PSPICE仿真軟件在電子電路設計中的應用探析

竇曉明

（鄭州辰維科技股份有限公司，河南 鄭州 450001）

0 引 言

PSPICE仿真軟件是由美國加州大學伯克利分校的計算機輔助設計小組在1972年利用FORTRAN語言開發而成，不僅可以實現電子電路仿真，而且還可以實現波形與數據輸出、溫度與噪聲分析、自主建立元器件/庫等。除此之外，其具有簡單易學、操作簡便、實用性強、仿真效果好以及集成度高等特點[1]。

1 PSPICE仿真軟件簡介

PSPICE仿真軟件是一款通用電路模擬分析軟件，能夠模擬和分析各類條件下的電路特性，其中包含Schematics、PSpice、Probe、Stmed（Simulus Editor）、Parts以及PSpice Optimizer模塊，具有電路圖繪制、模擬仿真以及圖形后期處理等功能，可以高效準確地分析直流靈敏度、交流靈敏度、零極點以及交流小信號等。隨著科學技術的不斷進步，PSPICE仿真軟件也在不斷更新升級，目前市面上最新版本的PSPICE仿真軟件就是Cadence公司的OrCAD/Pspice。應用PSPICE仿真軟件進行電路設計的工作流程為：建立電路設計項目→生成電路圖→電路特性分析→設置分析參數→PSPICE A/D程序→分析并顯示模擬結果→調整及優化電路設計→輸出電路設計最終結果[2,3]。應用PSPICE仿真軟件可以分析的電路特性種類如表1所示。

表1 PSPICE電路特性分析種類

2 PSPICE仿真軟件的特點分析

2.1 簡單方便

應用PSPICE對電路進行模擬仿真時，均通過圖形界面進行操作與展示，既簡單又直觀。PSPICE軟件可以對電路進行自動檢查，也能夠對輸入的相關數據進行自動化分析與計算，并快速制圖、出圖。此外，最新版的PSPICE軟件采用了更加高效的菜單式結構，便于人們學習和操作，操作人員通過鼠標和鍵盤即可完成復雜的電路設計工作，大大節省了設計時間[4]。

2.2 實用性強

相對Quartus Ⅱ、Cadence等仿真軟件來說，PSPICE軟件中擁有大量國際著名電子開發公司提供的元件模型，為電路模擬仿真奠定堅實的技術基礎。同時，PSPICE軟件中豐富的模型也使得電路設計工作更加簡單。通過修改某些數據，PSPICE軟件便能快速響應并生成相應的仿真模型，具有良好的實用性[5]。

2.3 集成度高

PSPICE軟件中集成了很多的計算工具，不僅能夠進行加、減、乘、除等基礎的數據計算，而且還能進行正弦、余弦等復雜的函數計算。除此之外，PSPICE軟件中的各項功能也是高度集成化，設計人員在對話框中可以根據需要完成坐標修改、窗口添加、保存以及打印等一系列操作，非常方便、快捷[6]。

3 PSPICE仿真軟件在電路設計中的實際應用

某電路設計過程中，為了提高設計效率和質量，使用PSPICE仿真軟件對電路設計過程進行了模擬仿真分析，基本設計流程如圖1所示。

圖1 電路設計仿真的基本流程

3.1 電路圖模擬仿真

在PSPICE軟件的電路輸入模塊（Schematics）中輸入相關數據后，系統便會自動生成該多諧波振蕩器的電路仿真圖，具體電路拓撲連接關系及元件參數如圖2所示。其中，多諧振蕩器由555定時器構成，3腳為555定時器的輸出端（OUT）。

圖2 電路仿真示例

3.2 直流工作點分析

使用PSPICE軟件對電路直流工作點進行分析，在菜單欄內點擊打開“Analusis—Setup—Bias Point Detail”對話框，然后再點擊打開“Analusis—Run Probe”或“Analusis—Simulation”便能對直流工作點的電壓、總功耗及半導體元件的小信號參數等進行分析，并將分析結果自動保存到輸出文件中，以便查看和使用[7,8]。

3.3 瞬態特性分析及傅里葉分析

根據實際需要在PSPICE軟件設置瞬態特性分析和傅里葉分析的參數，如圖3所示。

圖3 參數設置示例

3.3.1 瞬態特性分析

瞬態特性分析（Transient Analysis，TRAN）的結果會自動保存成擴展名為DAT的數據文件，并且可以通過Probe模塊直觀地顯示出分析結果的信號波形[9]。以OUT端為例，使用Probe模塊對其信號波形進行分析并自動生成信號波形圖，如圖4所示。起始輸出時間默認為0、終止時間默認為5 ms，分析時間步長為50 μs。

圖4 OUT端的信號波形

3.3.2 傅里葉分析

在完成瞬態分析后，利用傅里葉分析模塊計算和分析瞬態分析結果波形的直流、諧波分量等參數[10]。基于上述OUT端瞬態分析結果進行傅里葉分析，即在傅里葉分析模塊中利用“Center”設置并確定基波頻率、利用“Number of harmonics”計算諧波次數、利用“Output”輸出變量。第1個尖峰為輸出信號頻率，數值為4 kHz；第2個尖峰為二次諧波分量，數值為8 kHz；第3個尖峰為三次諧波分量，數值為12 kHz。

經過對比，所有頻率顯示數值與實際相符。

4 結 論

PSPICE仿真軟件在電子電路設計中有著很大的應用價值，相關單位及設計人員需深化對PSPICE仿真軟件的研究，進一步挖掘仿真技術的價值，提高電子電路設計的技術水平。通過優化電路設計過程，保障電子電路設計的準確性、功能性以及適用性，進而推出更多優質的電子產品，為經濟發展提供強大推力。