PSpicetraining.docx

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PSpicetraining

一、PSpice分析过程

二、绘制原理图

原理图的具体绘制方法已经在Capture中讲过了，下面主要讲一下在使用PSpice时绘制原理图应该注意的地方。

1、新建Project时应选择AnalogorMixed-signalCircuit

2、调用的器件必须有PSpice模型

首先，调用OrCAD软件本身提供的模型库，这些库文件存储的路径为Capture\Library\pspice，此路径中的所有器件都有提供PSpice模型，可以直接调用。

其次，若使用自己的器件，必须保证*.olb、*.lib两个文件同时存在，而且器件属性中必须包含PSpiceTemplate属性。

3、原理图中至少必须有一条网络名称为0，即接地。

4、必须有激励源。

原理图中的端口符号并不具有电源特性，所有的激励源都存储在Source和SourceTM库中。

5、电源两端不允许短路，不允许仅由电源和电感组成回路，也不允许仅由电源和电容组成的割集。

解决方法：

电容并联一个大电阻，电感串联一个小电阻。

6、最好不要使用负值电阻、电容和电感，因为他们容易引起不收敛。

三、仿真参数设置

1、PSpice能够仿真的类型

在OrCADPSpice中，可以分析的类型有以下8种，每一种分析类型的定义如下：

直流分析：

当电路中某一参数（称为自变量）在一定范围内变化时，对自变量的每一个取值，计算电路的直流偏置特性（称为输出变量）。

交流分析：

作用是计算电路的交流小信号频率响应特性。

噪声分析：

计算电路中各个器件对选定的输出点产生的噪声等效到选定的输入源（独立的电压或电流源）上。

即计算输入源上的等效输入噪声。

瞬态分析：

在给定输入激励信号作用下，计算电路输出端的瞬态响应。

基本工作点分析：

计算电路的直流偏置状态。

蒙托卡诺统计分析：

为了模拟实际生产中因元器件值具有一定分散性所引起的电路特性分散性，PSpice提供了蒙托卡诺分析功能。

进行蒙托卡诺分析时，首先根据实际情况确定元器件值分布规律，然后多次“重复”进行指定的电路特性分析，每次分析时采用的元器件值是从元器件值分布中随机抽样，这样每次分析时采用的元器件值不会完全相同，而是代表了实际变化情况。

完成了多次电路特性分析后，对各次分析结果进行综合统计分析，就可以得到电路特性的分散变化规律。

与其他领域一样，这种随机抽样、统计分析的方法一般统称为蒙托卡诺分析（取名于赌城MonteCarlo）,简称为MC分析。

由于MC分析和最坏情况分析都具有统计特性，因此又称为统计分析。

最坏情况分析：

蒙托卡诺统计分析中产生的极限情况即为最坏情况。

参数扫描分析：

是在指定参数值的变化情况下，分析相对应的电路特性。

温度分析：

分析在特定温度下电路的特性。

您对电路的不同要求，可以通过各种不同类型仿真的相互结合来实现。

2、建立仿真描述文件

在设置仿真参数之前，必须先建立一个仿真参数描述文件，点击

或PSpice>Newsimulationprofile，系统弹出如下对话框：

调用以前Profile的参数设置

Profile的名称

输入name，选择Create，系统将接着弹出如下对话框：

在Analysistype中，你可以有以下四种选择：

TimeDomain（Transient）：

时域（瞬态）分析

DCSweep：

直流分析

ACSweep/Noise：

交流/噪声分析

Biaspoint：

基本偏置点分析

在Options选项中你可以选择在每种基本分析类型上要附加进行的分析，其中GeneralSetting是最基本的必选项（系统默认已选）。

3、设置和运行DCSweep

点击

或PSpice>EditSimulationprofile，调出SimulationSetting对话框，在Analysistype中选择DCSweep，在Options中选中PrimarySweep，如下所示：

Sweepvariable：

直流扫描自变量类型

Voltagesource：

电压源

Currentsource：

电流源

必须在Name里输入电压源或电流源的Reference，如“V1”、“I2”。

Globalparameter：

全局参数变量

Modelparameter：

以模型参数为自变量

Temperature：

以温度为自变量

Parameter：

使用Globalparameter或Modelparameter时参数名称

Sweeptype：

扫描方式

Linear：

参数以线性变化

Logarithmic：

参数以对数变化

Valuelist：

只分析列表中的值

Start：

参数线性变化或以对数变化时分析的起始值

End：

参数线性变化或以对数变化时分析的终止值

Increment、Points/Decade、Points/Octave：

参数线性变化时的增量，以对数变化时倍频的采样点。

例：

以自变量为Modelparameter为例，对于下示电路，对模型Q2N2222的参数BF进行DCSweep，参数设置如上图所示，对BF的值从200分析到300，自变量以线性增长，增量为10。

在SimulationSetting中按OK按钮退出并保存设置参数。

点击

或PSpice>Markers>VoltageLevel，放置电压观测探针，位置如上图所示。

点击

或PSpice>Run运行PSpice，自动调用Probe模块，分析完成后，你将可以看到如下波形：

波形显示出输出V（out1）与模型Q2N2222的BF参数变化关系。

对于使用Globalparameter参数，必须在原理图中调用一个器件：

Capture\Library\PSpice\Special库中的PARAM器件。

然后对PARAM器件添加新属性，新属性即为一个Globalparameter参数。

如新建一个RES属性。

调用Globalparameter参数采用在PART的VALUE属性值中输入{RES}进行调用。

4、设置和运行ACSweep

点击

或PSpice>EditSimulationprofile，调出SimulationSetting对话框，在Analysistype中选择ACSweep/Noise，在Options中选中GeneralSettings，如下所示：

ACSweepType：

其中参数的含义与DCSweep的SweepType中的参数含义一样。

NoiseAnalysis：

噪声分析

Enabled：

在ACSweep的同时是否进行NoiseAnalysis。

Output：

选定的输出节点。

I/V：

选定的等效输入噪声源的位置。

Interval：

输出结果的点频间隔。

注意：

对于ACSweep，必须具有AC激励源。

产生AC激励源的方法有以下两种：

一、调用VAC或IAC激励源；二、在已有的激励源（如VSIN）的属性中加入属性“AC”，并输入它的幅值。

对于NoiseAnalysis，选定的等效输入噪声源必须是独立的电压源或电流源。

分析的结果只存入OUT输出文件，查看结果只能采用文本的形式进行观测。

例：

按上图所设参数进行设置：

ACSweep的分析频率从1Hz到1GHz，采用十倍频增量进行递增，每倍频采样点101。

NoiseAnalysis的输出节点为OUT1，等效噪声源的输入源为V1，每隔5个频率采样点输出一次噪声分析结果。

下图是AC分析结果及在10.23KHz时的噪声分析结果。

Y轴为系统增益与AC信号源幅值的乘积。

****08/01/0014:

42:

37*********PSpice9.1（Mar1999）********ID#1090601032

**circuitfileforprofile:

TRAN

****NOISEANALYSISTEMPERATURE=27.000DEGC

******************************************************************************

FREQUENCY=1.023E+04HZ

****TRANSISTORSQUAREDNOISEVOLTAGES（SQV/HZ）

Q_Q1Q_Q2Q_Q3Q_Q4

RB1.033E-141.036E-141.699E-151.696E-15

RC1.263E-229.911E-233.507E-233.270E-23

RE0.000E+000.000E+000.000E+000.000E+00

IBSN2.389E-171.621E-161.597E-141.313E-14

IC1.161E-141.042E-144.525E-154.404E-15

IBFN0.000E+000.000E+000.000E+000.000E+00

TOTAL2.196E-142.094E-142.219E-141.923E-14

****RESISTORSQUAREDNOISEVOLTAGES（SQV/HZ）

R_RBIASR_RC1R_RC2R_RS2R_RS1

TOTAL2.607E-171.530E-163.512E-191.696E-131.699E-13

****TOTALOUTPUTNOISEVOLTAGE=4.240E-13SQV/HZ

=6.511E-07V/RTHZ

TRANSFERFUNCTIONVALUE:

V（OUT1）/V_V1=1.012E+02

EQUIVALENTINPUTNOISEATV_V1=6.432E-09V/RTHZ

5、设置和运行瞬态分析（TimeDomain（Transient））

点击

或PSpice>EditSimulationprofile，调出SimulationSetting对话框，在Analysistype中选择TimeDomain（Transient），在Options中选中GeneralSettings，如下所示：

Runto：

瞬态分析终止的时间

Startsavingdata：

开始保存分析数据的时刻

Transientoptions：

Maximumstep：

允许的最大时间计算间隔

Skiptheinitialtransientbiaspointcalculation：

是否进行基本工作点运算

OutputfileOptions：

控制输出文件内容，点击后弹出如下对话框：

是否进行傅立叶分析

是否详细输出偏置点的信息

在OUT文件里存储的数据的时间间隔

Output：

用于确定需对其进行傅里叶分析的输出变量名。

NumberofHarmonics：

用于确定傅里叶分析时要计算到多少次谐波。

Pspice的内定值是计算直流分量和从基波一直到9次谐波。

Center：

用于指定傅里叶分析中采用的基波频率，其倒数即为基波周期。

在傅里叶分析中，并非对指定输出变量的全部瞬态分析结果均进行分析。

实际采用的只是瞬态分析结束前由上述基波周期确定的时间范围的瞬态分析输出信号。

由此可见，为了进行傅里叶分析，瞬态分析结束时间不能小于傅里叶分析确定的基波周期。

例：

按上图所设参数进行设置。

从0时刻开始记录数据，到10US结束，分析计算的最大步长为0.1NS，允许计算基本工作点；输出数据时间间隔为20NS，允许进行傅立叶分析，傅立叶分析的对象为V（out2），基波频率为1MHz，采用默认计算到9次谐波。

分析结果如下：

波形显示出节点OUT2的电压输出波形与输入信号的波形。

下图是以文本的形式来查看傅立叶分析的结果。

FOURIERANALYSISTEMPERATURE=27.000DEGC

******************************************************************************

FOURIERCOMPONENTSOFTRANSIENTRESPONSEV（OUT2）

DCCOMPONENT=5.448508E+00

HARMONICFREQUENCYFOURIERNORMALIZEDPHASENORMALIZED

NO（HZ）COMPONENTCOMPONENT（DEG）PHASE（DEG）

11.000E+066.658E-051.000E+003.418E+010.000E+00

22.000E+061.358E-042.040E+006.676E+01-1.593E+00

33.000E+061.729E-042.597E+009.831E+01-4.225E+00

44.000E+062.087E-043.134E+001.339E+02-2.812E+00

55.000E+063.514E-015.279E+03-1.000E+02-2.709E+02

66.000E+061.915E-042.876E+00-1.593E+02-3.643E+02

77.000E+061.481E-042.225E+00-1.193E+02-3.585E+02

88.000E+069.106E-051.368E+00-8.591E+01-3.593E+02

99.000E+063.707E-055.568E-01-3.820E+01-3.458E+02

TOTALHARMONICDISTORTION=5.278535E+05PERCENT

JOBCONCLUDED

TOTALJOBTIME125.16

6、基本工作点分析

点击

或PSpice>EditSimulationprofile，调出SimulationSetting对话框，在Analysistype中选择BiasPoint，在Options中选中GeneralSettings，如下所示：

进行直流灵敏度分析

输出详细的基本工作点信息

计算直流传输特性

直流灵敏度分析：

虽然电路特性完全取决于电路中的元器件取值，但是对电路中不同的元器件，即使其变化的幅度（或变化比例）相同，引起电路特性的变化不会完全相同。

灵敏度分析的作用就是定量分析、比较电路特性对每个电路元器件参数的灵敏程度。

Pspice中直流灵敏度分析的作用是分析指定的节点电压对电路中电阻、独立电压源和独立电流源、电压控制开关和电流控制开关、二极管、双极晶体管共5类元器件参数的灵敏度，并将计算结果自动存入.OUT输出文件中。

本项分析不涉及PROBE数据文件。

需要注意的是对一般规模的电路，灵敏度分析产生的.OUT输出文件中包含的数据量将很大。

直流传输特性分析：

进行直流传输特性分析时，Pspice程序首先计算电路直流工作点并在工作点处对电路元件进行线性化处理，然后计算出线性化电路的小信号增益，输入电阻和输出电阻，并将结果自动存入.OUT文件中。

本项分析又简称为TF分析。

如果电路中含有逻辑单元，每个逻辑器件保持直流工作点计算时的状态，但对模－数接口电路部分，其模拟一侧的电路也进行线性化等效。

本项分析中不涉及PROBE数据文件。

例：

按上图的参数进行设置，分析结果如下：

直流灵敏度分析结果

DCSENSITIVITIESOFOUTPUTV（OUT2）

ELEMENTELEMENTELEMENTNORMALIZED

NAMEVALUESENSITIVITYSENSITIVITY

（VOLTS/UNIT）（VOLTS/PERCENT）

R_RBIAS2.000E+043.274E-046.548E-02

R_RC11.000E+04-2.477E-05-2.477E-03

R_RC21.000E+04-6.300E-04-6.300E-02

R_RS21.000E+034.398E-044.398E-03

R_RS11.000E+03-4.394E-04-4.394E-03

V_V21.200E+017.190E-018.629E-02

V_V3-1.200E+013.577E-01-4.293E-02

V_V10.000E+001.013E+020.000E+00

Q_Q1

RB1.000E+01-1.920E-03-1.920E-04

RC1.000E+00-1.006E-04-1.006E-06

RE0.000E+000.000E+000.000E+00

BF2.559E+02-5.499E-05-1.407E-04

ISE1.434E-146.887E+119.876E-05

BR6.092E+004.093E-142.494E-15

ISC0.000E+000.000E+000.000E+00

IS1.434E-144.498E+146.450E-02

NE1.307E+00-1.452E-01-1.898E-03

NC2.000E+000.000E+000.000E+00

直流传输特性分析结果

****SMALL-SIGNALCHARACTERISTICS

V（OUT2）/V_V1=1.013E+02

INPUTRESISTANCEATV_V1=1.534E+04

OUTPUTRESISTANCEATV（OUT2）=9.617E+03

7、设置和运行MonteCarlo/Worst-Case

点击

或PSpice>EditSimulationprofile，调出SimulationSetting对话框，在Analysistype中选择TimeDomain（Transient），在Options中选中MonteCarlo/Worst-Case，如下所示：

MonteCarlo：

选择进行蒙托卡诺分析

Worst-Case/Sensitive：

最坏情况分析

Outputvariable：

选择分析的输出节点

MonteCarlooptions：

蒙托卡诺分析的参数选项

Numberof：

分析采样的次数

Use：

使用的器件偏差分布情况（正态分布、均匀分布或自定义）

Randomnumber：

蒙托卡诺分析的随机种子值

Savedata：

保存数据的方式

Worst-Case/Sensitivityoptions：

最坏情况分析的参数选项

Varydevicesthat：

分析的偏差对象

Limitdevicesto：

起作用的偏差器件对象

Savedatafromeachsensitivity：

是否将每次灵敏度分析的结果保存入.OUT输出文件

Moresetting…：

点击MoreSetting按钮，将弹出如下对话框

YMax

Max

Min

Rise_edge

Fall_edge

YMax：

求出每个波形与额定运行值的最大差值

Max：

求出每个波形的最大值

Min：

求出每个波形的最小值

Rise_edge：

找出第一次超出域值的波形

Fall_edge：

找出第一次低于域值的波形

Threshold：

设置域值

Evaluateonlywhenthesweepvariableisin：

定义参数允许的变化范围

Worst-Casedirection：

设定最坏情况分析的趋向

Listmodelparametervaluesintheoutputfile：

是否在输出文件里列出模型参数的值

注意：

运行蒙托卡诺分析的前提条件是必须有元器件含有偏差属性关于器件参数偏差的设置方法，请阅读以下说明：

为了适应统计分析中模型参数要在一定范围内变化的要求，PSpice中专门提供了统计分析用的元器件符号库，其名称为BREAKOUT。

库中每种无源元器件符号名为关键字母后加BREAK，如电阻、电容和电感符号的名称分别为RBREAK、CBREAK和LBREAK。

对半导体有源器件，为了进一步区分其不同类别，在BREAK后还可再加一些字符。

例如双极晶体管符号名又分为代表横向PNP（LPNP）的QBREAKL，代表NPN晶体管的QBREAKN等，代表PNP管的QBREAKP等。

进行统计分析时，要考虑其参数变化的那些元器件必须改用BREAKOUT库中的符号。

对这些元器件符号，再在其模型参数的设置中，在需要考虑参数变化的那些模型参数常规设置项“参数名＝参数值”的后面，添加下面介绍的设置，具体描述该参数的变化。

由于一个电路中可能有多个元器件共用一个模型，如果在MC分析中每次分析时的随机抽样方式是这几个元器件值按同一个分布规律变化相同的值，则用关键词LOT表示。

如果这几个元器件值各自独立变化，则用关键词DEV表示。

每次分析中的抽样是按照随机数发生器产生的随机数进行的。

PSpice对LOT和DEV两种发生器均提供有10个编号的随机数发生器，用0,…,9表示。

如果希望同一个模型中的几个模型参数甚至不同模型间的模型参数按同一组随机数产生的随机数抽样，只需要在这几个模型参数的设置中，在LOT或DEV后面紧跟同一个编号的lot#，其中lot#为0,…,9中的某一数字，在lot#前需加斜杠符号“/”。

如果在模型参数的设置中未采用lot#,则表示该参数按单独一个发生器产生的随机数变化。

模型参数的变化模式设置应根据实际情况确定。

如果设计的电路要用印刷电路板（PCB）装配，则不同PCB采用的元器件参数将独立随机变化，因此应选用DEV。

但是如果设计的电路用于集成电路生产，由于工艺条件的变化，将会使一批晶片上的元器件参数有一种同时增大或减小的趋势，这就应该用LOT表示。

但在集成电路生产中，同一晶片上不同管芯之间的参数又存在随机起伏，这就需要用DEV表示。

这就是说，对用于集成电路生产的电路设计进行MC分析时，对要考虑其变化的参数，应同时采用LOT和DEV两种变化模式。

为了反映实际生产中元器件参数的分布变化情况，PSpice提供了正态分布（又称高斯分布）和均匀分布两种分布函数，供用户选用。

在设置时，应在参数变化模式设置的后面紧跟代表选用分布规律的关键词GAUSS（若选用正态分布）或UNIFORM（若选用均匀分布）。

在关键词前应加有斜杠符号“/”。

根据上述分析，在MC分析中描述元器件参数统计变化是在需考虑其参数值变化的“参数名＝参数值”后面加上变化规律描述，其一般格式为：

参数名＝参数值[DEV[lot#][/分布规律名]<变化值>[％]]

+[LOT[/lot#][/分布规律名]<变化值>[％]]

其中“参数名”即为要考虑其参数变化的模型参数名称。

“参数值”为该模型参数的中心值，或标称值。

上述格式中用方括号括起来的表示并非一定要给出。

DEV、LOT为关键词，表示参数变化模式。

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