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Protel仿真组件Simulate概述(下)

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三、设置和运行仿真

执行Simulate/Setup命令,打开Anal-yses Setup对话框,所有的仿真类型和参数都在此对话框中设置。

在此对话框中共有9个分析多选项(图3)。傅里叶分析必须在瞬态分析后运行,故它们合用一个分析选项。工作点分析没有参数设置页。因此在分析设置对话框中有8个仿真设置页。现以若干实例说明Simulate仿真的操作:

图1
图1 🔍原图 (532×423)

1. 工作点分析(Operating Point Analy-sis)

图2
图2 🔍原图 (512×302)

Simulate工作点分析可得到电路的直流参数,如节点电压、各元件/支路电流、元件功耗和电路相对于电源端的等效电阻等。工作点分析是瞬态分析和交流小信号分析的基础。图4是测试晶体管特性曲线原理电路,图中Vb和Vc是节点标号。

工作点分析完成后,系统将仿真结果保存在.sdf文件的Operating Point页中。下表摘录了其中部分内容,说明是作者所加。

图4
图4 🔍原图 (393×169)

2. 直流扫描

图3
图3 🔍原图 (532×240)

Spice为直流扫描提供了两个扫描源,分别为主扫描源(Primary)和次扫描源(Secondary)。主扫描源是内循环,次扫描源是外循环。测量晶体管的特性曲线要使用两个电源(如图5所示):测输出特性曲线时应设集电极电压源V C为主扫描源,基极电流源I b为次扫描源。

主扫描源的步长值小一点,可得到较为精细的曲线;次扫描源的扫描步长应使产生的曲线有一定的间隔,不宜太小。图6是按图5设置参数仿真所得的晶体管2N930输出特性曲线。

测量晶体管输入特性曲线时应将基极电源改为直流电压源,并设为主扫描源。集电极电源设为次扫描源。


3. 傅里叶分析

图5
图5 🔍原图 (532×233)

傅里叶分析基于信号的瞬态分析。我们以图7电路为例说明之。

在图7中,已将正弦信号电源参数设置项Part Field5和Part Field6二栏的隐藏属性改为“显示”。Simulate傅里叶分析和瞬态分析的参数设置在同一页上,如图8所示。

在Default Parameters区域的Cycles Displayed栏中填入波形周期数。再点击Set Defaults按钮,瞬态分析项自动生成数据。傅里叶分析的缺省值基频为电源频率,谐波数为10次。运行分析得瞬态波形见图9。

显然,输出波形有较大的失真,图10是傅里叶分析频谱。Simulate还给出各节点傅里叶分析结果详细的数据表.Sim。


4. 蒙特卡罗分析

图6
图6 🔍原图 (532×342)

蒙特卡罗分析预测元件参数变化对电路工作状态的影响。蒙特卡罗分析必须和瞬态分析、直流扫描和交流小信号分析等同时运行。Monte Carlo设置页有4个区域(图11)。

在Mont Carlo Default Tolerances(蒙特卡罗分析缺省容差)区对电阻、电容、电感、直流电源、晶体管和数字器件传输延迟等6类元器件设置容差参数。在各栏中填入数字则定义为绝对误差值;填入带百分号“%”的数值则定义为相对误差值。如1K的电阻,取绝对误差10,则其阻值范围为990~1010;取相对误差10%,则其阻值范围为900~1100。

Default Distribution区选择容差的分布形式。Uniform为均匀分布;Gaussian为正态分布;Worst Case为最差情况分布。取最差情况分布时,元器件的误差都取极限值。

Simulation区的Runs项填入蒙特卡罗分析次数。

Specific Device Tolerances项对蒙特卡罗分析参数作进一步的设置,如设置三极管的电流放大倍数、电源参数的容差;使同一模型的各元件容差按相同的规律变化;使不同元件模型的一个或几个参数的容差同步变化等。

图12是对图7的电路运行蒙特卡罗分析所得,分析参数按图11设置。图例中m1表示是第一次蒙特卡罗分析数据。

图7
图7 🔍原图 (532×309)

四、图线的分析处理

在Simulate的波形观察器中可以任意地改变图线、背景、字符和坐标格线的颜色,或改变图线的粗细及为图线添加标志。而更有用的功能是对波形的测量和分析。


1. 波形测量

图8
图8 🔍原图 (409×439)

在图线窗口中可对波形作简单的测量。测量工具有Browse SimData页的Mea-surement Cursors区。A和B是测量曲线坐标的两个游标。点击AB的下拉列表,选中拟测量的曲线。

在第三个下拉列表中有下表所列计算工具。调整游标的位置,在图13的最下方显示了当前计算值。


2. 波形分析

图9
图9 🔍原图 (532×423)

Simulate的波形观察器可对波形进行各种数学运算,建立基于有效波形的数学表达式。点击Browse SimData页上New按钮,打开新建波形对话框。

Waveforms栏是当前可用的波形名称,Functions栏是运算符号和函数。Ex-pression是表达式创建栏。图15是对波形out_m2求均方根值建立的新波形RMS(out_m2)

Protel提供了40个电路仿真的样例文件,在Examples\Circuit Simulation文件夹中。研究这些电路,可学到很多Simu-late电路仿真的知识和技巧,包括本文没能提到的参数扫描、交流小信号分析和数模混合电路仿真等内容。

Altium公司的网址是www.altium. com,Protel的网址是www.protel.com。Protel 99 SE的30天试用版的下载地址为www.protel.com/eproduct/trial_home.html。Protel 99 SE的使用手册《Protel 99 SE De-signer‘s Handbook》(英文版)也可从该网站上下载。

(甘雨)