PSPICE
什么是PSPICE？隨著社會的發展，科技也日益蓬勃發展，我們都必須掌握科學知識來推動社會的繼續發展。接下來，我就為大家講解PSPICE的內容，希望對廣大的讀者有很大的幫助。
PSPICE
PSPICE的起源與發展
用于模擬電路仿真的SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）軟件于1972年由美國加州大學伯克利分校的計算機輔助設計小組利用FORTR AN語言開發而成，主要用于大規模集成電路的計算機輔助設計。SPICE的正式版SPICE 2G在1975年正式推出，但是該程序的運行環境至少為小型機。1985年，加州大學伯克利分校用C語言對SPICE軟件進行了改寫， 并由MICROSIM公司推出。1988年SPICE被定為美國國家工業標準。與此同時，各種以SPICE為核心的商用模擬電路仿真軟件，在SPICE的基礎上做了大量實用化工作，從而使SPICE成為最為流行的電子電路仿真軟件。
PSPICE采用自由格式語言的5.0版本自80年代以來在我國得到廣泛應用，并且從6.0版本開始引入圖形界面。1998年著名的EDA商業軟件開發商ORCAD公司與Microsim公司正 式合并，自此Microsim公司的PSPICE產品正式并入ORCAD公司的商業EDA系統中。不久之后，ORCAD公司已正式推出了ORCAD PSPICE Release 10.5，與傳統的SPICE軟件相比，PSPICE 10.5在三大方面實現了重大變革：首先，在對模擬電路進行直流、交流和瞬態等基本電路特性分析的基礎上，實現了蒙特卡羅分析、最壞情況分析以及優化設計等較為復雜的電路特性分析；第二，不但能夠對模擬電路進行，而且能夠對數字電路、數/模混合電路進行仿真；第三，集成度大大提高，電路圖繪制完成后可直接進行電路仿真，并且可以隨時分析觀察仿真結果。PSPICE軟件的使用已經非常流行。在大學里，它是工科類學生必會的分析與設計電路工具；在公司里，它是產品從設計、實驗到定型過程中不可缺少的設計工具。
PSPICE仿真軟件的優越性
PSPICE軟件具有強大的電路圖繪制功能、電路模擬仿真功能、圖形后處理功能和元器件符號制作功能，以圖形方式輸入，自動進行電路檢查，生成圖表，模擬和計算電路。它的用途非常廣泛，不僅可以用于電路分析和優化設計，還可用于電子線路、電路和信號與系統等課程的計算機輔助教學。與印制版設計軟件配合使用，還可實現電子設計自動化。被公認是通用電路模擬程序中最優秀的軟件，具有廣闊的應用前景。這些特點使得PSPICE受到廣大電子設計工作者、科研人員和高校師生的熱烈歡迎，國內許多高校已將其列入電子類本科生和碩士生的輔修課程。
電路設計軟件有很多，它們各有特色。如Protel和Tango，它對單層/雙層電路板的原理圖及PCB圖的開發設計很適合，而對于布線復雜，元件較多的四層及六層板來說ORCAD更有優勢。但在電路系統仿真方面，PSPICE可以說獨具特色，是其他軟件無法比擬的，它是一個多功能的電路模擬試驗平臺，PSPICE軟件由于收斂性好，適于做系統及電路級仿真，具有快速、準確的仿真能力。
1.圖形界面友好，易學易用，操作簡單
由Dos版本的PSPICE到Windows版本的PSPICE，使得該軟件由原來單一的文本輸入方式而更新升級為輸入原理圖方式，使電路設計更加直觀形象。PSPICE 6．0以上版本全部采用菜單式結構，只要熟悉Windows操作系統就很容易學，利用鼠標和熱鍵一起操作，既提高了工作效率，又縮短了設計周期。即使沒有參考書，用戶只要具備一定的英語基礎就可以通過實際操作很快掌握該軟件。
2.實用性強，仿真效果好
在PSPICE中，對元件參數的修改很容易，它只需存一次盤、創建一次連接表，就可以實現一個復雜電路的仿真。如果用Protel等軟件進行參數修改仿真，則過程十分繁瑣。在改變一個參數時，哪怕是一個電阻阻值的大小都需要重新建立網絡表的連接，設置其他參數更為復雜。
3.功能強大，集成度高
在PSPICE內集成了許多仿真功能，如：直流分析、交流分析、噪聲分析、溫度分析等 ，用戶只需在所要觀察的節點放置電壓（電流）探針，就可以在仿真結果圖中觀察到其“電壓（或電流）-時間圖”。而且該軟件還集成了諸多數學運算，不僅為用戶提供了加、減、乘、除等基本的數學運算，還提供了正弦、余弦、絕對值、對數、指數等基本的函數運算，這些都是其他軟件所無法比擬的。
另外，用戶還可以對仿真結果窗口進行編輯，如添加窗口、修改坐標、疊加圖形等 ，還具有保存和打印圖形的功能，這些功能都給用戶提供了制作所需圖形的一種快捷、簡便的方法。因此，Windows版本的PSPICE更優于Dos版本的PSPICE，它不但可以輸入原理圖方式，而且也可以輸入文本方式。無疑是廣大電子電路設計師的好幫手。
PSPICE
PSPICE的組成
PSPICE是計算機輔助分析設計中的電路模擬軟件。它主要用于所設計的電路硬件實現之前，先對電路進行模擬分析，就如同對所設計的電路用各種儀器進行組裝、調試和測試一樣，這些工作完全由計算機來完成。用戶根據要求來設置不同的參數，計算機就像掃描儀一樣，分析電路的頻率響應，像示波器一樣，測試電路的瞬態響應，還可以對電路進行交直流分析、噪聲分析、Monte Carlo統計分析、最壞情況分析等，使用戶的設計達到最優效果。以往一個新產品的研制過程需要經過工程估算，試驗板搭試、調整，印刷板排版與制作，裝配與調試，性能測試，測試指標不合格，再從調整開始循環，直至指標合格為止。這樣往往需要反復實驗和修改。而仿真技術可將“實驗”與“修改”合二為一。為確定元件參數提供了科學的依據。它的優點主要有：
1.為電路設計人員節省了大量的時間。
2.節省了各種儀器設備。
3.生產產品一致性好、可靠性高。
4.產品的更新率高、新產品投放市場快等。
PSPICE程序采用改進節點法列電路方程，用牛頓-萊普生方法的改進算法進行非線性分析，用變節步長的隱式積分法進行瞬態分析，在求解線性代數方程組時，采用了稀疏矩陣技術。
a.電路原理圖編輯程序 Schematics
PSPICE的輸入有兩種形式，一種是網單文件（或文本文件）形式，一種是電路原理圖形式，相對而言后者比前者較簡單直觀，它既可以生成新的電路原理圖文件，又可以打開已有的原理圖文件。電路元器件符號庫中備有各種原器件符號，除了電阻，電容，電感，晶體管，電源等基本器件及符號外，還有運算放大器，比較器等宏觀模型級符號，組成電路圖，原理圖文件后綴為.sch。圖形文字編輯器自動將原理圖轉化為電路網單文件以提供給模擬計算程序運行仿真。
b.激勵源編輯程序 Stimulus Editor
PSPICE中有很豐富的信號源，如正弦源，脈沖源，指數源，分段線性源，單頻調頻源等等。該程序可用來快速完成各種模擬信號和數字信號的建立與修改，并且可以直觀而方便的顯示這些信號源的波形。
c.電路仿真程序 PSPICE A/D
模擬計算程序是PSPICE A/D也叫做電路仿真程序，它是軟件核心部分。在PSPICE 4.1版本以上，該仿真程序具有數字電路和模擬電路的混合仿真能力。它接收電路輸入程序確定的電路拓撲結構和原器件參數信息，經過原器件模型處理形成電路方程，然后求解電路方程的數值解并給出計算結果，最后產生擴展名為.dat的數據文件（給圖形后處理程序Probe）和擴展名為.out的電路輸出文本文件。模擬計算程序只能打開擴展名為.cir的電路輸入文件，而不能打開擴展名為.sch 的電路輸入文件。因此在Schemayics環境下，運行模擬計算程序時，系統首先將原理圖.sch文件轉換為.cir文件，而后再啟動PSPICE A/D進行模擬分析。
d.輸出結果繪圖程序 Probe
Probe程序是PSPICE的輸出圖形后處理軟件包。該程序的輸入文件為用戶作業文本文件或圖形文件仿真運行后形成的后綴為.dat的數據文件。它可以起到萬用表，示波器和掃描儀的作用，在屏幕上繪出仿真結果的波形和曲線。隨著計算機圖形功能的不斷增強，PC機上windows95,98,2000/XP的出現，Probe的繪圖能力也越來越強。
e.模型參數提取程序Model Editor
電路仿真分析的精度和可靠性主要取決于元器件模型參數的精度。盡管PSPICE的模型參數庫中包含了上萬種元器件模型，但有時用戶還是根據自己的需要而采用自己確定的元器件的模型及參數。這時可以調用模型參數提取程序Model ED從器件特性中提取該器件的模型參數。
f.元件模型參數庫LIB
PSPICE具有自建的元件模型，元件的建立以元件的物理原理為基礎，模型參數與物理特性密切相關。元件的等效模型還有其工作條件與分析要求相關。在直流分析中，非線性元件的等效模型是小信號線性等效電路；在瞬態分析中，非線性元件的等效模型考慮到了電荷存儲效應。雙極管型晶體管采用GUMMEL-POON的積分電荷控制模型，結型場效應管采用SHICHMAN-HODGFS的場效應管模型。二極管模型既適用于結型二極管，也適用于肖特基勢壘二極管。MOS1由I-V特性來描述，MOS2是一個解析模型，MOS3是一種半經驗模型。除了分立元件參數庫以外，還有集成電路的宏模型庫，并提供了一些著名器件和IC生產廠家的專有元器件參數庫。
PSPICE的模擬功能
SPICE程序的主要功能有非線性直流分析、非線性暫態分析、線性小信號交流分析、靈敏度分析和統計分析。
a.直流分析
非線性直流分析功能簡稱直流分析。它是計算直流電壓源或直流電流源作用于電路時電路的工作狀態。對電路進行的直流分析主要包括直流工作點分析、直流掃描分析和轉移函數分析。
直流工作點是電路正常工作的基礎。通過對電路進行直流工作點的分析，可以知道電路中各元件的電壓和電流，從而知道電路是否正常工作以及工作的狀態。一般在對電路進行仿真的過程中，首先要對電路的靜態工作點進行分析和計算。
直流掃描分析主要是將電路中的直流電源、工作溫度、元件參數作為掃描變量，讓這些參量以特定的規律進行掃描，從而獲取這些參量變化對電路各種性能參數的影響。直流掃描分析主要是為了獲得直流大信號暫態特性。
與直流掃描分析相類似的還有溫度分析。在這種分析過程中，將電路的溫度作為掃描變量進行分析。因為電路的主要器件的特性都是與溫度有關的，所以這就為分析電路在環境變化是的工作情況提供了一種非常有用的工具。特別重要的是，通過這種分析，我們可以預測電路在某些特殊環境如極端溫度條件或極端電源電壓條件或元件開路短路條件下電路的工作情況，從而在進行電路設計時采取必要的預防措施。
b.暫態分析
非線性暫態分析簡稱為暫態分析。暫態分析計。算電路中電壓和電流隨時間的變化，即電路的時域分析。這種分析在輸入信號為時變信號時顯得尤為重要。時域分析是指在某一函數激勵下電路的時域響應特性。通過時域分析，設計者可以清楚地了解到電路中各點的電壓和電流波形以及它們的相位關系，從而知道電路在交流信號作用下的工作狀況，檢查它們是否滿足電路設計的要求。
c.交流分析
線性小信號交流分析簡稱為交流分析。它是SPICE程序的主要分析功能。它是在交流小信號的條件下，對電路的非線性元件選擇合適的線性模型將電路在直流工作點附近線性化，然后在用戶指定的范圍內對電路輸入一個掃頻信號，從而計算出電路的幅頻特性、相頻特性、輸入電阻、輸出電阻等。這種分析等效于電路的正弦穩態分析即頻域分析。頻域分析用于分析電路的頻域響應即頻率響應特性。這種分析主要用于分析電路的幅頻特性和相頻特性。
小信號轉移特性分析主要分析在小信號輸入的情況下，電路的各種轉移函數，通常分析的是電路的電壓放大倍數.
噪聲分析是電路設計的重要內容之一。在模擬電路中，無源器件和有源器件均會產生噪聲，主要包括電阻上產生的熱噪聲，半導體器件產生的散粒噪聲和閃爍噪聲。在噪聲分析時，將元件的噪聲等效為一個輸入信號進行交流分析。通過噪聲分析可以計算出各器件在某一輸出節點產生的總噪聲以及某一輸入節點的等效輸入噪聲。從而可以分析一個電路產生噪聲的主要來源，采取一定的電路設計措施來減小噪聲的影響。
d.靈敏度分析
靈敏度分析包括直流靈敏度分析和蒙特卡羅分析兩種。
直流靈敏度分析業稱為靈敏度分析。它是在工作點附近將所有的元件線性化后，計算各元器件參數值變化時對電路性能影響的敏感程度。通過對電路進行靈敏度分析，可以預先知道電路中的各個元件對電路的性能影響的重要程度。對于那些對電路性能有重要影響的元件，要在電路的生產或元件的選擇時給予特別的關注。
e.統計分析
統計分析主要包括蒙特卡羅分析和最壞情況分析。蒙特卡羅分析是在考慮到器件參數存在容差的情況下，分析電路在直流分析、交流分析或暫態分析時電路特性隨器件容差變化的情況。另一種統計分析是最壞情況分析，它不僅對各器件參數的變化逐一進行分析，得到單一器件對電路性能的靈敏度分析，同時分析各器件容差對電路性能的最大影響量(最壞情況分析)，從而達到優化電路的目的。
PSPICE10.5改進了9.2版本，使繪制電路，以及仿真算法更加優化，更加節省時間，而且蒙特卡羅分析和最壞情況分析有助于我們模擬在不同溫度和環境，以及元件損壞的情況下電路的實現過程及結果，那么我們就知道電路的弱點，以及電路中的最重要元件，就可以相應的對其采取保護、散熱等措施。
總之，隨著技術的發展，PSPICE在社會里面的應用會越來越廣泛。由此，PSPICE的前景是十分好！同時，希望本文能對大家的工作有一定的指導作用。
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