跟小電學PSpice仿真 | 第一期 初識PSpice

這周讓我們從繁雜的模電學習中逃離出來，看看占據中國EDA30%市場份額的巨頭公司Cadence帶來的原理圖仿真工具PSpice的應用。

開設新版塊的原因

? ? ? 小電最近在給Cadence公司的官方公眾號寫PCB產品線中原理圖仿真部分的教程，感覺不管是針對剛剛開始接觸模擬電路的同學，還是已經工作的小伙伴，都是有一定幫助。所以就萌生了將部分教程編輯到我們的公眾號的想法。(〃'▽'〃)? ? ? ?在這個版塊中，小電將結合我們上課學過的電路講解PSpice的各種分析方法、高級分析方法、仿真模型的構建，以及跟Matlab等主流工具的協同工作。? ? ? ?教程會持續更新，記得收藏，到使用的時候調出來慢慢細讀即可。? ? ? ?另外，文后有福利，記得看到最后喲(?*?*?)

學習仿真軟件的目的

模擬電路課程的學習是先學會如何分析電路，進而設計電路。能根據給定的功能和特性指標要求，通過各種方法，確定線路的結構和各元器件的參數值，有些還需要進一步制成印刷電路板。如果按傳統的設計模式：完成一個系統的設計需要一個具有完備儀器儀表的電子線路實驗室。如果使用EDA工具呢？

PSpice和Mutisim的功能對比

一分價錢一分貨，看來不無道理的喲。同時PSpice擁有強大的器件庫支持。用仿真軟件做過項目的伙伴們一定知道，器件模型是EDA軟件的瓶頸，元件庫越龐大，就等同于瓶口越大呀。

PSpice在Cadence PCB中位置

Cadence PSpice原理圖仿真工具是Cadence PCB設計的產品系列中非常重要的一個模塊。下圖是SPB17.4版本中各模塊的關系從圖中可見各產品模塊交界的區域就是PSpice，PSpice自己又分兩大模塊：

PSpice AD模塊

模擬和數字混合信號仿真器，除了可以仿真模擬電路，也可以仿真數字電路，以及模數混合仿真

PSpice AA模塊

也就是PSpice Advanced Analysis，它提供一些高級的分析方法，包括靈敏度分析，優化分析，電應力分析，蒙特卡羅分析等，可以幫助提高設計性能，優化成本，并提高可靠性

PSpice發展的幾個重要階段

1

1972年

前身是Spice（Simulation Program Integrated Circuit Emphasis）,它是由美國加州大學伯克萊分校1972年首次推出的。

2

1983年

Microsim公司推出PSpice軟件產品。

3

1998年

PSpice程序被OrCAD?公司并購，1999年推出OrCAD/PSpice 9.0版本。

4

2000年

?OrCAD公司被Cadence公司收購，并推出Cadence/OrCAD PSpice 9.21版本。

5

2003-2005年期間

Cadence公司在OrCAD中投入大力研發，相繼推出OrCAD 10.X系列,增加了Advanced Analysis(AA)模塊。

6

2006-2007年期間

推出OrCAD 15.x 版本，進一步做了升級和補充

7

2007-2015年期間

Cadence推出OrCAD 16.x系列，PSpice提高性能的同時在繪圖Capture菜單中增加快速參數建模的Modeling Application工具。

8

2016年

Cadence推出OrCAD 17.2，增加在Model Editor工具中使用通過C/C++編寫的DMI模板代碼生成器生成PSpice模型代碼。

9

2019年

cadence推出最新的OrCAD 17.4版本，除了將主界面改成暗色主題風格外，圖標也全部采用線框畫設計，同時在元件搜索、模型庫上均作了很大的修改。

PSpice仿真的操作流程

拿一道《電工學》上的題目，來展示PSpice操作的過程：分析下圖RLC電路中電阻對瞬態脈沖響應的影響。

步驟一：啟動原理圖編輯器，創建仿真工程

Capture和Capture CIS都是PSpice仿真器的原理圖編輯器。Capture CIS配備有元件信息系統CIS(Component Information System)，繪制時允許用戶從元器件數據庫中選擇和放置元件。17.4版本下啟動路徑如下：Start > All programs > Cadence PCB 17.4-2019 > Capture CIS 17.4啟動之后在下圖的界面下選擇新建仿真工程，可以選擇下圖界面中的兩種方式創建

接著進入下圖設置仿真工程的路徑和文件，建議為每個新的項目建立一個文件夾。注意圖中勾選上用于PSpice仿真的復選框。

?確定后進入下一個對話框：

確定后進入Capture的繪圖界面。?

步驟二? 繪制原理圖

1

元器件的查找與放置

推薦大家使用器件搜索工具：Place >PSpice Component >Search，如下圖所示，可以直接在相應的類型中尋找所需器件，或是通過搜索（Search）中輸入器件型號進行搜索。另外還有一種常規的方法：通過Place > Part菜單進行放置，或是在繪圖工具欄中選Place Part元件。這種方式需要知道所選器件在哪個元件庫中，比如電阻在analog.lib中。還要注意所選器件必須具有PSpice模型。常用的具有PSpice模型的器件可以在以下路徑中尋找：Cadence/Cadence_SPB_17.4_2019/tools/capture/library/pspice

2

放置接地符號

用于仿真的原理圖有個硬性規定，那就是原理圖中至少必須有一個網絡名稱為“0”，即接地。這是因為PSpice仿真是基于SPICE內核，SPICE使用的電路分析方法是節點電位法，所以電路里面一定都有一個零電位點，于是要求所有的仿真電路都要有接地符號，且網絡名為“0”?？梢栽诓藛蜳lace>PSpice Component>PSpice Ground直接放置地。也可以菜單Place>Ground，或是直接用快捷鍵“g”，調出下圖接地符號的選擇界面后確定網絡名稱為“0”后放置。

3

放置電源器件

要求階躍信號，可以在菜單欄中

Place>PSpice Componence>Modeling Application > Independent Sources中直接定義階躍信號。

將所需元器件和符號均放置好后，使用快捷鍵“w”，將元器件連接，得到下圖電路。

步驟三 選擇分析方法

在PSpice菜單下選擇New Simulation Profile，新建仿真文件。在文本框Name中輸入一個描述性的名字，如：tran，系統會在原來工程文件夾中就會自動生成一個名為“tran”的文件夾，后面所做的仿真結果和工程均保存在該文件夾下，方便于管理。

為了測試RLC電路的瞬態響應，用PSpice設置步長為1us,觀察從0s到400us的瞬態響應，使用最常規的瞬態分析即可為了看電阻不同值時的階躍響應，可以采用瞬態分析加進階的參數掃描分析，這在后續的教程中陳述，這里為了簡化設置，采用如下電路進行瞬態分析。

步驟四 運行仿真 觀察結果

選擇PSpice菜單下的Run命令，開始運行仿真分析。程序運行后，調出PSpice AD界面，并顯示波形輸出顯示窗口，窗口中顯示的就是電壓探針放置位置的時域波形。

至此，通過前面這四個步驟，完成了從設計電路到仿真驗證的過程。? ? ? ? ? ? ? ?

從一個小電路給大家展示了PSpice仿真的魅力，但它的能量遠不止于此，它提供豐富分析波形的工具，設置特征函數、顯示數據文件，以及關聯Matlab，使用可視化功能對PSpice數據進行后處理，還有使用協同仿真將PSpice模型帶入Matlab/Simulink等等…… 這些都會后續的教程中逐一給大家揭曉喲 ~~~