美国IntuSoft公司的ICAP/4是一套以SPICE 3F5为基础的电路仿真软件。其最新版本是第8版，该软件有很多出色的功能：如执行仿真后可在电路图上显示各测试点的波形；更改元件值或温度值等参数后，能即时显示测试点的新波形；可将元件值或温度值等参数设为连续变化的数值量，显示对应该自变量的函数波形。图1为其软件窗口。
本文描述了ICAP/4 V8.3.10试用版的基本功能。试用版的主要限制是元件模型较少，电路中不能超过20个元件。其他功能如保存和打印文件等，均可正常使用。ICAP/4试用版的下载地址是www.intusoft.com/demos.htm。如不能进入，可在intusoft的主页上点击DEMOS项，填表确认后到软件下载页面下载。
ICAP/4的主要部件有：电路图输入SpiceNet、文本编辑IsEd、电路仿真Is-Spice4和波形分析处理IntuScope。在各组件的界面中，可打开其他组件。ICAP/4的工作流程是，在SpiceNet界面中绘制电路图，设置仿真参数；然后由IsSpice4执行仿真分析；IntuScope显示电路各点的波形，并进行各种分析运算。IsEd用于编写元件模型和子电路、阅读输出文件信息等。
电路图绘制
SpiceNet的功能是绘制电路图、编辑元件图形符号、设置仿真类型和参数，并能实时显示电路静态工作点数据和仿真波形图线。
在ICAP_4程序组中调用Start ICAPS命令，打开电路图输入组件SpiceNet。新建电路图文件的路径不宜有汉字，否则有可能打不开文件。空白文件不能被保存。在中文环境下，ICAP/4的对话框和按钮会有缺字。本文插图都是在英文操作系统中抓取的。
元件分为无源元件（Passive）和有源元件（Active）两大类。用菜单命令和快捷键调用元件，快捷键和SPICE规定的元件首位字母一致。如R是电阻，Q是双极型NPN型三极管等。放入图纸的元件定位在当前插入点，决定插入点的位置用鼠标点击图纸。
（1） 元件属性
元件属性对话框有Label（标签）、Tolerance/Sweep/Optimize（公差/扫描/最优化）和Failure Modes（失效模式）等3页，如图2所示。
A. Comment栏为元件添加注释。注释显示在图纸上，本栏可输入中文。
B. Net List列出元件的Spice网络表。如电阻的网络描述“R1 1 2 1K”，表示电阻的标号是R1；两个引脚分别接于节点1和2；阻值是1KΩ。“*#save @R1[i] @R1[p]”表示保存R1的电流和功率。
C. Properties是元件属性，共有4种属性标志：
铅笔栏：
可编辑的数据。如参数栏中是符号“？？？”，则必须输入数据。Ref Des为元件标号；Value为元件值；Part number是元件的部件编号，常表示一个集成电路封装中的各部件（74LS11中有6个反相器）；Type为元件封装型号；Model是元件模型，有源元件都要用模型描述；Temp项定义温度；IC设定电容器的初始电压和电感器的初始电流；multi-plicity为元件的并联个数，如将电阻的该值设为2，相当于在电路中将两个该电阻并联。
眼镜栏：
系统自动添加的数据。使用者只能查看这些信息，不能修改。用于标示节点的网络标号等。
探针栏：
决定要保存的测量数据，有Yes和No两个选项。在电阻的属性对话框中有电流和功率两个测量选项。在一个比较复杂的电路中，如果保存了太多的测量数据，仿真后的输出数据文件将十分庞大，应根据实际需要选择保存对象。
钥匙栏：
元件的模型参经数。模型由缺省的参数和取自库文件的Passed参数组成。当用户输入一个新的参数值到这些栏中，就会改变元件的原有模型，但元件库中的元件模型不会被改变。
D. Label List通过“Add”、“Remove”等按钮将Properties中的元件参数显示在图纸上。
E. Label style是标签的排列方式：Tall将各参数纵向排列、Wide为横向排列、Split为分散排列。
F. Auto Ref Des自动给元件编号。
（2） 无源元件
调用无源元件执行SpiceNet主菜单命令Parts>Passive或快捷键。有电阻、电感、互感器、电容、理想传输线、分布式URC/URD传输线、有损传输线、电压/电流控制开关等。
A.电阻
电阻值可以是一个数值或一个表达式。数值填入电阻属性框中的Value栏，可以是正值或负值，但不能为0。输入Value栏的表达式，句法是R=表达式。如果表达式较长，可点击Enter按钮，在Data栏中输入。
ICAP支持薄膜电阻。R=RSH（（L-NARROW）/（W-NARROW））。式中：R是薄膜电阻的阻值；RSH是单位面积的电阻值； 是长度； 是宽度； NARROW是由于侧面腐蚀导致的断面收缩量。例如：当RSH=1、L=1、W=0.1、NARROW=0，则R=10Ω。只有在Value栏无输入数据时，薄膜电阻参数才起作用。
R（NOM）是电阻在系统设定温度时的电阻值；TC1是一次温度系数；TC2是二次温度系数；ΔT=T-TNOM，TNOM是系统设定的常温，缺省值是27℃。
B.电容器
电容值是一个数值或一个表达式。数值可以是正值或负值，但不能为0。句法是C=表达式。如C=1μ+1p×SQRT（FREQ）是一个有效的电容行为模型。参数IC定义电容器的初始电压。
C.电感器
电感值可以是一个数值或一个表达式。数值可以是正值或负值，但不能为0。句法是L=表达式。如L=1μ+2×V（3）是一个有效的电感行为模型。参数IC定义电感器的初始电流。
D.互感
互感是使两个电感产生互感关系的元件。Inductor 1和2是参加耦合的两个电感器的标号；Coupling Coefficient是耦合系数，在0～1之间。如果有3个电感器，要考虑它们的相互耦合，必须用3个互感元件。
E.传输线
在ICAP/4中有无损耗传输线、均匀分布传输线和有损RLC传输线等3种。
F.控制开关
有电压和电流两种控制开关。参数RON和ROFF必须大于0，小于1/GMIN。GMIN是SPICE并联在非线性支路上的最小电导，目的是改善仿真的收敛性。GMIN的缺省值是10-12西门子。如果出现不能收敛，可改为ROFF/RON>10 6。
（3） 半导体器件
在菜单命令Parts>Active下有二极管Diode、双极型三极管BJT、结型场效应管JFET、MOS型场效应管MOS和砷化镓场效应管MFET等5类9种（包括P型和N型）半导体器件。
在器件属性的Model Parameters栏下，有该器件的全部模型参数列表。参数值是SPICE系统规定的缺省值。如二极管的反向击穿电压BV为∞、双极型三极管的正向电流增益BF为100。用这些器件搭建一些说明原理的电路是完全可以的，但是要用它们来模拟真实电路的工作状况会有较大的误差。最好的办法是用器件原厂的资料数据来取代模型的缺省数据。如ICAP/4试用版的模型库中没有9013，可查得XX9013的主要参数，将它们代入BJT的模型参数栏，就得到比较符合真实情况的9013模型。
（4） 模型库
ICAP/4工业版有14000个元器件模型，以ASCII文件储存。可用 SpiceNet的元件浏览器（Parts Browser）查阅模型数据。ICAP/4还提供约100个通用模型，输入元器件数据手册中的参数，使之成为接近实际的仿真模型。在试用版里，元件模型共有385个，最常用的元器件都已包括在内。模型清单文件是\spice8d\SN\dbase.@@@，能用文本工具打开或将其导入Excel，再整理查阅。
执行命令Parts>Parts Browser，打开元件浏览器（见图3）。
浏览器中显示了元件的库名、子库名和元件名。点击Add按钮，将选中的元器件添加到Preferred Parts（首选的元件）栏中。以后可执行Parts>Preferred命令直接调用该元件，而不必打开浏览器。在浏览器的最下面，显示了当前元件的图形符号库和模型库位置。
点击Edit Symbol按钮，打开元件库编辑器SpiceNet Symbol Editor，修改或创建元器件图形符号（见图4）。
点击Edit Model按钮，打开ICAP/4内建的文本编辑器IsEd，可用以修改或创建新的元器件模型文件（见图5）。
2.电源和信号源
独立源用命令Parts>Voltage Source（电压源）和Current Source（电流源）调用（见图6）。
属性对话框中，DC项设置直流电压；AC项设置频域分析用的交流扫频信号电压和用空格分开的初相位；DistoF1和DistoF2是失真分析所用的两个信号频率；点击Tran Generators栏的Enter按钮，打开瞬态分析电源对话框。
在Transient Generators页中有PULSE（脉冲）、SIN（正弦）、PWL（分段线性）、SFFM（调频）和EXP（指数）等5个信号源设置卡（见图7）。每种信号均有图示，便于设置参数。在ICAP/4中，信号源的部分参数可不予设置，由系统自动调用缺省值。缺省值是瞬态分析的两个参数：步长TSTEP和分析终了时间TSTOP，也就是在Transient Analysis设置页的Data Step Time和Total Analysis项。本文仅说明分段线性源PWL。
分段线性源用时间-幅度数对组描述信号。格式是：T1 V1 T2 V2 ... Tn Vn，数字之间用空格分开。分段线性源可描述各种信号。如某复位信号描述为：0 0 1m 0 1.001m 2.8 1.1m 2.8 1.101m 0 2 0（见图8）。仿真得到的曲线数据都是PWL格式，精细的曲线以较多的数对组描述。
受控源有两类：线性受控源和非线性受控源。
A. 线性受控源有4种。其输出信号和输入信号都是线性关系，详见下表：
B. 非线性受控源
用数学函数和+、-、×、/等运算符号组合的显函数表达式，组成描述非线性受控源的输入和输出函数关系的宏模型。ICAP/4合法的函数有三角函数、数学函数等共30多个。给定函数表达式引用的电压或电流变量必须是某一节点上的信号。图9中输出电压表达式Vam=V（2）×V（1）中，V（2）和V（1）是指节点1和2的电压（数字必须加括号），而不是信号源V1和V2。在受控源属性框的Expression栏中输入表达式V（2）×V（1），在表达式前不要输入“V=”。非线性受控源看来像输入端的两个引脚不连接任何元件。
图10是此受控源的输出波形。应用非线性受控源能产生电子学的绝大部分波形。
3.其他图纸元素
（1） 测试点
ICAP/4有4种实时波形测试点标志：对地电压Voltage、电压Differential Voltage、电流Current和功率Power。菜单命令Parts>Test Point调用测试标志，快捷键分别是Y、2Y、3Y和4Y。放置标志的目的是在运行仿真后得到节点信号波形。如想观察某电阻的功率曲线，就要在电阻的引脚上放置Power标志。为了易于识别图线，可更改测试标志的标号。
（2） 接地符号
仿真电路必须有接地点，电路中可有多处接地点。从PSPICE工作的要求来说，电路中任何一点都必须有对地通路。如变压器的初级和次级都要有适当的对地通路。合理设置接地点是顺利完成电路仿真的必要条件。执行菜单命令Parts>Ground或按下字母键O，即在当前光标处放置一个接地符号。
（3） 连接符号
连接符号用于连接两个或多个网络节点，而不需要用连线。其实质是赋予这些节点以相同的网络编号或名称。双击连接符号打开属性框，选择或重命名网络编号或名称。但是如果此连接符号未连接在连线或元件引脚上时，不能打开属性框，对一个不存在的网络命名是没有意义的。执行菜单命令Parts>Con-tinuation或按下字母键Z，即在当前光标处放置一个连接符号。
下期笔者为大家介绍如何利用ICAP/4进行仿真分析的设置、实际运行仿真和进行波形分析。
（甘雨）