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1、I基于基于 PSPICE 和和 EWB 的微弱电流的微弱电流/电压转换电压转换 电路仿真电路仿真【摘要摘要】 ：PSPICE 和 EWB 都是现在常用的仿真工具。将微弱电流检测并转换为电压，是较为实用的电路。本文针对此，举例并分析讨论了一种简易实现的电路图，通过仿真软件给出仿真结果。并且较详细的介绍了 PSPICE 和 EWB 这 2 款软件的发展和组成部分。在最后给出了仿真时可能出现的缺点，并给出了提高精确度的方法。【关键词关键词】 PSPICE，EWB，微弱电流，电压，仿真 IIthe delicate electric / voltage conversion circuit simul
2、ation Based PSPICE and EWB【Abstract】 PSPICE and EWB are commonly used simulation tools now It is a more applied circuit that can me asure delicate elec tric current and conver it to voltage This paper aims at this， gives an example and an example and analyses itIt gives an applied circuit，presents t
3、he result through simulation software PSPIC and EWBAnd more detailed PSPICE and EWB introduced this 2 software development and integral partIn the final simulation of the shortcomings that may arise, and gives way to improve accuracy 【Key Words】 PSPICE，EWB， delicate electric current，voltage，simulati
4、onIII目录目录第 1 章 绪论11.1 选题的背景和意义11.1.1 选题的背景.1 1.1.2 发展趋势.21.2 研究的基本内容21.2.1 微弱电流/电压转换电路的设计3 1.2.2 EWB 和 PSPICE 上的电路仿真输入3第 2 章关于 EWB 和 PSPICE 的综述42.1 EWB42.1.1 EWB 的简介4 2.1.2 EWB 的主要特点和分析功能.4 2.1.3 EWB 的组成.62.2 PSPICE.62.2.1 PSPICE 的简介与发展.6 2.2.2 PSPICE 的基本程序模块.7 2.2.3 PSPICE 的仿真功能.8 2.2.4 PSPICE 的优点.
5、9 2.3 进展情况.10 2.4 优缺点比较.10第 3 章应用 EWB 仿真.113.1 画出电路原理图113.2 电路仿真113.3 仿真分析12第 4 章应用 PSPICE 仿真.144.1 画出电路原理图144.2 电路仿真14结论16参考文献17致谢19IV图目录图目录图 1.2 三级运放差分放大检测电路.3图 3.1 EWB 仿真原理图.11图 3.2 EWB 仿真输出波形.12图 4.1 PSPICE 仿真原理图.14图 4.2 PSPICE 仿真输出波形.14V表目录表目录表 3.1 EWB 仿真结果比较表111第第 1 章章 绪论绪论1.1 选题的背景和意义选题的背景和意义
6、微弱电流信号检测在信号处理、测量技术、通信技术、状态检测以及一般的电子电路设计等领域得到了非常广泛的应用并极大地促进了相关领域的发展。进行微弱电流检测的分析讨论非常重要。本次设计基于 PSPICE 和 EWB 两种仿真软件，分析讨论将微弱电流转换成 3-5V 电压的电路仿真，并对两款软件进行比较分析。1.1.1 选题的背景选题的背景PSPICE 是一种通用的电子电路分析模拟软件，它主要用于在对所分析的电路硬件实现之前，先用计算机对电路进行模拟分析。它以 SPICE 语言为内核，可以将通过各种途径得到的 SPICE 语言描述的器件模型加入模型库。PSPICE90与传统的 SPICE 相比较，有六
7、大功能模块：电路原理图设计模块 Capture、核心模块 PSPICE AD、激励信号编辑模块 Stimulus Editor、模型参数提取模块、模拟分析和显示模块、优化模块 Optimizer。PSPICE 的模拟功能有：(1) 直流分析：计算电路的直流工作点。直流小信号传输函数，直流转移特性曲线。 (2) 交流小信号分析：频域分析(计算电路的幅频和相频特性)和噪声分析(计算每个频率点上指定输出端的等效输出噪声和指定输入端的等效输入噪声)。 (3) 瞬态分析：在用户指定区问内进行电路的瞬态特性分析；在大信号正弦激励下。对输出波形进行傅立叶分析，计算出基波和 9 次谐波系数以及失真系数。(4)
8、 灵敏度分析：计算电路元器件参数变化引起电路输出量变化，包括直流灵敏度分析和交流小信号灵敏度分析。 2(5) 容差分析：计算电路元器件参数偏离标称值情况下，对电路输出特性的影响。包括蒙特卡罗分析和最坏情况分析。 (6) 温度分析：根据用户指定的温度，进行不同温度下电路特性分析。 (7) 优化设计：在给定电路拓扑结构和电路性能约束情况下，确定电路元器件的最佳参数组合。 EWB 软件是加拿大 Interactive Image Technologies 公司于 20 世纪 80 年代末，推出的专用电子线路仿真软件。它可以在计算机上模拟进行电路的连接、元件型号、参数的选择，然后选择所需的虚拟测试仪器
9、对电路进行仿真运行和测试，并在模拟仪器上读出测试结果。绘制电路图所需的元器件、电路仿真所需的测试仪器均可直接从屏幕上抓取，而且仪器的操作开关、按键同实际仪器极为相似。它基于 SPICE3 语言，可以读入 SPICE 格式的电路网表文件进行模拟分析，还可以以 OrCAD 格式的电路网表文件。它拥有庞大的元器件库，元器件总数达近万种，提供了电路仿真软件实用化的必备保证。除可使用虚拟仪器外，它还可对电路进行更为详尽的分析其分析结果均以图形或报表的形式表现出来，共有 l3种分析方法：直流工作点分析、交流频率分析、瞬态分析、傅立叶分析、噪声分析、失真分析、参数扫描分析、温度扫描分析、传递函数分析、零极点
10、分析、直流和交流灵敏度分析、蒙特卡罗分析和最坏情况分析1。1.1.2 发展趋势发展趋势近几年来，计算机多媒体技术和信息技术的高速发展。人们已认识到语音声控在工作、学习和生活中的重要作用，对其服务质量的要求不断提高。如果将语音识别技术与 EWB 和 PSPICE 系统相结合，开发出声控 EWB 和 PSPICE 系统，必定会给用户以全新的感觉，大大提高学习速度，增加用户的学习兴趣。可以说，此类软件有广阔的市场前景。1.2 研究的基本内容研究的基本内容本设计题目是基于 PSPICE 和 EWB 上的微弱电流/电压转换电路的仿真比较。3微弱电流指的是 1uA-100pA 的电流。将微弱电流转换成 3
11、-5V 电压的电路在PSPICE 和 EWB 上的仿真和比较就是本次设计的目的。1.2.1 微弱电流微弱电流/电压转换电路的设计电压转换电路的设计图 1.2 三级运放差分放大检测电路由于实际中遇到的有用信号都很小且共模干扰很高， 因此选择高增益、高共模抑制比和高输入阻抗的三级运放差分放大检测电路，其原理图如图 1.2 所示。图中运放 A1、A2 接成比例运算电路形式，且两者都：采用同相输入使得电路输入阻抗高。电路结构采用对称形式，外围电阻采用高精密电阻，使得漂移、噪声、失调电压和失调电流等相互抵消，以提高电路的测量精度，否则电路的放大倍数、共模抑制比和精度等将明显降低。根据集成运放的虚短和虚断
12、原理。可得输入输出关系为：21.2.2 EWB 和和 PSPICE 上的电路仿真输入上的电路仿真输入将微弱电流/电压转换电路在 EWB 和 PSPICE 上进行仿真的方法有 2 种。一种是直接画图法，还有一种就是用机械语言输入。在这次设计上为了更好的对 2 款软件在性能等方面做出评价，我们将会在 2 款软件上都使用画图和 VHDL 语言 2种方式输入电路。4第第 2 章章关于关于 EWB 和和 PSPICE 的综述的综述2.1 EWBEWB 是一款混合振荡器(包括模拟和数字)电子电路路设计和仿真的程序3。2.1.1 EWB 的简介的简介EWB 英文全称为 Electronics Workben
13、ch(电子工作平台)，是加拿大 Interactivel Image Technoogies Ltd。公司于 1988 年开发的一种电子电路计算机仿真设计软件4。它建立在 SPICE 基础上，以 SPICE3F5 为软件核心，增强了其在数字及模拟混合信号方面的仿真功能，是公认的电路仿真与设计标准软件。它可以将不同类型的电路组合成混合电路进行仿真。目前已在电子工程设计、电子类课程教学等领域得到了广泛的应用。与目前流行的电路仿真软件相比较，EWB具有界面直观、操作方便等优点。他改变了有些电路仿真软件输入电路采用文本方式的不便之处。该软件在创建电路、选用元器件和测试仪器等均可以直接从屏幕图形中选取，
14、而且测试仪器的图形与实物外形基本相似，从而大大提高了电子设计工作的效率5。它采用软件仿真的方法，在计算机上虚拟出一个测试仪器先进、元器件品种齐全的电子工作台，完成各种电路的分析、设计和调试。EWB 的元器件库不仅提供了数千种电路元器件供选用，而且还提供了各种元器件的理想值，这对于验证电路原理极为方便。另外，EWB 还可以对元件进行故障设置，从而观察到在不同故障条件下的电路工作状况等6。2.1.22.1.2 EWB 的主要特点和分析功能的主要特点和分析功能电子实验工作台 EWB 的主要特点是:(1)集成一体化设计环境:提供了全面集成化的原理图输入，具有智能连线，层次化设计，A/D 混合仿真，并且
15、仿真器与波形实时结合，可以与其它电子设计5自动化 EDA 工具通讯。(2)虚拟设备实现仿真测试:EWB 中有示波器、函数发生器、万用表、频谱绘图仪、逻辑分析仪等虚拟设备，使用这些设备能够得到设计的仿真结果和相应波形。(3)具有强大的分析能力:可以进行电路的瞬态和稳态分析、时域和频域分析、线性和非线性分析、噪声和失真等常规分析方法，还提供了离散傅立叶分析、电路零极点分析和交直流灵敏度分析.以帮助设计人员研究电路性能。(4)提供完整准确的器件模型:EWB 提供了包括无源和有源器件、模拟和数字集成电路、基本数字逻辑和函数模块，模拟器件包括二极管、三极管、运算放大器等，数字器件有 TTL,COMS,混
16、合器件包括 A/D.D/A 转换器、单稳态触发器、555 定时器7。EWB 软件的几种分析功能。1.直流工作点分析(DCOperatingPoint)所谓直流工作点分析就是求解电路仅受电路中直流电压源或电流源作用时，每个节点上的电压及流过电源的电流，直流工作点分析是其它性能分析的基础。进行直流工作点分析时，电路中的交流电源置零，电容开路，电感短路，数字器件视为高阻接地。 2.交流频率分析(ACFrequency) 交流频率分析即频率特性分析。进行交流频率分析时直流电源自动置零，输入信号被自动设定为正弦波形式。对某节点的分析，EWB 自动产生该节点电压为频率函数的曲线 (幅频特性曲线)和相位为频率函数的曲线 (相频特性曲线)，结果与波特图仪仿真相同。3.瞬态分析(TransientAnalysis) 瞬态分析是对选定节点的时域分析，即观察该节点在整个显示周期中侮一时刻的电压波形，分析结果与示波器仿真相同。在瞬态分析时，直流电源保持常数，交流信号源幅值随时间而变，电路中的电容、电感都
