电子电路设计与仿真工具.docx

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1、理论教学一一计算机仿真一一实验环节美国Nl公司提出的理念把实验室装进PC机中”“软件就是仪器”电子电路设计与仿真工具电子电路设计与仿真工具包括spice/pspice.mutism.MatiabSystemVueMMICADLiveWireEdison、TinaProBrightSpark0下面简单介绍前三个软件。SPICE(SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis)：集成电路分析的仿真程序，是由美国加州大学推出的电路分析仿真软件，是20世纪80年代世界上应用最广的电路设计软件，1998年被定为美国国家标准。1984年，美国MicroSim公

2、司推出了基于SPICE的微机版PSPICE(PersonaI-SPICE)0可以说在同类产品中，它是功能最为强大的模拟和数字电路混合仿真EDA软件，它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。无论对哪种器件哪些电路进行仿真，都可以得到精确的仿真结果，并可以自行建立元器件及元器件库。(2)multisim(EWB的最新版本)软件：InteractiveImageTechnologiesLtd在20世纪末推出的电路仿真软件。相对于其它EDA软件，它具有更加形象直观的人机交互界面,特别是其仪器仪表库中的各仪器仪表与

3、操作真实实验中的实际仪器仪表完全没有两样，但它对模数电路的混合仿真功能却毫不逊色，几乎能够100%地仿真出真实电路的结果，并且它在仪器仪表库中还提供了万用表、信号发生器、瓦特表、双踪示波器、四踪示波器、波特仪(相当实际中的扫频仪)、数字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪、失真度分析仪、频谱分析仪、网络分析仪和电压表及电流表等仪器仪表。还提供了我们日常常见的各种建模精确的元器件，比如电阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、可控硅、数码管等等。模拟集成电路方面有各种运算放大器、其他常用集成电路。数字电路方面有74系列集成电路、4000系列集成电路、等等还支持自制元器件。同时它还能进行VHDL仿真

4、和VerilogHDL仿真。MATLAB产品族：它们的一大特性是有众多的面向具体应用的工具箱和仿真块，包含了完整的函数集用来对图像信号处理、控制系统设计、神经网络等特殊应用进行分析和设计。它具有数据采集、报告生成和MATLAB语言编程产生独立C/C+代码等功能。MATLAB产品族具有下列功能：数据分析；数值和符号计算、工程与科学绘图；控制系统设计；数字图像信号处理；财务工程；建模、仿真、原型开发；应用开发；图形用户界面设计等。MATLAB产品族被广泛应用于信号与图像处理、控制系统设计、通讯系统仿真等诸多领域。开放式的结构使MATLAB产品族很容易针对特定的需求进行扩充，从而在不断深化对问题的认

5、识同时，提高自身的竞争力。仿真最好的还是MULTISIM,做PCB板就用PRoTEL高频通信仿真还是MATLAB。仿真软件Multisim与PSpice在电路设计中的功能比较随着计算机技术的迅速发展，计算机辅助设计技术(CAfi)已渗透到电子线路设计的各个领域，包括电路图生成、逻辑模拟、电路分析、优化设计、最坏情况分析、印刷板设计等。目前国际上比较流行两个仿真软件：Multisim(EWB的版本)和PSpiceo通过对两个软件的认真学习和反复比较，发现二者存在很多差异，下面进行一一说明。1 Muitisim与PSPiCe元器件的异同Muhisim的元器件分为电源/信号源元器件、虚拟元器件和真实

6、元器件3种，电源/信号源器件大多放在电源分类库中;虚拟元器件，其模型参数可以根据用户的需要进行设置，没有具体的封装，El刷电路板软件也没有相应的元器件库,在市场上没有相应的元器件出售;真实元器件具有精确的仿真模型和相应的封装，在印刷板电路设计软件中有相应的元器件库，且在市场上有相应的元器件出售，MUItiSim提供的元器件都能用于电路的仿真，并且有用于RF仿真的微波器件。PSPiCe有4个虚拟元件IPRINT,!PLOT,VPRINT1,VPLOTl,其功能和MUltiSim中的虚拟仪表有点相似，但只是记录电路中某一点的电流或电压值。PSPiCe的基本元器件的属性都可以修改。他把元器件分为有仿

7、真模型的和无仿真模型的，只有那些具有仿真模型的才能用于原理图的仿真，其他的就只能用于原理图的绘制。PSPiCe有一类特殊的元器件：模拟行为模型元器件，用此类元件可以去仿真一块尚未完成或是极复杂的子电路，用户可以自行定义或使用PSPiCe内已经建好的模拟行为模型元件，他运用描述电路特性的方式而不需要以真实电路来输入与仿真，可大幅精简仿真的时间及复杂度。图1是一个频域模拟行为的电路。对其中的各个模块进行设置后，就可以进行各种仿真。2 Multisim与PSPiCe绘制原理图的异同MUItiSim与PSPiCe绘制原理图时，在很多功能上是相同的，比如：复制、粘贴、旋转、放置文字、建立新元件、绘制层次

8、图等，但PSPiCe可以绘制非电气性质的图元，可以通过输人VHDL程序来代替绘制原理图（MUItiSim只是可以在原理图中用VHDL器件），在原理图中可以添加网络标识，且网络标识可以直接代替节点编号用于仿真,原理图绘制完成后可以进行DRC（设计规则检查），可以产生元器件之间互连关系的报表，可以对设计的电路进行优化程序设计。在Multisim中绘制导线如果弯折仍是一条导线，删除时弯折的两部分都将删除，而在PSpice中将作为两条导线分别删除。3 Multisim与PSPiCe仿真功能的异同MUltiSim与PSPiCe都可以对电路进行功能仿真，比如：直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析

9、、噪声分析、直流扫描分析、温度分析、参数分析、最坏情况分析、蒙特卡罗分析，但MultiSim还可以对电路进行失真分析、直流/交流灵敏度分析、零点/极点分析、交流传递函数分析、RF（射频）电路仿真、自定义类型仿真，虽然PSPiCe也有灵敏度、传递函数分析功能，但都只适用于直流情况。Multisim比PSPiCe出色的地方是提供了多种常用的虚拟仪表，包括数字万用表、函数信号发生器、功率计、双踪示波器、波特图示仪、字符发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪、失真度分析仪、频谱分析仪和网络分析仪等，其中，逻辑转换仪是Multisim所特有的虚拟仪器,实际工作中不存在与之相对应的设备。Multisim的虚拟仪表

10、与现实中所使用的仪表一样，可以直接通过这些仪表观察电路的运行状态，同时，虚拟仪表还充分利用了计算机处理数据速度快的优点，对测量的数据进行加工处理，并产生相应的结果。在仿真时，如果电路有问题，MUItiSim没有出错提示，仍然继续进行仿真,不过是按错误的电路进行的，仿真结果也是错误的，而PSPiCe会给以文本提示错误，并在原理图上进行标注，还可以点击帮助查看出错的详细信息，并不显示电路的仿真结果。PSPiCe会在输出文件中列出所有节点的电压值、电流值、功率值，并可以在电路中显示。4 Multisim与PSPiCe对仿真分析结果处理的异同Muhisim能将仿真分析结果传输给多种软件：(1)把仿真电

11、路的原理图资料传输给ElectronicsWorkBench的UhiBoard模块,也可以将原理图转换成其他PCB电路板格式的软件OrCAD,PADS和Protel等所能接受的网络表文件。需要注意的是，如果电路中使用了虚拟仪器，这些虚拟仪器将不会传输到网表中。(2)把仿真分析的结果输出到MathCAD做各种数学处理。(3)把仿真分析的结果输出到Excel电子表格做各种处理。与MUltiSim相比，PSPiCe在这方面的功能显得更强大一点，他能把仿真电路的原理图资料转换成EDIF200,PSpice,Spice,VHDL,Verilog,Layout,INF等7种格式电连接网表，并且把仿真电路的

12、原理图能转换成40种CAD软件所要求的网表类型，不过不包括MathCAD网表格式，也不能转换成Excel电子表格形式。5结论从以上Muhisim和PSpice软件的比较可知，二者在进行电路仿真时各有优缺点。因此从事电子线路设计的人员要熟悉这两个软件的用法，才能在实际仿真工作中做到事半功倍。Multisim电子电路仿真软件MUItiSim软件是一个专门用于电子线路仿真与设计的EDA工具软件。作为Windows下运行的个人桌面电子设计工具，Multisim是一个完整的集成化设计环境。MUItiSim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。学生可以很方便地把刚刚

13、学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。Multisim的特点:直观的图形界面：整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的一样。(2)丰富的元器件库：MUItiSim大大扩充了EWB的元器件库，包括基本元件、半导体器件、运算放大器、TTL和CMOS数字ICDAC、ADC及其他各种部件,且用户可通过元件编辑器自行创建或修改所需元件模型，还可通过IiT公司网站或其代理商获得元

14、件模型的扩充和更新服务。与(3)丰富的测试仪器：除EWB具备的数字万用表、函数信号发生器、双通道示波器、扫频仪、字信号发生器、逻辑分析仪和逻辑转换仪外，Multisim新增了瓦特表、失真分析仪、频谱分析仪和网络分析仪。尤其与EWB不同的是：所有仪器均可多台同时调用。(4)完备的分析手段：除了EWB提供的直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、失真分析、参数扫描分析、温度扫描分析、极点一零点分析、传输函数分析、灵敏度分析、最坏情况分析和蒙特卡罗分析外，Multisim新增了直流扫描分析、批处理分析、用户定义分析、噪声图形分析和射频分析等，基本上能满足一般电子电路的分析设计要求。

15、网络分析仪和频谱分析仪(5)强大的仿真能力：Multisim既可对模拟电路或数字电路分别进行仿真,也可进行数模混合仿真，尤其是新增了射频(RF)电路的仿真功能。仿真失败时会显示出错信息、提示可能出错的原因，仿真结果可随时储存和打印。示波器和万用表MUltiSiIn仿真实验在实验教学中的优势：1高指标的虚拟仪器和充足的元器件资源电子仿真实验软件内的虚拟仪器不仅品种齐全，而且技术指标高，随时可以拖放到工作区使用，并能实时显示有关数据和波形。2弥补了实验经费不足的缺憾传统的电子技术实验需要有仪器设备和元器件的支持，有些实验仪器耗资大，仪器操作技术要求较高，在教育经费不足的情况下，有些学校所能开出的实

16、验项目和数量受到限制。特别是近年来一些学校扩大招生规模，而实验基础设施跟不上，仿真电子实验弥补了因实验仪器及经费不足造成的缺憾。另外，仿真实验不涉及仪器折旧和更新换代，通过软件升级就能保持实验的先进性。一些需要价格昂贵的仪器而无法开展的实验，通过仿真就能够容易实现。3扩展了学生的实践空间和实验内容仿真实验可作为学生实验前的预习和课后分析总结，也可作为学生创造性思维的检验平台。只要有Multisim软件和一台计算机就能进行电子技术仿真实验，打破了时间和空间的限制，学生可以在不同的时间、地点和领域自主进行实验，增强他们提出问题、分析问题和解决问题的能力，并根据自己的兴趣爱好，选择一些传统实验较少涉

17、及的实验内容，如用运算放大器实现回转器、负阻抗变换器等，这部分内容的实现原理在近代教科书中早有论述，用传统方法进行实验比较繁琐，采用MUItiSim电子工作平台则容易分析它们的性能。因此，电子仿真实验满足了不同层次学生的需要，从而大大扩展了实践空间和实验范围。4有利于学生开展探索性研究性实验传统的电子技术实验教学，任课老师在课前把仪器设备及元器件准备好，学生照讲义的实验步骤按部就班的进行，这就不可避免地把学生置于被动地位，他们很少有机会按自己的思维开展设计性实验。近年来，新的教育理念强调教学要以学生为主体，要注重培养学生的创新思维。许多院校大幅度压缩验证性实验的比例，增加设计性实验的内容，但在

18、实际运作过程中，往往因仪器和元器件不足而存在着很大的局限性。仿真电子实验使学生进行研究性和探索性实验成为可能。关于Multisim10.0一、仪器仪表MUItiSimIO仪器库中的虚拟仪器如图1所示，提供了21种仪表从左至右分别是：数字万用表(Multimeter)失真分析仪(DiStOrtionAnalyzer)、函数信号发生器(FunctionGenerator)功率表(Wattmeter)、双踪道示波器(Oscilloscope)s频率计(FrequencyCounter)、安捷伦函数发生器(AgilentFuncitionGenerator)、四踪示波器(FOULChannelOSCi

19、IlOSCope)、波特图示仪(BoCIePlotter)、IV分析仪(IVAnalyzer)s字信号发生器(WorClGenerator)逻辑转换仪(LogicConverter)逻辑分析仪(LogicAnlyzer)安捷伦示波器(AgilentOSCillOSCoPe)、安捷伦万用表(AgiIentMUIt万eter)、频谱分析仪(SPeCtrUlnAnaIyZer)、网络分析仪(NetworkAnalyzer)泰克示波器(TektronixOscilloscope)s电流探针(Currentprobe)LabVIEW仪器(LabVIEWInsturment)测量探针(measurementprobe)0二、分析功能MUltiSiml0.0提供了19中分析功能，分别是直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、失真度分析、直流扫描分析、直流/交流灵敏度分析、参数扫描分析、温度扫描分析、交流传递函数分析、最差情况分析、零点/极点分析、蒙特卡罗分析、线宽分析、嵌套扫描分析、批处理分析、RF(射频)电路分析、用户自定义类型分析。