电子线路CAD-原理图仿真

第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 第 4章 原 理 图 仿 真 4.1 SIM 99 仿 真 库 中 的 主 要 元 器 件4.2 SIM 99仿 真 库 中 的 激 励 源4.3 仿 真 设 置4.4 运 行 电 路 仿 真 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 在 Protel 99 SE中 执 行 仿 真 ， 只 需 简 单 地 从 仿真 用 元 件 库 中 放 置 所 需 的 元 件 ， 连 接 好 原 理 图 ， 加 上激 励 源 ， 然 后 单 击 仿 真 按 钮 即 可 自 动 开 始 。 作 为 一 个真 正 的 混 合 信 号 仿 真 器 ， SIM 99集 成 了 连 续 的 模 拟 信号 和 离 散 的 数 字 信 号 ,可 以 同 时 观 察 复 杂 的 模 拟 信 号 和数 字 信 号 波 形 ， 以 及 得 到 电 路 性 能 的 全 部 波 形 。 仿 真可 以 很 容 易 地 从 综 合 菜 单 、 对 话 框 和 工 具 条 中 方 便 的设 置 和 运 行 。 也 可 在 设 计 管 理 器 环 境 中 直 接 调 用 和 编辑 各 种 仿 真 文 件 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 4.1 SIM 99 仿 真 库 中 的 主 要 元 器 件 一 、 电 阻 在 元 件 库 Simulation Symbols.lib 中 ， 包 含 了 如 下 的 电 阻 器 ： RES 固 定 电 阻 。 RESSEMI 半 导 体 电 阻 。 RPOT 电 位 器 。 RVAR 变 电 阻 。 上 述 符 号 代 表 了 一 般 的 电 阻 类 型 ， 如 图 4-1所 示 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 这 些 元 器 件 有 一 些 特 殊 的 仿 真 属 性 域 ， 在 放 置 过 程 中 按 Tab键 或 放 置 完 成 后 双 击 该 器 件 得 到 属 性 对 话 框 ， 可 如 下 设 置 ： Designator 电 阻 器 名 称 （ 如 R1） 。 Part Type 以 欧 姆 为 单 位 的 电 阻 值 （ 如 100k ） 。 L 可 选 项 ， 电 阻 的 长 度 。 （ 仅 对 半 导 体 电 阻 有 效 ） 。 W 可 选 项 ， 电 阻 的 宽 度 。 （ 仅 对 半 导 体 电 阻 有 效 ） 。 Temp 可 选 项 ， 元 件 工 作 温 度 ， 以 摄 氏 度 为 单 位 , 缺 省 时 为27 (仅 对 半 导 体 电 阻 有 效 )。 Set 仅 对 电 位 器 和 可 变 电 阻 有 效 （ 在 “ Part Fields 18”选 项卡 中 设 置 取 值 01） 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 二 、 电 容 在 元 件 库 Simulation Symbols.Lib中 ,包 含 了 如 下 的 电容 ： Cap 定 值 无 极 性 电 容 。 CAP2 定 值 有 极 性 电 容 。 CAPSEMI 半 导 体 电 容 。 这 些 符 号 表 示 了 一 般 的 电 容 类 型 ， 如 图 4-2所 示 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 对 电 容 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 电 容 名 称 （ 如 C1） 。 Part Type以 法 拉 (F)为 单 位 的 电 容 值 （ 如 100uF） 。 L 可 选 项 ， 以 米 （ m） 为 单 位 的 电 容 的 长 度 （ 仅 对半 导 体 电 容 有 效 ） 。 W 可 选 项 ， 以 米 （ m） 为 单 位 的 电 容 的 宽 度 （ 仅 对半 导 体 电 容 有 效 ） 。 IC 可 选 项 ， 初 始 条 件 ， 即 电 容 的 初 始 电 压 值 。 在 “ Part Fields 18” 选 项 卡 中 设 置 。 该 项 仅 在 仿 真 分 析工具 傅 里 叶 变 换 中 的 使 用 初 始 条 件 被 选 中 后 ， 才 有 效 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 三 、 电 感 在 元 件 库 Simulation Symbols.Lib中 ， 包 含 的 电 感为 INDUCTOR。 对 电 感 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 电 感 名 称 （ 如 L1） 。 Part Type以 亨 （ H） 为 单 位 的 电 感 值 （ 如 80mH） 。 IC 可 选 项 , 初 始 条 件 ， 即 电 感 的 初 始 电 压 值 。 在“ Part Fields 18” 选 项 卡 中 设 置 。 该 项 仅 在 仿 真 分 析工 具 傅 里 叶 变 换 中 的 使 用 初 始 条 件 被 选 中 后 才 有 效 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 四 、 二 极 管 在 元 件 库 Diode.lib中 ， 包 含 了 数 目 巨 大 的 以 工 业标 准 部 件 命 名 的 二 极 管 。 如 图 4-3所 示 ， 该 图 简 单 列 出了 库 中 包 含 的 几 种 二 极 管 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 对 二 极 管 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 二 极 管 名 称 （ 如 D1） 。 Area 可 选 项 ， 该 属 性 定 义 了 所 定 义 的 模 型 的 并 行 器件 数 。 Off 可 选 项 ， 在 直 流 工 作 点 分 析 中 使 二 极 管 电 压 为 零 。 IC 可 选 项 ， 表 初 始 条 件 ， 即 通 过 二 极 管 的 初 始 电 压值 。 该 项 仅 在 仿 真 分 析 工 具 傅 里 叶 变 换 中 的 使 用 初 始 条 件被 选 中 后 ， 才 有 效 。 Temp 可 选 项 ， 元 件 工 作 温 度 ， 以 摄 氏 度 为 单 位 , 缺省 时 为 27 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 五 、 三 极 管 在 元 件 库 BJT.LIB中 ， 包 含 了 数 目 巨 大 的 以 工 业标 准 部 件 命 名 的 三 极 管 。 如 图 4-4所 示 ， 该 图 简 单 列 出了 库 中 包 含 的 三 极 管 型 号 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 对 三 极 管 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 三 极 管 名 称 （ 如 Q1） 。 Area 可 选 项 ， 该 属 性 定 义 了 所 定 义 的 模 型 的 并 行器 件 数 。 Off 可 选 项 ， 在 直 流 工 作 点 分 析 中 使 三 极 管 电 压为 零 。 IC 可 选 项 ， 初 始 条 件 ， 即 三 极 管 的 初 始 电 压 值 。该 项 仅 在 仿 真 分 析 工 具 傅 里 叶 变 换 中 的 使 用 初 始 条 件被 选 中 后 才 有 效 。 Temp 可 选 项 ， 元 件 工 作 温 度 ， 以 摄 氏 度 为 单 位 ，缺 省 时 为 27 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 六 、 JFET结 型 场 效 应 管 结 型 场 效 应 管 包 含 在 JFET.LIB库 文 件 中 。 如 图 4-5所 示 ， 该 图 简 单 列 出 了 库 中 包 含 的 结 型 场 效 应 管 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 对 结 型 场 效 应 管 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 结 型 场 效 应 管 名 称 （ 如 Q1） 。 Area 可 选 项 ， 该 属 性 定 义 了 所 定 义 的 模 型 的 并 行 器件 数 。 Off 可 选 项 ， 在 直 流 工 作 点 分 析 中 使 终 止 电 压 为 零 。 IC 可 选 项 ， 表 初 始 条 件 ， 即 通 过 三 极 管 的 初 始 电 压值 。 该 项 仅 在 仿 真 分 析 工 具 傅 里 叶 变 换 中 的 使 用 初 始 条 件被 选 中 后 才 有 效 。 Temp 可 选 项 ， 元 件 工 作 温 度 ， 以 摄 氏 度 为 单 位 。 缺省 时 为 27 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 七 、 MOS场 效 应 晶 体 管 SIM 99提 供 了 四 种 MOSFET模 型 ， 它 们 的 伏 安 特 性公 式 各 不 相 同 ， 但 它 们 基 于 的 物 理 模 型 是 相 同 的 。 在 库 Mosfet.lib中 ， 包 含 了 数 目 巨 大 的 以 工 业 标 准 部件 命 名 的 MOS场 效 应 晶 体 管 。 如 图 4-6所 示 ， 该 图 简 单列 出 了 库 中 包 含 的 MOS场 效 应 晶 体 管 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 对 MOS场 效 晶 体 管 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator M0S场 效 晶 体 管 名 称 (如 Q1)。 L 可 选 项 ， 沟 道 长 度 ， 单 位 为 米 （ m） 。 W 可 选 项 ， 沟 道 宽 度 ， 单 位 为 米 （ m） 。 AD 可 选 项 ， 漏 区 面 积 ， 单 位 为 平 方 米 （ m2） 。 AS 可 选 项 ， 源 区 面 积 ， 单 位 为 平 方 米 （ m2） 。 PD 可 选 项 ， 漏 区 周 长 ， 单 位 为 米 （ m） 。 P 可 选 项 ， 源 区 周 长 ， 单 位 为 米 （ m） 。 NRD 可 选 项 ， 漏 极 的 相 对 电 阻 率 。 NRS 可 选 项 ， 源 极 的 相 对 电 阻 率 。 Off 可 选 项 ， 在 直 流 工 作 点 分 析 中 使 终 止 电 压 为 零 。 IC 可 选 项 ， 初 始 条 件 。 Temp 可 选 项 ， 元 件 工 作 温 度 ， 以 摄 氏 度 为 单 位 。 缺 省 时 为27 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 八 、 MES场 效 应 管 在 库 Mesfet.lib中 包 含 了 一 般 的 MES场 效 应 管 。MES场 效 应 管 模 型 是 从 Statz的 砷 化 镓 场 效 应 管 的 模 型得 到 的 ， 如 图 4-7所 示 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 对 MES场 效 应 管 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator MES场 效 应 管 名 称 ,如 Q1。 Area 可 选 项 ， 该 属 性 定 义 了 所 定 义 的 模 型 下 的并 行 器 件 数 。 该 设 置 项 将 影 响 该 模 型 的 许 多 参 数 。 Off 可 选 项 ， 在 直 流 工 作 点 分 析 中 使 终 止 电 压 为零 。 IC 可 选 项 ， 表 示 初 始 条 件 ， 即 通 过 MES场 效 应管 的 初 始 电 压 值 。 该 项 仅 在 仿 真 分 析 工 具 傅 里 叶 变 换中 的 使 用 初 始 条 件 被 选 中 后 ， 才 有 效 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 九 、 电 压 电 流 控 制 开 关 在 元 件 库 Switch Lib中 ， 包 含 的 可 用 于 仿 真 的 开 关 如 图 4-8所 示 . （ 1） CSW 默 认 电 流 控 制 开 关 。 （ 2） SW 默 认 电 压 控 制 开 关 。 （ 3） SW05 VT=500.0m的 电 压 控 制 开 关 。 （ 4） SWM10 VT= 0.01的 电 压 控 制 开 关 。 （ 5） SWP10 VT= 0.01的 电 压 控 制 开 关 。 （ 6） STTL VT=2.5 ， VH=0.1的 电 压 控 制 开 关 。 （ 7） TTL VT=2 ， VH =1.2 ， ROFF=100E+6的 电 压 控 制 开 关 。 （ 8） TRIAC VT= 0.99， RON = 0.1， ROFF= 1E+7的 电 压 控 制开 关 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 对 电 压 电 流 控 制 开 关 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 电 压 电 流 控 制 开 关 名 称 （ 如 S1） 。 ON OFF 可 选 项 ， 初 始 条 件 选 择 ， 该 选 项 可 为 ON或 OFF。设 计 者 可 以 采 取 以 下 措 施 改 善 开 关 的 特 性 。 （ 1） 将 理 想 开 关 阻 抗 设 置 为 和 其 他 电 路 元 件 相 比 足 够 大 或 低 到可 以 忽 略 是 明 智 的 ， 如 果 把 所 有 情 况 下 用 近 似 于 理 想 的 开 关 阻 抗 将加 剧 上 面 提 到 的 不 连 续 问 题 。 当 然 ， 在 模 拟 实 际 的 器 件 如 MOSFET时 ， 开 态 电 阻 将 按 模 拟 器 件 尺 寸 调 整 到 实 际 水 平 。 （ 2） 对 于 如 MOS场 效 应 管 器 件 的 模 型 ， 设 置 现 实 的 阻 抗 值 。 （ 3） 如 果 在 开 关 模 型 中 必 须 使 用 大 范 围 的 开 态 到 关 态 电 阻（ ROFF/RON1E+12） ， 那 么 在 瞬 态 分 析 期 间 ， 所 允 许 误 差 上 的 容 限应 利 用 。 利 用 此 容 限 后 ， 在 开 关 点 附 近 将 更 加 精 细 ， 不 会 由 于 电 路中 的 迅 速 变 化 而 产 生 误 差 。 在 傅 里 叶 变 换 中 容 许 的 错 误 将 减 少 ， 此时 将 TRTOL参 数 设 为 1。 （ 4） 如 开 关 放 置 在 电 容 周 围 ， 则 参 数 CHGTOL同 样 应 当 减 少（ 可 尝 试 1E-16） 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE TRTOL和 CHGTOL参 数 可 在 Simulate setupAdvancedAnalyses setup中 设 置 。 SPICE仿 真 器 内 支 持 如 表 4-1所 示 的 开 关 参 数 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 十 、 熔 丝 Fuse.lib 包 含 了 一 般 的 熔 丝 器 件 。 对 熔 丝 的 属 性对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 熔 丝 名 称 （ 如 F1） 。 Current 熔 断 电 流 （ 单 位 A） ， 如 1A。 Resistance 可 选 项 ， 以 为 单 位 的 串 联 的 熔 丝 阻 抗 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 十 一 、 继 电 器 （ RELAY） 元 件 库 Relay.lib包 括 了 大 量 的 继 电 器 ， 如 图 4-9所示 。 对 继 电 器 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 继 电 器 名 称 。 Pullin 触 点 引 入 电 压 。 Dropoff 触 点 偏 离 电 压 。 Contar 触 点 阻 抗 。 Resistance 线 圈 阻 抗 。 Inductor 线 圈 电 感 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 十 二 、 晶 振 元 件 库 Crystal.lib中 包 含 了 不 同 规 格 的 晶 振 。 对 晶振 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 晶 振 名 称 （ 如 Y1） 。 Freq 晶 振 频 率 ， 如 3MHz。 RS 以 为 单 位 的 电 阻 值 。 C 以 F为 单 位 的 电 容 值 。 Q 等 效 电 路 的 Q值 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 十 三 、 互 感 （ 电 感 耦 合 器 ） 元 件 库 Transformer.lib包 括 了 大 量 的 电 感 耦 合 器 。 对电 感 耦 合 器 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 电 感 耦 合 器 名 称 （ 如 T1） 。 Ratio 二 次 一 次 转 换 比 , 这 将 改 变 模 型 的 默 认 值 。 RP 可 选 项 ， 一 次 阻 抗 。 RS 可 选 项 ， 二 次 阻 抗 。 LEAK 泄 放 电 感 。 MAG 磁 化 电 感 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 十 四 、 传 输 线 元 件 库 Transline.lib中 包 含 了 如 下 几 种 传 输 线 符 号 ，如 图 4-10所 示 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE (1) TRA 无 损 耗 传 输 线 该 传 输 线 线 是 一 个 双 向 的 理 想 的 延 迟 线 ， 有 两 个 端 口 。 节 点 定 义了 端 口 的 正 电 压 极 性 。 对 无 损 耗 传 输 线 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 无 损 耗 传 输 线 名 称 。 ZO 可 选 项 ， 特 性 阻 抗 ， 单 位 为 。 TD 传 输 线 的 延 迟 时 间 ， 指 节 点 间 。 F 频 率 （ 指 节 点 间 ） 。 NL 在 频 率 为 F时 相 对 于 传 输 线 波 长 归 一 化 的 传 输 线 电 学 长 度 （ 指节 点 间 ） 。 IC 可 选 项 ， 表 示 初 始 条 件 ， 即 通 过 MOS场 效 应 管 的 初 始 值 。 该 项仅 在 仿 真 分 析 工 具 傅 里 叶 变 换 中 的 使 用 初 始 条 件 被 选 中 后 ， 才 有 效 。 传 输 线 长 度 可 用 两 种 形 式 表 示 ： 一 种 是 由 传 输 线 的 延 时 TD确 定 的 ，例 如 TD=15ns； 另 一 种 是 给 出 一 个 频 率 F和 参 数 NL来 确 定 。 如 规 定 了 F而 未 给 出 NL， 则 认 为 NL = 0.25（ 即 频 率 为 1/4波 长 的 频 率 ， F为 二 次 谐波 频 率 ） 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE （ 2） LTRA 有 损 耗 传 输 线 单 一 的 有 损 耗 传 输 线 将 使 用 两 端 口 响 应 模 型 。 这 个 模 型 属 性包 含 了 电 阻 值 、 电 容 值 、 电 感 值 和 长 度 ， 这 些 参 数 不 可 能 直 接 在原 理 图 文 件 中 设 置 ， 但 设 计 者 可 以 创 建 和 引 用 自 己 的 模 型 文 件 。 首 先 拷 贝 Ltra.mdl文 件 ， 编 辑 这 个 新 模 型 文 件 ， 并 且 改 变“ .MODEL”陈 述 后 的 一 串 值 ， 这 样 就 可 以 将 属 性 修 改 成 设 计 者 所需 要 的 ， 同 时 对 该 文 件 改 名 。 在 原 理 图 中 使 用 这 个 新 模 型 ， 只 要 在 元 件 的 Part Type Field中输 入 新 模 型 名 称 。 例 如 ： 从 已 存 在 的 模 型 文 件 Ltra.mdl .MODELLTRA LTRA (R=0.000 L=9.130n C=3.650p LEN=1.000) 设 计 者 可 以 创 建 一 个 新 文 件 ltra10.MDL： .MODEL LTRA10 LTRA (R=0.2 L=32n C=13p LEN=10.000) 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE （ 3） URC 均 匀 分 布 传 输 线 分 布 RC传 输 线 模 型 （ 即 URC模 型 ） 是 从L.Gertzberrg在 1974年 所 提 出 的 模 型 上 导 出 的 。 模 型 由URC传 输 线 的 子 电 路 类 型 扩 展 成 内 部 产 生 节 点 的 集 总RC分 段 网 络 而 获 得 。 RC各 段 在 几 何 上 是 连 续 的 。 URC线 必 须 严 格 地 由 电 阻 和 电 容 段 所 组 成 。 对 均 匀 分 布 传 输 线 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 均 匀 分 布 传 输 线 名 称 。 L 可 选 项 ， RC传 输 线 的 长 度 。 N 或 选 项 ， RC传 输 线 模 型 使 用 的 段 数 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 十 五 、 TTL和 CMOS数 字 电 路 器 件 库 74XX lib包 含 了 74XX系 列 的 TTL逻 辑 元 件 ；库 CMOS.lib包 含 了 4000系 列 的 CMOS逻 辑 元 件 。 对 数 字 电 路 器 件 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 数 字 电 路 器 件 名 称 ， 如 U1。 Propagation 可 选 项 ， 元 件 的 延 时 ， 可 以 设 置 为最 大 或 最 小 来 使 用 ， 默 认 值 为 典 型 值 。 Drive 可 选 项 ， 输 出 驱 动 特 性 ， 可 以 设 置 为 最 大或 最 小 来 使 用 。 Current 可 选 项 ， 标 识 器 件 功 率 的 输 出 电 流 ， 可以 设 置 为 最 大 或 最 小 来 使 用 ， 默 认 值 为 典 型 值 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE PWR Value 可 选 项 ， 电 源 支 持 电 压 。 将 改 变 默 认 数 字 元 件 支持 电 压 值 ， 一 旦 定 义 该 值 ， 则 GND Value值 也 需 定 义 。 GND Value 可 选 项 ， 地 支 持 电 压 。 将 改 变 默 认 数 字 元 件 支 持电 压 值 ， 一 旦 定 义 该 值 ， 则 PWR Value值 也 需 定 义 。 VIL Value 低 电 平 输 入 电 压 。 VIH Value 高 电 平 输 入 电 压 。 VOL Value 低 电 平 输 出 电 压 。 VOH Value 低 电 平 输 出 电 压 。 WARN 在 类 C的 模 型 中 ， 设 置 该 项 为 开 状 态 ， 则 将 显 示 如 无效 功 能 等 等 的 警 告 信 息 。 默 认 设 置 为 关 状 态 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 十 六 、 集 成 电 路 SIM 99中 复 杂 元 件 都 被 用 SPICE的 子 电 路完 全 模 型 化 ， 该 元 件 没 有 设 计 者 需 设 置 的 选 项 。对 于 这 些 元 器 件 ， 设 计 者 只 需 简 单 放 置 并 设 置该 标 号 。 所 有 的 仿 真 用 参 数 都 已 在 SPICE子 电路 设 定 好 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 4.2 SIM 99仿 真 库 中 的 激 励 源 一 、 直 流 源 在 元 件 库 Simulation Symbols.lib 中 ， 包 含 了 如 下 的 直 流 源 器件 ： VSRC 电 压 源 。 ISRC 电 流 源 。 这 些 源 提 供 了 用 来 激 励 电 路 的 一 个 不 变 的 电 压 或 电 流 输 出 。 仿 真库 中 的 电 流 源 和 电 压 源 符 号 如 图 4-11所 示 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 对 直 流 源 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 直 流 源 器 件 名 称 。AC Magnitude 如 果 设 计 者 欲 在 此 电 源 上 进 行 交 流 小 信号 分 析 ， 可 设 置 此 项 （ 典 型 值 为 l） 。AC Phase 小 信 号 的 电 压 相 位 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 二 、 正 弦 仿 真 源 在 元 件 库 Simulation Symbols.lib中 ， 包 含 了 如 下的 正 弦 仿 真 源 器 件 ： VSIN 正 弦 电 压 源 。 ISIN 正 弦 电 流 源 。 通 过 这 些 仿 真 源 可 创 建 正 弦 波 电 压 和 电 流 源 。 仿真 库 中 的 正 弦 电 压 源 和 正 弦 电 流 源 符 号 如 图 4-12所 示 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 对 正 弦 仿 真 源 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 设 置 所 需 的 激 励 源 器 件 名 称 (如 INPUT)。 DC Magnitude 此 项 将 被 忽 略 。 AC Magnitude 如 果 设 计 者 欲 在 此 电 源 上 进 行 交 流 小 信 号 分 析 ， 可设 置 此 项 （ 典 型 值 为 1） 。 AC Phase 小 信 号 的 电 压 相 位 。 OFFSET 电 压 或 电 流 的 正 弦 偏 置 。 Amplitude 正 弦 曲 线 的 峰 值 ， 如 100V。 Frequency 正 弦 波 的 频 率 ， 单 位 为 Hz。 Delay 激 励 源 开 始 的 延 时 时 间 ， 单 位 为 s。 Damping Factor 每 秒 正 弦 波 幅 值 上 的 减 少 量 ， 设 置 为 正 值 将 使 正弦 波 以 指 数 形 式 减 少 , 为 负 值 则 将 使 幅 值 增 加 。 如 果 为 0， 则 给 出 一 个不 变 幅 值 的 正 弦 波 。 Phase Delay 时 间 为 0时 的 正 弦 波 的 相 移 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 三 、 周 期 脉 冲 源 在 元 件 库 Simulation Symbols lib中 ， 包 含 了 如下 的 周 期 脉 冲 源 器 件 ： VPULSE 电 压 脉 冲 源 。 IPULSE 电 流 脉 冲 源 。 利 用 这 些 周 期 脉 冲 源 可 以 创 建 周 期 的 连 续 的 脉 冲 。仿 真 库 中 的 周 期 脉 冲 源 符 号 如 图 4-13所 示 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 对 周 期 脉 冲 源 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 设 置 所 需 的 激 励 源 器 件 名 称 （ 如 INPUT） 。 DC 此 项 将 被 忽 略 。 AC 如 果 设 计 者 欲 在 此 电 源 上 进 行 交 流 小 信 号 分 析 ， 可 设 置此 项 （ 典 型 值 为 1） 。 AC Phase 小 信 号 的 电 压 相 位 。 Initial Value 电 压 或 电 流 的 初 始 值 。 Pulsed 延 时 和 上 升 时 间 时 的 电 压 或 电 流 值 。 Time Delay 激 励 源 从 初 始 状 态 到 激 发 时 的 延 时 ， 单 位 为 s。 Rise Time 上 升 时 间 ， 必 须 大 于 0。 Fall Time 下 降 时 间 ， 必 须 大 于 0。 Pulse Width 脉 冲 宽 度 ， 即 脉 冲 激 发 状 态 的 时 间 ， 单 位 为 s。 Period 脉 冲 周 期 ， 单 位 为 s。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 四 、 分 段 线 性 源 在 元 件 库 Simulation Symbols lib中 ， 包 含 了 如下 的 分 段 线 性 源 器 件 ： VPWL 分 段 线 性 电 压 源 。 IPWL 分 段 线 性 电 流 源 。 利 用 这 些 分 段 线 性 源 可 以 创 建 任 意 形 状 的 波 形 。仿 真 库 中 的 分 段 线 性 源 符 号 如 图 4-14所 示 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 对 分 段 线 性 源 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 设 置 所 需 的 激 励 源 器 件 名 称 （ 如 INPUT） 。 DC 此 项 将 被 忽 略 。 AC 如 果 设 计 者 欲 在 此 电 源 上 进 行 交 流 小 信 号 分 析 ， 可 设 置 此项 （ 典 型 值 为 1） 。 AC Phase 小 信 号 的 电 压 相 位 。 Time/Voltage 这 是 一 对 数 ， 为 时 间 /电 压 （ 电 流 ） 幅 值 。 输 入由 空 格 隔 开 的 最 多 8对 数 。 该 对 数 的 第 一 个 数 是 时 间 （ 单 位 为 s） ，第 二 个 数 为 当 时 的 电 压 或 电 流 幅 值 ， 如 0U 5V 5U 5V 12U 0V 50U 5V 60U 5V 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 五 、 指 数 激 励 源 在 元 件 库 Simulation Symbols.lib中 ， 包 含 了 如 下的 指 数 激 励 源 器 件 ： VEXP 指 数 激 励 电 压 源 。 IEXP 指 数 激 励 电 流 源 。 通 过 这 些 指 数 激 励 源 可 创 建 带 有 指 数 上 升 沿 （ 或 ）下 降 沿 的 脉 冲 波 形 。 图 4-15中 是 仿 真 库 中 的 指 数 激 励源 器 件 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 对 指 数 激 励 源 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 设 置 所 需 的 激 励 源 器 件 名 称 （ 如 INPUT） 。 DC 此 项 将 被 忽 略 。 AC 如 果 设 计 者 欲 在 此 电 源 上 进 行 交 流 小 信 号 分 析 ， 可 设 置 此项 （ 典 型 值 为 1） 。 AC Phase 小 信 号 的 电 压 相 位 。 Initial Value 时 间 为 0时 的 电 压 或 电 流 的 幅 值 。 Pulse Value 输 出 振 幅 的 最 大 幅 值 。 Rise Delay 上 升 延 迟 时 间 ， 即 输 出 值 从 起 始 值 到 峰 值 间 的 时 间差 ， 单 位 为 s。 Rise Time 上 升 时 间 常 数 。 Fall Delay 下 降 延 迟 时 间 ， 即 输 出 值 从 峰 值 到 起 始 值 间 的 时 间差 ， 单 位 为 s。 Fall Time 下 降 时 间 常 数 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 六 、 单 频 调 频 源 在 元 件 库 Simulation Symbols.lib中 ， 包 含 了 如 下 的单 频 调 频 源 器 件 ： VSFFM 单 频 调 频 电 压 源 。 ISFFM 单 频 调 频 电 流 源 。 通 过 这 些 单 频 调 频 源 可 创 建 一 个 单 频 调 频 波 。 图 4-16中 是 仿 真 库 中 的 单 频 调 频 源 器 件 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 对 单 频 调 频 源 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 设 置 所 需 的 激 励 源 器 件 名 称 (如 INPUT)。 DC 此 项 将 被 忽 略 。 AC 如 果 进 行 交 流 小 信 号 分 析 ,可 设 置 此 项 （ 典 型 值 为 l） 。 AC Phase 小 信 号 的 电 压 相 位 。 OFFSET 偏 置 ， 如 2.5。 Amplitude 输 出 电 压 或 电 流 的 峰 值 ， 如 2.5。 Carrier 载 频 ， 如 100kHz。 Modulation 调 制 指 数 ， 如 5。 Signal 调 制 信 号 频 率 ， 如 5kHz。 注 意 ： 波 形 将 用 如 下 的 公 式 定 义 ： V(t)=VO VA * sin（ 2*PI*Fc * t MDI*sin(2*PI*Fs*t)） 其 中 ： t 为 即 时 时 间 ； VO为 偏 置 ； VA为 峰 值 ； Fc为 载 频 ； DI 为调 制 指 数 ； Fs为 调 制 信 号 频 率 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 七 、 线 性 受 控 源 在 元 件 库 Simulation Symbols.lib中 ， 包 含 了 如 下 的线 性 受 控 源 器 件 ： GSRC 线 性 电 压 控 制 电 流 源 。 HSRC 线 性 电 流 控 制 电 压 源 。 FSRC 线 性 电 流 控 制 电 流 源 。 ESRC 线 性 电 压 控 制 电 压 源 。 图 4-17是 仿 真 器 中 的 线 性 受 控 源 器 件 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 对 线 性 受 控 源 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 设 置 所 需 的 激 励 源 器 件 名 称 ， 如 GSRC1。 Part Type 对 于 线 性 电 压 控 制 电 流 源 ， 设 置 跨 导 ， 单位 为 S（ 西 门 子 ） 。 对 于 线 性 电 压 控 制 电 压 源 ， 设 置 电 压 增 益 ， 量 纲 为 1。 对 于 线 性 电 流 控 制 电 压 源 ， 设 置 互 阻 ， 单 位 为 。 对 于 线 性 电 流 控 制 电 流 源 ， 设 置 电 流 增 益 ， 量 纲 为 1。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 八 、 非 线 性 受 控 源 在 元 件 库 Simulation Symbols lib中 ， 包 含 了 如 下 的非 线 性 受 控 源 器 件 ： BVSRC 非 线 性 受 控 电 压 源 。 BISRC 非 线 性 受 控 电 流 源 。 图 4-18所 示 为 仿 真 器 中 包 括 的 非 线 性 受 控 源 器 件 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 对 非 线 性 受 控 源 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 设 置 所 需 的 激 励 源 器 件 名 称 。 Part Type 定 义 源 波 形 的 表 达 式 ， 如 V（ IN） 2。 设 计 中 可 使 用 标 准 函 数 来 创 建 一 个 表 达 式 。 表 达 式 中 也 可 包含 一 些 标 准 符 号 。 为 了 在 表 达 式 中 引 用 所 设 计 的 电 路 中 的 节 点 的 电 压 和 电 流 ，设 计 者 必 须 首 先 在 原 理 图 中 为 该 节 点 定 义 一 个 网 络 标 号 ， 这 样 设计 者 就 可 以 使 用 如 下 的 语 法 来 引 用 该 节 点 。 V(NET) 表 示 在 节 点 NET处 的 电 压 。 I（ NET） 表 示 在 节 点 NET处 的 电 流 。 上 述 定 义 如 下 例 所 述 。 假 设 设 计 者 已 在 电 路 图 中 定 义 了 名 为 IN的 网 络 标 号 ， 那 么 如下 的 在 Part Type中 输 入 的 表 达 式 将 是 有 效 的 ： 如 V（ IN） 3、 COS（ V（ IN） ） 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 九 、 频 率 /电 压 (F/V)转 换 仿 真 源 在 元 件 库 Simulation Symbols lib中 ， 包 含 了 如 下 的频 率 /电 压 (F/V)转 换 仿 真 源 器 件 ： 对 频 率 /电 压 (F/V)转 换 仿 真 源 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 设 置 所 需 的 激 励 源 器 件 名 称 ， 如 FTOV1。 VIL 输 入 门 限 低 电 平 。 VIH 输 入 门 限 高 电 平 。 CYCLES 输 出 电 压 周 期 数 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 十 、 压 控 振 荡 器 （ VCO） 仿 真 源 在 元 件 库 Simulation Symbols.lib中 ， 包 含 了 如 下 的压 控 振 荡 源 器 件 ： INEVCO 压 控 正 弦 振 荡 器 。 QRVCO 压 控 方 波 振 荡 器 。 TRIVCO 压 控 三 角 波 振 荡 器 。 图 4-19所 示 为 仿 真 器 中 包 括 的 压 控 振 荡 源 器 件 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 对 压 控 振 荡 器 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 设 置 所 需 的 激 励 源 器 件 名 称 ， 如 SQRVCO1。 LOW 输 出 最 小 值 ， 默 认 为 0。 HIGH 输 出 最 大 值 ， 默 认 为 5。 CYCLE 频 宽 比 ， 该 数 值 从 0到 1， 默 认 为 0.5。 该 参 数 仅 对 压 控 方 波 振 荡 器 和 压 控 三 角 波 振 荡 器 有 效 。 RISE 上 升 时 间 ， 默 认 为 1 s。 该 参 数 仅 对 压 控 方 波 振 荡 器 有 效 。 FALL 下 降 时 间 ， 默 认 为 1 s。 该 参 数 仅 对 压 控 方 波 振 荡 器 有 效 。 C1 输 入 控 制 电 压 点 1， 默 认 为 0V。 C2 输 入 控 制 电 压 点 2， 默 认 为 1V。 C3 输 入 控 制 电 压 点 3， 默 认 为 2V。 C4 输 入 控 制 电 压 点 4， 默 认 为 3V。 C5 输 入 控 制 电 压 点 5， 默 认 为 4V。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE F1 输 出 频 率 点 1， 默 认 为 0Hz。 F2 输 出 频 率 点 2， 默 认 为 1kHz。 F3 输 出 频 率 点 3， 默 认 为 2kHz。 F4 输 出 频 率 点 4， 默 认 为 3kHz。 F5 输 出 频 率 点 5， 默 认 为 4kHz。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 4.3 仿 真 设 置 一 、 设 置 仿 真 初 始 状 态 设 置 初 始 状 态 是 为 计 算 仿 真 电 路 直 流 偏 置 点 而 设 定 一 个 或 多个 电 压 （ 或 电 流 ） 值 。 在 仿 真 非 线 性 电 路 、 振 荡 电 路 及 触 发 器 电路 的 直 流 或 瞬 态 特 性 时 ， 常 出 现 解 的 不 收 敛 现 象 ， 当 然 ， 实 际 电路 是 收 敛 的 ， 其 原 因 是 偏 置 点 发 散 或 收 敛 的 偏 置 点 不 能 适 应 多 种情 况 。 设 置 初 始 值 最 通 常 的 原 因 就 是 在 两 个 或 更 多 的 稳 定 工 作 点中 选 择 一 个 ， 以 便 仿 真 顺 利 进 行 。 库 Simulation Symbols.lib中 ， 包 含 了 两 个 特 别 的 初 始 状 态 定义 符 ： .NS NODESET。 .IC Initial Condition。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 节 点 电 压 设 置 .NS 该 设 置 使 指 定 的 节 点 固 定 在 所 给 定 的 电 压 下 ， 仿真 器 按 这 些 节 点 电 压 求 得 直 流 或 瞬 态 的 初 始 解 。 该 设置 对 双 稳 态 或 非 稳 态 电 路 的 计 算 收 敛 可 能 是 必 须 的 ，它 可 使 电 路 摆 脱 “ 停 顿 ” 状 态 ， 而 进 入 所 希 望 的 状 态 。 一 般 情 况 下 ， 设 置 是 不 必 要 。 对 节 点 电 压 设 置 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 器 件 名 称 ， 每 个 节 点 电 压 设 置 必 须 有唯 一 的 标 识 符 ， 如 NS1。 Part Type 节 点 电 压 的 初 始 幅 值 ， 如 12V。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 初 始 条 件 设 置 .IC 该 设 置 是 用 来 设 置 瞬 态 初 始 条 件 的 ， 不 要 把 该 设置 和 上 述 的 设 置 相 混 淆 。 “ .NS”只 是 用 来 帮 助 直 流 解的 收 敛 ， 并 不 影 响 最 后 的 工 作 点 （ 对 多 稳 态 电 路 除外 ） 。 “ .IC”仅 用 于 设 置 偏 置 点 的 初 始 条 件 ， 它 不 影响 DC扫 描 。 瞬 态 分 析 中 的 设 置 项 中 一 旦 设 置 了 参 数 Use Initial Conditions（ .IC） 时 ， 瞬 态 分 析 就 先 不 进 行 直流 工 作 点 的 分 析 （ 初 始 瞬 态 值 ） ， 因 而 应 在 该 “ .IC”中 设 定 各 点 的 直 流 电 压 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 对 初 始 条 件 设 置 的 属 性 对 话 框 可 如 下 设 置 ： Designator 器 件 名 称 ， 每 个 初 始 条 件 设 置 必 须 有 唯 一 的 标 识符 (如 IC1 )。 Part Type 节 点 电 压 的 初 始 幅 值 ， 如 5V。 当 然 ， 设 计 者 也 可 以 通 过 设 置 每 个 器 件 的 属 性 来 定 义 每 个 器件 的 初 始 状 态 。 同 时 ， 在 每 个 器 件 中 规 定 的 初 始 状 态 将 先 于 “ .IC”设 置 中 的 值 被 考 虑 。 综 上 所 述 ， 初 始 状 态 的 设 置 共 有 三 种 途 径 ： “ .IC”设 置 、“ .NS”设 置 和 定 义 器 件 属 性 。 在 电 路 模 拟 中 ， 如 有 这 三 种 或 两 种共 存 时 ， 在 分 析 中 优 先 考 虑 的 次 序 是 定 义 器 件 属 性 、 “ .IC”设 置 、“ .NS”设 置 。 如 果 “ .NS”和 “ .IC”共 存 时 ， 则 “ .IC”设 置 将 取 代“ .NS”设 置 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 二 、 仿 真 器 设 置 在 进 行 仿 真 前 ， 设 计 者 必 须 决 定 对 电 路 进 行 哪 种分 析 ， 要 收 集 哪 几 个 变 量 数 据 ， 以 及 仿 真 完 成 后 自 动显 示 哪 个 变 量 的 波 形 等 。 进 入 分 析 （ Analysis） 主 菜 单 当 完 成 了 对 电 路 的 编 辑 后 ， 设 计 者 此 时 可 对 电 路进 行 分 析 工 作 。 进 入 Protel 99 SE 原 理 图 编 辑 的 主 菜 单后 , 如 图 4-20所 示 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 单 击 “ Simulate Setup” 命 令 ， 进 入 仿 真 器 的 设 置 ， 弹 出“ Analyses Setup” 对 话 框 ， 如 图 4-21所 示 。 在 General选 项 中 ， 设计 者 可 以 选 择 分 析 类 别 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 瞬 态 特 性 分 析 （ Transient Analysis） 瞬 态 特 性 分 析 是 从 时 间 零 开 始 ， 到 用 户 规 定 的 时 间 范 围 内 进 行 的 。设 计 者 可 规 定 输 出 开 始 到 终 止 的 时 间 长 短 和 分 析 的 步 长 ， 初 始 值 可 由 直流 分 析 部 分 自 动 确 定 ， 所 有 与 时 间 无 关 的 源 ， 用 它 们 的 直 流 值 ， 也 可 以在 设 计 者 规 定 的 各 元 件 上 的 电 平 值 作 为 初 始 条 件 进 行 瞬 态 分 析 。 在 SIM 99中 设 置 瞬 态 分 析 的 参 数 ， 通 过 激 活 “ Transient/Fourier”标签 页 ， 可 得 如 图 4-22所 示 的 “ 设 置 瞬 态 分 析 傅 里 叶 分 析 参 数 ” 对 话 框 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 瞬 态 分 析 的 输 出 是 在 一 个 类 似 示 波 器 的 窗 口 中 ，在 设 计 者 定 义 的 时 间 间 隔 内 计 算 变 量 瞬 态 输 出 电 流 或电 压 值 。 如 果 不 使 用 初 始 条 件 ， 则 静 态 工 作 点 分 析 将在 瞬 态 分 析 前 自 动 执 行 ， 以 测 得 电 路 的 直 流 偏 置 。 瞬 态 分 析 通 常 从 时 间 零 开 始 。 若 不 从 时 间 零 开 始 ，则 在 时 间 零 和 开 始 时 间 （ Start Time） 之 间 ， 瞬 态 分析 照 样 进 行 ， 只 是 不 保 存 结 果 。 从 开 始 时 间 （ Start Time） 和 终 止 时 间 （ Stop Time） 的 间 隔 内 的 结 果 将 予保 存 ， 并 用 于 显 示 。 第 4章 原 理 图 仿 真 电子线路辅助设计Protel 99 SE 傅 里 叶 分 析 （ Fourier） 傅 里 叶 分 析 是 计 算 瞬 态 分 析 结 果 的 一 部 分 ， 得 到 基 频 、 DC分 量 和 谐 波 。 不 是 所 有 的 瞬