淺談幾款電子電路仿真軟件優缺點比較及應用

廖先元

(重慶鐵路運輸高級技工學校 重慶 400037)

電子信息類專業及電氣控制類專業教師掌握一種電路仿真軟件的熟練使用，對教學、電路設計起到十分重要的作用，職業教育中，教師掌握一種仿真軟件的操作，便能如同帶學生到實驗室參加實驗一樣，同時有些仿真軟件提供了真實的儀器、儀表，能夠促進學生掌握電路分析、電子線路相關波形分析、數字電路輸入、輸出邏輯關系，對教學可起到事半功倍的效果[1]。

目前，市場上出現的電路仿真軟件較多，各自具有許多優點，它們的諸多優點可總結如下：

1.電子電路仿真軟件一般都有海量而齊全的電子元器件庫和先進的虛擬儀器、儀表，方便使用者隨時調用，十分方便仿真電路和測試電路工作狀態。

2.仿真電路的連接簡單快捷智能化，不需焊接，使用儀器調試不用擔心損壞及接線錯誤，參數設置錯了，可重新再來，能夠大大減少設計時間及節約成本，縮短電路開發周期。

3.電子電路仿真軟件可進行多種準確而復雜的電路分析，節省時間，減少運算量。

隨著電子電路仿真技術的不斷發展，許多公司推出了各種功能先進、性能強勁的仿真軟件。既然它們能百家爭鳴，那么肯定是在某些方面各有優劣的。

下面就針對幾款主流電子電路仿真軟件的優缺點進行比較。

一、Multisim

圖1 電流串聯負反饋電路分析

在模電、數電的復雜電路虛擬仿真方面，Multisim是當之無愧首選仿真軟件之一。它提供了形象極其真實的虛擬儀器，操作界面直觀，與Windwos或Office操作界面十分相似，便于使用者操作，調用相關元器件及儀器儀表，同時它有專業的界面和分類，強大而復雜的功能，對數據的計算方面極其準確。我指導學生參加電子競賽的時候，直接引導學生使作此款軟件，尤其是做模擬電子方向的題目。Multisim不僅支持MCU，還支持匯編語言和C語言為單片機注入程序，并有與之配套的制版軟件NI Ultiboard10，可以從電路設計到制板layout一條龍服務。

Multisim的缺點是，軟件過于龐大，對MCU的支持不足，制板等附加功能比不上其他的專門的軟件，后升級的Multisim增了許多功能，如新型的基于原理圖的可編程設計、更加豐富的元器件庫，元器件庫包含了世界主流制造商提供的超過16000種元器件、提供更加豐富實用的電路分析方法、更強的模擬仿真功能，新增了AC單頻分析（Single Frequency AC Analysis）功能、強大的LabView自定義儀器等，讓此款軟件功能更加強大，使用起來更得心應手[2]。

上圖中就是用Multisim7.0實現對串聯負反饋電路進行分析，觀察引入負饋和不引入負饋對電路放大倍數Au幅度大小的影響。

圖2 Multisim提供的儀表工具欄

為便于分析電路，Multisim提供了數字萬用表、函數信號發生器、示波器、波特圖儀、字信號發生器、邏輯分析儀、瓦特表、邏輯轉換儀、失真分析儀、網絡分析儀和頻譜分析儀，方便使用者根據電路要求進行調用。

二、Tina

圖3 十進制計數器電路仿真

Tina的界面簡單直觀，元器件不算多，但是分類很好，而且TI公司的元器件最齊全。在比賽時經常用到TI公司的元器件，當在Multisim找不到對應的器件時，我們就會用到Tina來仿真。

Tina的缺點是，功能相對較少，對TI公司之外的元器件支持較少。

三、Proteus

圖4 示計數器仿真實例分析

Proteus是一款集電路仿真、PCB設計、單片機仿真于一體的軟件，它不僅含有大量的基于真實環境的元器件，支持眾多主流的單片機型號及通用外設模型，還能提供最優秀的實時顯示效果，它的動態仿真是基于幀和動畫的，因此，提供更好的視覺效果。Proteus支持單片機匯編語言的編輯/編譯/源碼級仿真，內帶8051、AVR、PIC的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環境（如IAR、Keil和Hitech）結合，進行高級語言的源碼級仿真和調試。

Proteus的缺點是，對電路的數據計算方面不足。

四、Cadence

圖5 PCB板仿真

Cadence收購并整合了Pspice的功能，涵蓋了電子設計的整個流程，包括系統級設計，功能驗證，IC綜合及布局布線，模擬、混合信號及射頻IC設計，全定制集成電路設計，IC物理驗證，PCB設計和硬件仿真建模等。Cadence是對復雜EDA設計的首選。

Cadence的缺點是，操作較為復雜，比較適合復雜板的開發。

五、Matlab仿真工具包Simulink

圖6 通信系統仿真框圖

目前，大型科學計算與仿真軟件Matlab已經配備了電力系統工具包，這使得Matlab可以用于電力電子仿真，同時配備有數字信號處理（DSP Blocks）工具包、定點處理（Fix Point Blocks）工具包、通信系統（Comm）工具包。PowerSystem的仿真是基于Matlab的Simuilnk圖形環境，因而使用起來與PSpiee一樣方便。Simulink是Matlab軟件包中最重要的功能模塊之一，是交互式、模塊化的建模和仿真的動態分析系統。在電力電子領域，通常利用Simulink建立電力電子裝置的簡化模型（如基頻模型）并連接成系統，即可直接進行控制器的設計和仿真。Simulink對C語言代碼提供了很好的支持，而且既可以工作在交互式圖形環境下，也可以工作在Matlab指令語言模式的批處理模式下。

Matlab是基于理想化功率元器件和功能模塊的仿真工具。Matlab的強大數學運算功能，使得PowerSystem的控制功能非常卓越，尤其是利用其他相關的工具包，電路可以實現極為細致控制而不需花費很大的精力。使用Matlab的另外好處是：其數據處理十分有效、精細，運行速度較快；其數據的格式兼容性十分好，便于數據的后處理與分析，尤其是控制特性的研究分析。

Matlab的Simulink缺點：目前的PowerSystem是基于一般電路元件的模型以及數學模塊（例如傳遞函數）來進行仿真的，與實際元件的參數有差別，仿真的結果與實際電路有一定距離，其結果的參考意義主要體現在電路的總體與系統上。其中的開關和控制單元大量使用了理想元件，其中的開關控制器只要直接與開關相連即可，不用考慮電平移動。基本忽略了對實際開關的暫態過程描述。總而言之，Matlab是對理想模型的仿真，不能考慮非理性狀態下的情況[4]。

六、Altium Designer

圖7 PCB板電路實例仿真分析

Altium Designer除了全面繼承包括Protel 99SE、Protel DXP在內的先前一系列版本的功能和優點外，還增加了許多改進和很多高端功能。該平臺拓寬了板級設計的傳統界面，全面集成了FPGA設計功能和SOPC設計實現功能，從而允許工程設計人員能將系統設計中的FPGA與PCB設計及嵌入式設計集成在一起[3]。

Altium Designer主要用于原理圖設計、電路仿真、PCB繪制編輯，也是電賽必備軟件。

Altium Designer 的缺點是對復雜板的設計不及Cadence。

以上就是針對Multisim、Tina、Proteus、Matlab、Altium Designer四種電路設計仿真軟件的分析比較，根據不同用途及開發電路的復雜程度，針對具體情況不一樣，結合自己的專業領域選取不同的仿真軟件，節省電路開發時間，提高工作效率。