電路仿真是指在電腦上通過軟件來模擬具體電路的實(shí)際工作過程,并計(jì)算出在給定條件下電路中各節(jié)點(diǎn)(包括中間節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)) 的輸出波形。電路仿真是否成功,取決于電路原理圖、元件模型的仿真屬性、電路的網(wǎng)表結(jié)構(gòu)以及仿真設(shè)置等。Protel DXP 執(zhí)行混合信號仿真的設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 　電路仿真流程

a ) 原理圖設(shè)計(jì): 首先, 新建一個(gè)原理圖文件*.schdoc ,打開編輯環(huán)境,與普通原理圖大致相同;然后,打開Libraries ,加載必要的元器件庫,添加元器件并設(shè)置參數(shù),這里所有的元器件都必須具有Simulation 仿真屬性,否則仿真時(shí)將出現(xiàn)錯(cuò)誤信息,在DXP中假定所有元器件都是理想元器件;最后,用導(dǎo)線進(jìn)行電氣連接或網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號,對整個(gè)電路進(jìn)行編譯ERC 校驗(yàn),確保整個(gè)電路沒有錯(cuò)誤。

b) 設(shè)置仿真環(huán)境: 執(zhí)行菜單命令,打開Analysessetup 對話框,設(shè)置仿真方式并指定要顯示的數(shù)據(jù),DXP 提供10 種分析仿真方式,包括直流工作點(diǎn)、直流掃描、交流小信號、瞬態(tài)過程、Fourier 、噪聲、傳輸函數(shù)、溫度掃描、參數(shù)掃描以及蒙特卡羅分析等。

c) 仿真:設(shè)置仿真環(huán)境后單擊OK 按鈕,系統(tǒng)進(jìn)行電路仿真,生成一*.sdf 文件,同時(shí)打開窗口顯示分析結(jié)果。

d) 分析結(jié)果:觀察電路仿真結(jié)果,分析仿真波形是否符合電路設(shè)計(jì)要求,如果不符合,則重新調(diào)整電路參數(shù)進(jìn)行仿真,直到滿意為止。

以圖2 所示的分壓式偏置電路放大器為例進(jìn)行性能分析。

分析分兩步進(jìn)行:首先進(jìn)行直流分析(靜態(tài)分析) ,求出晶體管各極的靜態(tài)工作點(diǎn)電壓和電流IB、IC、IE、VB、VC、VE 等,使晶體管大致處于放大區(qū)中心處;然后進(jìn)行交流分析(動(dòng)態(tài)分析) ,即在輸入信號作用下求出靜態(tài)工作點(diǎn)上疊加的各極信號電壓和電流,計(jì)算放大器的性能指標(biāo),其中最基本的是電壓放大倍數(shù)Au(電壓增益) 、輸入電阻和輸出電阻等,這里主要介紹Au 。在各種電子設(shè)備中,放大器是必不可少的組成部分。

工程近似估算

1) 靜態(tài)分析

因β= 128 ,則有:

2) 動(dòng)態(tài)分析

(相位差為180°)

Protel DXP 仿真分析

按圖2 電路編輯仿真原理圖,添加適當(dāng)?shù)脑骷?必須具有仿真屬性) ,設(shè)置仿真參數(shù),執(zhí)行Design/Simulation/ Mixed Sim 菜單命令,設(shè)置仿真環(huán)境。

1) 靜態(tài)分析

在Analysis/ option 欄中選擇Operating Point Analysis (工作點(diǎn)分析) 仿真方式,Active Signals 中選擇b、c、e、q[ib]、q[ic]、q[ie]為激勵(lì)信號,單擊OK 按鈕,得到如圖3 所示的仿真結(jié)果。

圖3 　靜態(tài)點(diǎn)仿真結(jié)果

2) 動(dòng)態(tài)分析

執(zhí)行同樣菜單命令,在對話框中選擇Transient/Fourier Analysis (瞬態(tài)分析) 仿真方式,設(shè)置相應(yīng)仿真參數(shù),選擇in、out 為激勵(lì)信號,單擊OK 按鈕,得到如圖4 所示的仿真波形。

圖4 　動(dòng)態(tài)分析仿真結(jié)果

添加測量坐標(biāo)顯示測量數(shù)據(jù):輸入交流信號幅度為10 mV ,輸出交流信號幅度為0.77 V ,所以電壓放大倍數(shù)為77 ,且輸入和輸出信號波形之間相位相反。分析圖3 和圖4 仿真結(jié)果,與工程近似估算值大致相近,仿真正確。