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1、2019/2/23,电子线路CAD实用教程基于Altium Designer平台,第5章 电路仿真测试,5.1 电路仿真操作步骤 5.2 元器件仿真参数设置 5.3 电路仿真操作初步 5.4 常用仿真方式及应用,“电路仿真” 以电路分析理论为基础，通过建立元件器的数学模型，借助数值计算方法，在计算机上对电路功能、性能指标进行分析计算，然后以文字、表格、波形等方式在屏幕上显示出电路性能指标。,2019/2/23,电子线路CAD实用教程基于Altium Designer平台,Altium Designer电路仿真程序具有如下特点： (1) 与原理图编辑(Schematic Edit)融为一体，即只
2、要原理图中所用元器件的电气图形符号具有仿真模型，在完成原理图编辑后即可启动仿真操作，无须再次输入仿真电路，避免了重复劳动这是内嵌电路仿真功能CAD软件的优点。 (2) 提供了数十种仿真激励源、多种工业标准仿真元器件(即这些元器件的电气图形符号具有相应的仿真模型)，可对模拟电路、数字电路及数/模混合电路进行仿真分析。 (3) 提供了工作点分析、瞬态特性分析（即时域分析，在瞬态特性分析时，允许启动傅立叶分析，从而获得非正弦信号的频谱）、交流小信号分析（即频域分析，包括幅频、相频特性）、阻抗分析（通过交流小信号分析获得）、直流扫描分析、温度扫描分析、参数扫描分析、极点-零点分析、噪声分析、蒙特卡罗统
3、计分析等多种仿真分析方式。可以只执行其中的一种分析方式，也可以同时执行多种分析方式。 (4) 除工作点分析外，其他均以图形方式输出仿真结果，直观性强；仿真波形管理方便，能以多种方式，从不同角度观察分析结果。例如，在交流小信号分析过程中，可同时获得幅频特性、相频特性曲线。 (5) 智能化程度高。仿真波形纵坐标(即Y轴)刻度及单位将依据仿真波形性质自动选择；能依据绘图框尺寸自动调节仿真波形大小。,5.1 电路仿真操作步骤,1. 编辑原理图,在原理图中包括激励源在内的所有元器件的电气图形符号均需具有仿真模型，如图5.1.1所示，否则仿真时因找不到元件模型参数（如三极管的放大倍数、C-E结反向漏电流等
4、）给出错误提示并终止仿真过程。,图5.1.1 模型列表窗内显示出“仿真模型”,2019/2/23,电子线路CAD实用教程基于Altium Designer平台,2. 放置仿真激励源(包括直流电压源),在仿真测试电路中，必须包含至少一个仿真激励源。仿真激励源电气图形符号位于仿真测试专用集成库文件夹Simulation下的Simulation Sources.IntLib集成库文件中。,3. 放置节点网络标号,在需要观察电压波形的节点上，放置网络标号，以便观察指定节点的电压波形，否则Altium Designer仿真软件自动用“net-xx”作为节点的网络标号，不够直观。,4. 选择仿真方式及仿真
5、参数,在原理图编辑窗口内，单击“Design”菜单下的“SimulateMixed Sim”命令（或直接单击仿真工具栏内的“仿真设置”工具）进入“Analyses Setup”仿真设置窗口，根据被测电路特征和实际需要，选择仿真方式及仿真参数。,2019/2/23,电子线路CAD实用教程基于Altium Designer平台,5.2 元器件仿真参数设置,5.2.1元件仿真模型,与Protel 99SE以前版本不同，基于平台的Altium Designer取消了仿真测试专用元件库，而是将仿真模型嵌入到集成库文件(.IntLib)中。Altium Designer将原理图编辑过程中用到的元件电气图形
6、符号、PCB设计过程中用到的元件封装图与3D视图、电路性能仿真测试过程中需要的元件仿真模型(.mdl或.ckt)以及在高速PCB板上进行信号完整性分析用到的元件信号完整性分析模型等统一存放在各类集成库文件(.IntLib)中。,1. 元件仿真模型数量及分布,2. 元件仿真模型查找,当实在无法确定哪一集成库文件中含有目标元件的“仿真模型”时，可借助“元件查找”操作实现。 下面以查找2N2222双极型NPN三极管为例，介绍查找特定元件仿真模型的操作过程。,(1) 单击“元件库面板”窗口内的“Search”(查找)按钮，进入图5.2.1所示的“元件查找”设置窗。,图5.2.1 元件查找窗口,2019
7、/2/23,电子线路CAD实用教程基于Altium Designer平台,(2) 单击图5.2.1所示窗口内的“Advanced”按钮，在图5.2.2所示的高级查找设置窗内的“查找条件语句”文本窗内输入查找命令，并启动查找进程。,其中HasModel(SIM,*2N2222*,False)或HasModel(SIM,*2N2222*,True)语句的含义是查找仿真模型名中包含有“2N2222”的元件，如果去掉仿真模型名中代表任意长度字符串的通配符“*”，那么就仅查找仿真模型为2N2222的元件。当需要查找全部元件的仿真模型时，可用HasModel(SIM,*,False)作为查找条件,设置查找
8、范围及查找路径后，单击图5.2.2窗口内的“Search”按钮，启动查找进程，如果找到满足条件的元件，将显示在元件库面板中，如图5.2.3所示。,图5.2.3 满足条件的查找结果,(3) 在元件库面板窗口内将找到的元件放置到原理图编辑内。,2019/2/23,电子线路CAD实用教程基于Altium Designer平台,5. 执行仿真操作,在原理图编辑窗口内，单击仿真测试工具栏内的“运行混合信号仿真”(Run Mixed Signal Simulation)工具启动仿真测试过程，等待一段时间后即可在屏幕上看到仿真测试结果。,6. 观察、分析仿真测试数据,仿真操作结束后，自动启动波形编辑器并显示
9、仿真数据文件(.SDF)内容。在波形编辑器窗口内，观察仿真结果，不满意可修改仿真参数或元件参数后，再执行仿真操作。,7. 保存或打印仿真波形,2019/2/23,电子线路CAD实用教程基于Altium Designer平台,5.2.2物理量单位及数据格式,在设置元件仿真参数、仿真运行参数时，往往使用定点数形式输入，且不用输入参数的物理量单位，即电容容量默认为F（法拉）、阻值为（欧姆）、电感为H（亨）、电压为V(伏特)、电流为A（安培）、频率为Hz（赫兹）、功率为W（瓦）等，但可以使用如下的比例因子（大小写含义相同）： m=1E-3,即10-3；u=1E-6,即10-6；n=1E-9,即10-9
10、；p=1E-12,即10-12；f=1E-15,即10-15。 K=1E+3,即103；Meg=1E+6,即106；G=1E+9,即109；T=1E+12,即1012。,例如，“22u”对电容容量来说是22F（微法），对电感来说为22H（毫亨），对电压来说为22V（微伏）、对电流来说为22A(微安)等。,5.2.3元件参数设置操作,在元件放置操作过程中，未单击鼠标左键固定前，可按下Tab键进入图5.2.4所示的元件属性设置窗口（如果元件固定状态，双击元件也同样会进入元件属性设置窗），指定元器件序号及仿真参数。,5.2.4仿真信号源及参数,在电路仿真过程中需要用到各种各样的激励源，这些激励源存放
11、在Library Simulation Sources.IntLib集成库文件中，包括了直流电压源VSRC (voltage source)与直流电流源 ISRC (current source)、正弦波电压信号源VSIN (voltage source) 与正弦波电流信号源ISIN (current source)、周期性脉冲信号源VPULSE (voltage source) 与 IPULSE (current source)、分段线性激励源VPWL (voltage source) 与 IPWL (current source)以及各种受控源等。,1. 直流电压源VSRC与直流电流源 I
12、SRC,双击仿真信号源，进入信号属性设置窗，在属性设置窗内，单击模型列表窗内的“Simulation”类型，接着再单击“Edit”按钮，进入图5.2.7所示的仿真模型参数设置窗口，设置仿真参数。,选择仿真模型,2019/2/23,电子线路CAD实用教程基于Altium Designer平台,图5.2.7 直流电源参数设置窗,选择“simulation”模型后，再单击“Edit”按钮进入图5.2.7所示信号源仿真参数设置窗，设置信号源的参数。,2019/2/23,电子线路CAD实用教程基于Altium Designer平台,2. 正弦波信号源（Sinusoid Waveform）,正弦波信号源在
13、电路仿真分析中常作为瞬态分析、交流小信号分析的信号源，仿真参数如图5.2.8所示。,图5.2.8 正弦信号源仿真参数,2019/2/23,电子线路CAD实用教程基于Altium Designer平台,3. 脉冲激励源（Pulse）,脉冲激励源主要用在瞬态分析中，也是数字脉冲电路重要的激励源，脉冲激励源仿真参数如图5.2.10所示。,图5.2.10 脉冲信号激励源参数,2019/2/23,电子线路CAD实用教程基于Altium Designer平台,5.3 电路仿真操作初步,在介绍了电路仿真操作步骤、元件及激励源属性设置方法后，下面以图5.3.1所示的共发射极放大电路为例，说明Altium De
14、signer仿真操作过程。,图5.3.1 分压式偏置电路,2019/2/23,电子线路CAD实用教程基于Altium Designer平台,5.3.1 编辑电原理图,在仿真操作前，先建立原理图文件。原理图编辑方法第2章已介绍过，这里不再重复。在编辑原理图过程中，唯一需要注意的是：电路图中所有元件电气图形符号一定具有仿真模型；在元件未固定前必须按下Tab键，在元件属性窗口内，设置元件的属性选项(Designate、仿真模型及参数)，然后放置相应的仿真激励源；接着在需要观察电压信号的节点上，放置网络标号。,此外，电路图中不允许存在没有闭合的回路，必要时可通过高阻值电阻，使回路闭合；也不允许存放电位
15、差不确定的节点，例如必须在变压器、光耦等输入/输出回路之间加接地符号。,再就是只能在仿真项目文件(.PrjPcb)“Source Document”文件夹下创建一个原理图文件，即只能对一个原理图文件(.SchDoc)进行仿真操作，否则仿真时可能会遇到元件标号重复错误。,2019/2/23,电子线路CAD实用教程基于Altium Designer平台,5.3.2选择仿真方式并设置仿真参数,在完成原理图编辑后，下一步就是根据电路性质及具体测试要求，选择仿真方式并设置仿真参数：在原理图编辑窗口内，指向并单击“Mixed-Sim”工具栏内的“Setup Mixed-Singal Simulation”
16、(混合信号仿真设置)按钮，进入如图5.3.3所示的“Analyses Setup”仿真设置窗口，选择仿真方式及仿真参数。,图5.3.3 仿真方式设置窗,2019/2/23,电子线路CAD实用教程基于Altium Designer平台,1. 选择仿真分析方式,在“General Setup”标签窗口，单击相应仿真方式后面的选项框，即可允许或禁止相应仿真方式。本例仅选择“Operating Point Analyses”（工作点分析）和“Transient Analyses”（瞬态特性/傅立叶分析）。 可以只选择其中的一种仿真分析方式。但为了获得更多的电路参数，往往需要根据被测电路特征、性质同时执行多种仿真分析方式，例如当被测电路为模拟放大电路时，可组合使用Operating Point Analyses 、Transient analysis、Parameter Sweep analysis、AC Small Signal analysis、Temperature Sweep a
