AltiumDesigner混合信号仿真课件.ppt
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1、Copyright 2006 Altium LimitedA L T I U M L I M I T E D混合信号仿真混合信号仿真Mixed-Signal Circuit SimulatorMixed-Signal Circuit SimulatorBy Tonny.Ma Copyright 2006 Altium Limited2一、一、SPICESPICE信号仿真历史信号仿真历史二、二、Altium Designer 6Altium Designer 6的信号仿真工具的信号仿真工具三、混合信号仿真实例三、混合信号仿真实例四、讨论和问答四、讨论和问答主要内容Copyright 2006 A
2、ltium Limited3一、一、SPICESPICE信号仿真历史信号仿真历史 1.SPICE 1.SPICE仿真的历史仿真的历史 2.SPICE2.SPICE仿真在电路分析中的作用仿真在电路分析中的作用 3.SPICE 3.SPICE仿真电路网络表的例子仿真电路网络表的例子二、二、Altium Designer 6Altium Designer 6的信号仿真工具的信号仿真工具三、混合信号仿真实例三、混合信号仿真实例四、讨论和问答四、讨论和问答主要内容Copyright 2006 Altium Limited4SPICESPICE的历史的历史 集成电路重点仿真程序Simulation Pro
3、gram with Integrated Circuit Emphasis,SPICE;第一个版本诞生于 1971,1973正式发表在“the Sixteenth Midwest Symposium on Circuit Theory”;由加州大学伯克利分校开发完成程序代码完全开放;1975年向公众公布了第一个版本SPICE 2;1988年SPICE成为美国国家标准 1993年推出SPICE的最终版本,SPICE 3F5Copyright 2006 Altium Limited5SPICESPICE的历史的历史3个问题:问题:1.谁是SPICE 仿真的倡导者?IC制造商 2.谁是SPICE 仿
4、真的最大受益者?IC制造商 3.是否所有的IC都有SPICE 模型?都有Copyright 2006 Altium Limited6一、一、SPICESPICE信号仿真历史信号仿真历史 1.SPICE 1.SPICE仿真的历史仿真的历史 2.SPICE2.SPICE仿真在电路分析中的作用仿真在电路分析中的作用 3.SPICE 3.SPICE仿真电路网络表的例子仿真电路网络表的例子二、二、Altium Designer 6Altium Designer 6的信号仿真工具的信号仿真工具三、混合信号仿真实例三、混合信号仿真实例四、讨论和问答四、讨论和问答主要内容Copyright 2006 Alti
5、um Limited7SPICESPICE仿真在电路分析中的作用仿真在电路分析中的作用 SPICE仿真可以足够真实地反映电路特性,能极其方便、快捷、经济地实现电路结构的优化设计,这对缩短电子产品的开发周期,降低电子产品的开发费用,提高电子产品的综合性能,参与产品的市场竞争,都有着十分重要的意义。Copyright 2006 Altium Limited8一、一、SPICESPICE信号仿真历史信号仿真历史 1.SPICE 1.SPICE仿真的历史仿真的历史 2.SPICE2.SPICE仿真在电路分析中的作用仿真在电路分析中的作用 3.SPICE 3.SPICE仿真电路网络表的例子仿真电路网络表
6、的例子二、二、Altium Designer 6Altium Designer 6的信号仿真工具的信号仿真工具三、混合信号仿真实例三、混合信号仿真实例四、讨论和问答四、讨论和问答主要内容Copyright 2006 Altium Limited9SPICE SPICE 仿真原理图仿真原理图Copyright 2006 Altium Limited10SPICE SPICE 仿真网络表仿真网络表Copyright 2006 Altium Limited11一、一、SPICESPICE信号仿真历史信号仿真历史二、二、Altium Designer 6Altium Designer 6的信号仿真工具
7、的信号仿真工具三、混合信号仿真实例三、混合信号仿真实例四、讨论和问答四、讨论和问答主要内容Copyright 2006 Altium Limited12一、一、SPICESPICE信号仿真历史信号仿真历史二、二、Altium Designer 6Altium Designer 6的信号仿真工具的信号仿真工具 1.1.混合信号仿真混合信号仿真 2.2.仿真分析资源仿真分析资源 3.3.仿真分析类型仿真分析类型 4.4.数字仿真模型数字仿真模型三、混合信号仿真实例三、混合信号仿真实例四、讨论和问答四、讨论和问答主要内容Copyright 2006 Altium Limited13Altium De
8、signer 6 Altium Designer 6 混合信号仿真混合信号仿真Altium Designer 6中的电路仿真是真正的混合模式仿真器,可以用于对模拟和数字器件的电路分析。仿真器采用由乔治亚技术研究所(GTRI)开发的增强版事件驱动型XSPICE算法,该算法是基于伯克里SPICE3代码,并且于SPICE3f5完全兼容。Altium Designer 6全面兼容PSPICE模型。它支持以下几种仿真模型:SPICE3f5 模拟器件模型包括不同的常用器件,如电阻、电容、电感、电压/电流源、传输线和开关。五类主要的通用半导体器件模型,如diodes、BJTs、JFETs、MESFETs和M
9、OSFETsPspice 模拟器件模型 为了支持这种期间模型,与SPICE3f5相关的通用格式都做了很多修改,而且增加了用于连接模型文件的附加参数。Copyright 2006 Altium Limited14Altium Designer 6 Altium Designer 6 混合信号仿真混合信号仿真XSpice模拟器件模型 这是模拟器件的代码模型。它避免采用开发冗长的而且影响仿真效率的子电路方式,来定义复杂的非理想的器件的模型。支持的模型包括了特殊功能函数,诸如增益、磁滞效应、限电压及限电流、s域传输函数定义等。它的SPICE 前缀是A。子电路模型 用于复杂器件的建模,如运放、时钟、晶体
10、等,用层次电路的子电路语法来描述。子电路都存放在*.ckt文件中,它的SPICE 前缀是X。数字器件模型 采用数字SimCode语言编写的。这是一种专用的描述语言,它允许数字器件在事件驱动的XSpice的扩展板中仿真。它是一个标准的XSpice 模型。SimCode模型源代码被保存在ASCII文件中(*.TXT),编译后生成*.scb模型文件。可以将多个数字器件模型写在同一个文件中。它的SPICE 前缀是A。Copyright 2006 Altium Limited15一、一、SPICESPICE信号仿真历史信号仿真历史二、二、Altium Designer 6Altium Designer
11、6的信号仿真工具的信号仿真工具 1.1.混合信号仿真混合信号仿真 2.2.仿真分析资源仿真分析资源 3.3.仿真分析类型仿真分析类型 4.4.数字仿真模型数字仿真模型三、混合信号仿真实例三、混合信号仿真实例四、讨论和问答四、讨论和问答主要内容Copyright 2006 Altium Limited16Altium Designer 6 Altium Designer 6 仿真分析资源仿真分析资源 Altium Designer 6 提供了丰富的仿真分析资源。这些资源可以在Altium Designer6LibrarySimulation 目录中找到。包括:Simulation Source.
12、IntLibSimulation Transmission Line.IntLibSimulation Math Function.IntLib Simulation Special Function.IntLibSimulation PSpice Function.IntLib 如何使用这些资源,请参考“TR0113 Simulation Model and Analyses Reference.pdf”。Altium Designer 6 还提供了大量的制造厂家独立的集成库,在这些集成库中提供了大量的仿真模型。Copyright 2006 Altium Limited17Simulatio
13、n SourceSimulation SourceCopyright 2006 Altium Limited18Simulation SourceSimulation SourceCopyright 2006 Altium Limited19Simulation SourceSimulation SourceCopyright 2006 Altium Limited20Simulation Transmission LineSimulation Transmission LineCopyright 2006 Altium Limited21Simulation Math FunctionsSi
14、mulation Math FunctionsCopyright 2006 Altium Limited22Simulation Math FunctionsSimulation Math FunctionsCopyright 2006 Altium Limited23Simulation Math FunctionsSimulation Math FunctionsCopyright 2006 Altium Limited24Simulation Math FunctionsSimulation Math FunctionsCopyright 2006 Altium Limited25Sim
15、ulation Special FunctionsSimulation Special FunctionsCopyright 2006 Altium Limited26Simulation Special FunctionsSimulation Special FunctionsCopyright 2006 Altium Limited27Simulation Special FunctionsSimulation Special FunctionsCopyright 2006 Altium Limited28Simulation Special FunctionsSimulation Spe
16、cial FunctionsCopyright 2006 Altium Limited29一、一、SPICESPICE信号仿真历史信号仿真历史二、二、Altium Designer 6Altium Designer 6的信号仿真工具的信号仿真工具 1.1.混合信号仿真混合信号仿真 2.2.仿真分析资源仿真分析资源 3.3.仿真分析类型仿真分析类型 4.4.数字仿真模型数字仿真模型三、混合信号仿真实例三、混合信号仿真实例四、讨论和问答四、讨论和问答主要内容Copyright 2006 Altium Limited30Altium Designer 6 Altium Designer 6 仿真分析
17、类型仿真分析类型 1、直流工作点分析 2、瞬态分析 3、傅立叶分析 4、直流扫描分析 5、交流小信号分析 6、阻抗特性分析 7、噪声分析 8、Pole-Zero(临界点)分析 9、传递函数分析 10、蒙特卡罗分析 11、温度扫描 Copyright 2006 Altium Limited31直流工作点分析直流工作点分析直流工作点分析: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
18、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。Copyright 2006 Altium Limited32瞬态分析瞬态分析 瞬态分析: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:Transient Start
19、 Time:分析时设定的时间的起始值(单位:秒)Transient Stop Time:Transient Stop Time:分析时设定的时间的结束值(单位:秒)Transient Step Time:Transient Step Time:分析时时间增量(步长)值Transient Max Step Time: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
20、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。Copyright 2006 Altium Limited33瞬态分析瞬态分析Use Transient Default:Use Transient Default:调用缺省设定Default Cycles Displayed: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:Default Points Per Cycle:每个正玄波周期内显示数据点的数量。如果用
21、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。Copyright 2006 Altium Limited34傅立叶分析傅立叶分析 傅立叶分析: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
22、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。Copyright 2006 Altium Limited35直流扫描分析直流扫描分析 直流扫描分析: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
23、指定的增量值Copyright 2006 Altium Limited36直流扫描分析直流扫描分析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。Copyright 2006 Altium Limited37交流小信号
24、分析交流小信号分析 交流小信号分析: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
25、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;Copyright 2006 Altium Limited38交流小信号分析交流小信号分析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
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