基于Protel 99 SE的电路仿真研究

基于Protel 99 SE的电路仿真研究赵培栋袁承宗杨辉03124310 03124308 03124337 摘要：本文通过电路辅助设计工具Protel 99 SE主要实现对运算放大器模拟电路以及数字计数器电路和PLD的仿真。

在仿真过程中，我们将通过和专门的模拟仿真软件CircuitMaker对相同电路的仿真结果进行比较和分析，来更好地了解Protel 99 SE仿真功能，并研究及探讨其自身的相关特点，更多地挖掘Protel 99 SE 的“潜力”，使Protel 99 SE得到更为广泛的应用。

关键词：Protel 99 SE，模拟仿真，CircuitMaker，仿真模型库，可编程逻辑电路Abstract:The following article mainly explains how to implement the simulation on amplifier circuit , digital arithmometer circuit and PLD by Protel 99 SE, which is a kind of accessorial circuit designing tool under our research. In the process of this simulation, we will compare the Protel 99 SE with CircuitMaker, another expert simulation soft to the effect on the simulation of the same circuit, and analyze the results so that we can learn its simulation function better and find more advantages of Protel 99 SE through the study of its correlative character. Our aim is to make Protel 99 SE be widely applied.KEY WORDS: Protel 99 SE, Simulation, CircuitMaker, Simulation Module Library, Programmable Logic Device .一、简介1．强大的分析工具Protel 99 SE是Protel公司开发的功能强大的电路辅助设计工具，是EDA行业的主流产品。

Protel 99 SE开创了桌面EDA的新纪元，它不但会在绘制原理图、PCB板布局布线等方面功能更加完备，而且它为用户提供了功能强大，使用方便的电路仿真器，它可以对当前所画的电路原理图进行即时仿真，因此在电路的整个设计周期都可以仿真查看和分析性能指标，以便及时发现设计中存在的问题并加以改正，从而更好地完成电路设计。

Protel 99 SE提供了高级数模器件混合仿真功能，引擎采用伯克利分校的SPICE3f5/Xspice，它可精确地仿真由各种器件（如TTL，CMOS，BJT等）构成的电路。

同时，Protel 99 SE仿真不需要用户自己去编写电路网表文件，系统将根据所画电路自动生成网表并进行仿真，使用方便灵活。

2．充分的仿真模型库器件模型是电路仿真的基础，一个优秀的EDA软件离不开一个极其广泛而且精确的模型库。

Protel 99 SE提供了20多个模拟和数字器件仿真元件库，共包含6000多个常用元器件。

这些器件库包括了常用的二极管、三极管、MOS管、单结晶体管、晶振和变压器等分立元器件，同时还有大量的数字器件和其他集成电路器件，如74系列、CMOS系列、运算放大器、比较器和数模转换器等。

这些常用器件一般可以满足用户的需求。

同时Protel 99 SE提供了一个开放的库维护环境，用户可以方便地修改原有器件模型，也可以创建新器件模型。

二、电路仿真1．模拟电路的仿真本实验旨在探究Protel 99 SE软件的仿真功能效果，为方便起见，我们将选用较为简单的由运算放大器构成的电压并联负反馈电路。

不难在Protel 99 SE的模拟仿真库中找到我们所需要的器件，将其按要求连接，构成电压并联负反馈电路，如图：电路原理图由运算放大器的“虚短虚断”可知，此电路的电压放大倍数Av=1+Rf/R1=11。

由于输入信号从反相端输入，因此输入和输出的信号波形应成反相关系。

正弦电压的幅值为100mv，因此电路的输出电压幅值应为1v，与输入信号反相。

在用Protel 99 SE进行仿真之前，我们先利用专门仿真软件CircuitMaker进行一次仿真，以验证上述结果。

在CircuitMaker中重画电路图，如下：仿真后，拖动标尺即可得到符合理论的结果：输入输出波形曲线同时，对此电路进行交流分析，得到幅频特性曲线：幅频特性曲线负反馈电路有拓宽频带的作用。

直流分析仿真波形：直流扫描分析曲线下面，我们将运用Protel 99 SE进行相同的仿真实验，并比较结果。

在Protel 99 SE中，点击不同类型的文档时，出现的主菜单也不同。

当选择原理图文件（.sch）时，在主命令行中出现Simulate菜单选项，这是进行仿真生成、生成SPICE网络文件和运行仿真的必经之路。

前面曾提到过，使用Protel 99 SE仿真电路无须用户编写网表文件，Protel 99 SE将自动完成这些操作，所获得的网表文件被传送给SPICE进行仿真。

点击，在下拉子菜单中选择“Create Spice Netlist”子菜单，片刻后生成一个.nsx网表文件。

在仿真操作时，如果还没有进行仿真设置，则不应马上选择运行仿真指令Run，而应先进行一定的设置。

我们点击Simulate子菜单中“setup…”命令，开始对电路仿真进行相关设置。

在Protel 99 SE中，支持的分析类型有：静态工作点分析、直流扫描分析、温度扫描分析、参数扫描分析、瞬态分析/傅立叶分析、噪声分析、交流小信号分析、传递函数和蒙特卡罗分析。

我们可以根据需要选择其中的一个或多个，菜单如下：如上图，针对本次反馈电路，我们将输入节点IN、输出节点OUT、反馈节点F添加到Active Signal中，用以在最后仿真中观察这些被激活信号的各个波形，并根据要求，我们选择静态工作点分析、直流扫描分析、瞬态分析/傅立叶分析、交流小信号分析。

特别地，在进行AC分析和DC分析时，我们需要对其做一定的设置，比如启始电压、终止电压、采样点数量、步长等等，如下图：AC/DC Analyses设置此时点击Run Analyses、Simulate子菜单下Run或点击图标均可进行仿真。

仿真波形如下：输入输出波形曲线幅频特性曲线直流扫描分析曲线以输入输出波形曲线为例，我们还可以通过鼠标拖拉将几个信号置于同一区域，如下：输入输出波形曲线(2)当前任务窗口为仿真图文件（.sdf）时，在左边的Browse SimData主菜单中选中单独显示该波形（View Single Cell）命令，可更为精确地定量显示波形，如下：根据上述仿真结果，我们发现，信号输入输出波形特征以及AC交流幅频特性仿真结果与CircuitMaker仿真结果相同，符合理论实际。

但是，在Protel 99 SE中进行直流扫描分析时，仿真图象只显示当前静态工作点工作状态下的波形，而无法如CircuitMaker一样将各种不同的工作点状态波形显示在同一张仿真图中。

2．数字电路的仿真本次数字电路仿真将使用以74LS168为核心的可进行递增/递减记数转换的模十计数器。

同模拟电路仿真相同，在仿真模型库中找到所有所需元器件构成模十计数器原理图，如下：同样的，我们先通过CircuitMaker重画电路，进行仿真，看运行结果，如下：当Up/Down开关置“1”时，计数器递增记数，置“0”时，计数器递减记数，仿真结果通过7段译码显示，递增情况下，当记到“9”时，自动归零，并且进位位TC跳低电平，表示进位。

递减情况下，记到“0”时，自动归“9”，进位位跳低电平，表示借位。

有必要进行一些相关说明，在仿真软件CircuitMaker中，我们可以很容易地找到“1”，“0”SWITCH开关，为仿真提供了方便。

而由于在Protel 99 SE中没有提供直接的SWITCH 开关，我们将预置数直接固定为“0000”，并且只进行递增记数的仿真，因为预置数为多少以及记数是否递增与我们现在所规定的仿真实质是一样的。

因此我们直接将“ABCD”引脚接低电平，而将U/D’接高电平。

在Protel 99 SE中我们将直接通过输出信号波形来对仿真结果进行分析，仿真操作步骤同模拟电路的仿真，得到波形如下：如图，从低位到高位依次为netlable10 、netlable11、 netlable12、 netlable13 ，进位信号为netlable15。

显然，计数器进行递增记数，当为“1001”时，进位信号跳低电平，记数重新归“0000”，实现了模十的递增记数，与CircuitMaker仿真结果实质上是完全相同的。

三、自建模型库的器件设置在之前所讨论的模拟仿真中，我们都直接利用了Protel 99 SE仿真模型库SimulationSymbols.Lib中自带的各种模块和元器件。

这些器件的相关仿真信息已经事先编辑好了，对于其中Read-Only Field中的参数，在我们将其拖动到图纸上以后，就已经被固定下来，无法再进行改动。

（所以设为只读，怕万一改动后Protel 99 SE就找不到相关信息了。

）如右图所示足我们的个性化需求。

如此，我们势必将会通过创建自己的模型库，并自己封装和添加模块来达到设计的目的（自建库以及相关添加封装过程非本文重点，不做繁述）。

那么当我们使用自建库中的元器件时，是否还能像从Protel 99 SE自带库中随意地选取器件搭建原理图并进行仿真一样操作呢？我们不妨先尝试一下，现我们拥有已创建好的一个自建库Savcdevbc.lib，在该模型库中选择一个简单的元器件：电阻R。

如右图所示。

我们将其替换进先前所绘制的电压并联负反馈电路中，设置好阻值，选择Create SPICE Netlist生成网表文件，这时却出现了错误导致无法正常地自动生成网表文件，使该电路无法仿真。

错误信息如下：R Error: Pin order data (PINS=1:[<pins>]) not in READ ONLYfield 4. Pins sorted by pin-name.R Error: Part type must be entered in READ ONLY field 1:type=<part type>(<spice prefix>)R Error: Netlist data must be entered in READ ONLY field 5:netlist=<netlist data>错误信息中多次提到READ ONLY field信息为空，而之前已经说明过这里是存放相关仿真信息的，因此我们查看该元器件属性，发现READ ONLY field确实为空，如图：那么是不是有办法添加这些属性呢？答案是肯定的。