PSPICE電子線路輔助設計

1、pspicepspice電子線路輔助設計電子線路輔助設計第一部分第一部分計算機輔助電路設計的特點計算機輔助電路設計的特點電電路路設設計計流流程程設設 計計 指指 標標 要要 求求確確 定定 電電 路路 方方 案案確確 定定 電電 路路 參參 數(shù)數(shù)選選 定定 分分 析析 方方 法法修修 改改 電電 路路 參參 數(shù)數(shù)修修 改改 電電 路路 方方 案案數(shù)數(shù) 學學 方方 法法c ca ac ca a實實 驗驗 方方 法法結結 果果性性 能能 滿滿 足足 要要 求求確確 定定 電電 路路常見電路網(wǎng)絡常見電路網(wǎng)絡常見電路分析內(nèi)容常見電路分析內(nèi)容常見電路分析內(nèi)容常見電路分析內(nèi)容常見電路分析內(nèi)容常見電路分析內(nèi)

2、容常見電路分析內(nèi)容常見電路分析內(nèi)容常見電路分析內(nèi)容常見電路分析內(nèi)容電電路路模模擬擬程程序序構構成成輸出結果輸出結果輸入電路的拓撲信輸入電路的拓撲信息和元件特性息和元件特性解方程求數(shù)值解解方程求數(shù)值解確定器件模型確定器件模型并處理并處理建立電路方程建立電路方程第二部分第二部分spciespcie和和pspicepspice小信號單級放大器程序清單輸入描述語句輸入描述語句輸入描述語句輸入描述語句第三部分第三部分元件描述（電阻）元件描述（電阻）元件模型和描述（電容元件模型和描述（電容）元件模型和描述（電感元件模型和描述（電感）元件模型和描述（互感元件模型和描述（互感）元件模型和描述（無損傳輸線元件模

3、型和描述（無損傳輸線）元件模型和描述（壓控開關元件模型和描述（壓控開關）元件模型和描述（流控開關元件模型和描述（流控開關）元件描述（二極管）元件描述（二極管）元件描述（三極管）元件描述（三極管）元件描述（元件描述（jfetjfet）元件描述（元件描述（mosfetmosfet）元件描述（元件描述（gaas fetgaas fet）元件描述（數(shù)字器件元件描述（數(shù)字器件）元件描述（數(shù)字激勵源元件描述（數(shù)字激勵源）元件描述（獨立電壓源元件描述（獨立電壓源）元件描述（獨立電流源元件描述（獨立電流源）元件描述（指數(shù)源元件描述（指數(shù)源）v1v1v2v2trctrctrdtrdtfdtfdtfctfct t

4、v(v)v(v)元件描述（脈沖源元件描述（脈沖源）v1v1v2v2trtrtdtdtftft tv(v)v(v)perperpwpw元件描述（分段線性源元件描述（分段線性源）v(v)v(v)t1t1t2t2t3t3t4t4t5t5t6t6v1v1v2v2v3v3v4v4v5v5v6v6t t元件描述（單頻調(diào)頻源元件描述（單頻調(diào)頻源）元件描述（正弦源元件描述（正弦源）元件描述（多項式源元件描述（多項式源）元件描述（線性受控電壓源元件描述（線性受控電壓源）元件描述（線性受控電流源元件描述（線性受控電流源）元件描述（非線性受控電壓源元件描述（非線性受控電壓源）元件描述（非線性受控電流源元件描述（非線

5、性受控電流源）模型描述語句模型描述語句模模型型類類別別總總結結模模型型類類別別總總結結子電路描述語句子電路描述語句子電路調(diào)用子電路調(diào)用庫文件調(diào)用語句庫文件調(diào)用語句第四部分第四部分直流工作點分析直流工作點分析直流掃描分析直流小信號靈敏度分析直流小信號靈敏度分析小信號傳輸函數(shù)小信號傳輸函數(shù)交流特性分析噪聲分析瞬態(tài)分析付里葉分析付里葉分析溫度特性分析溫度特性分析節(jié)點設置語句節(jié)點設置語句初始條件設定語句初始條件設定語句蒙特卡羅分析靈敏度/最壞情況分析 語句格式：.wcase (analysis) (output variable) 例：.wcase tran v(10) ymx.wcase dc ic

6、(q6) ymax vary dev.wase ac vp(5，0) ymax device rq output all .wcase 語句中的前三項(analysis) (output variable) 均與.mc語甸中的含意一樣,是任選項， 可沒有，也可選下列幾種：?.wase 語句是對電路進行靈敏度和最壞情況分析。該語句是在參數(shù)變化時，對所選的分析多次運行,與.mc不同的是.wcase每次運行只改變一個器件參數(shù)，而monte carlo統(tǒng)計分析是參數(shù)按指定的統(tǒng)計規(guī)律同時隨機的變化。由于.wcase每次運行時可求出每個參數(shù)對輸出變量(波形)的靈敏度，在所有的靈敏度都得到后，在最后一次運行

7、中使各個參數(shù)同時按容差范圍內(nèi)各自的最大變化量改變，這樣就進行了最壞情況分析了。如果器件參數(shù)有5個， .wcase 開始按參數(shù)的標稱值進行第一次分析，然后由各自容差分別改變一個參數(shù)共運行5次，最后進行最壞情況分析，所以.wcase 共進行參數(shù)變量加二次等于7次分析。分布參數(shù)定義語句分布參數(shù)定義語句函數(shù)定義語句函數(shù)定義語句包括文件語句包括文件語句參數(shù)及表達式定義語句參數(shù)及表達式定義語句參數(shù)分析語句參數(shù)分析語句結果輸出語句結果輸出語句輸出變量交流分析中的輸出變量交流分析中的輸出變量噪聲分析中的輸出變量噪聲分析中的輸出變量第五部分第五部分浮動節(jié)點浮動節(jié)點0r21kv11vac0vdcr11kl110u

8、h12l210uh12r51kv31vac0vdc-+-e1e0r41kr31kc11n0c21nl610uh12r61kl510uh12l410uh12l310uh12v41vac0vdcr7500megc11n0c21nl610uh12r61kl510uh12l410uh12l310uh12v41vac0vdcr8500meg少于兩個連接的節(jié)點r91k1vac0vdcc31n0r101kr111g電壓源和有感回路v71vac0vdc0v61vac0vdc0v81vac0vdcl710uh12直流分析不收斂使用off項在直流計算時，可關斷所有對直流計算是截止的半導體器件。偏置點首先是假定被設

9、定的器件都是在截止時得到的，收斂后再允許這些器件中有電流通過，以使它們的端電壓與實際相符，處于正常工作，然后繼續(xù)迭代至收斂。因此onoff項不影響偏置點的最終解，只影響對初始迭代的估計。所以，這種方法對非線性工作區(qū)是最有效。使用.nodeset語句 .nodeset 語句是節(jié)點電壓設置語句，用它可以對電路中某些節(jié)點設置初始電壓。在直流分析時將對予置節(jié)點接上設定的電壓源，進行迭代直至收斂，再將這些電壓源去掉繼續(xù)迭代直至收斂到最終解。因此該語句僅起幫助收斂的作用并不影響直流偏置點的最終解。 放寬分析精確度收斂的最終判據(jù)是用相對誤差和絕對誤差來表示的，這些誤差直接反映了分析的精度。如果放寬了分析的精

10、度也就放寬了收斂的條件。如果設置reltol0.02，abstol10-10，vntol=10-4,且把itl1設為300，這就比用它們的缺省值都大，即放寬了收斂條件，如果這時收斂了，就記下非線性元件控制節(jié)點的直流電壓值，并把這些節(jié)點的電壓用.nodeset語句設定記下的節(jié)點直流電壓值，然后恢復上述任選項的值，即提高分析精度，再運行一次，看是否收斂。使用uic開關 在以上方法都不能使直流偏置點收斂時，使用開關uic可作為最后的償試。該法獲得正確結果的可能性約98。這種方法是在不用直流(dc)和交流(ac)分析時只進行瞬態(tài)分析，并用獲得的穩(wěn)態(tài)輸出值作為給節(jié)點進行電壓值設定，再按要求，重新進行所需

11、的分析。 具體步驟如下：1、如果在輸入文件中有.op和.ac語句，則去掉這些語句，只進行瞬態(tài)分析。去掉所有脈沖，指數(shù)或正弦輸入源。 2、設置合理的模擬時間。 3、使用.tran語句中的uic開關，這將允許在沒有求解靜態(tài)工作點的情況下就進行瞬態(tài)計算。 4、對電路的輸入文件中的每一個非線性控制節(jié)點添加觀察項5、運行該分析。6、從輸出曲線圖中每一節(jié)點的輸出波形取值。將這些電壓值作為節(jié)點設置來決定每個非線性控制節(jié)點的初始電壓。7、重新加上所需要的獨立電源、.op和.ac語句。8、.tran語句中去掉uic開關,再開始分析。直流掃描和轉移分析不收斂直流掃描和轉移分析不收斂瞬態(tài)分析不收斂瞬態(tài)分析不收斂第六

12、部分第六部分元器件模型（電阻）元器件模型（電阻）元器件模型（電容元器件模型（電容）元器件模型（電感元器件模型（電感）元器件模型（互感元器件模型（互感）元器件模型（壓控開關元器件模型（壓控開關）元器件模型（流控開關元器件模型（流控開關）元器件模型（二極管元器件模型（二極管）rsacdkid 為了模擬晶體管中的電荷存貯效應采用電容模型來模擬。為了模擬晶體管中的電荷存貯效應采用電容模型來模擬。晶體管中的存貯電荷一部分是由晶體管中的存貯電荷一部分是由pn結的空間電荷區(qū)存貯的，結的空間電荷區(qū)存貯的，并用結勢壘電容來表示，另一部分是由于注入的少數(shù)載流子引并用結勢壘電容來表示，另一部分是由于注入的少數(shù)載流子

13、引起的，這部分電荷用注入的載流子電荷或擴散電容來表示。其起的，這部分電荷用注入的載流子電荷或擴散電容來表示。其中中b-e結電容為：結電容為： cbe = b-e結電容結電容= ctbe + areacjbectbe = 擴散電容擴散電容 = tfgbetf = 有效度越時間有效度越時間 = tf(1+xtf(ibe1/(ibe1+areaitf)2evbc/(1.44vtf)gbe = b-e直流電導直流電導 = (dibe)/(dvb)ibe = ibe1 + ibe2cjbe = cje(1-vbe/vje)-mje vbe fcvjeb-c結電容為：結電容為：cbc = b-c結電容結電

14、容= ctbc + areaxcjccjbcctbc =擴散電容擴散電容 = trgbcgbc = b-c直流電導直流電導 = (dibc)/(dvbc)元器件模型（三極管元器件模型（三極管）直流模型直流模型 考慮晶體管的準飽和效應，在本征集電極和集電極串聯(lián)考慮晶體管的準飽和效應，在本征集電極和集電極串聯(lián)電阻之間加入了一個新的節(jié)點，并加上了受控電流源，二個受電阻之間加入了一個新的節(jié)點，并加上了受控電流源，二個受控電容分別用控電容分別用qw和和qo，表示。如果模型參數(shù)表示。如果模型參數(shù)rco0，則準則準飽和效應就考慮飽和效應就考慮.iepi = area(vo(vt(k(vbc)-k(vbn)-

15、ln(1+k(vbc)/(1+k(vbn)+vbc-vbn)/rco(|vbc-vbn|+vo)qo = areaqco( k(vbc)-1-gamma/2 )qw = areaqco( k(vbn)-1-gamma/2 )k(v) = (1+gammae(v/vt)1/2元器件模型（元器件模型（jfet）在模型參數(shù)中，直流特性由下列參數(shù)確定。在模型參數(shù)中，直流特性由下列參數(shù)確定。vto和和beta決定漏電流隨柵壓的變化，決定漏電流隨柵壓的變化，lambda決定輸決定輸出電導，出電導，is是兩個柵結的飽和電流。模型中還包括兩個歐姆是兩個柵結的飽和電流。模型中還包括兩個歐姆電阻電阻rd和和rs。

16、電荷貯存效應由兩個柵結的非線性耗盡層電電荷貯存效應由兩個柵結的非線性耗盡層電容模擬，該電容隨結電壓的容模擬，該電容隨結電壓的-1/2冪變化并由零偏壓時冪變化并由零偏壓時cgs、cgd和結電勢和結電勢pb所決定。所決定。 當當vto0，表明是耗盡型表明是耗盡型jfet，不論是不論是n溝還是溝還是p溝，溝，vto0，表明器件是增強型表明器件是增強型jfet。直流模型直流模型ig = 柵極電流 = area(igs + igd)igs =柵源結的泄漏電流= in + irkgin = pn結傳輸電流 = is(e vgs/(nvt)-1)ir = 復合電流 = isr(e vgs/(nrvt)-1)

17、kg = 產(chǎn)生因子 = (1-vgs/pb)2+0.005)m/2igd =柵漏結的泄漏電流= in + irkg + iiin = pn結傳輸電流 = is(e vgd/(nvt)-1)ir =復合電流 = isr(e vgd/(nrvt)-1)kg =產(chǎn)生因子 = (1-vgd/pb)2+0.005)m/2ii = 碰撞電流ii = idrainalphavdife-vk/vdif 0 vgs-vto 0：idrain = 0vgs-vto 0idrain = beta(1+lambdavds)vds(2(vgs-vto)-vds) vds vgs-vtoidrain = beta(1+l

18、ambdavds)(vgs-vto)2 0 vgs-vto vdsvds 0：僅需將上面公式中所有的源和漏對調(diào)一下即可。柵源柵源pn結耗盡層電容結耗盡層電容cgs = areacgs(1-vgs/pb)-m vgs fcpb柵漏柵漏pn結耗盡層電容結耗盡層電容cgd = areacgd(1-vgd/pb)-m vgd fcpb宏模型構造方法 電路元件靈敏度比較法針對電路特性求出組成該電路所有元件的靈敏度，而后去掉靈敏度較低的元件，由剩下的元件組成的電路，就構成原電路的簡化宏模型。 電路元件短路、開路法這種方法是保證電路性能在不偏離給定范圍的前提下將原電路中元件短路或開路，達到簡化目的。該方法的具體做法如下：1、選定原電路中的某一元件，將其開路，計算出響應；再將其短路，也計算出響應。若其響應超過容許的偏離，則說明這個元件不能首先開路或短路。若其響應不超過容許范圍，則將其偏離記錄下來。2、對電路中每個元件都按上述方法進行計算。3、對所有元件開路和短路所造成的電路響應的偏離進行比較，取其最小者，作為第一個被開路或短路的元件。4、將選出的第一個元件開路或短路后，再重復上述步驟，決定第二個，第三個能夠開路或短路的元件。直到再短路或開路元件時，響應的容差就要超過規(guī)定值為止。用構造法建立宏模型 用構造法建立的宏模型，實際上是構造一個另外的電路。該電路的端口特性與原電路的端口特性相同，