ProtelSE教程第部分电路仿真

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1、第10章 电路仿真 10 1 10 1 概述概述 10 2 SIM 9910 2 SIM 99仿真库中的主要元件仿真库中的主要元件 10 3 SIM 9910 3 SIM 99中的激励源中的激励源 10 4 10 4 仿真器设置仿真器设置 10 5 10 5 运行电路仿真运行电路仿真 本章小结本章小结 1 10 1 概述 Protel 99 SE 仿真器包含一个数目庞大的仿真库 能很 好地满足设计的需要 Protel 99 SE Advanced SIM 99是一个 功能强大的数 模混合信号电路仿真器 运行在Protel的 EDA Client 集成环境下 与Protel Advanced S

2、chematic原理 图输入程序协同工作 作为Advanced Schematic的扩展 为 用户提供了一个完整的从设计到验证的仿真设计环境 在Protel 99 SE中执行仿真 需要从仿真用元件库中放 置所需的元件 连接好原理图 加上激励源 然后单击仿真 按钮即可自动开始 作为一个真正的混合信号仿真器 SIM99集成了连续的模拟信号和离散的数字信号 可以同时 观察复杂的模拟信号和数字信号波形 以及得到电路性能的 全部波形 2 10 2 SIM 99仿真库中的主要元件 在SIM99的仿真元件库中 包含了如下一些主要的仿 真元器件 10 2 1 电阻 在库Simulation Symbols l

3、ib中 包含了如下的电阻器 v RES 固定电阻 v RES2 半导体电阻 v POT2 电位器 v RES4 变电阻 上述符号代表了一般的电阻类型 如图10 1所示 在放置过程中按 Tab键 或放置完后双击该元器件弹出 属性对话框 进行参数设置 3 图10 1 仿真库中的电阻类型 4 9 2 2 电容 在库Simulation Symbols Lib中 包含了如下 的电容 CAP 定值无极性电容 ELECTR02 定值有极性电容 CAPVAR 单连可变电容 这些符号表示了一般的电容类型 如图 10 2所 示 5 图 10 2 仿真库中的电容类型 6 10 2 3 电感 在库Simulatio

4、n Symbols Lib中 包含的 电感INDUCTOR 在电感的属性对话框中 可设置如下参数 Designator 电感名称 如L1 Part Type 以微亨为单位的电感值 如27mH IC 在Part Fields选项卡中设置 表示 初始条件 即电感的初始电压值 该项仅 在仿真分析工具傅里叶变换中的使用初始 条件被选中后 才有效 7 9 2 4 二极管 在库Diode lib中 包含了数目巨大的以工业标 准部件数命名的二极管 如图10 3所示 该图简 单列出了库中包含的几种二极管 图 9 3 仿真库中的二极管类型 8 9 2 5 三极管 在库Bjt lib中 包含了数目巨大的以工业标准

5、 部件数命名的的三极管 如图10 4所示 该图简 单列出了库中包含的三极管型号 图 10 4 仿真库中的三极管类型 9 10 2 6 JFET 结型场效应晶体管 结型场效应晶体管包含在Jfet lib库文件中 如 图10 5所示 该图简单列出了库中包含的结型 场效应晶体管 图 10 5 仿真库中的结型场效应管类型 10 10 2 7 MOS场效应晶体管 MOS场效应晶体管是现代集成电路中最常用 的元器件 SIM 99提供了四种MOXFET模型 它 们的伏安特性公式各不相同 但它们基于的物理 模型是相同的 在库Mosfet lib中 包含了数目巨大的以工业 标准部位数命名的MOS场效应晶体管 如

6、图10 6 所示 该图简单列出了库中包含的MOS场 效应晶 体管 11 图 10 6 仿真库中的MOS场效应管 12 10 2 8 电压 电流控制开关 库Switch lib包含了如下的可用于仿真的开关 CSW 默认电流控制开关 SW 默认电压控制开关 如图10 7所示 该图简单列出了库中包含的电压 电流控制开关 图 10 7 仿真库中的电压 电流控制开关 13 10 2 9 熔丝 Fuse lib包含了一般的保险丝元器件 在熔丝的 属性对话框中可设置如下参数 Designator 熔丝名称 如F1 Curent 熔断电流 单位A 如1A Resistance 在Part Fields选项卡中

7、设置 以欧姆为 单位的串联熔丝阻抗 14 10 2 10 继电器 RELAY 库Relay lib包括了大量的继电器 如图10 8所示 在继电器的属性对话框中可设置如下参数 Designator 继电器名称 Pullin 触点引入电压 DroPoff 触点偏离电压 Contar 触点阻抗 Resignator 线圈阻抗 Inductor 线圈电感 15 图 10 8 仿真库中的继电器类型 16 10 2 11 互感 电感耦合器 库Transformer lib包括了大量的电感耦合器 在电感耦合器的属性对话框中可设置如 下参数 Designator 电感受耦合器名称 如T1 Ratio 二次侧

8、一次侧变压比 这将改变模 型的默认值 RP 可选项 一次侧阻抗 RS 可选项 二次侧阻抗 17 10 2 12 TTL和CMOS数字电路元器件 库74XX lib包含了74XX系列的TTL逻辑 元件 库Cmos lib包含了4000系列的CMOS 逻辑元件 设计者可把上述元件库包含的 数字电路元器件用到所设计的仿真图中 10 2 13 模块电路 SIM 99中复杂元件都被用SPICE的子电 路完全模型化 该元件没有设计者需设置 的选项 对于这些元器件 设计者只需简 单放置并设置该标号 所有的仿真用参数 都已在SPECE子电路设定好 18 10 3 SIM 99中的激励源 在SIM 99的仿真元

9、件库中 包含了以下主要激励源 10 3 1直流源 在库Simulation Symbols lib 中 包含了如下的直流源元器件 VSRC 电压源 ISRC 电流源 仿真库中的电压 电流源的符号如图10 9所示 图 10 9 电压 电流源符号 19 10 3 2 正弦仿真源 库Simulation Symbols lib 中 包含了如下的正弦源 元器件 VSIN 正弦电压源 ISIN 正弦电流源 通过这些源可创建正弦波电压和电流源 仿真 库中的正弦电压 电流源符号如图10 10所示 图10 10 正弦电压 电流源符号 20 10 3 3 周期脉冲源 库Simulation Symbols li

10、b 中 包含了如下的周期脉冲源元 器件 VPULSE 电压脉冲源 IPULSE 电流脉冲源 利用这些源可以创建周期的连续的脉冲 仿真库中的 周期脉冲源符号如图10 11所示 图 10 11 周期脉冲源符号 21 在周期脉冲源的属性对话框可设置如下参数 Designator 设置所需的激励源元器件名称 如 INPUT DC 此项不用设置 AC 如果欲在此电源上进行交流小信号分析 可设置此项 典型值为1 AC Phase 小信号的电压相位 Initial Value 电压或电流的起始值 Pulsed 上升时间时的电压或电流值 Time Delay 激励源从初始状态到激发时的延 时 单位为s 22

11、Rise Time 上升时间 必须大于0 Fall Time 下降时间 必须大于0 Pulse Width 脉冲宽度 即脉冲激发状态 的时间 单位为s Period 脉冲周期 单位为s 10 3 4 指数激励源 库Simulation Symbols lib 中 包含了如下 的指数激励源元器件 VEXP 指数激励电压源 IEXP 指数激励电流源 23 利用这些源可创建带有指数上升沿或下降沿的 脉冲波形 图10 12中是仿真库中的指数激励源 元器件 图10 12 指数激励源符号 24 10 3 5 单频调频源 库Simulation Symbols lib 中 包含了如下的单频 调频源元器件 V

12、SFFM 电压源 ISFFM 电流源 利用这些源可创建一个单频调频波 图 10 13中是仿真库中的单频调频源元器件 图 10 13 单频调频源符号 25 10 3 6 线性受控源 库Simulation Symbols lib 中 包含了如下的 线性受控源元器件 HSRC 线性电压控制电流源 GSRC 线性电压控制电压源 FSRC 线性电流控制电流源 ESRC 线性电流控制电压源 仿真器中的线性受控源元器件如图10 14所示 26 图 10 14 线性受控源元元器件 27 以上是标准的SPECE线性受控源 每个线性受控源都 有两个输入节点和两个输出节点 输出节点间的电压或 电流是输入节点间的电

13、压或电流的线性函数 一般由源 的增益 跨导等决定 在线性受控源的属性对话框可设置如下数 Designator 设置所需的激励源元器件名称 GSRC1 Part Type 对于线性电压控制电流源 设置跨导 单位为S 西门子 对于线性电压控制电压源 设置电压增益 其无量纲 对于线性电流控制电压源 设置互阻 单位为 对于线性电流控制电流源 设置电流增益 其无量纲 28 10 3 7 非线性受控源 库Simulation Symbols lib 中 包含了如下的非线 性受控源元器件 BVSRC 电压源 BISRC 电流源 图10 15是仿真器中包括的非线性受控源元器件 图10 15 非线性受控源符号

14、29 10 3 8 压控振荡 VCO 仿真源 库Simulation Symbols lib 中 包含了如下的压控振荡 源元器件 SINEVCO 压控正弦振荡器 SQRVCO 压控方波振荡器 TRIVEO 压控三角波振荡器 设计者可利用以上元器件在原理图中创建压控振 荡器 图10 16是仿真器中包括的压控振荡源元器件 30 图10 16 压控震荡源元器件 31 10 4 仿真器设置 10 4 1 设置仿真初始状态 设置初始状态是为计算仿真电路直流偏置点而 设定一个或多个电压 或电流 值 在仿真非线 性电路 振荡电路及触发器电路的直流或瞬态特 性时 常出现解的不收敛现象 而实际电路是收 敛的 其

15、原因是偏置点发散或收敛的偏置点不能 适应多种情况 设置初始值最通常的原因就是在 两个或更多的稳定工作点中选择一个 以便仿真 顺利进行 库Simulation Symbols lib 中 包含了两个特别的 初始状态定义符 NS NODESET IC Initial Condition 32 1 节点电压设置 NS 该设置使指定的节点固定在所给定的电压下 仿真器按这些节点电压求得直流或瞬态的初始解 其对双稳态或非稳态电路的计算收敛可能是必 须的 它可使电路摆脱 停顿 状态 而进入所希 望的状态 一般情况下 设置是不必要 在节点电压设置的属性对话框可设置如下参数 Designator 节点名称 每个

16、节点电压设置必 须有唯一的标识符 如NS1 Part Type 节点电压的初始幅值 如12V 33 2 初始条件设置 IC 该设置是用来设置瞬态初始条件的 IC 仅用 于设置偏置点的初始条件 它不影响DC扫描 在初始条件设置的属性对话框可设置如下参数 Designator 节点名称 每个初始条件设置必 须有唯一的标识符 如IC1 Part Type 节点电压的初始幅值 如5V 初始状态的设置共有三种途径 IC 设置 NS 设置和定义元器件属性 在电路模拟中 如有这 三种或两种共存时 在分析中优先考虑的次序是 定义元器件属性 IC 设置 NS 设置 如果 NS 和 IC 共存时 则 IC 设置将取代 NS 设置 34 10 4 2 仿真器设置 在进行仿真前 设计者必须决定对电路进行哪 种分析 要收集哪几个变量数据 以及仿真完成 后自动显示哪个变量的波形等 1 进入分析 Analysis 主菜单 进入Protel 99 SE原理图编辑的主菜单后 单击 Simulate Setup 命令 进入仿真器的设置 如图 10 17所示 35 图 10 17 Simulate Setup 命令 36