PSPICE仿真软件在电子电路设计中的应用探析

2022-07-23窦晓明

通信电源技术 2022年5期

窦晓明

（郑州辰维科技股份有限公司，河南郑州 450001）

0 引言

PSPICE仿真软件是由美国加州大学伯克利分校的计算机辅助设计小组在1972年利用FORTRAN语言开发而成，不仅可以实现电子电路仿真，而且还可以实现波形与数据输出、温度与噪声分析、自主建立元器件/库等。除此之外，其具有简单易学、操作简便、实用性强、仿真效果好以及集成度高等特点[1]。

1 PSPICE仿真软件简介

PSPICE仿真软件是一款通用电路模拟分析软件，能够模拟和分析各类条件下的电路特性，其中包含Schematics、PSpice、Probe、Stmed（Simulus Editor）、Parts以及PSpice Optimizer模块，具有电路图绘制、模拟仿真以及图形后期处理等功能，可以高效准确地分析直流灵敏度、交流灵敏度、零极点以及交流小信号等。随着科学技术的不断进步，PSPICE仿真软件也在不断更新升级，目前市面上最新版本的PSPICE仿真软件就是Cadence公司的OrCAD/Pspice。应用PSPICE仿真软件进行电路设计的工作流程为：建立电路设计项目→生成电路图→电路特性分析→设置分析参数→PSPICE A/D程序→分析并显示模拟结果→调整及优化电路设计→输出电路设计最终结果[2,3]。应用PSPICE仿真软件可以分析的电路特性种类如表1所示。

表1 PSPICE电路特性分析种类

2 PSPICE仿真软件的特点分析

2.1 简单方便

应用PSPICE对电路进行模拟仿真时，均通过图形界面进行操作与展示，既简单又直观。PSPICE软件可以对电路进行自动检查，也能够对输入的相关数据进行自动化分析与计算，并快速制图、出图。此外，最新版的PSPICE软件采用了更加高效的菜单式结构，便于人们学习和操作，操作人员通过鼠标和键盘即可完成复杂的电路设计工作，大大节省了设计时间[4]。

2.2 实用性强

相对Quartus Ⅱ、Cadence等仿真软件来说，PSPICE软件中拥有大量国际著名电子开发公司提供的元件模型，为电路模拟仿真奠定坚实的技术基础。同时，PSPICE软件中丰富的模型也使得电路设计工作更加简单。通过修改某些数据，PSPICE软件便能快速响应并生成相应的仿真模型，具有良好的实用性[5]。

2.3 集成度高

PSPICE软件中集成了很多的计算工具，不仅能够进行加、减、乘、除等基础的数据计算，而且还能进行正弦、余弦等复杂的函数计算。除此之外，PSPICE软件中的各项功能也是高度集成化，设计人员在对话框中可以根据需要完成坐标修改、窗口添加、保存以及打印等一系列操作，非常方便、快捷[6]。

3 PSPICE仿真软件在电路设计中的实际应用

某电路设计过程中，为了提高设计效率和质量，使用PSPICE仿真软件对电路设计过程进行了模拟仿真分析，基本设计流程如图1所示。

图1 电路设计仿真的基本流程

3.1 电路图模拟仿真

在PSPICE软件的电路输入模块（Schematics）中输入相关数据后，系统便会自动生成该多谐波振荡器的电路仿真图，具体电路拓扑连接关系及元件参数如图2所示。其中，多谐振荡器由555定时器构成，3脚为555定时器的输出端（OUT）。

图2 电路仿真示例

3.2 直流工作点分析

使用PSPICE软件对电路直流工作点进行分析，在菜单栏内点击打开“Analusis—Setup—Bias Point Detail”对话框，然后再点击打开“Analusis—Run Probe”或“Analusis—Simulation”便能对直流工作点的电压、总功耗及半导体元件的小信号参数等进行分析，并将分析结果自动保存到输出文件中，以便查看和使用[7,8]。

3.3 瞬态特性分析及傅里叶分析

根据实际需要在PSPICE软件设置瞬态特性分析和傅里叶分析的参数，如图3所示。

图3 参数设置示例

3.3.1 瞬态特性分析

瞬态特性分析（Transient Analysis，TRAN）的结果会自动保存成扩展名为DAT的数据文件，并且可以通过Probe模块直观地显示出分析结果的信号波形[9]。以OUT端为例，使用Probe模块对其信号波形进行分析并自动生成信号波形图，如图4所示。起始输出时间默认为0、终止时间默认为5 ms，分析时间步长为50 μs。

图4 OUT端的信号波形

3.3.2 傅里叶分析

在完成瞬态分析后，利用傅里叶分析模块计算和分析瞬态分析结果波形的直流、谐波分量等参数[10]。基于上述OUT端瞬态分析结果进行傅里叶分析，即在傅里叶分析模块中利用“Center”设置并确定基波频率、利用“Number of harmonics”计算谐波次数、利用“Output”输出变量。第1个尖峰为输出信号频率，数值为4 kHz；第2个尖峰为二次谐波分量，数值为8 kHz；第3个尖峰为三次谐波分量，数值为12 kHz。

经过对比，所有频率显示数值与实际相符。