几款电路仿真软件的对比分析

几款软件的对比分析
1. PSpice 仿真软件
简介：PSpice属于元件级仿真软件，模型采用spice通用语言编写，移植性强，常用的信息电子电路，是它最适合的场合。

现在使用较多的是 PSpice 8.0,工作于 Windows 环境,占用硬盘空间60M左右，整个软件由原理图编辑、电路仿真、激励编辑、元器件库编辑、波形图等几个部分组成，使用时是一个整体。

PSpice 的电路元件模型反映实际型号元件的特性，通过对电路方程运算求解，能够仿真电路的细节，特别适合于对电力电子电路中开关暂态过程的描述。

主要功能：
（1）复杂的电路特性分析，如：蒙特卡罗分析
（2）模拟、数字、数模电路仿真
（3）集成度提高
缺点：
（1）不适用于大功率器件
（2）采用变步长算法，导致计算时间的延长
（3）仿真的收敛性较差。

2. saber仿真软件
简介：被誉为全球最先进的系统仿真软件，也是唯一的多技术、多领域的系统仿真产品，现已成为混合信号、混合技术设计和验证工具的业界标准，可用于电子、电力电子、机电一体化、机械、光电、光学、控制等不同类型系统构成的混合系统仿真，这也是saber的最大特点。

Saber最为混合仿真系统，可以兼容模拟、数学、控制量的混合仿真，便于在不同层面撒谎那个分析和解决问题，其他仿真软件不具备这样的功能。

Saber的仿真真实性很好，从仿真的电路到实际的电路实现，期间参数基本不用修改。

主要功能：
（1）原理图输入和仿真
（2）数据可视化和分析
（3）模型库
（4）建模
缺点：操作较复杂，原理图仿真常常不收敛导致仿真失败，很占系统资源，环路扫频耗时太长（以几十分钟计）
3. PLECS仿真系统
简介：被全球众多知名公司的研发工程师誉为“全球最专业的系统级电力电子电路仿真系统”，也是一个用于电路和控制结合的多功能仿真软件，尤其适用于电力电子和传动系统。

PLECS独立版本已于2010年开发，自此PLECS脱离MATLAB/Simulink。

PLECS独立版具有控制元件库和电路元件库，采用优化的解析方法，仿真速度更快，比PLECS嵌套版本快2.5倍。

其控制部分可以在PLECS独立版本中被直接快速模拟。

连续和离散信号处理模块以及代数函数和间断点让你可以实现非常多的模拟仿真，如数字控制。

主要功能：
（1）热设计
（2）理想的开关
（3）丰富的元件库
缺点：不体现（暂无）
4. PSIM仿真软件
简介：psim是专门用于电力电子及电机控制领域的专业化仿真工具。

psim具有快速的仿真功能和友好的用户界面等优点。

主要功能：psim和其他仿真软件的最重要的差异是仿真速度的特点，环路扫频速度快（复杂点的几分钟），原理图仿真基本都能收敛。

设计者可完全根据所掌握的主电路、控制方法等仿真知识直接进行设计。

缺点：波形和数据的分析能力偏弱，不够精确和细致。

5. CASPOC仿真软件
简介：CASPOC仿真软件是一个面向电力电子和电气驱动的功能强大的系统级模拟软件。

使用CASPOC 可以简单快速地建立电力电子、电机、负载和控制量的多级模型。

这个多级模型包括交互式电力供应的电路级模型、电机/负载的部件级模型以及控制算法的系统级模型，最后使用CASPOC稳定的求解器快速和精确地仿真，将该模型的时域波形、向量和谐波直观动态地显示出来，从而让用户进行电力电子领域内系统级的设计和分析。

CASPOC仿真软件拥有无可争议的仿真速度和稳定性。

主要功能：
（1）专门的强电控制模块
（2）仿真期间可测量谐波、方均根、均值
（3）丰富的强电电路库
缺点：仿真精度不知如何
Multisim11.0特点
NI Multisim软件是一个专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件。

作为Windows 下运行的个人桌面电子设计工具，NI Multisim 是一个完整的集成化设计环境。

NI Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。

学员可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。

NI Multisim软件绝对是电子学教学的首选软件工具。

Ø 直观的图形界面
整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的；
Ø 丰富的元器件
提供了世界主流元件提供商的超过17000多种元件，同时能方便的对元件各种参数进行编辑修改，能利用模型生成器以及代码模式创建模型等功能，创建自己的元器件。

Ø 强大的仿真能力
以SPICE3F5和Xspice的内核作为仿真的引擎，通过Electronic workbench 带有的增强设计功能将数字和混合模式的仿真性能进行优化。

包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、电路向导等功能。

Ø 丰富的测试仪器
提供了22种虚拟仪器进行电路动作的测量：
Multimeter(万用表)
Function Generatoer(函数信号发生器)
Wattmeter(瓦特表)
Oscilloscope(示波器)
Bode Plotter(波特仪)
Word Generator(字符发生器
Logic Analyzer(逻辑分析仪)
Logic Converter(逻辑转换仪)
Distortion Analyer(失真度仪)
Spectrum Analyzer(频谱仪)
Network Analyzer(网络分析仪)
Measurement Pribe(测量探针)
Four Channel Oscilloscope(四踪示波器)
Frequency Counter(频率计数器)
IV Analyzer(伏安特性分析仪)
Agilent Simulated Instruments(安捷伦仿真仪器)
Agilent Oscilloscope(安捷伦示波器)
Tektronix Simulated Oscilloscope(泰克仿真示波器)
Voltmeter(伏特表)
Ammeter(安培表)
Current Probe(电流探针)
Lab VIEW Instrument(Lab VIEW仪器)
这些仪器的设置和使用与真实的一样，动态互交显示。

除了Multisim提供的默认的仪器外，还可以创建LabVIEW的自定义仪器，使得图形环境中可以灵活地可升级地测试、测量及控制应用程序的仪器。

Ø 完备的分析手段
Multisimt提供了许多分析功能：
DC Operating Point Analysis（直流工作点分析）
AC Analysis（交流分析）
Transient Analysis（瞬态分析）
Fourier Analysis（傅里叶分析）
Noise Analysis（噪声分析）
Distortion Analysis（失真度分析）
DC Sweep Analysis（直流扫描分析）
DC and AC Sensitvity Analysis（直流和交流灵敏度分析）
Parameter Sweep Analysis（参数扫描分析）
Temperature Sweep Analysis（温度扫描分析）
Transfer Function Analysis（传输函数分析）
Worst Case Analysis（最差情况分析）Pole Zero Analysis（零级分析）
Monte Carlo Analysis（蒙特卡罗分析）
Trace Width Analysis（线宽分析）
Nested Sweep Analysis（嵌套扫描分析）
Batched Analysis（批处理分析）
User Defined Analysis（用户自定义分析）
它们利用仿真产生的数据执行分析，分析范围很广，从基本的到极端的到不常见的都有，并可以将一个分析作为另一个分析的一部分的自动执行。

集成LabVIEW和Signalexpress快速进行原型开发和测试设计，具有符合行业标准的交互式测量和分析功能；
Ø 独特的射频(RF)模块
提供基本射频电路的设计、分析和仿真。

射频模块由RF-specific（射频特殊元件，包括自定义的RF SPICE模型）、用于创建用户自定义的RF模型的模型生成器、两个RF-specific仪器（Spectrum Analyzer 频谱分析仪和Network Analyzer网络分析仪）、一些RF-specific分析（电路特性、匹配网络单元、噪声系数）等组成；
Ø 强大的MCU模块
支持4种类型的单片机芯片,支持对外部RAM、外部ROM、键盘和LCD等外围设备的仿真，分别对4 种类型芯片提供汇编和编译支持；所建项目支持C代码、汇编代码以及16进制代码,并兼容第三方工具源代码；包含设置断点、单步运行、查看和编辑内部RAM、特殊功能寄存器等高级调试功能。

Ø 完善的后处理
对分析结果进行的数学运算操作类型包括算术运算、三角运算、指数运行、对数运算、复合运算、向量运算和逻辑运算等；
Ø 详细的报告
能够呈现材料清单、元件详细报告、网络报表、原理图统计报告、多余门电路报告、模型数据报告、交叉报表7种报告；
Ø 兼容性好的信息转换
提供了转换原理图和仿真数据到其他程序的方法，可以输出原理图到PCB布线（如Ultiboard、OrCAD、PADS Layout2005、P-CAD和Protel）；输出仿真结果到MathCAD、Excel或LabVIEW；输出网络表文件；向前和返回注；提供Internet Design Sharing（互联网共享文件）
PSPICE软件具有强大的电路图绘制功能、电路模拟仿真功能、图形后处理功能和元器件符号制作功能，以图形方式输入，自动进行电路检查，生成图表，模拟和计算电路。

它的用途非常广泛，不仅可以用
前景。

这些特点使得PSPICE受到广大电子设计工作者、科研人员和高校师生的热烈欢迎，国内许多高校已将其列入电子类本科生和硕士生的辅修课程。

电路设计软件有很多，它们各有特色。

如Protel和Tango，它对单层/双层电路板的原理图及PCB图
软件由于收敛性好，适于做系统及电路级仿真，具有快速、准确的仿真能力。

(1)图形界面友好，易学易用，操作简单
由Dos版本的PSPICE到Windows版本的PSPICE，使得该软件由原来单一的文本输入方式而更新升级为输入原理图方式，使电路设计更加直观形象。

PSPICE 6．0以上版本全部采用菜单式结构，只要熟
使没有参考书，用户只要具备一定的英语基础就可以通过实际操作很快掌握该软件。

(2)实用性强，仿真效果好
在PSPICE中，对元件参数的修改很容易，它只需存一次盘、创建一次连接表，就可以实现一个复杂电路的仿真。

如果用Protel等软件进行参数修改仿真，则过程十分繁琐。

在改变一个参数时，哪怕是一个电阻阻值的大小都需要重新建立网络表的连接，设置其他参数更为复杂。

(3)功能强大，集成度高
在PSPICE内集成了许多仿真功能，如：直流分析、交流分析、噪声分析、温度分析等，用户只需在所要观察的节点放置电压（电流）探针，就可以在仿真结果图中观察到其“电压（或电流）-时间图”。

而且该软件还集成了诸多数学运算，不仅为用户提供了加、减、乘、除等基本的数学运算，还提供了正弦、
另外，用户还可以对仿真结果窗口进行编辑，如添加窗口、修改坐标、叠加图形等，还具有保存和打
印图形的功能，这些功能都给用户提供了制作所需图形的一种快捷、简便的方法。

因此，Windows版本的PSPICE更优于Dos版本的PSPICE，它不但可以输入原理图方式，而且也可以输入文本方式。

无疑是广
路进行模拟分析，就如同对所设计的电路用各种仪器进行组装、调试和测试一样，这些工作完全由计算机来完成。

用户根据要求来设置不同的参数，计算机就像扫描仪一样，分析电路的频率响应，像示波器一样，测试电路的瞬态响应，还可以对电路进行交直流分析、噪声分析、Monte Carlo统计分析、最坏情况分析等，使用户的设计达到最优效果。

以往一个新产品的研制过程需要经过工程估算，试验板搭试、调整，印刷板排版与制作，装配与调试，性能测试，测试指标不合格，再从调整开始循环，直至指标合格为止。

这样往往需要反复实验和修改。

而仿真技术可将“实验”与“修改”合二为一。

为确定元件参数提供了科学的依据。

它的优点主要有：
(1)为电路设计人员节省了大量的时间。

(2)节省了各种仪器设备。

(3)生产产品一致性好、可靠性高。

(4)产品的更新率高、新产品投放市场快等。

PSPICE程序采用改进节点法列电路方程，用牛顿-莱普生方法的改进算法进行非线性分析，用变节步长的隐式积分法进行瞬态分析，在求解线性代数方程组时，采用了稀疏矩阵技术。

3.1 电路原理图编辑程序Schematic
PSPICE的输入有两种形式，一种是网单文件（或文本文件）形式，一种是电路原理图形式，相对而言后者比前者较简单直观，它既可以生成新的电路原理图文件，又可以打开已有的原理图文件。

电路元器件符号库中备有各种原器件符号，除了电阻，电容，电感，晶体管，电源等基本器件及符号外，还有运算
转化为电路网单文件以提供给模拟计算程序运行仿真。

3.2 激励源编辑程序Stimulus Editor
PSPICE中有很丰富的信号源，如正弦源，脉冲源，指数源，分段线性源，单频调频源等等。

该程序可用来快速完成各种模拟信号和数字信号的建立与修改，并且可以直观而方便的显示这些信号源的波形。

3.3 电路仿真程序PSPICE A/D
模拟计算程序是PSPICE A/D也叫做电路仿真程序，它是软件核心部分。

在PSPICE 4.1版本以上，该仿真程序具有数字电路和模拟电路的混合仿真能力。

它接收电路输入程序确定的电路拓扑结构和原器件参数信息，经过原器件模型处理形成电路方程，然后求解电路方程的数值解并给出计算结果，最后产生扩展名为.dat的数据文件（给图形后处理程序Probe）和扩展名为.out的电路输出文本文件。

模拟计算程序只能打开扩展名为.cir的电路输入文件，而不能打开扩展名为.sch 的电路输入文件。

因此在Schemayics 环境下，运行模拟计算程序时，系统首先将原理图.sch文件转换为.cir文件，而后再启动PSPICE A/D进行模拟分析。

3.4 输出结果绘图程序Probe
仿真运行后形成的后缀为.dat的数据文件。

它可以起到万用表，示波器和扫描仪的作用，在屏幕上绘出仿
的绘图能力也越来越强。

3.5 模型参数提取程序Model Editor
电路仿真分析的精度和可靠性主要取决于元器件模型参数的精度。

尽管PSPICE的模型参数库中包含了上万种元器件模型，但有时用户还是根据自己的需要而采用自己确定的元器件的模型及参数。

这时可以调用模型参数提取程序Model ED从器件特性中提取该器件的模型参数。

3.6 元件模型参数库LIB
PSPICE具有自建的元件模型，元件的建立以元件的物理原理为基础，模型参数与物理特性密切相关。

元件的等效模型还有其工作条件与分析要求相关。

在直流分析中，非线性元件的等效模型是小信号线性等效电路；在瞬态分析中，非线性元件的等效模型考虑到了电荷存储效应。

双极管型晶体管采用
管模型既适用于结型二极管，也适用于肖特基势垒二极管。

MOS1由I-V特性来描述，MOS2是一个解析模型，MOS3是一种半经验模型。

除了分立元件参数库以外，还有集成电路的宏模型库，并提供了一些著
计分析。

4.1 直流分析
非线性直流分析功能简称直流分析。

它是计算直流电压源或直流电流源作用于电路时电路的工作状态。

对电路进行的直流分析主要包括直流工作点分析、直流扫描分析和转移函数分析。

直流工作点是电路正常工作的基础。

通过对电路进行直流工作点的分析，可以知道电路中各元件的电压和电流，从而知道电路是否正常工作以及工作的状态。

一般在对电路进行仿真的过程中，首先要对电路的静态工作点进行分析和计算。

直流扫描分析主要是将电路中的直流电源、工作温度、元件参数作为扫描变量，让这些参量以特定的规律进行扫描，从而获取这些参量变化对电路各种性能参数的影响。

直流扫描分析主要是为了获得直流大信号暂态特性。

与直流扫描分析相类似的还有温度分析。

在这种分析过程中，将电路的温度作为扫描变量进行分析。

因为电路的主要器件的特性都是与温度有关的，所以这就为分析电路在环境变化是的工作情况提供了一种非常有用的工具。

特别重要的是，通过这种分析，我们可以预测电路在某些特殊环境如极端温度条件或极端电源电压条件或元件开路短路条件下电路的工作情况，从而在进行电路设计时采取必要的预防措施。

4.2 暂态分析
非线性暂态分析简称为暂态分析。

暂态分析计。

算电路中电压和电流随时间的变化，即电路的时域分析。

这种分析在输入信号为时变信号时显得尤为重要。

时域分析是指在某一函数激励下电路的时域响应特性。

通过时域分析，设计者可以清楚地了解到电路中各点的电压和电流波形以及它们的相位关系，从而知道电路在交流信号作用下的工作状况，检查它们是否满足电路设计的要求。

4.3 交流分析
线性小信号交流分析简称为交流分析。

它是SPICE程序的主要分析功能。

它是在交流小信号的条件下，对电路的非线性元件选择合适的线性模型将电路在直流工作点附近线性化，然后在用户指定的范围内对电路输入一个扫频信号，从而计算出电路的幅频特性、相频特性、输入电阻、输出电阻等。

这种分析等效于电路的正弦稳态分析即频域分析。

频域分析用于分析电路的频域响应即频率响应特性。

这种分析主要用于分析电路的幅频特性和相频特性。

噪声分析是电路设计的重要内容之一。

在模拟电路中，无源器件和有源器件均会产生噪声，主要包括电阻上产生的热噪声，半导体器件产生的散粒噪声和闪烁噪声。

在噪声分析时，将元件的噪声等效为一个输入信号进行交流分析。

通过噪声分析可以计算出各器件在某一输出节点产生的总噪声以及某一输入节点的等效输入噪声。

从而可以分析一个电路产生噪声的主要来源，采取一定的电路设计措施来减小噪声的影响。

4.4 灵敏度分析
灵敏度分析包括直流灵敏度分析和蒙特卡罗分析两种。

直流灵敏度分析业称为灵敏度分析。

它是在工作点附近将所有的元件线性化后，计算各元器件参数值变化时对电路性能影响的敏感程度。

通过对电路进行灵敏度分析，可以预先知道电路中的各个元件对电路的性能影响的重要程度。

对于那些对电路性能有重要影响的元件，要在电路的生产或元件的选择时给予特别的关注。

4.5 统计分析
统计分析主要包括蒙特卡罗分析和最坏情况分析。

蒙特卡罗分析是在考虑到器件参数存在容差的情况下，分析电路在直流分析、交流分析或暂态分析时电路特性随器件容差变化的情况。

另一种统计分析是最坏情况分析，它不仅对各器件参数的变化逐一进行分析，得到单一器件对电路性能的灵敏度分析，同时分析各器件容差对电路性能的最大影响量(最坏情况分析)，从而达到优化电路的目的。

PSPICE10.5个人认为它最为突出之处，是改进了其9.2版本，使绘制电路，以及仿真算法更加优化，更加节省时间（以前进行1S的仿真如果取点ms级，那将是非常恐怖的事情），而且蒙特卡罗分析和最坏情况分析有助于我们模拟在不同温度和环境，以及元件损坏的情况下电路的实现过程及结果，那么我们就知道电路的弱点，以及电路中的最重要元件，就可以相应的对其采取保护、散热等措施。

最后，如果想知道对模拟电路，数字电路的5种分析方法及解决办法，可以联系我，帮助大家解决。

4.6 .cir 文件转换为 .olb库文件
经常碰到orcad仿真库中找不到某些器件的情况，但是从这些器件的厂家网站上往往可以下到其spice model，一般是.cir文件，下面介绍一下如何使用这些.cir文件。

以AD8131.cir为例。

首先，运行Model Editor (in PSpice Accessories在附件内，不在capture/capture cis里面) ，打开ADAD8131.cir文件，另存为（save as）AD8131.lib，add this to pspice library,for simulation purpose.
(注意：tools->options->schematic 选择"capture",否则无法进行"Export to capture..")
use File->Export to capture part library…，to generate AD8131.olb，add this to capture library，this can perform circuit connection.
when you run simulation,open simulation setting\configurationfile\library addthe AD8131.lib to this design.
5、PSPICE的发展
目前为止，PSpice的版本已经发展到16.3，包含在ORcad 16.3 release 当中。

PSpice仿真功能从严格意义上讲已经发展演变为两大模块，一个是基本分析模块，简称PSpice AD，另外一个是高级分析模块，简称PSpice AA，AD部分的功能在上文中已经做过介绍，此处不再赘述。

而AA是近些年PSpice 不断加强和扩展的一个功能，AA部分的功能与生产方面结合的更为紧密，仿真分析中考虑的问题更加全面。

AA部分的功能主要有以下这几个方面：
l 灵敏度分析
灵敏度分析是为了确定电路中对指定电路特性影响最大的关键元器件参数，以便进行优化分析，所以灵敏度分析是参数优化设计的前提和基础；对于高灵敏度的电路，可选择高精度的元器件，而对于低灵敏度的电路，可采用容差大一些的元器件，所以灵敏度分析还是容差分析的基础。

l 优化分析
在电路设计过程当中，为了达到设计指标，一些电子元器件的参数是需要调整的，传统设计中，这写
参数的调整和计算是手工进行的，依靠的是设计师的经验和计算得来，但是在PSpice AA当中，这些参数的调整可以有仿真工具自动完成，非常方便，而且速度非常快，大大节省了电路的调试时间。

蒙特卡罗工具与PSpice A/D中的Monte Carlo分析功能是相同的，但是在分析能力和显示分析结果上有很大的改进，两者独立运行，无任何关联。

在AA当中，用户可以直接对多个指标同时进行蒙托卡诺分析，快速得到产品的成品率信息。

l 电应力分析
元器件所承受的电应力指的是工作电压、工作电流以及热应力（比如工作温度）。

电子电路在工作过程中，常因某（些）个元器件承受的电应力超出其安全工作条件，因此降低了可靠性，严重地导致冒烟烧毁。

因此，“冒烟报警”提高电路工作的可靠性，对一些安全性要求较高的电路需要采用降额设计。

l 参数测绘仪
参数测绘仪是Parametric Sweep的一个全面提升。

它不仅可以同时进行多个复杂参数功能的扫描；还可以在Probe窗口中通过表格与绘图形式更美观和有效的分析扫描结果。

用户可以方便的看到参数变化对电路性能的影响，已经性能改变的趋势。

高级分析的操作流程
l 在完成经典PSpice分析后必须为相应元器件设置高级分析参数，然后才能进入PSpice-AA。

l 通常情况是先进行灵敏度(sensitivity)分析：以便确定电路中对电路特性影响最大元器件参数。

l 针对这几个关键元器件参数，调用参数优化(Optimizer)：进行优化设计，优化关键元器件参数。

l 由于优化设计所得的优化元器件参数还是一种标称值设计，而实际采用的各个元器件不可能都是标称值，具有一定的分散性。

调用蒙特卡罗(Monte Carlo)分析：预测电路成品率，分析其可生产性。

l 满足上述要求的条件下，还需要检查电路中是否存在个别元器件受到超出其安全工作条件的应力作用，如出现这种情况会降低电路的可靠性。

因此，设计最后一关时，就需要调用热电应力分析(smoke冒烟报警)以提高电路的可靠性
通过了AD分析之后的电路，基本上可以满足我们的性能指标要求，当电路通过AA分析之后，电路的性能指标基本上可以满足制造生产的需求，不会出现成品率太差或者工作不安全等状况。

最后，祝愿大家可以学好仿真，让这款已成为业界标准的电路仿真软件真正为大家的设计工作服务，提升设计水平，缩短设计周期！。