应用Pspice仿真软件优化电路设计

作者:自动化与仪器仪表/金凤莲

摘 要：文章对电子电路仿真软件Pspice作了简要介绍，给出了应用实例。实验表明，该软件可以快速、方便、精确地评价电路设计的正确性，并且可以成功地用于电路的优化设计。
关键词：Pspice 仿真 电子线路 优化设计

0 引 言
Pspice 是由Spice发展而来的用于微机系列的通用电路分析软件。Spice(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)是由美国加州大学伯克利分校开发的电路仿真程序。随后，版本不断更新，功能不断完善。目前广泛使用的Pspice(P： Popular)软件是美国Microsim公司于1996年开发的基于Windows环境的仿真程序。它主要用于电子电路的仿真，以图形方式输入，自动 进行电路检查，生成网表，模拟和计算电路的功能，不仅可以对模拟电子线路进行不同输入状态的时间响应、频率响应、噪声和其他性能的分析优化，以使设计电路 达到最优的性能指标，还可以分析数字电子线路和模数混合电路，被公认是通用电路模拟程序中最优秀的软件，具有广阔的应用前景。本文所述是基于Pspice 的最新的7．1版本。
1 主要优点
电路设计软件有很多，如：Tango、Protel、OrCAD、Electronics Workbench等，它们各有特色，Pspi ce与其他电路设计仿真软件相比，如Protel，它在电路系统仿真方面可以说独具特色，是其他软件无法比拟的，它是一个多功能的电路模拟试验平台, Pspice软件由于收敛性好，适于做系统及电路级仿真，具有快速、准确的仿真能力。其主要优点有：
(1) 图形界面友好，易学易用，操作简单
由Dos 版本的Pspice到Windows版本的Pspice，使得该软件由原来单一的文本输入方式而更新升级为输入原理图方式，使电路设计更加直观形象。 Pspice 6．0以上版本全部采用菜单式结构，只要熟悉Windows操作系统就很容易学，利用鼠标和热键一起操作，既提高了工作效率，又缩短了设计周期。
(2) 实用性强，仿真效果好
在Pspice环境中，对元件参数的修改很容易，修改完后马上就可以进行仿真，如用Protel进行参数修改仿真，则过程相当复杂。
(3) 功能强大，集成度高
Pspice 内集成了许多仿真功能，如：直流扫描、交流分析、噪声分析、温度分析等 ，用户只需在所要观察的节点放置电压（电流）探针，就可以在仿真结果图中观察其情况 。而且该软件还集成了诸多数学运算，不仅为用户提供了加、减、乘、除等基本的数学运算，还提供了正弦、余弦、绝对值、对数、指数等基本的函数运算，这些都 是其他软件所无法比拟的。
另外，用户还可以对仿真结果窗口进行编辑，如添加窗口、修改坐标、叠加图形等 ，还具有保存和打印图形的功能，这些功能都给用户提供了制作所需图形的一种快捷、简便的方法。因此，Windows版本的Pspice更优于Dos版本的 Pspice，它不但可以输入原理图方式，而且也可以输入文本方式，因此它不失为电子工程师的好帮手。
2 仿真步骤与实例
2.1 仿真步骤
a）启动Schematics程序项；
b）调用元件库中元件；
c）画电路图；
d）编辑元件属性；
e）检查电路生成网表；
f）确定分析类型；
g）进行仿真；
h）Probe输出。
2.2 应用实例
在 电子电路设计过程中，设计者根据给定的功能和技术指标，确定最佳设计方案(包括电路结构和元件参数)时，检验设计是否满足预定要求的传统方法是，用人工对 电路进行估算并在实验板上组装电路进行实际测试。这一过程往往需要反复多次才有可能得到最佳方案。随着电路规模的增大，这种方法无论在分析精度、花费的人 力、物力，还是在时间等方面均难以与实际要求相适应。而利用Pspice仿真软件便可以从根本上改变这种传统的作法。它可以根据电路的结构和元器件参数， 对电路进行仿真，在计算机屏幕上，方便地修改电路结构及参数，反复测试、观察输出波形，以满足设计要求为止，以获得电路的最佳技术指标，从而可以快速、方 便、精确地评价电路设计的正确性，节省大量的时间和费用。同时，还可以进行传统方法难以进行或无法进行的容差分析、灵敏度分析、最坏情况分析、温度特性分 析等，可以方便地进行多种设计方案的比较和优选 ，从而选择最佳的设计方案，进一步提高电路设计的质量，达到优化电路设计的目的。

以下是由555定时器组成的单稳态触发器的分析、设计及仿真过程：
(1) 在Pspice中的“Schematics”中找出相应的元器件。
(2) 按照555的使用电路连接好电路图如图1所示。
(3) 编辑元件的属性，如图中所示，其中触发信号采用脉冲信号，它的符号为vpusle，其波形由下式描述：vpusle（v1、v2、td、tr、tf、 pw、per），其中v1为初始电压，v2为脉冲电压，td为延迟时间，tr为上升时间，tf为下降时间，pw为脉冲宽度，per为脉冲周期。本例采用负 脉冲进行瞬态分析，其相应数值为：v1＝12V、v2＝0V、td＝10μs、tr＝0．1ns、tf＝0．1ns、pw＝5μs、per＝20ns，然 后在菜单中单击“Anal ysis”选项，首先选“Electronic Rule Check”，此时提示你应先存盘，存完盘后就“Create Netlis t”，然后选择“Setup”选项中要仿真的类型，如：瞬态分析、交流分析、噪声分析、失真分析和灵敏度分析等，选择其中的参数，如：扫描间隔、扫描时间 等。本例选择瞬态分析，时间增量为1ns，扫描时间为0～40μs，最后按下“Simulate”（或按仿真图标）进行仿真，如果电路及设置没有错误，就 形成一个Probe输出的图形画面，选择所要观测的节点，可以看其电流电压的波形，而且还可以利用函数来求节点间或元件间的电压、电流波形。

图2 为图1电路的工作波形，它们分别是脉冲信号、555定时器的2脚、5脚、6脚、3脚的波形。由图可知，输出脉冲幅度约为10．4V，脉宽tw≈11． 7μs，v0的上升时间tr≈40ns，下降时间tf≈20ns。可见555定时器在阻性负载的条件下，输出电压v0的上升沿及下降沿都很陡，可以满足一 般应用的要求。
由于输出脉宽tw与时间常数RtCt成正比，所以要改变输出脉宽tw应调节Rt，Ct。现选取Rt＝91kΩ，Ct＝0． 01μF，计算得到输出电压v0的波形如图3所示，输出脉宽tw≈998．4μs，满足设计要求。此时扫描时间设为4ms，其脉冲源也相应地变为 vpulse（12 0 0．1ms 1ns 1ns 0．5ms 2ms）。

3 结束语
利 用Pspice软件对电路进行设计仿真，仿真效果准确、逼真、形象，在跟踪性和快速性方面取得了令人满意的效果。可以达到电路的最优化设计，既可以省去在 面板上做繁杂的试验，又可以节省购买实验元器件的费用，它为电路设计者提供了一个创造性的工作环境，不仅能使设计者的设计达到高质量、高可靠性，而且降低 了成本，缩短了开发周期，同时它使设计者有更多的时间和机会更充分地发挥其聪明才智，使设计精益求精，使电子线路设计实现优化。

参考文献

1 赵世强．电子电路EDA技术．西安：西安电子科技大学出版社，2000
2 高文焕．模拟电路的计算机分析与应用．北京：清华大学出版社，1999