PSpice学习与使用心得.docx

1、PSpice 学习一、 基本概念1、AD 与 AAAD(analog digital)是模拟与数字仿真， AA(advanced analog)是先进模拟仿真。AD 可以独立进行仿真，AA 需要依托于 AD 仿真。二、AD1、基本操作和操作窗口（1）OrCAD 窗口1）探针电压探针：电流探针：差分对探针：功率探针：全局偏置点电压显示：全局偏置点电流显示：全局偏置点功率显示：AC Sweep 专用的其他探针：PSpice MarkersAdvanced，可以看到波特图用：dB（幅频）探针（ dB magnitude of voltage; dB Magnitude of Voltage） ，相位

2、（相频）探针(Phase of Voltage;Phase of Current)高速仿真：延迟探针(Group Delay of Voltage)实部电压电流：Real Part of Voltage Current虚部电压电流：Imaginary Part of VoltageCurrent（个人感觉是 j 方向，也就是超前 90 度方向分量）自定义探针：可以设置具有特定测试功能（函数可以人为设定）的探针，见第 11 节（或者搜：自定义探针）2）仿真设置新建仿真配置：编辑仿真配置： ，可选择瞬态时域、静态工作点、DC 或者 AC 扫描及详细设置。仿真 start：查看仿真结果：（2）PSp

3、ice AD 界面1）.out 输出文件仿真结束后可点击 查看.out 文件。（3）PSpice profile 菜单1）General 选项卡General 选项卡中显示输入输出文件路径。2）Analysis 选项卡Analysis 选项卡包括仿真参数分析的详细设置。3）Configuration Files 选项卡Configuration Files 中有 Category 栏，分为 Stimulus、Library 和 Include，Stimulus 是指波形编辑器编辑好的波形文件可以复用。Library 用于配置用户自定义的仿真库文件路径。Include 用于存放头文件。Stimu

4、lus 使用方法：点击 PlacePlace Part在 Libraries 中找到 SOURCSTM 库，从中选择激励源放入原理图中，右键该激励源Edit PSpice Model弹出对话框中输入函数类型设置好并保存之后，在 Configuration Files 中就可以看到该文件已经存在了工程中，若想在今后的工程中复用，可以点击 Set as global。Library 和 Include 的复用方法也相同，设置好之后，点击 Add as global 即可。4）Option 选项卡Relative accuracy of Vs and Is：电压和电流的相对精度Best accura

5、cy of voltage：最高电压精度Best accuracy of currents：最高电流精度Best accuracy of charge：最高电荷量精度Minimum conductance for any branch：最小电导迭代次数限制（这里只要设置使能下面的 Auto Converge/verge 即可）：DC and blind iteration limit：Transient time point iteration limit：Trancient time point iteration limit：5）Data Collection 选项卡数据采集分四大类：电压

6、、电流、功率、数字、噪声每类都可以选择：所有 all、除子电路外所有 all but internal subcircuits、At markers only探针处、无 None。6）Probe window共 3 个可勾选选项。Display probe window when profile is opened：打开 Profile 窗口时就打开示波器，没什么用，基本不会勾选这个。Display Probe window：一般选择在仿真完成后打开示波器 after simulation has completed.Show：选择第一个- 所有探针 All markers on open s

7、chematics 或者上一次设置 Last plotNone：自行设置。基本不用这个。2、Bias point analysis(静态工作点分析)（1）新建工程打开 OrCAD Capture CISFileNew project设置好路径及工程名称，点击 OK随后选择 OrCAD 自带示例工程 BJT_Amplifiers.opj随后弹出的窗口中选择 PSpice AD，点击OK（2）偏置点仿真点击 弹出如下对话框，Analysis 栏选择 Bias Point，Output File Option 选择第一个随后点击 进行仿真。所得静态工作点仿真结果在下图中显示。（3）敏感度分析和小信号

8、直流增益分析1）设置方法点击 选择 Bias Point勾选 Perform Sensitivity analysis(SENS)，输出变量 Output variable：输入 V(Vout)；Calculate small-signal DC gain (.TF)栏，From Input source name:V1，To Output variable：V(Vout)。2）输出结果点击 仿真，仿真结果在 Pspice A/D 窗口中，点击 查看.out 文件。下面对.out 文件进行简单说明。第一部分：网络连接方式* INCLUDING BJT_A * source AD_BIASQ_Q

9、1 VOUT N00190 0 Q40237V_Vbias N001130 0 2.5VdcR_R1 N00089 N00190 1k TC=0,0 R_R2 N00424 VOUT 50 TC=0,0 V_Vcc N00424 0 15VdcV_V1 N00089 N001130 +SIN 0 1.5 2k 0 0 0Q_Q2 N03543 N03347 VOUT1 Q40237R_R3 N03379 N03347 1k TC=0,0 V_V2 N03379 N03407 +SIN 0 1.5 2k 0 0 0V_Vbias1 N03407 0 2.5VdcR_R4 VOUT1 0 5k T

10、C=0,0 V_Vcc1 N03543 0 15VdcV_V3 N107600 0 +SIN 0 0.15 2k 0 0 0V_Vcc2 N10836 0 15VdcQ_Q3 VOUT2 N10942 N10902 Q40237R_R6 N10836 VOUT2 5k TC=0,0 R_R7 N10902 N107600 1k TC=0,0 R_R5 N10970 N10942 100 TC=0,0 V_Vbias2 N10970 0 1Vdc* RESUMING Transient.cir *.END第二部分：三极管模型参数* BJT MODEL PARAMETERS*Q40237 NPN

11、LEVEL 1 IS 100.000000E-18 BF 100 NF 1 VAF 100 IKF .0224 ISE 69.280000E-18 NE 1.186 BR 1 NR 1 ISS 0 RB 10 RE 0 RC 4 CJE 939.800000E-15 VJE .75 MJE .3453 CJC 893.100000E-15 VJC .75 MJC .3017 XCJC 1 CJS 0 VJS .75 TF 141.200000E-12 XTF 30 VTF 10 ITF .27 TR 1.574000E-09 XTB 1.5 KF 0 AF 1 CN 2.42 D .87 第三

12、部分：各节点电压、电源电流及总功耗* SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG C*NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE( VOUT) 12.6410 (VOUT1) 1.7505 (VOUT2) 13.7050 (N00089) 2.5000 (N00190) .9143 (N00424) 15.0000 (N03347) 2.4945 (N03379) 2.5000 (N03407) 2.5000 (N03543) 15.0000 (N10836) 15.0000

13、 (N10902) .2631 (N10942) .9996 (N10970) 1.0000 (N001130) 2.5000 (N107600) 0.0000 VOLTAGE SOURCE CURRENTSNAME CURRENTV_Vbias -1.586E-03V_Vcc -4.718E-02V_V1 -1.586E-03V_V2 -5.469E-06V_Vbias1 -5.469E-06V_Vcc1 -3.446E-04V_V3 2.631E-04V_Vcc2 -2.589E-04V_Vbias2 -4.170E-06TOTAL POWER DISSIPATION 7.21E-01 W

14、ATTS第四部分：三极管工作点参数* OPERATING POINT INFORMATION TEMPERATURE = 27.000 DEG C* BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORSNAME Q_Q1 Q_Q2 Q_Q3 MODEL Q40237 Q40237 Q40237 IB 1.59E-03 5.47E-06 4.17E-06 IC 4.72E-02 3.45E-04 2.59E-04 VBE 9.14E-01 7.44E-01 7.36E-01 VBC -1.17E+01 -1.25E+01 -1.27E+01 VCE 1.26E+01 1.33E+01 1.3

15、4E+01 BETADC 2.98E+01 6.30E+01 6.21E+01 GM 1.10E+00 1.31E-02 9.91E-03 RPI 1.69E+01 5.07E+03 6.67E+03 RX 1.00E+01 1.00E+01 1.00E+01 RO 2.36E+03 3.26E+05 4.35E+05 CBE 8.23E-10 3.46E-12 2.99E-12 CBC 3.84E-13 3.75E-13 3.74E-13 CJS 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 BETAAC 1.87E+01 6.67E+01 6.60E+01 CBX/CBX2 0.0

16、0E+00 0.00E+00 0.00E+00 FT/FT2 2.13E+08 5.46E+08 4.69E+08第五部分：小信号传输特性，包括输入、输出阻抗及输出与输入电压的传输特性（有疑问的是，直接代入输出电压值和输入电压值不等于下述结果） 。输入阻抗比输入电阻 1k略大，输出阻抗比集电极电阻 50 略小。* SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICSV(VOUT)/V_V1 = -8.881E-01INPUT RESISTANCE AT V_V1 = 1.027E+03OUTPUT RESISTANCE AT V(VOUT) = 4.897E+01第六部分：敏感度分析。观察

17、的是共发射极放大电路，所以与另外两个电路（共基、共极）中元件没有关系（在下表中相应的体现是敏感度为 0） 。* DC SENSITIVITY ANALYSIS TEMPERATURE = 27.000 DEG C*DC SENSITIVITIES OF OUTPUT V(VOUT)ELEMENT ELEMENT ELEMENT NORMALIZEDNAME VALUE SENSITIVITY SENSITIVITY(VOLTS/UNIT) (VOLTS/PERCENT)R_R1 1.000E+03 1.408E-03 1.408E-02R_R2 5.000E+01 -4.620E-02 -2.

18、310E-02R_R3 1.000E+03 0.000E+00 0.000E+00R_R4 5.000E+03 0.000E+00 0.000E+00R_R6 5.000E+03 0.000E+00 0.000E+00R_R7 1.000E+03 0.000E+00 0.000E+00R_R5 1.000E+02 0.000E+00 0.000E+00V_Vbias 2.500E+00 -8.881E-01 -2.220E-02V_Vcc 1.500E+01 9.793E-01 1.469E-01V_V1 0.000E+00 -8.881E-01 0.000E+00V_V2 0.000E+00

19、 0.000E+00 0.000E+00V_Vbias1 2.500E+00 0.000E+00 0.000E+00V_Vcc1 1.500E+01 0.000E+00 0.000E+00V_V3 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00V_Vcc2 1.500E+01 0.000E+00 0.000E+00V_Vbias2 1.000E+00 0.000E+00 0.000E+00Q_Q1RB 1.000E+01 1.408E-03 1.408E-04RC 4.000E+00 9.754E-04 3.901E-05RE 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+

20、00BF 1.000E+02 -1.096E-02 -1.096E-02ISE 6.928E-17 4.716E+15 3.267E-03BR 1.000E+00 9.459E-14 9.459E-16ISC 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00IS 1.000E-16 -2.990E+15 -2.990E-03NE 1.186E+00 -8.069E+00 -9.570E-02NC 2.000E+00 0.000E+00 0.000E+00IKF 2.240E-02 -4.070E+01 -9.117E-03IKR 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+

21、00VAF 1.000E+02 2.389E-03 2.389E-03VAR 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00Q_Q2RB 1.000E+01 0.000E+00 0.000E+00RC 4.000E+00 0.000E+00 0.000E+00RE 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00BF 1.000E+02 0.000E+00 0.000E+00ISE 6.928E-17 0.000E+00 0.000E+00BR 1.000E+00 0.000E+00 0.000E+00ISC 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00IS

22、 1.000E-16 0.000E+00 0.000E+00NE 1.186E+00 0.000E+00 0.000E+00NC 2.000E+00 0.000E+00 0.000E+00IKF 2.240E-02 0.000E+00 0.000E+00IKR 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00VAF 1.000E+02 0.000E+00 0.000E+00VAR 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00Q_Q3RB 1.000E+01 0.000E+00 0.000E+00RC 4.000E+00 0.000E+00 0.000E+00RE 0.0

23、00E+00 0.000E+00 0.000E+00BF 1.000E+02 0.000E+00 0.000E+00ISE 6.928E-17 0.000E+00 0.000E+00BR 1.000E+00 0.000E+00 0.000E+00ISC 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00IS 1.000E-16 0.000E+00 0.000E+00NE 1.186E+00 0.000E+00 0.000E+00NC 2.000E+00 0.000E+00 0.000E+00IKF 2.240E-02 0.000E+00 0.000E+00IKR 0.000E+00 0

24、.000E+00 0.000E+00VAF 1.000E+02 0.000E+00 0.000E+00VAR 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00JOB CONCLUDED3、DC Sweep作用：使电路某个元器件参数作为自变量在一定范围内变化，对自变量的每个取值，计算电路的输出变量的直流偏置特性。此过程中还可以制定一个变量，并确定取值范围，每设定一个参变量的值，均计算输出变量随自变量的变化特性。 （1）单变量扫描点击 弹出如下对话框，Analysis 栏选择 DC Sweep，Sweep variable 选择 Voltage source，在 name 栏中输入要进行

25、扫描的直流电压源名称，这里输入电路图中的 Vbias在Sweep type 栏内选择 Linear（横坐标线性增长） ，Start Value 为 0.2；End Value 为 5；增量Increment 为 0.1随后点击 进行仿真。仿真结果在 PSpice A/D 窗口显示。仿真结果为 Vout 随 Vbias 递增而逐渐减小，说明晶体管随偏置电源电压的增加，饱和程度逐渐加深。（2）嵌套扫描嵌套扫描是在基本扫描基础上增加一组变量，扫描结果为一族曲线。1）基本方式这种扫描方式的缺点是，选中曲线时，一族曲线都被选中，无法选中某一条曲线。在 Simulation Option 中勾选 Seco

26、ndary Sweep，以电压源 Vcc 作为扫描变量，扫描方式为 Linear，12-18V，增量为 1V。3）变量扫描无源器件这种扫描方式可以自定义任意变量，且选中曲线时可以选中任意一条。双击要进行扫描的变量对应元件。这里以 R2 为例，将元件属性中的 Value 设置为变量，变量名称任意，但是要加，这里设置变量为 R2_Value，点击 ok。点击 PlacePart，在右侧 Part 栏中输入 PARAM，该变量在 PSPICESPECIAL 库中（若未添加，自行添加） ，拖出来放在面板中。双击 ，在属性中点击 New Property，输入刚才设置的变量名称 R2_Value，并将标

27、准数值 50（该值是 R2 进行 DC 扫描前的值）输入，点击 OK。选中该变量 R2_Value，右键 Display，在 Display Format 中选择 Name and Value可以看到 Parameter 下显示了该变量名和数值 。在 Simulation Settings 的 Option 中选择 Parametric Sweep，右侧 Sweep variable 中选中Global parameter，在 Parameter name 中输入变量名称 R2_Value，在 Sweep type 中选择Linear，起始值为 30，终止值为 80，Increment 为 1

28、0，点击 Ok，进行仿真。弹出对话框，点击 ok，显示一族曲线。使用 Parametric sweep 比 Secondary Sweep 更广泛，它所产生的一族曲线中的任意一条曲线都可以被选中。有源器件以三极管为例，右键三极管Edit PSpice Model可以看到模型的参数打开 Simulation Settings，在 Parametric Sweep 中选择 Model parameter，Model type 选择 NPN；Model Name 输入 Q40237（该名称从模型中 Copy） ，参数名称 Parameter name 输入要进行扫描的模型参数，这里选择 Rc4、AC

29、 Sweep作用：计算电路的交流小信号频率响应特性。通过扫描频率，我们可以看到频域中，信号的幅频和相频特性，从而得到电路的稳定余量，判断一个电路设计的稳定性。（1）例 11）设定交流电源双击图中的交流电源 弹出的交流源特性中，给 AC 栏赋值为 1。只有对交流源进行赋值才可以进行交流扫描。点击 弹出如下对话框，Analysis 栏选择 AC Sweep，在 AC Sweep type 栏内选择Logarithmic（横坐标对数增长） ，Start Frequency 为 2k；End Value 为 200meg；增量Point/Decade 为 10（10 倍频递增） 随后点击 进行仿真。2

30、）幅频特性曲线在 PSpice A/D 窗口中，点击 TraceAdd Trace，在弹出窗口中，右侧 Functions or Macros 选择相应计算函数，这里选择对数计算 DB()左侧选择 V(Vout)，点击 OK。3）相频特性曲线再点击 PlotAdd y Axis点击 增加计算函数，右侧 Functions or Macros 栏选择相位计算 P()，左侧 Simulation Output Variables 选择 V(Vout)幅频和相频特性曲线如下图所示。（2）例 21）建立工程2）设置PlaceNet Alias，设置输出端名称 Vout3）幅频和相频特性4）对数及线性坐

31、标显示右键曲线，选中 Log X 即可以对数方式显示，否则以线性坐标显示。5）3dB 带宽显示 Measurement result。ViewMeasurement result。显示测量图形。Tools Option，在右侧勾选 Display Evaluation。6）噪声分析电路中每个器件引入的噪声，等效到一个输入端。Add Trace 中找到 Onoise 和 Inoise 分别表示输出和输入噪声，在不同的 y 轴下表示。噪声分析数据可以通过点击 查看噪声分析结果，在前面噪声分析设置中，等分 10个点，则报告中会详细列出这十个点的分析结果。以 1Hz 为例：表示在 R2 和 R_Loa

32、d1 上的噪声(SQ V/HZ 好像是一种表示方式)是上述两种噪声的总和是噪声总和经过单位换算的结果是系统输出与输入端的传递函数是通过传递函数计算出折合到输入端的等效输入噪声。5、Monte Carlo蒙特卡罗分析是一种统计模拟方法，它是基于器件容差的对选择的分析类型（包括直流分析、交流分析、瞬态分析）多次运行后进行的统计分析。有助于分析电路的合格率和可信度。蒙托卡罗分析是分析电路元器件参数再它们各自的容差范围内，以某种分布规律随机变化时电路特性的变化情况，这些特性包括直流、交流或瞬态特性。DEV 器件容差：指各元器件统一使用的容差，该容差可以相互独立变化。LOT 批容差：指各元器件的容差可以

33、同时变化，即他们的值同时变大或变小。组合容差：组合使用时，元器件首先按 LOT 容差变化，然后再按 DEV 容差变化。下面是基于 AC SWEEP 的 Monte Carlo 分析。AC SWEEP 的设置参见本章第四节 AC Sweep。（1）例 11）设置器件容差(tolerance)双击 R1（R2 类似） ，在弹出的属性中，找到 TOLERANCE，设置为 5%。2）设置 Monte Carlo 选项在 Simulation Settings 对话框中，option 栏中选中 Monte Carlo/Worst Carlo，右侧的Output variable 选择输出端口 V(Vou

34、t)；运行次数 Number of runs 设置为 200；分布这里选择高斯分布（正态分布）Gaussian点击3）结果分析弹出的结果是上面设置的 200 次仿真对应的仿真结果。点击 OK弹出 200 条曲线，可以对 200 条曲线提取需要的不同信息，这里提取最大值Trace Trace performanceWizardNext选择 Max继续点击 Next点击 按钮 设置 DB(Vout)函数继续点击 next，出现结果。尝试了下，这么做也可以：TraceAdd Trace右侧 Functions or Macros 选择Measurements找到 Min 函数再在右侧 Functio

35、ns or Macros 选择 Analog Operatiors and Functions选择 DB()在左侧找到 V(Vout)，点击 OK可以得到最小值的分布结果。（2）例 21）设置容差无源器件第一种：直接双击器件，在 Tolerance 栏中输入容差第二种：使用可编辑 PSpice 模型参数的 Breakout 库中模型，编辑容差。PlacePart在 Libraries 中找到 BREAKOUT 库，从中可选择 Rbreak（电阻） 、Lbreak（电感） 、Cbreak（电容） 。放置好相应的模型后，右键该模型Edit Pspice Model。以 Cbreak 为例，下图可以看到，该模型是一个理想模型。直接在后面添加字段：lot=5% dev=10%即可。