电路仿真与设计报告.doc

1、 考试目的通过对实际题目在特定时间内完成的方式，检测我们学生对PSPice与protel 99E两种软件的掌握情况，配合报告情况对完成结果形成自己的理解。2、 考试软件简介（参考课本P1）orcad/PSPice 9为美国orcad公司和开发PSPice软件的microsim公司与1998年联合推出的版本，可对模拟电路、数字电路、数模混合电路等进行直流、交流、瞬态等基本电路性能的分析，并且可进行蒙特卡罗（Monte Carlo）统计分析，最坏情况（worst editor）分析、优化设计等复杂电路特性分析。（参考课本P73）protel 99SE软件是绘制电路原理图、制作印制电路板图方面的一款流行软件，最主要模块有原理图设计系统（schematic）和印制电路板设计系统（PCB）。原理图设计系统主要用于电路原理图设计，包括原理图编辑器sch和元件库编辑器schlib。印制电路板设计系统主要用于印制电路板的设计，包括印制电路板编辑器PCB和封装库编辑器pcblib。3、 过程1、 Orcad首先进行原理图的绘制，本图主要用到了电阻R、电容C、一个放大器，电源为VAC交流电源，所有元件均可通过Place Part/Part Search直接搜索得到。本题难点为对参数的设置。双击R1，将Value值改为R。然后放置PARAM（直接搜索PARAM）元件至图上任意位置，双击PARAM元件，在弹出对话框中单击“New”按钮添加R，值为试卷上的值91k，Part Reference值为默认值，Reference值为默认值，更改Value为PARAM。然后新建参数文件（New Simulation）为任意名称，更改参数文件，令Analysis type下拉菜单为“AC Sweep/Noise”，勾选“Parametrick Sweep”。单击General Settings，然后在AC Sweep Type模块勾选Logarithmi，设置Start值为1，End值为100meg，Points/Decade值为200。单击Parametrick Sweep，然后再Sweep variable模块勾选Global parameter，设置Parameter值为R，然后在Sweep type模块勾选value li，设置其值为60k,70k,80k,90k,100k，注意逗号为英文字符。关于General Settings的设置是必须进行的，否则单纯设置Parametrick Sweep后由于没有起始位置、终止位置及扫描间隔的设置，系统实际上根本不知道应该如何仿真。Parametrick Sweep的设置不过是在基本设置后另修饰的内容。然后执行仿真命令，即可看到R1在不同值的仿真结果，输出V(out)值如下：由图可知，放大器只有在一定频率范围内才能正常工作，原图的放大器在原理上是一个欠阻尼的2阶系统，阻尼系数1，当频率在n（固有振荡频率）附近时，幅频特性出现共振峰，即发生共振，共振频率就是使幅度AF（）为最大值的频率，可以通过对AF（）求极值得到。这就是为什么在图中会出现一个明显的波峰。不仅原理如此，结合最大超调量的概念，其波峰的数值也可以得到。当反馈放大器处于临界稳定状态时，放大器的开环增益在幅值Avo（）上等于反馈系数F(j）的倒数。此处放大器并非纯电阻构成，反馈系数F(j）与频率有关，频率越大，反馈系数越大，幅度越小。所以幅度AF（）对频率的极限值为0。具体数值计算涉及到信号处理相应的数学变换及其对应的为积分的求解，可以得到相应频率下的斜率的理论值，而在实际中由于温度及噪声的影响，此处的失真较大，实际上具体的数值计算已经没有太大意义。2、 protel 99SE首先进行原理图的绘制。R5为滑动变阻器，搜索POT2得到。所有GND地线均由“View/Toolbars/Power Objects”（专门的电源工具栏）中的GND选项提供，保证GND的有效性。Vin+、Vin-、+5V、-5V、Vo1及Vo为网络标号。LT1468及LT1469并未在元件库中找到，为自行创建的元件。其中LT1468的设计图样如图：“非”的符号表示在编辑界面中勾选Dot得到，“非”的数值表示为在“name”中输入“ULL”得到。并且在标注信息中注明为“U1”，然后直接放置在原理图中。（图为8脚的双击弹出的设计界面）LT1469基于同样的原理得到，区别不外乎是元件大小及引脚位置不同而已，可以另行新建一个元件设计文件，也可以在当前文件下新建元件，新建方法为在“Group”模块中单击“Add”，然后可以为新建的元件设置一个名字，此名字为将来加入元件库时的元件名。然后进行PCB的绘制。PCB板型的设计为默认值。经过“Tools/ERC”电气规则检查无误后执行“Design/Create Netlist”命令生成网络表文件。其中各元件的封装为电阻R：AXIAL0.4、电容C：RAD0.2、电位器R：VR4、LT1468：DIP-8、LT1469：DIP-8。应首先设置PCB板的外框，在“禁止布线层”KeepOutLayer层用导线画一外框，一般为四小格即可，本题可虑元件较多，使用六小格。不同层的导线颜色不一样，禁止布线层“KeepOutLayer”为粉色，顶层“TopLayer”为红色，底层“BottomLayer”为蓝色。通过不同颜色可以得知自己是否选错层。在PCB文件中加载库文件Advpcb.ddb、DC to DC.ddb、General IC.ddb、International Rectifiers.ddb。没有封装需要调整。执行Design/Load Net命令载入网络表，确认无误后执行Tools/Auto Placement/Auto Place命令自动布局，然后进行手动调整是面板更美观。然后更改布线规则，执行Design/Rules命令在Routing标签页选择Width Constraint选项，更改弹出页面中的Filter kind下拉菜单至Net，然后在下面分别更改GND地线、+5V电源线、-5V电源线、Vin+、Vin-、Vo及Vo1的走线宽度为30mil。执行Auto Route/All命令自动布线，然后更改某些线路走向使总体呈现横平竖直的样子，当导线过于繁杂时可以考虑增加过孔，即将导线设置成穿越顶层和底层的模式，可以在工具栏中添加过孔，也可以在勾画导线事单击“*”改变所在层的位置。对于元件的编排可以通过不断地布线去线处理进行，总之使导线尽可能的平直，也尽可能短。长导线会出现寄生电容、噪声加大、辐射误差加大等诸多问题。4、 总结本次考试通过两个实际情况，充分考察了我们学生对于两款软件的使用情况，并对一些特殊情况作出处理，使我们在以后的实际工作应用中得以随心所欲、触类旁通，可以处理绝大多数的情况，不至于手忙脚乱。Orcad相对于protel 99SE的优点显而易见，其强大的仿真分析功能几乎是不可替代的，足以迅速得出诸如静态参数、动态参数、电路性能指标、电路噪声分析、温度分析、错误分析，在误差处理方面、电路优化方面有强大公用。不过由于其激活码的存在国内并不是很流行，国内使用的基本都是其替代软件。考试所使用的orcad生成的都是静态图形，没有适时地动态图的生成是其另一个主要弊端。不过各种依据公式以不同方式生成动态图的软件相当多，应经涉及到工程应用领域的方方面面。不过最新版本是否有所改进不清楚。最新版本的orcad已经可以自主优化电路，可以自动改正错误，省去了设计人员很多工作。Protel 99SE的主要功用在于其对PCB板的独特的创建，使PCB板的设计趋于自动化与智能化。Protel 99SE由于只能进行PCB板的设计无法对具体参数做出分析处理，其应用面较小。目前Protel 99SE经过多代的升级，其操作越来越简单易行，不过却不利于PCB板的开发设计人员的练习，因为一些小的细节方面软件都会帮助用户处理好，个人的学识功用显得不是十分的重要。目前使用的其它同类型软件首指Altium Designer，两款软件的文件目前已经实现可以相互读取，其差别也在日益减小。