Orcad使用教程1

kakaci

  第一章 概  论
本章在简要介绍计算机辅助设计(CAD: Computer Aided Design)和电子设计自动化(EDA: Electronic Design Automation)基本概念的基础上，介绍OrCAD/PSpice软件的功能和特点，并具体说明调用PSpice软件进行电路模拟的基本步骤。
1-1 EDA技术和PSpice软件
1-1-1 CAD和EDA
进行电子线路设计，就是根据给定的设计要求，包括功能和特性指标要求，通过各种方法，确定应采用什么样的线路拓扑结构以及线路中各个元器件应采用什么参数值。有时还需将设计好的线路进一步转换为印刷电路板版图设计。要完成上述设计任务，一般需经过设计方案提出、    验证和修改(若需要的话)三个阶段，有时甚至要经历几个反复，才能完成一个比较好的电路设计。
按照上述三个阶段中完成任务的手段不同，可将电子线路的设计方式分为不同类型。如果方案的提出、验证和修改都是人工完成的，则称之为人工设计方法。这是一种传统的设计方法，其中设计方案的验证一般都采用实际搭试验电路的方式进行。这种方法花费高，效率低。从70年代开始，随着电子线路设计要求的提高以及计算机的发展，使电子线路设计发生了根本性的变革，出现了CAD和EDA。
1. 计算机辅助设计(CAD)
顾名思义，计算机辅助设计是在电子线路设计过程中，借助于计算机来帮助“人”迅速而准确地完成设计任务。具体地说，由“人”根据设计要求进行总体设计并提出具体的设计方案，然后利用计算机存储量大、运算速度快的特点，对设计方案进行人工难以完成的模拟评价、设计检验和数据处理等工作。发现有错误或方案不理想时，再重复上述过程。这就是说，由人和计算机通过CAD这一工作模式共同完成电子线路的设计任务。
2. 电子设计自动化(EDA)
CAD技术本身实际上是一种通用技术，在机械、建筑、甚至服装等各种行业中均已得到广泛应用。但是，在电子行业中，CAD技术不但应用面广，而且发展得最快，在实现设计自动化(DA: Design Automation)方面取得了突破性的进展。在整个设计过程中，不少设计环节，如系统综合、优化设计等均可由计算机软件自动完成。目前在电子设计领域，设计技术正处于从CAD向DA过渡的进程中，一般统称为电子设计自动化(EDA)。
1-1-2 微机级电子线路EDA软件
直到80年代初，CAD软件至少需要在小型计算机或专业用的工作站上才能运行。当时的微机系统受运行速度、存储量等因素限制，无法运行CAD软件。随着计算机技术的发展，以OrCAD为代表的EDA技术开发公司，相继推出了一批可以在微机上运行的EDA软件。近几年，随着奔腾CPU芯片的采用，新型微机系统的许多性能已接近工作站，微机上的EDA软件系统也已达到了相当的水平。OrCAD公司的EDA软件是其中的突出代表。他覆盖了电子设计中的4项核心任务：以VHDL和线路图绘制方式进行设计生成，FPGA和CPLD设计综合，数字、模拟和数/模混合电路模拟，以及印制电路板(PCB)设计。其软件系统结构如图1-1所示。
系统中每一部分不但可以根据需要单独使用，更重要的是这些软件相互之间又有如图1-1所示的内在联系，构成一个完整的EDA系统，对设计项目实施统一管理。这样，用户就不必花过多的时间考虑各个软件之间的调用关系以及设计数据格式和交换方式，而将主要精力放在线路设计本身。



图1-1 微机级OrCAD软件系统构成框图

下面简要介绍OrCAD软件系统中主要软件的功能。
(1)OrCAD/Capture：这是一个功能强大的电路原理图设计软件。除可生成各类模拟电路、数字电路和数/模混合电路的电路原理图外，还配备有元器件信息系统CIS(Component Information System)，可以对元器件的采用实施高效管理。同时该软件还具有ICA(Internet Component Assistant)功能，可在设计电路图的过程中从Internet互联网上的元器件数据库中查阅、调用上百万种元器件。
(2)OrCAD/Express：这是一个逻辑模拟软件。其模拟功能包括由Capture生成的数字电路门级模拟，一直到VHDL综合和仿真。可进行10万门以上的CPLD、FPGA和ASIC设计。在设计中可采用Xilinx、Altera、Lattice、Lucent、Actel、Philips和Vantis等厂家生产的器件。
(3)OrCAD/PSpice：这是一个电路模拟软件，除可对模拟电路、数字电路和数/模混合电路进行模拟外，还具有优化设计的功能。
(4)OrCAD/Layout：这是一个印刷电路版(PCB)设计软件。可直接将OrCAD/Capture生成的电路图通过手工或自动布局布线方式转为PCB设计。在PCB设计中，采用的层次可达30层，布线分辨率为1微米，放置元器件时旋转角度可精确到(1/60)度，即1分。完成PCB设计后，可生成3维显示模型。
需要指出的是，在Windows环境下运行的OrCAD EDA软件系统均不存在“千年虫”问题，可顺利地应用到21世纪。
本书将详细介绍OrCAD/PSpice软件的构成、功能特点和具体使用方法。其他3个软件将在本套教程的另外3本书中介绍。
1-1-3 EDA技术的优点
由1-1-2节介绍的OrCAD软件系统功能特点可见，采用EDA技术具有下述优点：
(1)缩短设计周期。采用EDA技术，用计算机模拟代替搭试验电路的方法，可以减轻设计方案验证阶段的工作量。特别是一部分设计自动化软件的出现，更极大地加速了设计进程。另外，在设计印制电路板时，目前也有不少具有自动布局布线和后处理功能的印刷电路板设计软件可供采用，将人们从繁琐的纯手工布线中解放出来，进一步缩短设计周期。
(2)节省设计费用。搭试验电路费用高、效率低。采用计算机进行模拟验证就可以节省研制费用。特别要指出的是，伴随着微机的迅速发展和普及，微机级EDA软件水平的不断提高，这就可以在计算机硬件投资要求不大，EDA软件费用也不太高的前提下，促进EDA技术的推广使用。
(3)提高设计质量。传统的手工设计方法采用简化电路及元器件模型进行电路特性的估算，通过搭实验电路板的方式进行验证，故很难进行多种方案的比较，更难以进行灵敏度分析、容差分析、成品率模拟、最坏情况分析和优化设计等。采用EDA技术则可以采用较精确的模型来计算电路特性，而且很容易实现上述各种分析。这就可以在节省设计费用的同时提高设计质量。
(4)共享设计资源。在EDA系统中，成熟的单元设计及各种模型和模型参数均存放在数据库文件中，用户可直接分享这些设计资源。特别是对数据库内容进行修改或增添新内容后，用户可及时利用这些最新的结果。
(5)很强的数据处理能力。由于计算机具有存储量大、数据处理能力强的特点，在完成电路设计任务后，可以很方便地生成各种需要的数据文件和报表文件。
随着电子技术的发展，需设计的电路越来越复杂，规模也越来越大，在这种情况下，离开EDA技术几乎无法完成现代的电子线路设计任务。
1-1-4 OrCAD/PSpice软件
由图1-1可见，微机级OrCAD EDA软件系统中，电路模拟分析是由OrCAD/PSpice软件完成的。该软件的前身是SPICE，其全称为Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis，即重点用于集成电路的模拟程序。第一版SPICE软件是美国加州大学伯克莱分校为适应集成电路CAD的需要，于1972年推出的。1975年的SPICE 2G版达到实用化程度，得到广泛推广。但该程序的运行环境至少为小型计算机。1983年，OrCAD公司推出了可在PC机上运行的PSpice1 (P代表这是在PC机上运行的版本)。目前最新版本是1998年11月推出的OrCAD/PSpice 9。与SPICE相比，OrCAD/PSpice并不只是单纯地将SPICE移植至PC机，而是在下述3方面有重大变革。
(1)对模拟电路，不仅可以进行直流、交流、瞬态等基本电路特性分析，而且可进行蒙托卡诺(MC) 统计分析，最坏情况(Wcase)分析、优化设计等复杂的电路特性分析。
(2)不仅可对模拟电路进行计算机辅助分析，而且可对数字电路、数/模混合电路进行计算机模拟。为了突出这一功能特点，新版本的软件称为PSpice A/D。
(3)一改批处理运行模式，可以在WINDOWS环境下，以人机交互方式运行。绘制好电路图后，即可直接进行电路模拟，无需用户编制繁杂的输入文件。在模拟过程中，可以随时分析观察模拟结果，从电路图上修改设计。
经过15年的发展和应用，OrCAD/PSpice实际上已成为微机级电路模拟的标准软件。本书将结合最新的OrCAD/PSpice 9，详细介绍该软件的功能和使用方法。

1-2 OrCAD/PSpice软件的功能特点
本节从下述几方面说明该软件的功能特点，即：OrCAD/PSpice软件支持的元器件种类、可分析的电路特性类型以及配套软件等。
1-2-1 PSpice A/D支持的元器件类型
1. 元器件类型及其字母代号
PSpice A/D可模拟的元器件覆盖了下述6类最常用的各种电路元器件。
(1)基本无源元件。如电阻、电容、电感、互感、传输线等。
(2)常用的半导体器件。如二极管、双极晶体管、结型场效应晶体管、MOS场效应晶体管、GaAs场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。
(3)独立电压源和独立电流源。可产生用于直流(DC)、交流(AC)、瞬态(TRAN)分析和逻辑模拟所需的各种激励信号波形。
(4)各种受控电压源、受控电流源和受控开关。
(5)基本数字电路单元。包括常用的门电路、传输门、延迟线、触发器、可编程逻辑阵列、RAM、ROM等。
(6)单元电路调用。对常用的单元电路，特别是像运算放大器一类集成电路，可将其作为一个单元电路整体出现在电路中，而不必考虑该单元电路的内部电路结构。
PSpice A/D为不同类别的元器件赋给了不同的字母代号，如表1-1所示。在电路图中，不同元器件编号的第一个字母必须按表中规定。
表1-1 PSpice A/D支持的元器件类别及其字母代号(按字母顺序)
字母代号    元器件类别    字母代号    元器件类别
B    GaAs场效应晶体管    N    数字输入(见表注)
C    电容    O    数字输出(见表注)
D    二极管    Q    双极晶体管
E    受电压控制的电压源    R    电阻
F    受电流控制的电流源    S    电压控制开关
G    受电压控制的电流源    T    传输线
H    受电流控制的电压源    U    数字电路单元
I    独立电流源    U STIM    数字电路激励信号源
J    结型场效应晶体管(JFET)    V    独立电压源
K    互感(磁芯)，传输线耦合    W    电流控制开关
L    电感    X    单元子电路调用
M    MOS场效应晶体管(MOSFET)    Z    绝缘栅双极晶体管(IGBT)
注：表中N器件和O器件是在数/模混合电路中对数/模接口型节点进行接口电路转换时引进的两种等效器件，详见第八章。
2. 元器件模型
电路模拟的精度很大程度上取决于电路中代表各种元器件特性的模型参数值是否精确。为了方便用户使用，PSpice A/D提供的模型参数库中包括有超过11300种的半导体器件和模拟集成电路产品的模型参数，以及1600多种数字电路单元产品的参数。其中不但包括了最新的GaAs器件和IGBT器件模型参数，对MOSFET器件还提供了6种不同级别的模型，适用于先进的亚微米工艺器件。第十章将介绍不同元器件模型参数的基本含义及其对电路特性模拟的影响。
在本书所附的光盘中，Document路径下的Analog和Digital两个文件分别列出了模型参数库中包括的模拟和数字两类元器件名称清单。这些元器件基本覆盖了目前常用的商品化半导体器件和集成电路。
1-2-2 PSpice A/D分析的电路特性
PSpice A/D可分析的电路特性有6类15种，如表1-2所示。每种特性分析的具体功能和分析方法参见相应章节。
表1-2 PSpice A/D分析的电路特性
类别    电路特性    参考章节
直流特性    (1)直流工作点(Bias Point Detail)    3-2节
   (2)直流特性扫描(DC Sweep)    3-3节
   (3)直流传输特性(TF: Transfer Function)    3-4节
   (4)直流灵敏度(DC Sensitivity)    3-5节
交流特性    (1)交流小信号频率特性(AC Sweep)    3-6节
   (2)噪声特性(Noise)    3-7节
瞬态特性    (1)瞬态响应(Transient Analysis)    3-8节
   (2)傅立叶分析(Fourier Analysis)    3-9节
参数扫描    (1)温度特性(Temperature Analysis)    4-1节
   (2)参数扫描(Parametric Analysis)    4-2节
统计分析    (1)蒙托卡诺分析(MC: Monte Carlo)    4-3节
   (2)最坏情况分析(WC: Worst Case)    4-4节
逻辑模拟    (1)逻辑模拟(Digital Simulation)    第七章
   (2)数/模混合模拟(Mixed A/D Simulation)    8-1节
   (3)最坏情况时序分析(Worst-case timing Analysis)    8-2节
1-2-3 PSpice A/D的5个配套功能软件(模块)
OrCAD软件包中进行电路模拟分析的核心软件是PSpice A/D。为了使模拟工作做得更快、更好，OrCAD软件包中还提供有下述5个配套软件(模块)。他们之间的相互关系如图1-2所示。



图1-2  PSpice A/D与配套软件(模块)


1. 电路图设计软件Capture
为了进行电路模拟，必须向PSpice A/D提供待分析电路的全部信息，包括电路拓扑结构、元器件参数值。同时还要说明电路特性分析类型，设置分析参数，并提出结果输出要求。早期的SPICE和PSpice软件，在运行前，要求用户必须按规定格式将上述内容编制成一份输入文件。这一工作不但繁杂，而且极易出错，当电路规模较大时，问题更加严重。采用电路图绘制软件Capture，用户只需以人机交互图形编辑方式在屏幕上绘制好电路原理图，设置好分析参数，即可在Capture环境下继续完成电路模拟。在Capture环境下，还能控制本节介绍的其他配套软件的运行。
如图1-1所示，Capture不仅可以与PSpice A/D配合使用，同时也是OrCAD EDA软件包中进行PLD设计和PCB设计的基础，因此我们专门安排一本分册详细介绍OrCAD/Capture软件的功能和使用方法。为了方便PSpice A/D软件的运行，本书在第二章将简要介绍如何调用Capture生成PSpice A/D需要的电路图。
2. 激励信号波形编辑软件(StmEd: Stimulus Editor)
在表1-2所示的电路特性分析中，瞬态和逻辑模拟等不同类型的分析，需要的输入激励信号波形各不相同。StmEd软件是一个以交互方式运行的激励信号波形编辑器，可以生成电路模拟中需要的各种形状激励信号波形。包括：
(1)瞬态分析中需要的脉冲、分段线性、调幅正弦、调频和指数信号等5种信号波形(5种信号波形的介绍见3-8节)
(2)逻辑模拟中需要的时钟信号、各种形状脉冲信号以及总线信号。
本书第三章和第七章将分别介绍调用StmEd软件生成瞬态分析和逻辑模拟中要求的各种激励信号波形的方法。
在推出StmEd软件之前，用户必须按规定格式，描述上述各种信号波形，这也是一件既繁杂又易出错的工作。
3. 模型参数提取软件(ModelEd: Model Editor)
如1-2-1节所述，PSpice A/D的模型参数库中包括了一万多种元器件和单元集成电路的模型参数，基本能满足一般用户模拟分析电路特性的需要。如果用户采用了未包括在模型参数库中的元器件，可以调用模型参数生成软件ModelEd，提取模型参数。用户只需提供通常元器件手册中给出的元器件特性数据，该软件即可生成电路模拟时需要的模型参数。本书第十章将具体介绍ModelEd软件的功能和使用方法。
4. 模拟结果波形显示和分析模块(PSpice/Probe)
为了观察模拟结果，确定电路设计是否满足要求，PSpice A/D完成电路模拟以后可自动调用Probe模块。该模块具有下述3种主要功能。
(1)显示电路中的节点电压、支路电流波形。在显示信号波形过程中可随时修改电路分析参数设置，再重新进行电路模拟，显示信号波形。在OrCAD中，可以根据需要，在电路图设计修改、电路模拟、结果波形显示之间交叉调用，直到电路设计满足要求为止。第五章将介绍在Probe窗口中显示信号波形的具体方法以及相关的辅助功能。
(2)模拟结果的再分析处理。Probe具有对模拟结果波形进行再加工的功能，以提取出更多的信息。例如蒙托卡诺分析以后，可以绘制电路特性参数分布直方图，得到成品率信息。参数扫描分析以后，可从结果波形中提取出电路特性特征参数，例如滤波器的带宽和中心频率，并可进一步得到这些特征参数与电路中元器件的关系，有助于实现电路的优化设计。第六章将详细介绍Probe对模拟结果的再分析处理功能。
(3)数字电路中逻辑错误问题的检测。在显示逻辑模拟结果波形时，Probe可以检测出电路中存在的冒险竞争、时序错误等问题，并可以将出错位置标注在电路中。第八章将具体介绍逻辑错误的检测。
5. 优化程序Optimizer
为了进一步帮助用户改进其电路设计，PSpice A/D提供有优化模块Optimizer，可以在电路模拟的基础上，根据用户规定的电路特性约束条件(例如满足规定的带宽和增益要求)，自动调整电路元器件参数(例如调整偏置电阻和晶体管参数)，以满足某一电路指标要求(例如使电路功耗最小)。调用Optimizer程序可同时调节8个元器件参数，满足8个优化目标和约束条件(或其组合)。
1-2-4 PSpice A/D Basic和PSpice
针对不同用户的需用，OrCAD公司提供了3个档次的PSpice程序，分别称为PSpice A/D、PSpice A/D Basic和PSpice。他们之间的差别在于具有的功能不尽相同。其中PSpice A/D的功能最全，如表1-3所示。表中同时列出了另两个软件的功能比较。
表1-3 PSpice A/D、PSpice A/D Basic和PSpice软件功能比较
功            能   &nbspSpice A/D   &nbspSpice A/DBasic   &nbspSpice
与OrCAD/Capture接口
电路图输入(采用OrCAD/Capture)(第二章)    有    有    有
电路特性分析类型和参数设置(对话框)(3-1节)    有    有    有
与OrCAD/Capture交叉调用(第二章)    有    有    有
模拟结果波形显示和分析(第五章)    有    有    有
电路特性分析和模拟功能
直流特性分析(3-2节~3-5节)    有    有    有
交流小信号分析(3-6节)、噪声分析(3-7节)    有    有    有
瞬态分析(3-8节)、傅立叶分析(3-9节)    有    有    有
温度特性分析(4-1节)    有    有    有
参数扫描分析(4-2节)    有        有
蒙托卡诺分析(4-3节)、最坏情况分析(4-4节)    有        有
逻辑模拟(第七章)、数/模混合模拟(8-1节)    有    有    
最坏情况时序分析(8-2节)、逻辑错误检测(7- 节)    有        
特征值函数计算(6-4节)、电路性能分析(6-5节)    有        有
直流偏置解文件的建立与调用(4-6-5节)    有        有
模拟电路功能块建模    有    有    有
数字门电路延迟特性建模    有        
模型参数生成软件    有        有
激励信号波形编辑软件    有        有
支持的元器件和模型参数数据库
GaAsFETs: Curtice, Statz, TriQuint, Parker-Skellern    全部    Statz    全部
MOSFETs: SPICE3(1-3)、BSIM1、 BSIM3(版本2和3-1)、EKV    有    有    有
JFETs,  BJTs    有    有    有
IGBTs    有        有
达林顿管    有    有    有
D/A转换器、A/D转换器    有        
电阻、电容、电感、互感模型描述    有    有    有
理想传输线、非理想传输线、传输线耦合    全部    理想    全部
非线性磁芯    有        有
电压控制开关、电流控制开关    有    有    有
模型参数库中半导体器件和模拟IC个数    11300    11300注1    6500
模型参数库中数字电路个数    2000    2000    
基本数字电路单元    全部    大部分注2    
任选项配置
OrCAD/Pspice Optimizer    有        有
网络版    有        有
注1：OrCAD/PSpice A/D Basic模型参数库中不包括IGBT、脉宽调制器、晶闸管、磁芯和传输线。
注2：OrCAD/PSpice A/D Basic支持的基本数字电路单元中不包括双向传输门。
1-2-5 OrCAD/PSpice A/D 9版本的新特点
于1998年底推出的OrCAD/PSpice A/D 9版本具有下述6个特点。
1. 新的前端模块OrCAD/Capture
版本8以前的PSpice A/D本身带有电路图输入软件Schematic。从版本9开始，PSpice A/D与OrCAD/Express、OrCAD/Layout一样，均以OrCAD/Capture作为前端模块。这样，除可以利用Capture的电路图输入这一基本功能以外，还可以实现OrCAD中设计项目统一管理，采用新的元器件属性编辑工具，利用鼠标右键菜单，以及其他多种高效省时的功能。对于以前用Schematic生成的电路图，版本9中提供有Sch2cap程序，可将其转为Capture可接受的格式。
2. 结果波形显示分析模块中新增的功能
OrCAD/PSpice A/D 9中将电路模拟和结果波形显示分析两大模块集成在一起。Probe只是作为其中的一个窗口。与以前版本的Probe模块相比，新增了下述功能。
(1)可以在屏幕上划分几个窗口，包括显示信号波形的一个或多个图形窗口、显示输出文件或其他文件的文本窗口、以及显示模块状态和信息的窗口。
(2)在显示结果波形的同一窗口中可以修改电路特性分析参数设置，并在重新进行模拟以后继续显示、分析新的模拟结果。
(3)可以启动多个电路模拟过程，并可随时查阅模拟进程，调整排队优先顺序。
(4)改进波形显示方式。包括在波形显示区中新增了坐标网格线，并且可以由用户控制其显示属性，将显示的波形经缩放处理后复制和粘贴到其他文件中。
3. 模拟类型分组(Simulation Profile)概念的引入
在版本8以前的PSpice A/D程序中，绘制好电路图后，在进行分析类型设置对话框的操作时，对选择设置的分析类型种类没有限制。完成电路模拟以后，所有设置的电路特性分析结果存放在同一个输出数据文件中。
在OrCAD/PSpice A/D 9中，将直流DC扫描、交流小信号AC分析和瞬态TRAN分析作为3种基本的分析类型。对每一种电路，在一个模拟类型分组中，只能包括这3种基本分析类型中的一种分析，但对可以同时进行的灵敏度分析、温度特性、参数扫描、蒙托卡诺分析等没有限制。每一个模拟类型分组均有各自的名称，分析结果数据单独存放在一个文件中。对同一个电路，可建立多个模拟类型分组，不同分组也可以针对同一种特性分析类型，只是分析参数不同。引入这一概念的好处是，可以单独保存不同类型分析的结果。删除其中一个，不会对其他类型分析结果产生影响。
4. 模型参数生成软件的功能扩展
版本9中，模型参数生成软件已改名为ModelEd，比版本8中的Parts程序在功能方面有了很大的扩展。
(1)统一处理以文本和修改规范两种形式提取模型参数。
(2)新增了达林顿器件的模型参数提取。
(3)完成模型参数提取后，自动在图形符号库中增添该器件符号。
5. 亚微米MOS器件模型EKV2-6的增加
EKV2-6是一种基于器件物理特性的模型，适用于采用亚微米工艺技术的低压、小电流模拟电路和数/模混合电路的模拟分析。
6. 模型参数库的扩展
版本9的模型参数库不但增添了不少厂家提供的约1000个器件模型，使库中涉及的器件数达到13000个，而且新增了EKV MOSFET模型以及光耦合器、达林顿管、DAC和ADC等新的器件类型。
1-3 电路模拟过程
本节介绍电路模拟的基本过程，使读者对本书各章内容之间的相互关系有个总体了解。同时说明运行PSpice A/D 9 软件对微机系统的要求。
1-3-1 电路模拟的基本过程
采用OrCAD EDA软件系统，对一个电路设计方案进行电路模拟的基本过程如图1-3所示，共分8个阶段。本书就是根据这一设计流程内容安排各章的内容。
1. 新建设计项目(Project)
OrCAD软件包对设计任务按项目(Project)实施管理。开始一个新的项目设计时，应该首先调用OrCAD/Capture软件中的项目管理模块，建立相应的项目名称，并确定有关的设置。2-1节将详细介绍项目管理的基本概念和管理方法。


图1-3 电路模拟基本过程

2. 电路图生成
确定项目名后，就应该在电路图绘制软件OrCAD/Capture环境下，以人机交互方式将用户确定的电路设计方案以电路原理图形式送入计算机。第二章将介绍电路图生成的具体方法。图1-4中显示的是绘好的振荡器电路图。对于采用PSpice A/D 8以前版本设计的电路，电路原理图是用PSpice A/D软件包中的Schematic程序生成的，2-5节将具体说明如何将这种电路图文件转换为OrCAD/Capture接受的格式。
3. 电路特性分析类型和分析参数设置
生成电路图以后，需要根据电路设计任务，确定要分析的电路特性类型，并设置与分析有关的参数。如1-2-5节所述，从版本9开始，PSpice A/D采用了模拟类型分组(Simulation Profile)的概念。3-1节将介绍这一新概念的含义。用户可以在OrCAD/Capture环境下新建或修改Profile设置(见图1-4中的子命令)，也可以在显示分析结果波形时，在PSpice A/D环境下修改Profile设置，重新进行模拟(见5-1节)。第三章和第四章将详细介绍表1-2中与模拟电路有关的各种特性分析类型选择和分析参数设置的具体方法。模拟类型分组设置结果存放在以.SIM为扩展名的文件中。
4. 运行PSpice A/D程序
完成上述3项工作后，即可调用PSpice A/D程序对电路进行模拟分析。3-1节将介绍调用PSpice A/D的3种不同方法。6-8节将介绍PSpiceA/D的几种不同运行模式。
5. 模拟结果的显示和分析
完成电路模拟分析后，PSpice将按照电路特性分析的类型，分别将计算结果存入扩展名为.OUT的ASCII码输出文件以及扩展名为.DAT的二进制文件(见3-1节)。通过对这两个文件内容的分析，用户可以确定其电路设计是否满足预定要求。4-5节将具体介绍.OUT输出文件的结构和内容。第五章和第六章将详细介绍调用PSpice/Probe模块显示和分析模拟电路计算结果信号波形的方法。数字电路和数/模混合电路结果波形显示和分析方法分别在第七章和第八章介绍。图1-5是在PSpice/Probe窗口中显示图1-4振荡器电路模拟分析结果波形的情况。
6. 电路优化设计
对模拟电路，在结果分析的基础上，可确定是否需要调用PSpice A/D中的优化模块(Optimizer)，对电路进一步进行优化设计，提高设计质量。


图1-4 OrCAD/Capture 窗口


图 1-5 PSpice/Probe 窗口显示的分析结果信号波形
7. 设计修正
在电路模拟过程中，如果出现电路设计方案不合适、电路图生成中出现差错或分析参数设置不合适等问题，都会导致PSpice A/D因检测出致命错误而不能正常运行，或出现运行不收敛和运行结果不满足设计要求的情况。这时用户应分析问题所在，确定是否要修改电路设计、纠正电路图生成中的问题或重新设置分析参数，从上述第2阶段或第3阶段开始，进行新一轮的设计模拟过程。有时需要经过几个循环，才能得到满足要求的电路设计。为了尽快查找出电路模拟中的问题，用户可查阅.OUT文件中存放的错误信息内容(见4-5节)，也可以在波形显示分析窗口(Proce窗口)中分析出错信息(见8-3节)。并可参考2-5节介绍的电路图生成注意事项，以及4-8节介绍的电路模拟不收敛问题基本原因分析和解决途径。
8. 设计结果输出
经过上述几个阶段，得到一个符合要求的电路设计后，可以调用OrCAD/Capture，输出全套电路图纸，包括各种统计报表(如元器件清单，电路图纸层次结构表等)。也可根据需要，将电路设计图数据传送给OrCAD/Layout，继续进行印刷电路板设计。
1-3-2 运行要求
1. 对微机系统的要求
运行PSpice A/D 9软件，对微机系统的基本要求为：
(1)CPU：Intel 200MHz Pentium以上，或等效的其他CPU芯片。
(2)内存：至少64MB RAM，最好用128MB。
(3)硬盘：1G空间。
(4)显示器：分辨率至少为800×600，最好为1024×768。
(5)操作系统：Windows 95、Windows 98，或Windows NT4.0。
说明：如图1-3所示，运行PSpice A/D 9进行电路模拟需要以OrCAD/Capture作为前端模块。安装Capture要求200MB的硬盘空间。
2. 对用户的要求
PSpice A/D 9是在Windows环境下运行的，其界面结构等也与Windows的雷同，因此除要求使用PSpice的用户应具有一定的电子线路知识外，还要求用户熟悉并掌握Windows的使用，包括：在Windows下调用应用程序，了解Windows中的文件管理，会操作鼠标，能使用图标、命令菜单、对话框、帮助文件等。对这些基本操作，本书将不作具体解释。
1-4 运行OrCAD/PSpice A/D 9的有关规定
1-3-1 PSpice A/D中的数字
在调用和运行PSpice A/D的过程中，数字采用通常的科学表示方式，即可以用整数、小数、以及以10为底的指数。在用指数表示时，以字母E代表作为底数的10。对于比较大或比较小的数字，还可以采用10种比例因子，如表1-4所示。
表1-4 PSpice A/D中采用的比例因子
符号    比例因子    名称
F    10-15    飞(femto-)
P    10-12    皮(pico-)
N    10-9    纳(nano-)
U    10-6    微(micro-)
MIL    25.4*10-6    密耳(mil)
M    10-3    毫(milli-)
K    10+3    千(kilo-)
MEG    10+6    兆(mega-)
G    10+9    吉(giga-)
T    10+12    太(tera-)
例如，1.23K、1.23E3和1230均表示同一个数。
对于以M开头的3个比例因子符号应给予特别的注意。若用单个字母M(不管大、小写)，是代表10-3。要表示106必须用MEG共3个字母，这与常规习惯有些不同，在使用中稍有不慎，将会出现错误。例如在交流小信号分析中，要指定100兆赫兹的频率，必须用100MEG，若按平时习惯表示为100M，则PSpice将其理解为100毫赫兹。
1-4-2 PSpice A/D中的单位
PSpice A/D中采用的是实用工程单位制，即时间单位为秒(s)，电流单位为安培(A)，电压单位为伏(V)，频率单位为赫兹(Hz)，…。在运行过程中，PSpice A/D会根据具体对象，自动确定其单位。因此在实际应用中，代表单位的字母可以省去。例如，表示470千欧姆的电阻时，用470K，4.7E5，470KOhm等均可。对于几个量的运算结果，PSpice A/D也会自动确定其单位。例如，若出现电压与电流相乘的情况，PSpice A/D将自动给运算结果确定单位为功率单位“瓦特”(W)。
1-4-3 PSpice A/D中的运算表达式和函数
在PSpice A/D运行过程中，涉及到由数字、参数和变量组成的表达式。
1. 运算符
在构成表达式时，可采用的运算符如表1-5所示。

表1-5 PSpice A/D中的运算符
运算符    含义
算术运算符
＋    加(或字符相连)
－    减
*    乘
/    除
**    指数运算
逻辑运算符
～    非(NOT)
|    布尔“或”(OR)
^    布尔“异或”(XOR)
&    布尔“与”(AND)
关系符(在IF( )函数中)
= =    等于
！=    不等于
>    大于
>=    大于或等于
<    小于
<=    小于或等于

2. 函数
在运行PSpice的过程中，可引用的函数式如表1-6所示。

表1-6 PSpice A/D中的函数(按字母顺序)
函  数    含  义    说  明
1. ABS(x)    x的绝对值|x|    
2. ACOS(x)    x的反余弦函数cos-1(x)    -1.0<=x<=+1.0
3. ARCTAN(x)    x的反正切函数tan-1(x)    结果单位为弧度
4. ASIN(x)    x的反正弦函数sin-1(x)    -1.0<=x<=+1.0
5. ATAN(x)    与ARCTAN(x)相同    
6. ATAN2(y,x)    (y/x)的反正切函数tan-1(y/x)    
7. COS(x)    余弦函数cos(x)    x单位为弧度
8. COSH(x)    双曲余弦函数cosh(x)    x单位为弧度
9. DDT(x)    x对时间的导数    仅适用于瞬态特性分析
10. EXP(x)    以e为底的指数函数ex    
11. IF(t,x,y)    其值为x(若t为“真”),或 y(若t为“假”)    t为布尔关系式,x、y可为数值或表达式(见表后例1)
12. IMG(x)    x的虚部    若x为实数,则IMG(x)为0
13. LIMIT(x,min,max)    结果为min(若x<min)，或max(若x>max),或x(其他情况)    
14. LOG(x)    自然对数lnx    
15LOG10(x)    常用对数logx    
16. M(x)    x的幅值    其结果与ABS(x)相同
17. MAX(x,y)    x,y中的最大值    
18. MIN(x,y)    x,y中的最小值    
19. P(x)    x的相位    若x为实数，则P(x)为0
20. PWR(x,y)    x绝对值的y次方|x|y    等同于|x**y|
21. PWRS(x,y)    结果为+|x|y(若x>0),或      -|x|y(若x<0)    
22. R(x)    X的实部    
23. SDT(x)    将x对时间积分    仅适用于瞬态特性分析
24. SGN(x)    结果为+1(若x>0)，或      -1(若x<0)，或       0(若x=0)    正负号函数
25. SIN(x)    正弦函数sin(x)    x单位为弧度
26. SINH(x)    双曲正弦函数sh(x)    x单位为弧度
27. STP(x)    结果为1(若x>0)，或       0(若x<0)    参见表后例2
28. SQRT(x)    开平方x1/2    
29. TAN(x)    正切函数tan(x)    x单位为弧度
30. TANH(x)    双曲正切函数tanh(x)    
31. TABLE(x,x1,y1,…xn,yn)    见表后说明(1)    
说明：
(1)TABLE函数的功能是，将所有点(xi, yi) (i=1, 2, …n) 连成一条折线，则函数值是折线上与x对应的y值。如果x大于MAX(xi) (i=1,2, …n)，则函数值是折线上与MAX(xi)对应的y值。如果x小于MIN(xi) (i=1, 2, …n)，则函数值是折线上与MIN(xi)对应的y值。
(2)表1-6中的函数适用于电路模拟。在显示和分析模拟结果信号波形时，可采用的函数式与此不完全相同(见第五章表5-2)。
(3)例：
例一：第11号函数的应用实例。对函数{IF(v(1)<THL,v(1),v(1)*v(1)/THL)}，若v(1)确实小于THL，则函数值为v(1)。如果v(1)不小于THL，则函数值为v(1)*v(1)/THL。
例二：第27号函数STP(x)为单位阶跃函数。可用于将某一时刻前一个变量的结果置于0。例如 {v(1)*STP(10ns-TIME)} 的结果是，在10ns之前，其值为0。直到10ns以后，结果才等于v(1) 。

1-4-4 电路图中的节点编号
在电路模拟分析过程中，电路元器件的连接关系是通过节点号表示的，在指定输出结果电压时，也要采用节点编号。PSpice接受的节点号可以采用下面4种形式。
(1)电路图上由用户设置的节点名称 (见2-4节)。例如图1-4中与U4A反相器1号输入端相连的互连线上，“RESET”就是用这一方法确定的节点名称，V(RESET)就代表该节点与地之间的电压。
(2)电路图中用户为电路端口符号确定的名称。例如图1-4中位于U1A J-K触发器输出端的“OUT”、“OUTBAR”，也可作为节点名称，V(OUT)就代表节点OUT与地之间的电压。
(3)用元器件的引出端作为节点号名称。其一般形式为
元器件编号：引出端名.
其中元器件编号是该元器件在电路图中的编号，其第一个字母必须是代表该元器件类型的关键字符(见表1- 1)，如R5，CLOAD，Q2等。
对二端元器件，用1和2作为两个引出端名称。
对独立电流源和电压源，用＋和－作为两个引出端名称。
对多端器件，双极晶体管的基极、集电极、发射极和衬底4个引出端名称分别采用字母B、C、E和S。例如V(Q2：C)代表电路图中编号为Q2的双极晶体管的集电极与地之间的电压。
场效应晶体管中，源极、漏极和栅极名称分别采用字母S、D和G。若有衬底引出端，则采用字母B。
对于按层次关系设计的电路图(Hierarchical Design)(2-1节)，在上述节点名称和元器件编号的前面还必须给出其在层次电路图中的层次名称，之间用小数点符号隔开。但对于单页式电路图，或多层次电路图中位于最上层(根层次)电路的节点名称和元器件编号，在其前面无需加电路层次说明。
(4)用数字编排的节点序号。绘制好电路图后，在生成电路连接网表文件时，PSpice将给每个节点编排一个数字序号。并将节点数字编号与上述几种节点名的对应关系存放在Alias文件中(以.ALS为扩展名)，同时显示在以.OUT为扩展名的输出文件中（见4-5节）。
1-4-5 输出变量的基本表示格式
PSpice完成电路特性分析以后，代表分析结果的输出变量基本分为电压名(包括节点电压、元器件引出端电压，或两个节点/或引出端之间的电压)，和电流名(包括流过两端元件的电流或流过多端器件某一引出端的电流)两类。
1.电压变量的基本格式
如果输出变量是一个电压，则电压名的基本格式为
V(节点号1[，节点号2])
其中V是关键字符。在其后括号内指定两个节点号，表示输出变量是节点号1与节点号2之间的电压。若输出变量是某一节点与地之间的电压，则节点号2可省去。
上述格式中，节点号可以采用的4种形式如1-4-4节所示。
2.电流变量的基本格式规定
如果输出变量是一个电流，则电流名的基本格式为：
I(元器件编号[：引出端名])
对于两端元器件，不需要给出引出端名。
需要指出的是：电路模拟分析结果中，电流计算值的正负与元器件引出端编号顺序有直接的对应关系。按PSpice规定，对无源两端元件，电流定义方向是从1号端流进，2号端流出。对独立源，从正端流进，负端流出。对多端有源器件，电流正方向定义为从引出端流入器件。
1-4-6 输出变量的别名表示(Alias)
对于用元器件编号及其引出端名表示的输出变量，以及交流小信号AC分析中的所有输出变量，除可以采用上述基本格式外，还具有“别名”(Alias)表示形式。
1. 交流小信号AC分析中的输出变量名
对AC分析，输出变量格式可变化为：
V[AC标示符](节点号1[，节点号2])
I[AC标示符](元器件编号[：引出端名])
即在基本格式中的关键词V和I后面，可以加一个表示AC分析输出量类型的标示符字母。表1-7给示了可采用的5种AC标示符及其含义。如果AC分析的输出变量关键词仍采用V或I，未加AC标示符，其含义与采用AC标示符M的作用相同，即表示输出变量的振幅(或称为模值)。

表1-7 AC分析中变量名标示符
AC标示符    含义    例
M    输出变量的振幅    VM(CAP1:1)：电容CAP1的1号引出端上交流电压振幅
       IM(CAP1)：  通过电容CAP1的交流电流振幅
DB    输出变量的振幅分贝数    VDB(R1)：   电阻R1两端交流电压振幅分贝数
       IDB(R1)：    流过电阻R1的交流电流振幅分贝数
P    输出变量的相位    VP(R1)：     电阻R1两端交流电压相位
       IP(R1)：     流过电阻R1的交流电流相位
R    输出变量的实部    VR(Q1:C)：  晶体管Q1集电极交流电压实部
       IR(Q1:C)：   流过晶体管Q1集电极的交流电流实部
I    输出变量的虚部    VI(M2)：   M2晶体管漏极交流电压实部
       II(M2)：   流过M2晶体管漏极的交流电流虚部

2.用元器件引出端名表示的输出变量
如果输出变量中的节点号采用元器件编号及引出端名表示，可将括号中的引线名称放在关键词V和I后面，在括号内只保留元器件编号名。具体情况为：
(1)两端或多端元器件某一引出端上的电压，可将该引出端名称放于关键词V后面，在括号中只保留元器件编号名。
例如 V(R1:1)可表示为 V1(R1)
    V(Q2:C)可表示为 VC(Q2)
(2)两端器件两端的电压变量可省去两个引出端号，在括号中直接给出元器件名：
例如，V(R1)表示电阻R1两端的电压。
(3)多端元器件中某两个引出端之间的电压，可将两个引出端名称放在关键词V的后面，在括号中只保留多端器件编号名。
例如 VBC(Q2)表示双极晶体管Q2的基极和集电极之间的电压
(4)流过多端元器件某一引出端的电流，可将该引出端名放在关键词I后面，在括号中只保留多端器件编号名。
例如 I(Q2:C)和IC(Q2)均表示流过双极晶体管Q2集电极的电流。
需要指出的是，对交流小信号AC分析，经上述变化的关键词后面还可以加表1-7所示的各种AC标示符。

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兄弟，有空把图贴上去吧！

别人想看看不了！！搞好后，俺置顶。

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