仿真元件，但软件内含的元件模型总是落后于实际元器件的生产与应用。因此，除了软件本身的器件库之外，器件制造商的网站是元器件模型的重要来源。大量的网络信息也能提供有用的仿真模型。设计者如果对仿真元件模型有比较深入的研究，可根据最新器件的外部特性参数自定义元件模型，构建自己的元件库。对于教学工作者来说，软件内的元件模型库，基本上可以满足常规教学需要，主要问题在于国产元器件与国外元器件的替代，并建立教学中常用的国产元器件库。

电路仿真软件的元件分类方式有两种：按元器件类型如电源、二极管、74系列等分成若干个大类；或按元器件制造商分类，大多数仿真软件有电路图形符号的预览，便于选取使用。

各电路仿真软件对元件的PSPICE模型都作了简化。如PSPICE 的电阻模型有一阶、二阶和指数等3个温度系数。多数软件只定义了前两个温度系数，只有TINA定义了电阻的3个温度系数，而Protel的电阻没有定义温度系数；又比如双极型晶体管有40个PSPICE模型参数，Multisim规定了全部的参数、TINA也有32个，Protel只有22个。对仿真精度要求比较高的设计要采用高精度的元件模型，或根据实际元件修正参数模型。

●数据显示和处理能力：

运行仿真后会得到大量的数据。仿真数据的显示方式有列表和图线两种。如计算静态工作点后，Protel将节点电压、支路电流、元件消耗能量和电源端等效电阻等数据以列表显示；Pspice和Micro-CAP可将电压、电流和功率标识在电路图中。瞬态分析、直流扫描、交流小信号分析一般以图示显示结果。图线可以被打印或保存为特定格式的文件；部分软件可将波形保存为通用的PEL（以时间-电学量数对组表示的）格式文件，或导出到Excel中。也可以复制图线，把它粘贴到Windows的“画图”中，处理后保存为图片文件；或直接把图线粘贴到Word、PowerPoint、Autherware等软件的文档中。

各电路仿真软件对波形图线的处理能力不同。但一般都有如下数据处理功能：

1.波形测量：显示为不同类型的坐标刻度（线性、对数、幅度、分贝等）,测出图线的有效值、方均根值、峰峰值、平均值、最大值、最小值、周期等。

2.图线计算：对图线进行加、减、乘、除、微分、积分等运算，或将图线变量作为数学函数的自变量，得到新的数学变量。

3.修饰图线：使图线更美观、更容易被理解。可更改图线的粗细、颜色、式样和标记；添加测量数据点标志和数据标签；改变图线的背景色、坐标的式样和颜色等。有些软件允许在图线画面中输入说明性的文字，甚至可以是中文文本。

●虚拟仪器和教育功能：

形象化的虚拟仪器是电路仿真软件的一个特色。最典型的例子是Multisim，该软件的虚拟仪器无论界面的外观还是内在的功能，都达到了同类软件的最高水平。其它设置有虚拟仪器的软件还有TINA、Edison等。

虚拟仪器可以帮助学习者了解电子仪器的作用，深入理解电子测量的方法和技术要领。掌握电子仪器的各种操作方法，特别是各种控制按钮、旋钮的功能。Multisim和TINA虚拟仪器的功能实际上超过了PSPICE本身，比较典型的是网络分析仪和逻辑分析仪。网络分析仪是分析射频组件和射频网络参数的专用仪器；而Multisim的逻辑分析仪具有真正的数字电路分析功能，符合实际数字系统分析的技术要求。部分软件还有虚拟的机电元件，如灯泡、按钮、继电器、接触器等电气元件，调用这些元件可构建机电控制电路。软件元件库中的数学和模拟控制器件可用于自动控制原理分析。

为适应教育单位对电路原理教学的需求，有的软件设置了教育功能。主要是允许使用者对元器件设置一些隐蔽的错误。如Multisim和TINA可对组件设置开路、短路和漏电阻三项参数；而Altium公司的CircuitMaker可以对组件和电路做更多的教学设置，并且可以加上密码，直接作为实训课的考试工具。

二．主要仿真软件的比较

1.ELECTRONICS WORKBENCH EDA（以下简称EWB）：

EWB软件是加拿大交互图像技术有限公司（INTERACTIVE IMAGE TECHNOLOGIES Ltd）在九十年代初推出的EDA软件，但在国内开始使用却是近几年的事，现在普遍使用的是在WIN95环境下工作的EWB5.0（在国内曾见过6.0的演示版，注：EWB5.0也可以在WINDOWS3.1环境下使用，但需安装WING32工具），相对其它EDA软件而言，它是个较小巧的软件，只有16M，功能也比较单一，就是进行模拟电路和数字电路的混合仿真，但你绝对不可小看它，它的仿真功能十分强大，可以几乎100％的仿真出真实电路的结果，而且它在桌面上提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器等工具，它的器件库中则包含了许多大公司的晶体管元器件、集成电路和数字门电路芯片，器件库中没有的元器件，还可以由外部模块导入，在众多的电路仿真软件中，EWB是最容易上手的，它的工作界面非常直观，原理图和各种工具都在同一个窗口内，未接触过它的人稍加学习就可以很熟练地使用该软件，对于电子设计工作者来说，它是个极好的EDA工具，许多电路你无需动用烙铁就可得知它的结果，而且若想更换元器件或改变元器件参数，只需点点鼠标即可，它也可以作为电学知识的辅助教学软件使用，利用它可以直接从屏幕上看到各种电路的输出波形。EWB的兼容性也较好，其文件格式可以导出成能被ORCAD或PROTEL 读取的格式，该软件只有英文版，在中文版的WINDOWS98下它的一些图标会偏移两个位置（在WINDOWS95下正常），但不影响它的使用。

2.PROTEL：

PROTEL是澳大利亚的PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些学校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招