OrCAD简明教程打印.docx

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OrCAD/PSpiceA/D9.21简明教程

绪论

电子电路CAD技术的发展概况电子电路CAD技术是电子信息技术发展的杰出成果,它的发展与应用引发了一场工业设计和制造领域的革命，给企业带来了巨大经济效益。

当今,电路CAD技术及其应用水平已成为衡量一个国家科技现代化和工业现代化水平的重要标志之一。

电子电路CAD技术是指以计算机硬件和系统软件为基本工作平台,继承和借鉴前人在电路和系统、图论、拓扑逻辑优化和人工智能理论等多学科的最新科技的成果而研制成的电子电路CAD通用支撑软件和应用软件包。

其目的在于帮助电子设计工程师开发新的电子系统与电路、IC、PCB（印刷电路板）、FPGA（现场可编程门阵列）、CPLD（复杂可编程逻辑器件）等产品。

实现在计算机上调用元器件库、连线画图、编制激励信号文件、确定跟踪点、调用参数库以及模拟程序等手段去设计电路。

如把电子设计自动化（EDA）技术，看作电子电路CAD技术的高级阶段.那么，电路CAD可看作EDA的初期和基础。

于是，EDA的发展大致可分为以下几个阶段：

第一阶段---70年代到80年代初期：

电子电路CAD理论研究发展迅速，成为电子电路领域的新兴学科。

此时电子电路CAD技术还没有形成系统,仅是一些孤立的软件程序。

但是它们已取代了靠手工进行的繁琐计算、绘图和检验的方式，显示出其强大的活力。

第二阶段---80年代后期：

随着计算机与集成电路高速发展,是电子电路CAD技术真正的实现了自动化的时期。

出现了EDA（ElectronicDesignAutomation电子设计自动化）产业。

这一阶段能够实现电路仿真、布局布线、IC参数提取与检验等,并集成为一个有机的EDA系统，其设计规模已达10万门电路以上。

在这里说明一下，通常不把EDA和电子CAD作严格区分，本书也沿用这种说法。

第三阶段---90年代以后：

微电子技术飞速发展,一个芯片可以集成百万甚至千万个晶体管,工作速度可达到几个GB/s。

此时电子系统的特点是：

电路的高度复杂化、微型化、保密化；设计周期性短和成本低；设计要综合应用最新成果具有先进性、竞争性和较长的生命周期；设计要独立于工艺等。

这种需求促使电子系统朝着多功能、高速度、智能化的趋势发展。

所以有人说，EDA是90年代电子电路设计的革命。

一、OrCAD9.21的使用（基础篇）

电子设计自动化软件--OrCAD9.2是OrCAD公司于2000年5月推出的产品。

OrCAD9.2采用的是Top-down设计策略，增加了PSpice的优化设计，实现了人工智能布线，加强了技术经济管理（简称CIS）内容，绘图准确、美观清晰、功能强、操作简便，给企业带来了巨大经济效益。

因此，在国内外受到越来越多用户的欢迎。

Orcad9.2主要包括以下三部分内容：

·原理图输入、器件信息管理系统OrCADCaptureCIS9.2

·模拟数字混合电路分析与设计OrCAD9PSpise9.2

·印制版电路图设计OrCADLayout9.2

它（OrCAD9.2）与OrCAD9.0的基本内容相同，主要不同点是将可编程逻辑器件设计部分Express删去，改用CadenceFPGAstudio承当。

但仍然保留CaptureVHDL语言，可以支持应用Actel、Philips、Lucent、Altera、Xilinx等专业厂家生产的FPGA器件进行设计。

仍然保留与ProtelPCB之间的转换。

OrCAD公司又于2001年3月推出最新产品OrCAD9.2LiteEdition（简称OrCAD9.21）。

这里介绍如何使用OrCAD/Capture9.21绘制电路图和使用OrCAD/PSpiseA/D9.21进行电路分析。

为叙述方便将其内容分为两篇，本篇介绍一些基本操作（基础篇），其他内容由下一篇（进阶篇）再做进一步介绍。

_·1安装OrCAD9.21

OrcadRelease9.2（试用版）软件拥有正式版的全部功能，它只是在存盘时对设计的尺寸有所局限，安装试用版所需硬件环境推荐如下：

_·具有32MB内存的Pentium90MHz微机；

_·安装软件需要硬盘空间约为260MB；

_·显示器需要256色或以上的VGA显示卡；

_·安装盘为光盘，必须有一个CD-ROM驱动器；

_·16-bit声卡（推荐使用，可以没有）。

此软件的全部产品都要求在Windows95/98或者WindowsNT4.0的环境下运行。

本节以Windows98环境为例，说明它的安装和使用步骤。

安装步骤如下：

（1）把OrcadFamilyRel光盘插入光驱（设为G驱动器）中，并把显示器设置成为256色（或增强色16位），分辨率800×600，不然看不见程序的整个窗口。

（2）如果你的光驱支持自动播放功能的话，机器可自行启动其安装程序，或运行光盘主菜单下的Setup.exe文件，出现如图1-1所示的欢迎安装界面。

（3）单击【Next】按钮，出现安装选择对话框，如图1-2所示，我们选择CaptureCIS（也可以选择Capture）、PSpice即可完成本章介绍的功能。

（4）单击【Next】按钮，显示安装目录对话框，如图1-3所示。

系统默认目录是：

C：

\ProgramFiles\OrcadLite；要改变安装目录，请单击【Browse】按钮，更改设置，如D：

\Orcad。

（5）单击【Next】，出现选择程序启动菜单文件夹名称对话框，如图1-4所示，此名称出现在Windows的“开始\程序”菜单中，可选定默认名称“OrcadFamilyRelease9.2LiteEdition”或随意更改，如“Orcad9.21”。

（6）继续单击【Next】按钮，出现是否装入“ODBC”组件的对话框，如图1-5所示。

Orcad中的信息管理系统需要安装微软公司的ODBC，用户可单击【是】。

（7）弹出已选定的要安装程序块名称及安装目录的信息框，如图1-6所示。

（8）单击【Next】，接受协议，系统拷贝ODBC文件，完成后弹出如图1-7所示的对话框，选择“Letmerestartthesystemlater”，单击【完成】，继续拷贝其它程序块。

（9）最后所有程序块安装完毕后，出现如图1-8所示的信息框。

若要浏览ReleaseNotes请选定“LaunchtheinternetbrowsertoviewtheReleaseNotes”，单击【Finish】完成全部安装工作，且退出安装。

_·2使用CaptureCIS9.21绘制电路图

1.CaptureCIS的启动和退出

1.1CaptureCIS的启动

Orcad安装成功后，就可以启动和使用Capture程序。

启动方法如下：

（1）将鼠标箭头指到“开始”按钮，打开“开始”菜单；

（2）将鼠标箭头上移到“程序”命令，打开“程序”菜单，如图1-9所示；

（3）将鼠标箭头右移到“OrcadFamilyRelease9.2LiteEdition”（与图1-4中的命名相同）命令，打开Orcad菜单；

（4）将鼠标箭头再右移到“CaptureCISLiteEdition”菜单并单击，出现英文OrcadCapture的基本操作界面，如图1-10所示。

至此，Capture程序即启动成功。

Orcad/CaptureCIS称为Orcad软件的“总调度和经理”，这里仅介绍其作为PSpice的原理图输入功能。

启动Capture以后就可以进行绘制电路图的操作了。

1.2CaptureCIS的退出

Orcad9.21应用程序的操作方法与Window98窗口应用程序的操作方法类似。

本章在介绍Orcad9.21使用方法时，对所提到的窗口程序的概念不再做详细说明。

关闭CaptureCIS程序有3种方式，方法如下：

（1）从系统控制菜单关闭

_单击“系统控制菜单”图标，如图1-10所示，再单击其中的“关闭”命令，程序关闭。

（2）从文件菜单退出

单击“File”菜单，再单击其中的“Exit”命令，程序退出。

（3）使用关闭按钮

单击OrcadCapture程序窗口右上角的“关闭按钮”，程序关闭。

此方法最简单，只需要单击一次鼠标键。

2.创建新电路图文件

图10是CaptureCIS的基本操作界面，在绘制电路图时，这个界面会发生变化。

每次开始绘制新电路图时，需要首先创建新电路图文件，有2种方式实现，方法如下：

（1）使用菜单：

打开“File”菜单，并选择其中的“New”命令，如图1-11所示。

将鼠标箭头右移到“Design”命令，单击鼠标，进入电路图绘制状态，如图1-12所示，出现两个窗口专案管理窗口和电路原理图绘制窗口。

画图可以在电路原理图窗口开始了！

（2）使用快捷键按钮：

将鼠标箭头指到工具栏中的新建按钮，单击鼠标键，出现如图1-13所示的对话框，要求在打开的“Name”编辑框中输入文件名，在下面的圆钮选框中选择画原理图“Analog”，最后指定文件所放的文件夹后，单击【OK】，则也会出现图1-12所示的电路原理图绘制窗口。

（3）如果在图1-11所示画面中，进入Project（工程）则有如下三种选择，如图1-14所示：

即可选择简单的（simple.opj）带激励源和偏置的画版；或者层次的（hierarchical.opj）画版；也可以是一张白纸Createablankpro）做画版。

这一点也是OrCAD9.21对OrCAD9.0做的改进。

3.绘制电路原理图

假设我们想要画一张单管放大电路图，如图1-15所示，首先要构图，明确各元件的位置，然后开始取放元件。

3.1加载元件库

当你第一次启用CaptureCIS程序时，或者新电路图元件不在已经加载的元件库中时，需要做加载元件库操作。

步骤如下：

（1）利用菜单栏启动Place/Part命令，或者单击右恻绘图工具栏的

按钮，便打开取放元件对话框，如图1-16所示。

（2）单击【AddLibrary.】按钮，出现库文件浏览对话框，如图1-17所示，其中有一个文件夹PSpice和34个库文件。

（3）若要对电路进行模拟分析，必须加载PSpice中的库文件。

选择文件夹PSpice并单击【打开】，对话框的内容变为如图1-18所示，出现8个库文件。

根据需要选择一个要加载的库文件后（例如（analog），单击【打开】，窗口对话框返回如图1-15所示。

只是库文件显示区中加入了analog库，如图1-19所示。

（5）若需要加入其它库文件，重复步骤

（2）～（4）。

（6）若需要卸载某个库文件，可用鼠标点选该文件，再单击【RemoveLibrary】，库文件名从库文件显示区消失。

（7）全面减少手工数据输入量是提高EDA软件水平的一个重要任务。

除了在OrCAD软件数据库（工业版有6000多个）中找到所需元器件外，还可入网的Internet用户从50多万个远程数据库中，查找或下载120万个元器件。

如图1-20所示的网上下载通道。

双击找到的元器件就可以把它摆在原理图上。

与此同时，该元器件的物理封装、生产厂家、元器件编号、价格、仿真模型以及其它技术资料的WWW地址都可以通过本地网或Internet远程网上的元器件数据库关联到了该元器件，设计效率空前提高。

3.2取放元件

首先应清楚电路图中的元件分别在哪个库中，若不知道，需要查找元件的来源库，有两种方式：

在图1-15库文件显示区中，选定某个库，接下来在元件选择区中一一点击元件名称，则元件图形出现在浏览区中，进而判断是不是要取放元件，如图1-18所示，图中点选了“eval”库中的“Q2N2222”三极管元件，其原理图符号出现在浏览区中。

另一种查找元件的来源库的方式是启动查找程序。

在如图1-16所示的对话框中，单击【PartSearch】，出现元件查找对话框，如图1-21所示。

在Part栏中键入元件名称，再单击【BeginSearch】按钮，在Libraries栏中出现查找结果。

点击【Cancel】返回图1-18中。

在图1-18中选择元件所在的库（在库文件显示区）和需要的元件（在元件选择区）,单击【OK】。

选定元件出现在电路图绘制窗口，通过移动鼠标移动元件的位置、布图，单击鼠标放置元件，每单击一次放置一个相同的元件。

当单击鼠标右键时弹出快捷菜单，如图1-22所示，可对元件做各种操作，快捷菜单中包括10项命令：

EndMode：

结束取放操作；MirrorHorizontally：

水平翻转；

MirrorVertically：

垂直翻转；Rotate：

逆时针旋转90°；

EditProperties：

编辑元件属性；PlaceDatabasePart：

放数据库元件；

AscendHierarchy：

上升层级：

ZoomIn：

放大视窗；

ZoomOut：

缩小视窗；GoTo：

跳到指定位置。

经常选择“EndMode”，结束一次取放元件操作。

3.3放置偏置电源和接地符号

利用菜单栏启动Place/Power命令，或者单击绘图工具栏的

按钮，便打开取放电源对话框，如图1-23所示，第一次打开也需要加载电源库，电源的取放方法同上述元件。

利用菜单栏启动Place/Ground命令，或者单击绘图工具栏的

按钮，便可打开放置地符号对话框，如图1-24所示，地符号的放置方法同元件，读者学过或看过前面的电路CAD技术基础，当然会明白必须设置零节点的必要性，因为SPICE是用改进的节点法列写方程的。

零节点是指定的参考点，惟有指定零节点才能保证方程是独立的,否则认为出错,此事学过就懂，没学过就只能知其然了。

3．4连接线路和放置节点

当元件、电源和接地点放置完毕后，接下来就是连接电路了。

在Capture中，元件的接脚上都有一个小方块，表示接线的地方。

利用菜单栏启动Place/Wire命令，或者单击绘图工具栏的

按钮，光标变成十字状，将光标移到元件的接脚，单击鼠标，画线开始。

移动光标可画出一条线，当到达另一个接脚时，再单击鼠标，便可完成一段走线。

此时光标仍然处于画线状态，若要结束画线，可单击鼠标右键，选择菜单“EndWire”。

当某元件位置不合适时，可单击该元件，即选中该元件，使鼠标箭头指向元件、单击并拖动，元件便移到新的位置。

当需要放置节点时，利用菜单栏启动Place/Junction命令，或者单击绘图工具栏的

按钮，一个节点跟随鼠标箭头移动，单击鼠标放置节点。

若要结束放置节点，可单击鼠标右键，选择菜单“EndMode”。

3．5元件属性编辑

当电路图刚绘制完成时，各元件均标注着元件序号和元件值，如图1-25所示，它们都是省缺值，可根据需要将它们改成设计要求值，这就是元件属性的编辑。

首先选定要编辑属性的元件，单击鼠标选定单个元件，或者单击拖动鼠标选定若干元件（或全部）。

再利用菜单栏启动Edit/Properties命令，或者单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中，选定EditProperties命令，即可开启元件的属性编辑对话框，如图1-26所示。

在属性编辑对话框中有7张标签，单击“Parts”标签，再用鼠标单击要编辑的“Reference”或“Value”列下的相应表格，例如图1-26中第6个元件的“2k”，点选后可键入新值。

全部编辑完毕后，单击常用工具栏中的

按钮存盘。

通常，单个元器件或局部电路属性编辑对话，也可先用鼠标左键圈画出欲调范围，再按下右键如图1-27所示，选用其中“EditProperties.”命令即可得出如图1-26所示的元件的属性编辑对话框。

到此为止，一张用Capture绘制的电路图全部完成，完成后的电路图如图1--15所示。

当然CaptureCIS的功能不仅如此，它能够利用专案经理窗口进行文件管理，元件库零件的修改和制作，自动产生各种报表，电气规则检查等等，这里不再详细叙述。

·3使用PspiceA/D9.21分析电路

PSpice分析电路在当代产品开发中占有重要的地位。

产品设计的最初是根据设计要求画出合理的电路原理图，然后利用PSpice对电路进行仿真，检验电路是否达到设计要求，与此同时优化参数。

待仿真成功后，才能设计印制板电路图（可利用Orcad自动完成），宣告产品设计完成。

一个电路设计能够使用PSpice分析和优化的两个必备条件是：

（1）元件必须都有PSpice的仿真模型,这也是必需进入Pspice库的原因，如库中没有也可以自建模型，加入库中；

（2）在电路中含有激励源（或者电路中存储能量）。

对于这两点的具体含义和实现方法，在后面的分析举例中逐渐说明。

3.1电路原理图输入方式

第5章曾提过PSpice有两种输入方式，目前多用电原理图输入方式，并统一由Capture窗口进行输入和调用PSpice分析。

在图1-10的Capture的基本操作界面中，每次开始绘制新电路图时，需要首先创建仿真电路图文件，有2种方式实现，方法如下：

（1）使用菜单：

启动File/New/Project命令，出现如图1-13所示新建对话框。

（2）使用按钮：

将鼠标箭头指到工具栏中的新建按钮

，单击鼠标键，也出现图1-13所示的对话框。

在打开的对话框中，“Name”编辑框中输入文件名，如“RR”；在下面的圆钮单选框中选择“AnalogorMixedA/Dproject”，要注意这是由Capture径直调用PSpice的按钮，不要选错；最后在“location”中指定文件所放的文件夹后，单击【OK】，则会出现图1-28所示的PSpice分析的设计来源选择对话框。

选择“Createablankpro”（创建空白设计）或“Createbaseduponanexistingpr”（基于已有的设计创建PSpice文件），通常点选前者。

最后单击【OK】，进入到仿真电路图绘制窗口，如图1-29所示。

与上节电路原理图绘制窗口1-12相比，菜单栏和常用工具栏项发生了变化，但绘图方法同2.3节。

3.2创建新仿真文件

当仿真电路图绘制完毕后，首先存盘，然后创建新仿真文件。

利用菜单栏启动PSpice/NewSimulationProfile命令，或者单击常用工具栏的智慧图标

按钮，便打开新仿真对话框，如图1-30所示。

在新仿真对话框的Name栏中键入仿真文件名（DC1），单击【Create】，弹出仿真参数设置对话框，如图1-31所示。

单击【确定】，返回电路图窗口。

这个参数设置的对话框经常用到，即不同分析内容的不同设置方法。

如何设置，是十分重要的，在下面通过举例，说明此对话框的参数束参数设定。

3.3执行PSpice程序

当分析参数设定完毕后，就可执行PSpice程序对电路进行分析了。

利用菜单栏启动PSpice/Run命令，或者单击常用工具栏的

图标按钮，屏幕会出现PSpice执行模拟窗口，分析完成后程序会自动调用Probe显示分析结果波形，如图1-32所示。

在波形窗口只有坐标而没有波形。

利用菜单栏启动Trace/AddTrace命令，或者单击常用工具栏的图标

按钮，出现加入波形对话框，从中选择需要显示的电压、电流、电位或电功率后单击【OK】，则波形窗口出现波形。

图标

和它右侧的4个图标很有用。

3.4输出窗口的常用操作

（1）只显示波形

在图1-32中，利用菜单栏选择View/OutputWindow，或者单击关闭按钮，便可关闭文字窗口，如图1-33所示。

（2）利用Zoom菜单调整波形窗口

在图1-33（或图1-32）中，为了更好地分析和观察波形，可以任意缩放波形大小。

启动菜单栏View/Zoom命令，出现如图1-34所示菜单，其功能分别如下：

Fit：

同常用工具栏的

图标，单击后，将整个波形的显示尺寸自动地调整到适合视窗的大小；

In：

同常用工具栏的

图标，单击后，鼠标箭头变成十字，移到需要加细观察的波形附近，再单击，波形被放大；

Out：

同常用工具栏的

图标，单击后，鼠标箭头变成十字，移到需要扩大观察波形范围的区域，再单击，波形被缩小；

Area：

同常用工具栏的

图标，对所选定区域的波形放大；

Previous：

回到前一显示画面；

Redraw：

更新显示画面；

Pan-NewCenter：

设定所显示波形的中心点。

（3）查看文字输出档

在执行PSpice分析程序后，产生输出波形的同时还产生了各种文字输出档，如网路表、电气规则检查报告等等。

若电路图中元器件的连接不符合电气规定，或有其它的错误，

执行PSpice分析后不能产生输出波形，会在文字输出档中会报告错误原因，阅读后可帮助修改电路图。

启动菜单View，选择OutputFile，即可查看文字输出档，如图1-35所示。

输出结果可通过单击下面的两个标签之一而在波形或文字两个窗口间切换。

4直流分析

下面通过简单的例题，说明如何运用PSpiceA/D9.21进行常用的直流分析、交流分析、参数分析、瞬态分析、蒙特卡洛分析、数字电路分析、温度分析、最坏情况分析、噪声分析的基本方法。

直流分析：

PSpice可对大信号非线性电子电路进行直流分析。

它是针对电路中各直流偏压值因某一参数（电源、元件参数等等）改变所作的分析，直流分析也是交流分析时确定小信号线性模型参数和瞬态分析确定初始值所需的分析。

模拟计算后，可以利用Probe功能绘出Vo-Vi曲线，或任意输出变量相对任一元件参数的传输特性曲线。

4．1例题

一个简单的直流分压电路如图1-36所示。

试利用Orcad的直流分析方法完成该电路的分压分析。

分析过程就是本节前面讲述的3.1、3.2、3.3三步。

（1）电原理图的绘制。

输入电路图名称（如RR），绘制电路图。

再一次提醒读者：

电路图中必须有模拟地“0”的存在才能进行PSpice分析，因为它用的是改进的节点法。

模拟地“0”可以从库Source.olb中选择“0ground”

（2）创建新仿真文件，名称为DC1，如图1-30所示。

注意分析参数设置方法，如图1-31所示。

在仿真设置对话框中选择分析标签“Analysis”；

在“Analysistype”（分析类型）的下拉列表框中点选“DCSweep”（直流扫描）进行直流分析；

在“Options”（选项）中点选“PrimarySweep”（初级扫描）；

在“Sweepvariable”（扫描变量）中点选“Voltagesoure”（电压源），且在“Name”中键入“V1”，表示设定电压源V1为扫描变量；

在“Sweeptype”（扫描类型）中单选“Linear”（线性），即V1做线性扫描分析。

在“Start”空白中键入“0V”，表示从0V开始扫描。

在“End”空白中键入“15V”，表示到15V结束扫描。

在“Increment”空白中键入“1V”，表示以1V为增量扫描。

（3）执行PSpice分析程序，其结果波形如图1-33（或图1-32）所示。

波形显示了R2