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Altium Designer中的电路仿真技巧

2011-05-04 15:47
天堂的苦涩
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  Altium Designer的混合电路信号仿真工具,在电路原理图设计阶段实现对数模混合信号电路的功能设计仿真,配合简单易用的参数配置窗口,完成基于时序、离散度、信噪比等多种数据的分析。Altium Designer 可以在原理图中提供完善的混合信号电路仿真功能 ,除了对XSPICE 标准的支持之外,还支持对Pspice模型和电路的仿真。Altium Designer中的电路仿真是真正的混合模式仿真器,可以用于对模拟和数字器件的电路分析。仿真器采用由乔治亚技术研究所(GTRI)开发的增强版事件驱动型XSPICE仿真模型,该模型是基于伯克里SPICE3代码,并于且SPICE3f5完全兼容。

  SPICE3f5模拟器件模型:包括电阻、电容、电感、电压/电流源、传输线和开关。五类主要的通用半导体器件模型,如diodes、BJTs、JFETs、MESFETs和MOSFETs。

  XSPICE模拟器件模型是针对一些可能会影响到仿真效率的冗长的无需开发局部电路,而设计的 复杂的、非线性器件特性模型代码。包括特殊功能函数,诸如增益、磁滞效应、限电压及限电流、s域传输函数精确度等。局部电路模型是指更复杂的器件,如用局部电路语法描述的操作运放、时钟、晶体等。每个局部电路都下在*.ckt文件中,并在模型名称的前面加上大写的X。

  数字器件模型是用数字SimCode语言编写的,这是一种由事件驱动型XSPICE模型扩展而来专门用于仿真数字器件的特殊的描述语言,是一种类C语言,实现对数字器件的行为及特征的描述,参数可以包括传输时延、负载特征等信息;行为可以通过真值表、数学函数和条件控制参数等。它来源于标准的XSPICE代码模型。在SimCode中,仿真文件采用ASCII码字符并且保存成.TXT后缀的文件,编译后生成*.scb模型文件。可以将多个数字器件模型写在同一个文件中。

  1.仿真电路建立及与仿真模型的连接

  AD 中由于采用了集成库技术,原理图符号中即包含了对应的仿真模型,因此原理图即可直接用来作为仿真电路,而99SE中的仿真电路则需要另行建立并单独加载各元器件的仿真模型。

  2.外部仿真模型的加入

  AD中提供了大量的仿真模型,但在实际电路设计中仍然需要补充、完善仿真模型集。一方面,用户可编辑系统自带的仿真模型文件来满足仿真需求,另一方面, 用户可以直接将外部标准的仿真模型倒入系统中成为集成库的一部分后即可直接在原理图中进行电路仿真。

  3.仿真功能及参数设置

  Altium Designer的仿真器可以完成各种形式的信号分析,在仿真器的分析设置对话框中,通过全局设置页面,允许用户指定仿真的范围和自动显示仿真的信号。每一项分析类型可以在独立的设置页面内完成。Altium Designer中允许的分析类型包括:

  1、直流工作点分析

  2、瞬态分析和傅立叶分析

  3、交流小信号分析

  4、阻抗特性分析

  5、噪声分析

  6、Pole-Zero(临界点)分析

  7、传递函数分析

  8、蒙特卡罗分析

  9、参数扫描

  10、温度扫描等

  1.直流工作点分析:直流工作点分析用在测定带有短路电感和开路电容电路的直流工作点。

  在测定瞬态初始化条件时,除了已经在Transient/Fourier Analysis Setup中使能了Use Initial Conditions参数的情况外,直流工作点分析将优先于瞬态分析。同时,直流工作点分析优先于交流小信号、噪声和Pole-Zero分析,为了保证测定的线性化,电路中所有非线性的小信号模型。 在直流工作点分析中将不考虑任何交流源的干扰因素。

  2.瞬态分析:瞬态分析在时域中描述瞬态输出变量的值。在未使能Use Initial Conditions参数时,对于固定偏置点,电路节点的初始值对计算偏置点和非线性元件的小信号参数时节点初始值也应考虑在内,因此有初始值的电容和电感也被看作是电路的一部分而保留下来。

  参数设置

  Transient Start Time:分析时设定的时间间隔的起始值(单位:秒)

  Transient Stop Time: 分析时设定的时间间隔的结束值(单位:秒)

  Transient Step Time:分析时时间增量(步长)值

  Transient Max Step Time:时间增量值的最大变化量;缺省状态下,其值可以是Transient Step Time或(Transient Stop Time – Transient Start Time)/50。

  Use Initial Conditions:当使能后,瞬态分析将自原理图定义的初始化条件开始,旁路直流工作点分析。该项通常用在由静态工作点开始一个瞬态分析中。

  Use Transient Default:调用缺省设定

  Default Cycles Displayed:缺省显示的正玄波的周期数量。该值将由Transient Step Time决定。

  Default Points Per Cycle:每个正玄波周期内显示数据点的数量。

  如果用户未确定具体输入的参数值,建议使用缺省设置;当使用原理图定义的初始化条件时,需要确定在电路设计内的每一个适当的元器件上已经定义了初始化条件,或在电路中放置.IC元件。

  3.傅立叶分析:一个设计的傅立叶分析是基于瞬态分析中最后一个周期的数据完成的。

  参数设置

  Enable Fourier:在仿真中执行傅立叶分析(缺省为Disable)

  Fourier Fundamental Frequency:由正玄曲线波叠加近似而来的信号频率值

  Fourier Number of Harmonics:在分析中应注意的谐波数;每一个谐波均为基频的整数倍。

  在执行傅立叶分析后,系统将自动创建一个.sim数据文件,文件中包含了关于每一个谐波的幅度和相位详细的信息。

  4.直流扫描分析:直流扫描分析就是直流转移特性,当输入在一定范围内变化时,输出一个曲线轨迹。通过执行一系列直流工作点分析,修改选定的源信号的电压,从而得到一个直流传输曲线;用户也可以同时指定两个工作源。

  参数设置

  Primary Source:电路中独立电源的名称

  Primary Start:主电源的起始电压值

  Primary Stop:主电源的停止电压值

  Primary Step:在扫描范围内指定的增量值

  Enable Secondary:在主电源基础上,执行对每个从电源值的扫描分析

  Secondary Name:在电路中独立的第二个电源的名称

  Secondary Start:从电源的起始电压值

  Secondary Stop:从电源的停止电压值

  Secondary Step: 在扫描范围内指定的增量值

  在直流扫描分析中必须设定一个主源,而第二个源为可选;通常第一个扫描变量(主独立源)所覆盖的区间是内循环,第二个(次独立源)扫描区间是外循环。

  5.交流小信号分析:交流分析是在一定的频率范围内计算电路和响应。如果电路中包含非线性器件或元件,在计算频率响应之前就应该得到此元器件的交流小信号参数。在进行交流分析之前,必须保证电路中至少有一个交流电源,也即在激励源中的AC 属性域中设置一个大于零的值。

  参数设置

  Start Frequency:用于正玄波发生器的初始化频率(单位:Hz)

  Stop Frequency: 用于正玄波发生器的截至频率(单位:Hz)

  Sweep Type:决定如何产生测试点的数量;Linear-全部测试点均匀的分布在线性化的测试范围内,是从起始频率开始到终止频率的线性扫描,Linear类型适用于带宽较窄情况;Decade-测试点以10的对数形式排列, Decade用于带宽特别宽的情况;Octave-测试点以8个2的对数形式排列,频率以倍频程进行对数扫描,Octave用于带宽较宽的情形;

  Test Points:在扫描范围内,依据选择的扫描类型,定义增量值;

  Total Test Point:显示全部测试点的数量;

  在执行交流小信号分析前,电路原理图中必须包含至少一个信号源器件并且在AC Magnitude参数中应输入一个值。用这个信号源去替代在仿真期间的正玄波发生器。用于扫描的正玄波的幅度和相位需要在SIM模型中指定。输入的幅度值(电压Volt)和相位值(度Degrees),不要求输入单位值。设定交流量级为1,将使输出变量显示相关度为0dB。

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