从去年开始笔者为大家连续介绍了几款电路仿真软件，有的读者觉得电路仿真似乎离自己比较遥远，实用价值不大，这其实是没有意识到电子设计自动化在现代电子领域的地位和作用。掌握一定的电子设计自动化知识，对大家的实现电子兴趣爱好、从事电子技术工作都非常有帮助，而电子设计自动化软件已成为现代电子行业不可或缺的工具。本期，笔者将重点为大家总结一下电路仿真软件的特点。!
电子仿真属于电子设计自动化（EDA）的组成部分。一般把电子仿真分为三个层次：物理级、电路级和系统级。我们重点介绍的是电路级仿真。
电路级仿真分析由元器件构成的电路性能，包括数字电路的逻辑仿真和模拟电路的交直流分析、瞬态分析等。电路级仿真必须有元器件模型库的支持，仿真信号和输出波形代替了实际电路调试中的信号源和示波器。电路仿真主要是检验设计方案在功能方面的正确性。电路仿真技术使工程师在实际电子系统产生之前，就有可能全面地了解电路的各种特性。
电路仿真软件的基本特点
笔者已经介绍和以后将要介绍到的用于电路仿真软件的功能侧重点各有不同，有些软件以PCB设计为主但内嵌了仿真组件，如ORCAD的PSPICE、Protel的Simulate等，有些软件专门用于电路仿真，如Multisim、TINA、ICAP/4、Circuit-maker和Micro-CAP等。它们的数据显示和处理方式也不尽相同。我们可以从下列4个方面来评价软件的实用价值。
1.仿真项目的数量和性能
仿真项目的多少是电路仿真软件的主要指标。各种电路仿真软件都有的基本功能是：静态工作点分析、瞬态分析、直流扫描和交流小信号分析等4项；可能有的项目是：傅里叶分析、参数分析、温度分析、蒙特卡罗分析、噪声分析、传输函数、直流和交流灵敏度分析、失真度分析、极点和零点分析等。仿真软件如SIMextrix只有6项仿真功能，而Tina V6.0有20项，Protel、Or-cad、P-CAD等软件的仿真功能在10项左右。专业化的电路仿真软件有更多的仿真功能，对电子设计和教学的各种需求考虑得比较周到。如TINA的符号分析、Pspice和ICAP/4的元件参数变量和最优化分析、Multisim的网络分析、Cir-cuitMaker的错误设置等都是比较有特色的功能。
Pspice语言擅长于分析模拟电路，对数字电路的处理不是很有效。对于纯数字电路的分析和仿真，最好采用基于VHDL等硬件描述语言的仿真软件，如Altera公司的可编程逻辑器件开发软件MAX+plus II等。
2.仿真元器件的数量和精度
元件库中仿真元件的数量和精度决定了仿真的适用性和精确度。电路仿真软件的元件库有数千到1、2万个不等的仿真元件，但软件内含的元件模型总是落后于器件的生产和应用。因此，除了软件本身的器件库之外，器件制造商的网站是元器件模型的重要来源。大量的网络信息也能提供有用的仿真模型。设计者如果对仿真元件模型有比较深入的研究，可根据最新器件的外部特性参数自定义元件模型，构建自己的元件库。对于教学工作者来说，软件内的元件模型库完全可以满足常规教学所需。电路仿真软件的元件分类方式有两种：按元器件类型如电源、二极管、74系列等分成若干个大类；或按元件制造厂商分类。大多数仿真软件有电路图形符号的预览，便于取用。
各电路仿真软件对元件的PSPICE模型都作了简化。如PSPICE的电阻模型有一阶、二阶和指数等3个温度系数。多数软件只定义了前两个温度参数，只有Tina定义了电阻的3个温度参数，而Pro-tel的电阻未定义温度系数；又如双极型晶体管有40个PSPICE模型参数，Multi-sim规定了全部的参数、Tina也有32个，Protel只有22个。对仿真精度要求比较高的设计要采用高精度的元件模型，或根据实际元件修正模型参数。
3.数据显示和处理能力
运行仿真后会得到大量的数据。仿真数据的显示方式有列表和图线两种，如计算直流静态工作点后，Protel将节点电压、支路电流、元件消耗功能和电源端等效电阻等数据以列表显示；Pspice和Micro-CAP可将电压、电流和功率标示在电路图中。瞬态分析、直流扫描、交流小信号分析一般以图线显示结果。图线可以被打印或保存为特定格式的文件；部分软件可将波形保存为通用的PWL（以时间-电学量数对组表示的）格式文件，或导出到Excel中。也可以复制图线，把它粘贴到Windows的“画图”中，处理后保存为图片文件；或直接把图线粘贴到Word、PowerPoint、Autherware等软件的文档中。
各电路仿真软件对波形图线的处理能力不同。但一般都有如下数据处理功能：
（1） 波形测量：显示为不同类型的坐标刻度（线性、对数、幅度、分贝等）；测出图线的有效值、方均根值、峰峰值、平均值、最大值、最小值、周期等。
（2） 图线计算：对图线进行加、减、乘、除、微分、积分等运算，或将图线变量作为数学函数的自变量，得到新的数学变量。
（3） 修饰图线：使图线更美观、更容易被理解。可更改图线的粗细、颜色、式样和标记；添加测量数据点标志和数据标签；改变图线的背景色、坐标的式样和颜色等。有些软件允许在图线画面中输入说明性的文字，甚至可以是中文文本。
4.虚拟仪器和教育功能
形象化的虚拟仪器是电路仿真软件的一个特色。最典型的例子是Multisim，该软件的虚拟仪器无论界面的外观还是内在的功能，都达到了同类软件的最高水平。其他备有虚拟仪器的软件有 Tina和Edison等。
虚拟仪器可以帮助学习者了解电子仪器的作用，深入理解电子测量的方法和技术要领。掌握电子仪器的各种操作方法，特别是各种控制按钮、旋钮的功能。Multisim和Tina虚拟仪器的功能实际上已超过了PSPICE本身，比较典型的是网络分析仪和逻辑分析仪。网络分析仪是分析射频组件和射频网络参数的专用仪器； 而Multisim的逻辑分析仪具有真正的数字电路分析能力，符合实际数字系统分析的技术要求。部分软件还有虚拟的机电元件，如灯泡、按钮、继电器、接触器等电气元件，调用这些元件可构建机电控制电路。软件元件库中的数学和模拟控制器件可用以分析自动控制原理。
为适应教育单位对电路原理教学的需求，有的软件设置了教育功能。主要是允许使用者对元器件设置一些隐藏的错误。如Mulisim和TINA可对组件设置开路、短路和漏电阻三项参数；而Al-tium公司的CircuitMaker可以对组件和电路做更多的教学设置，并且可加上密码。
附表是10个有代表性的电路仿真软件主要参数的统计。表中安装容量是指软件安装后在硬盘中所占用的空间，Pro-tel的安装包括了PCB设计组件；电源种类数的多少和软件对电源的分类有关，如有的软件将同一电源分别放在多个目录下，有的软件将5种瞬态分析源放在一个图标中；Pspice正式版的仿真元件数为1.6万。
电路仿真软件的应用
1.用电路仿真软件设计电子产品
传统的手工设计电子电路，一般是根据经验和成熟的电路数据来预定电路参数，采用简化的电路和器件模型估算电路特性，通过搭建试验电路加以验证。搭电路试验所需费用比较高；一般还要进行多种电路方案、调用不同型号或误差等级的元器件比较试验，使电路实验周期变得很长；对电路进行温度分析、容差分析和最坏情况分析等统计研究也要耗费大量的人力。而采用电路仿真技术后，这些工作都变得十分容易。上述的各种试验只要设置若干参数，在一两分钟内即可得到结论。用计算机仿真代替搭试验电路，可以大大减轻方案验证阶段的工作量，并能保存仿真中产生的各种数据，为整机检测提供参考数据。在EDA系统中，更可保存大量的单元电路、元器件的模型和参数。可供设计者方便地调用这些数据。
电子行业应用比较多的EDA软件有Orcad、Protel、P-CAD和Multisim。其中Multisim需和ultiBOARD2001及ultiROUTE两个组件协同工作才能完成PCB设计。采用这些软件能满足整个产品设计及验证过程的自动化。完成电路设计后，可生成工程制造所需的各种数据和报表文件。
虽然电路仿真可以在很大程度上模拟真实电路，但不能完全取代对最终电路的实物测试。因为实际元器件的参数不可能和模型完全一致。更重要的是所有的元件必须安装在印制电路板上，电路板的元件布局和铜箔布线对电路性能的影响非常大，特别是电路的工作频率比较高时。所以使用电路仿真软件并不是要取消仪器，而是在制成实际的工程样品前就能保证电路有大致正确的参数属性。从而减少设计中不必要的弯路，提高设计的成功率。
2.电路仿真软件用于教学中
在电工学和电子学的教学中，教师需要展示电路图和数据波形。但由于受示波器性能和实验器件的限制，很难清楚地显示电路的各种电学状态，也无法将仪器荧屏显示的图线保存和打印，更难以演示诸如频谱分析和波形合成等复杂的电学过程，很多教师只能用绘图软件如Windows的“画图”工具绘制电路图和数据图线，以应急需。但是这些人工绘制的图线并不包含真正电学意义，更无法实现交互式工作。也就是说，不可能临时改变电路数据而得到新的图线。这种教学方法显然缺乏说服力，从传授科学思想和方法的角度来看也是不可取的。现在，用电路仿真软件不但可以轻松地解决上述难题，还可为多媒体教学和远程教学提供教学素材，甚至在网上开设远程虚拟电路实验。
电学实验仪器的缺乏和老化是各教学单位的共同难题。仪器品类短缺、数量不足、精度过低、允许的参数范围小、易损坏和缺少备件是电学实验室最常见的问题。在电子测量技术飞速发展的今天，靠有限的实验经费实在难以跟上电子仪器更新换代的速度。一些高精度的电子仪器如逻辑分析仪、网络分析仪之类，即使对于一些重点大学而言也是奢侈品，更难以进入普通的职业技术院校。由于缺乏必要的仪器设备，很多电学实验无法进行。而使用电路仿真软件则可大大缓解这一矛盾。只要是和电子学有关的实验大都可以用电路仿真软件替代。
比较适合于职业技术学校的电路仿真软件是Tina 6.0简体中文版，该软件不但菜单和对话框是简体中文，所有的帮助也都是用中文写成。Multisim有最多的仿真元器件和虚拟仪器，是各级学校电路仿真教学的理想工具。Multisim的缺点是画面只能放大到200％，投影到大屏幕上不太清晰。Protel的电路图和仿真图线界面是所有电路仿真软件中最优美的，适合教师作教学演示和制作各种文档中的插图。Protel也很适合PCB设计的教学。如果仅仅作为个人学习之用，I-CAP/4、Orcad的Pspice学生版、Circuit-Maker、Micro-CAP和Tina 5.5简体中文版都可以考虑。如果是电子学的初学者，则可以玩一下著名的3D电路仿真软件Edison。
今年笔者将继续为读者介绍其他电路仿真软件。希望能对您掌握现代的电子技术的工具有所帮助。
（甘雨）