PSpice课件第01讲

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1、前言,PSpice 主讲教师：胡靖 联系电话：13199566668 Email: ,教材：PSpice电路编辑程序设计 作者：苏宏宇 出版：国防工业出版社,基于计算机技术的电子系统设计技术： CAD: Computer Aided Designed. CAE: Computer Aided Engineering. EDA: Electronic Designed Automatic. HDL: Hardware Description Language.,特点：,基于飞速发展的计算机技术； 可以进行多层面的设计，应用面广； 可以进行设计、调试、仿真，称为虚拟实验室； 可以进行工艺和制造设计

2、，称为虚拟工厂；,学习本课程的目的,掌握先进的集成电路设计技术和手段 了解计算机语言结构、风格和一般使用方法 巩固模拟电子技术和数字电子技术知识 完善知识结构 提高表达能力和交流能力 提高知识应用技能 提高信息收集能力 为进一步发展奠定必要的知识基础,EDA是现代电子设计技术的核心。EDA的核心是一个支持设计、仿真、电路运算、元件参数设置、设计输出和电路优化等功能的软件，这些功能按习惯风格被封装在一个软件结构中。通过本讲，我们了解EDA软件的基本结构、基本功能及其相应的软件风格，为后续的学习奠定概念基础，并形成多维空间的想象力和抽象能力。,本讲内容摘要,第一章 OrCAD PSpice简介,第

3、二章 EDA及其开发系统,第三章安装OrCAD PSpice,本讲总结,本讲作业,本讲实践指导,PSpice 是Personal Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis ,即个人电脑使用的SPice程序。PSpice是Microsim公司出版的众多SPICE分支中的一种。主要用于在PC机上作模拟仿真、大型电路的分析和设计、绘制印刷电路板(PCB)。经过多年的发展，模拟仿真已成为PSpice典型功能，可以对电路的各种性能：如直流、交流和瞬态等特性进行分析，还可以进行环境影响分析：如温度；可以进行容错分析和最坏环境分析；可以进行噪声分

4、析。,第一章 OrCAD PSpice简介,1.2 PSpice软件的历史,1.1 PSpice 软件简介,1.3 OrCAD PSpice Release 9.1 评估版,目录,目录,1.1 PSpice 软件简介,输入部分：用户以文本或电路图方式输入有关电路信息，包括拓扑结构、元件模型、分析类型和输出类型。 器件模型处理：指由计算机处理的数学模型。 建立电路方程：根据输入电路信息，自动建立电路方程。 求解电路方程：对电路方程进行求解。 输出部分：有文本和图形方式输出。,返回,1.1.1 概述,Schematics Editor电路模拟器： 可以直接绘制电路图，自动生成电路描述文件；对电路进

5、行直流分析、交流分析、瞬态分析、环境温度分析和灵敏度分析等，对元件进行修改和编辑。 PSpice AD 数据处理器： 可以对Schematics 绘制的电路进行模拟分析，运算出结果并自动生成输出文件和数据文件。 Model Editor (Parts) 器件建模工具： 它可以半自动地将来自厂家或用户自定义的器件数据转换为Pspice所用的模拟数据，并提供它们之间的关系曲线及相互作用，确定元件的精确度。,OrCAD PSpice 主要软件包包括：,stimulus Editor 激励源编辑程序： 设定各种激励信号。 Probe 后处理器 相当于一个示波器，可以将由Pspice 运算的结果在屏幕或

6、打印设备上显示出来。,1.1.2 PSpice 特点,PSpice 程序与其他版本的Spice程序相比，提高器件模型精度，增加了模型和器件种类。 Probe程序可以协助用户快速精确的观测电路特性，并具有软件测量功能。 PSpice采用了模块化和层次化设计。 PSpice具有良好的人机界面和控制方式。,PSpice的基本功能: 可以对电路的各种性能：如直流、交流和瞬态等特性进行分析，还可以进行环境影响分析：如温度；可以进行容错分析和最坏环境分析；可以进行噪声分析。,主题,1.2 PSpice软件的历史,返回,1.2.1 Spice 通用电路分析程序,1.2.2 Spice For DOS,1.2

7、.3 Spice For Windows,1.3 OrCAD PSpice Release 9.1 评估版,返回,OrCAD PSpice Release 9.1 评估版又称为学习版。在功能上有一定的限制,其中：,PSpice Schematics功能限制： 一个原理图中可以最多放置50个元器件； 绘图图纸纸型为A4 仅提供39个模拟元器件模型和134个数字器件模 型。,1.3.1 OrCAD PSpice Release 9.1 评估版功能限制,PSpice AD 电路模拟仿真的功能限制： 一个原理图中最多可以有64个节点； 最多10模拟电路元器件； 最多65个数字电路元器件； 最多10条传

8、输线。,PSpice Model Editor 的功能限制： 只可以创建二极管的模型特性。,PSpice Stimulus Editor 的功能限制： 在模拟电路中只可以创建正弦曲线激励源； 在数字电路中只可以创建时钟脉冲激励源；,PSpice Optimizer 的功能限制： 只可以针对单一参数单一限制的单一目标电路 优化。,1.3.2 PSpice 文件格式,主题,第二章 EDA及其开发系统,EDA开发系统简介,目录,EDA( Electronics Design Automation),目录,EDA与电子工程设计,2.1 EDA与电子工程设计 2.1.1 EDA概述,一. 电子设计自动化

9、的产生背景 1电子系统集成化成为必然趋势 电子系统的集成化可以使系统体积小、重量轻、功耗低，更主要的是可使系统的可靠性大大提高。集成电路IC(Integrated Circuit)问世以来，集成的规模便以10倍/6年的速度增长。20世纪90年代以来，电子系统日趋数字化、复杂化和大规模集成化。由于个人电脑、移动通信和高速数据传输设备的发展需求，电子厂商们越加迫切地追求电子产品的高性能、优品质、低成本、低功耗和微小封装尺寸。因此必须采用少量的IC器件和面积尽可能小的PCB板(Printed Circuit Board)研制高集成化的复杂系统，这些要求进一步促进了集成工艺的发展。,1999年，以0.

10、18微米工艺为基础的百万门器件已经出现，并且集成工艺逐步达到了0.13微米和0.1微米。近几年，深亚微米甚至纳米工艺的发展不断支持产品集成化程度的进步，使电子产品进入了片上系统SoC ( System On Chip)时代。片上系统设计将电路设计、系统设计、硬件设计、软件设计和体系结构设计集合于一体。,2电子产品 设计周期缩短 更新快速,快速推出新产品，对市场做出快速的反应，可以获得更大的市场份额和更大的利润。 随着集成电路的发展，传统的设计方法不能满足要求，EDA技术已经渗透到电子系统和集成电路设计的各个环节。设计人员可以借助开发软件的帮助来完成复杂、烦琐的设计工作。,电子设计自动化的发展历

11、史,20世纪70年代 计算机辅助设计CAD ( computer Aided Design)将电子设计中涉及的许多计算用计算机程序实现。 20世纪80年代 计算机辅助工程CAE ( Computer Aided Engineering)计算机绘图软件出现，减轻了设计人员的劳动强度。 20世纪90年后期 以高级语言描述、系统及仿真和综合技术为特征的第三代EDA工具。,目前数字化系统的EDA可以直接根据设计要求以自顶向下的方式设计，可以相应地完成系统描述、仿真、集成和验证等多个环节，直到最后生成所需器件。 设计人员借助开发软件的帮助，可以将设计过程中的许多细节问题抛开。将注意力集中在产品的总体开发

12、上。这样大大减轻了工作人员的工作量，提高了设计效率，减少了复杂工序，缩短了开发周期，实现了真正意义上的电子设计自动化,1、SoC( system on chip ) 系统设计方法 对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专用集成电路ASIC （ Application Specific Integrated Circuit）实现，然后采用硬件描述语言（HDL）完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件。,2.1.2 基于EDA 的设计方法,2、SoC系统设计方法的流程( Top-Down),从系统设计入手，在顶层进行功能方框图的划分和结构设计。在方框图一级

13、进行仿真、纠错，并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述，在系统一级进行验证。然后用综合优化工具生成具体的门电路的网表，其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的，这不仅有利于早期发现结构设计上的错误，避免设计工作的浪费，而且也减少了逻辑功能仿真的工作量，提高了设计的成功率。,3、基于概念驱动的设计,设计人员无需通过门级原理图描述电路，而是针对设计目标进行功能描述，由于摆脱了电路细节的束缚，设计人员可以把精力集中到创造性的概念构思与方案上，一旦这些概念构思以高层次描述的形式输入计算机后，EDA工具就能以规则驱动的方式自动完成整个设计。,

14、2.1.3 EDA的主要作用：,1、验证电路方案设计的正确性 当要求的系统功能确定之后，首先采用系统仿真或结构模拟的方法验证系统方案的可行性，这只要确定系统各环节的数学模型便可实现。进而对构成系统的各电路结构进行模拟分析，以判断电路结构设计的正确性及性能的可实现性。 2、电路设计的优化设计 器件参数的容差额和工作环境温度将对电路工作的稳定性产生影响。采用统计分析方法，便于确定最佳元件参数、最佳电路结构以及适当的系统稳定裕度，真正做到电路的优化设计。,3、实现电路特性的模拟测试,电子设计过程中，要做大量的数据测试及特性分析工作。采用EDA方式，可以实现全功能测试，可以直接模拟各种恶劣工作环境及各

15、种极限条件下的电路特性而不用担心器件或电路在测试中被损坏。,2.2 EDA开发系统简介,返回, 2.2.1 EDA开发系统概述,目前电子设计自动化已形成两大主流： 1由软件公司开发的设计、制版、仿真和测试系统软件。 此类系统软件一般可以有以下功能： 通用逻辑设计 （含系统设计、逻辑综合、逻辑模拟、故障模拟） 通用模拟电路的模拟 印制版设计 电路图绘制 元件（模型、符号、参数）库的建立与修改 2由半导体器件公司研制、以PLD器件为主的数字电路 系统设计开发软件, 2.2.2 EDA开发系统的描述语言与器件,可编程逻辑器件 PLD(Programmable Logic Device)是用于专用集成

16、电路ASIC(Application Specific Integrated Circuit)的设计的通用器件，它的逻辑功能是由用户对器件编程来设定的。,目前生产和使用的PLD产品主要有：,1 现场可编程逻辑阵列FPLA (Field Programmable Logic Array) 2.可编程阵列逻辑PAL (Programmable Array Logic) 3.通用逻辑阵列GAL(Generic Array logic) 4.可擦除的可编程逻辑器件EPLD(Erasable Programmable Logic Device) 5.现场可编程门阵列FPGA (Field Programmable Gate Array) 6.复杂可编程器件CPLD(Complex Programmable Logic Device) FPGA的二维逻辑阵列模块是基于查找表（Look-Up-Table）结构的，其中寄存器资源比较丰富，适合做同步时序电路较多的设计。 CPLD是基于乘积项结构的，其中组合逻辑资