精确度(通常简称为精度)是反映测量中重复性好坏的指标。仪器测量获得的有效数字位数越多,测量的精确度就越高。一个4位电压表比一个3位电压表的精度更高。电路仿真分析结果的有效数字最少的也有4位,最多的可达16位(Micro-Cap),远超过一般的指针式仪器。因此,电路仿真完全能满足各种设计的精度要求。电路仿真和真实电路的差异主要来自器件模型的准确度。PSpice规定了较多的器件模型参数,目的也是提高仿真的准确性。更精确的元器件模型还考虑到温度、电压/电流和频率的影响。半导体器件的模型参数均由各自的生产商提供,有较高的准确性。考虑到半导体器件参数本身的离散性,在绝大多数场合下,电路仿真的结果可以被设计直接采用。
四、 怎样学习电路仿真技术?
1.要有电子学基础知识
用电路仿真来验证电子线路的基本原理,能加深对电子学原理的理解和掌握。但是反过来也要求使用者有相应的电子学基础,对电子线路的基本概念和分析方法有一定的掌握。比如说,电路静态工作点的计算,实际上是用欧姆定律和克希霍夫定律解算电路的直流参数;交流小信号分析则涉及信号的幅度和相位。在大多数情况下,我们首先要对各元件的作用和电路的功能有定性的了解,建立正确的电子学概念,然后再深入研究定量的分析和计算,而大量繁杂的定量计算的问题用电路仿真软件去解算和验证。
2.初步理解Pspice语言
Pspice语言是电路仿真的理论基础。掌握了Pspice能更深刻地理解电路仿真分析选项和参数的意义,操作起来才能得心应手。Pspice是对电路、元件和仿真参数的描述。Pspice的核心内容是:电路描述方法、元器件模型、电源描述、分析选项和参数设置及输出变量的定义等。
如果对电子学比较熟悉,而又有实际需要的话,可以进一步研究电路的“宏模型”。宏模型是电路子系统简化的等效表示方法,可以是一个等效电路、一个方程组、一个数组等。在很多电路仿真软件中都提供了宏模型,如表达一个二阶的滤波器或一个S参数四端网络等。宏模型的特点是在符合仿真精度的范围内,其端口特性和所表达的电路相近,而内部结构大大简化。因而在运行仿真时可减少分析时间,较快地得到结果。
3.掌握一个电路仿真软件
本刊已经介绍过的电路仿真软件各有特色,作为初学者用哪一个软件最好呢?这要根据你的学习和工作要求而定。如果只是想辅助学习电子学原理,而且英文水平不高,宜选用TinaPro V5.5中文版;如果要进一步学习印制电路板的设计,则可选用Protel 99 SE;如果已经掌握了EWB5,而又打算学一点电子测量技术,推荐使用Multisim 7;如果需要在大屏幕上显示各种电路过程,可考虑采用Micro-Cap。如果作为学习之用,这些软件的试用版都已够用了。
要对选定的软件作深入的研究,掌握电路图编辑、分析项目和参数设置、元器件模型的修改和新建、仿真波形的编辑和运算、电气图形符号编辑和窗口选项的设置等操作要点。各种电路仿真软件从界面上看有较大的差别,但内部的分析选项和参数设置大同小异。明白了一个软件,其他的也就能举一反三,触类旁通。
4.研究软件的样例文件
电路仿真软件都有数量不等的样例文件。样例文件意在帮助用户学习理解软件的原理和使用方法。样例文件都经过精心选择,最能反映该软件的功能和特色:或罗列各种扫描分析类型;或列举各种典型电路的分析方法;或示例各种信号源的参数设置;或说明特殊零件的用法;或示出数字电路的分析波形;或展示该软件的一些特殊应用等。如Multisim 7的文件夹Samples\Analyses中,有该软件18种分析功能的对应实例;在文件夹Samples\RFExamples中,有5个射频电路分析实例。
研究样例文件可从以下几个方面入手:先看这是什么类型的电路,确定这样的电路可能要进行何种分析。如果有信号源的话,打开其属性对话框,查看此信号源是直流信号还是瞬态分析信号,有没有设置交流小信号参数,瞬态源各参数如何设置。如果只是直流源,说明要进行直流扫描,如分析晶体二极管或三极管的直流特性;如果是瞬态源,则要进行瞬态分析;如果设置了交流小信号源,则是要进行电路的频率特性分析。
其次研究设置了哪些分析类型,分析参数是怎样设置的。如已选定了分析的类型,要看一下起始点是多少?终止点是多少?步长是多少?扫描步进的类型是什么?选择了哪几个输出数据?储能元件有无初始状态值?有无节点初始状态值。还要检查一下有无附加分析,如参数扫描、温度扫描、蒙特卡洛分析等。
最后调用命令Run或Simulate运行分析,得到数据分析列表或仿真波形图线。把电原理图、分析选项和仿真图线相比较,探究仿真项目和参数设置的特点,归纳得出该软件操作的一般方法。
五、有哪些可用电路仿真学习资料?
学习资料对于学习者是不可或缺的。虽然电路仿真进入我国的时间不长,但已经有了一些可供学习借鉴的材料。我们可以从4个方面来搜寻相关的资料。
1.中文书刊
有关电路仿真的专业书籍市面上已有好几种,多数是介绍Electronics Work-bench V5的入门读物,比较适合初学者。程度稍高的一本是《Multisim 2001 电路设计及仿真入门与应用》;关于Or-cad Pspice A/D较好的一本专著是《全能混合电路仿真OrCAD PSpice A/D V9》;专门论述PSpice理论的一本书是《模拟电路的计算机分析与设计——PSpice程序应用》,如要系统地研习电路仿真技术,此书当为首选。但科技类图书印数普遍比较少,即使在较大的城市也可能买不到,可考虑邮购或在网上购买。
期刊的特点是反映技术动态比较及时,刊载一些专论某一问题的短文。读者可以花较少的阅读时间来了解一项技术或知识。在我国现有的几个电子科普类期刊中,以《无线电》所载的电路仿真文章为最多。在电子应用技术类的专业刊物上,也常有电路仿真技术具体应用的文章,但专业程度比较深一点。
2.网络上的信息
关于电子技术网站信息,《无线电》杂志的专栏文章已经介绍了很多,可供参考。应用搜索引擎,我们随便以一个电子相关的关键词搜索,便能找到数以万计的网页。如在Google上以“电路仿真”为关键词,搜索全部中文网页,可找到30000个以上的网页。当然,这些网页不可能全部都是有用的材料,但你至少可以找到几百个有价值的网页。另一个比较好的搜索引擎是“北大天网”(网址http://e.pku.edu.cn,见图1)。可以用它直接搜索网上的文件,说不定能找到你急需的东西。
另一个可去的地方是一些电子专业网站的BBS,在那里有一些热心的电子高手,他们会很乐意回答你在学习和工作中遇到的各种专业问题。
3.软件的帮助
软件的帮助是一个巨大的资源库,我们可以从中找到大多数想要的电路仿真资料。惟一遗憾的是,除了TinaPro中文版的帮助是以中文写成的外,其他的所有电路仿真软件都是英文版的,当然只有英文的帮助。
一些帮助做得好的软件,如Multisim 7等,有两种不同类型的帮助:Help和Reference。Help是软件帮助,指导用户怎样使用这个软件,包括菜单使用及软件各种选项的设置等;Reference是参考资料,提供PSpice语法说明、元器件的应用细节、模型的数学表达式、PSpice模型参数等。
使用仿真软件遇到问题时,可按照目录或索引来搜寻我们感兴趣的内容。目录是对软件使用说明比较系统的编排,索引是按关键词来查找相应的说明。
4.软件参考书
电路仿真软件带有指导书和参考书,和正版软件放在同一包装中。没有正版软件也可以得到软件说明书的PDF电子文档。电子文档有两种提供方式,一是放在试用版软件的安装文件中,随同软件安装在一个子目录下。一是放在公司的网站上,供读者免费下载。
各电路仿真软件的说明书数量多少不等。如Micro-Cap7有使用指南(254页)和参考手册(712页)各一册;Multi-sim2001有使用指南、元件手册、附录在内的各种参考书7册,总数超过2000页;Orcad的参考书更超过了20册,其中Pspice Reference Guide(中译《PSpice参考指南》),系统地叙述了PSpice的基本概念和语法,想深入研究PSpice者不可不看。有些软件的Reference本身就是一本专业著作。如Saber的Star-Hspice Manual,竟有1938页。
软件的帮助和参考书都是用英文写成,对于我们来说有一个语言障碍的问题。但也不必灰心,因为这些文件的共同特点是词汇量不是很多,多数句子的语法也不很复杂。如果你对电路仿真的中文专业术语有一定的掌握,又有初步的英语基础,通过一段时间的努力,就能看懂绝大部分的内容。趁着学习电路仿真技术的机会,坚持啃上几个月,你的专业英语水平一定会大有长进。
(甘雨)
