混合信号电路仿真(上)
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更新于2007-04-11 15:21:19


        在执行一个电路仿真时,原理图中的每一个元器件必须带有SIM 模型,另外还需添加适合的电压源、一个激励源和一个用于仿真的参考地电平,同时对观测电路节点设置网络标示。

        在元器件的属性对话栏中,可以编辑该元器件的任何参数,在模型栏中,选择SIM 模型项编辑,由于在元器件集成库中已经包含了该元器件的模型文件,所以,系统将自动去连接相关的模型文件。请注意选择模型文件制表符(Model File Tab)将会显示模型的内容,如果在模型文件栏中未包含相应的模型文件,系统将提示错误。在网表模板栏内的数据将会来源于模型文件并且可以通过网表预览栏观看。在DXP 仿真器中可以支持Spice 3F5 的模型,但并不支持PSpice 模型。在电路仿真中用到的SPICE 模型(通常以.ckt 和.mdl 后缀的文件)都被封装在集成库中。如果,用户添加的模型不是.ckt 或.mdl 后缀的文件,DXP 仿真器将无法识别。用户如果需要修改仿真模型,需要将元器件厂商提供的模型文件添加到工程文件中,然后在模型编辑中修改相应的属性。

仿真分析:

         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:

  • 直流工作点分析
  • 瞬态分析
  • 傅立叶分析
  • 直流扫描分析 
  • 交流小信号分析 
  •  阻抗特性分析
  • 噪声分析 
  • Pole-Zero(临界点)分析
  • 传递函数分析
  • 蒙特卡罗分析
  • 参数扫描
  • 温度扫描

        在高级参数选项页面内,用户可以定义高级的仿真属性,包括SPICE 变量值、仿真器和仿真参考网络的综合方法。通常,如果没有深入了解SPICE 仿真参数的功能,不建议用户为达到更高的仿真精度而改变高级参数属性。所有在仿真设置对话框中的定义将被用于创建一个SPICE 网表(*.nsx),运行任何一个仿真,均需要创建一个SPICE 网表。如果在创建网表过程中出现任何错误或告警,分析设置对话框将不会被打开,而是通过消息栏提示用户修改错误。仿真可以直接在一个SPICE 网表文件窗口下运行,同时,在完全掌握了SPICE 知识,*.nsx 文件允许用户编辑。如果,您修改了仿真网表内容则需要将文件另存为其他的名称,因为,系统将在运行仿真时,自动修改并覆盖原仿真网表文件。

全局分析设置选项:

        在Sheets to Netlist 下拉选择栏中,可以指定仿真分析的是当前原理图还是整个项目工程;用户可以指定电路中分析节点和仿真数据格式;仿真数据结果可以通过Collect Data for 下拉选择栏中指定:

  • Node Voltage and Supply Current:将保存每个节点电压和每个电源电流的数据;
  • Node Voltage, Supply and Device Current:将保存每一个节点电压和每个电源和器件电流的数据;
  • Node Voltage, Supply Current, Device Current and Power:将保存每个节点电压和每个电源电流及每个器件的电源和电流的数据;
  • Node Voltage, Supply Current and Subcircuit VARs:将保存每个节点电压、来自每个电源的电流源及子电路变量中匹配的电压/电流的数据;
  • Active Signals:仅保存在Active Signals 中列出的信号分析结果。

        通过向Active Signals 列表中添加指定需要图形化显示结果的分析电路节点标识。在波形分析窗口中,用户可以用Editor Waveform 去分析数据。当用户需要改变前期仿真中Active Signals 列表,可以通过设定SimView Setup 选项为Show active signals 将令对显示波形的任何改变均有效。

        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。

        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。

  • 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。

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。

  • 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。

        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。 

  •  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。

        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。 

  •  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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