基于PSpice的电路性能分析方法的研究与应用

摘要：本文介绍OrCAD/Pspice 9软件定量的分析电路特性随某一元器件参数的变化关系。本文通过一个简单的实例， 较详细地说明了用PSpice 对电路进行性能分析的具体方法和步骤。

关键词：OrCAD/Pspice 9 电路性能分析 优化设计

中图分类号：TN710.9 文献标识码：B 文章编号：1007-9416（2012）10-0089-02

1、PSPICE软件介绍

OrCAD/PSPICE是OrCAD公司与MICROSIM公司将两公司在电子设计领域得到广泛应用的OrCAD软件包和PSPICE软件集成在一起而构成的EDA软件系统，其功能相当完整和强大。前段处理程序为OrCAD CAPTURE，负责电路图的绘制、仿真参数的设置以及产生网表等报告文件。在电路图通过验证后，可以进入后续的LAYOUT PLUS程序进行印刷电路板的设计，或是进入EXPRESS程序进行可编程逻辑元件PLD或FPGA的设计。后段OrCAD PSPICE负责软件的仿真验证。进行电路模拟分析的核心软件是Pspice A/D，为使模拟工作更快更好更具灵活性，OrCAD软件包还提供了5个配套软件与之相配合：有电路图生成软件（Capture）、激励信号编辑软件（StmEd：Stimulus Editor）、模型参数提取软件（ModelEd：Model Editor）、波形显示和分析模块（Probe）、优化程序（Optimizer）。它不仅可以对模拟电路、数字电路、数/模混合电路等进行直流、交流、瞬态等基本电路特性的分析，而且可以进行蒙托卡诺（Monte Carlo）统计分析，最坏情况（Worst Case）分析、优化设计等复杂的电路特性分析。

2、电路性能分析

电路性能分析就是定量分析电路特性随某一元器件参数的变化而变化的关系。它通常要与参数扫描分析相结合，并多次调用特征值函数（goal func-tion）。

电路性能分析的基本过程是：

（1）确定元器件参数的变化范围、变化方式和步长；对每一个变化值，进行一次电路特性模拟分析。因此电路性能分析必然伴随有多次电路模拟分析。

（2）根据电路性能分析的需要，对多次电路模拟分析中得到的每一次模拟结果调用一个或多个特征函数（goal function），从分析结果信号波形中提取出一个或多个特征值。

（3）在probe窗口中将每次分析结果的特征值连在一起，就得到了电路特性随该元器件参数值的变化关系，也就是电路性能分析的结果。

3、电路性能分析的基本方法

电路性能分析中要进行温度分析、参数扫描分析或蒙托卡诺分析，并多次调用特征值函数[5]。通过一个简单的实例， 介绍一下用PSpice 对电路进行性能分析的具体方法和步骤。

例：分析简单RLC的滤波器电路在输入阶跃信号的作用下，输出信号的上升时间以及过冲与电阻R1的关系。

（1）绘制电路图：为了进行瞬态分析，输入信号恒流源Iin采用SOURCE符号库中的分段线性独立电流源符号IPWL，并将其参数设置为AC=1a；T1=0s；I1=0a；T2=10ms；I2=0a；T3=10.1ms；I3=1a。将IPWL作为输入恒流源的阶跃信号Iin，在t=0～10ms范围为0a，然后经过0.1ms，线性增加为1a，并一直保持1a不变。为了进行参数扫描分析，将电阻R1定为全局参数并采用PARAM符号将其VALUE设置为0.5.如图1所示。

（2）设置分析参数：首先进行瞬态分析，参数设置为：Print step：100ms；Final time：20s。

然后设置参数扫描分析，在电路分析类型设置窗口选中“Parametric Sweep”，设置变化参数的类型为Global Parameter（全局参数），在Parameter栏填入全局参数名为R，设置自变量参数扫描变化的方式为Linear（自变量按线性关系变化），还需设置Start（自变量的起始值）为0.5，End（终点值）为1.5，increment（变化的步长）为0.1.

（3）查看参数扫描分析结果。完成分析参数设置后，执行PSpice子命令菜单中的Run子命令，完成参数扫描分析。参数扫描分析共进行了11批模拟计算，如果全部批次均用，单击OK按钮。用户也可以选择显示某一批分析数据，以查看结果。例如，选择执行Trace/Add Trace子命令，并在Trace/Add Trace设置框中指定显示的信号为：I（L1）@9，即可显示第9批分析。

（4）“上升时间”以及“过冲”性能分析。选择执行Plot/X Axis Settings子命令并在屏幕上显示的X轴设置框的Processing Options子框内，选中“Performance Analysis”，然后点击OK按钮启动电路性能分析过程。屏幕上出现电路性能分析分析窗口，X轴（即电阻R）成为参数扫描分析中的变量。这时执行Probe窗口中的Trace/Add Trace子命令，屏幕上即弹出Add Trace对话框，从右半部分的Goal Function选择框中，选用特征值函数genrise（，），在左边部分选中需处理的输出电压信号名I（L1），或者直接在括号中填入genrise （I（L1））。点击“OK”按钮，屏幕上显示出上升时间与R的关系曲线。为了同时显示过冲特性，新增一根Y坐标轴。选择执行Trace/Add Trace子命令，确定显示的特征值函数及自变量为Overshoot（I（L1）），然后单击OK按钮，屏幕上增加显示过冲与R的关系曲线，结果如图3所示。可以看出随着电阻R1的增大上升时间减小过冲特性越来越明显。

4、结语

本文通过OrCAD/PSpice 9电路性能分析，可以看到该软件具有很强的功能，应用的范围很广，它能把电路中的各种参数设置成变量，并在分析结果中将该变量变换成X轴变量加以显示，使其电路特性随元器件参数变化的关系一目了然。在教学方面，使用该软件对电路进行分析、验证，在科研方面进行电路设计与仿真，他都有不可替代的作用，成为电路设计仿真不可缺少的软件工具。

参考文献

[1]贾新章等.OrCAD/PSpoice 9实用教程[M].西安：西安电子科技大学出版社，1999.

[2]史军，刘永科.OrCAD/Pspice 9在电子技术实验中的应用.中国科技信息，2005（23）：21.

[3]范爱平.基于OrCAD/Pspice 9的电路性能分析方法[J].电子技术，2001（10）：26-28.

[4]任青莲，高文华，张平.基于PSpice的电路性能分析与优化设计[J].太原重型机械学院学报，2003，（02）：136-139.