Altium Designer中的電路仿真技巧

　　Altium Designer的混合電路信號仿真工具，在電路原理圖設計階段實(shí)現對數?；旌闲盘?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/電路">電路的功能設計仿真，配合簡(jiǎn)單易用的參數配置窗口，完成基于時(shí)序、離散度、信噪比等多種數據的分析。Altium Designer 可以在原理圖中提供完善的混合信號電路仿真功能 ，除了對XSPICE 標準的支持之外，還支持對Pspice模型和電路的仿真。Altium Designer中的電路仿真是真正的混合模式仿真器，可以用于對模擬和數字器件的電路分析。仿真器采用由喬治亞技術(shù)研究所（GTRI）開(kāi)發(fā)的增強版事件驅動(dòng)型XSPICE仿真模型，該模型是基于伯克里SPICE3代碼，并于且SPICE3f5完全兼容。

　　SPICE3f5模擬器件模型：包括電阻、電容、電感、電壓/電流源、傳輸線(xiàn)和開(kāi)關(guān)。五類(lèi)主要的通用半導體器件模型，如diodes、BJTs、JFETs、MESFETs和MOSFETs。

　　XSPICE模擬器件模型是針對一些可能會(huì )影響到仿真效率的冗長(cháng)的無(wú)需開(kāi)發(fā)局部電路，而設計的 復雜的、非線(xiàn)性器件特性模型代碼。包括特殊功能函數，諸如增益、磁滯效應、限電壓及限電流、s域傳輸函數精確度等。局部電路模型是指更復雜的器件，如用局部電路語(yǔ)法描述的操作運放、時(shí)鐘、晶體等。每個(gè)局部電路都下在*.ckt文件中，并在模型名稱(chēng)的前面加上大寫(xiě)的X。

　　數字器件模型是用數字SimCode語(yǔ)言編寫(xiě)的，這是一種由事件驅動(dòng)型XSPICE模型擴展而來(lái)專(zhuān)門(mén)用于仿真數字器件的特殊的描述語(yǔ)言，是一種類(lèi)C語(yǔ)言，實(shí)現對數字器件的行為及特征的描述，參數可以包括傳輸時(shí)延、負載特征等信息；行為可以通過(guò)真值表、數學(xué)函數和條件控制參數等。它來(lái)源于標準的XSPICE代碼模型。在SimCode中，仿真文件采用ASCII碼字符并且保存成.TXT后綴的文件，編譯后生成*.scb模型文件?？梢詫⒍鄠€(gè)數字器件模型寫(xiě)在同一個(gè)文件中。

　　1.仿真電路建立及與仿真模型的連接

　　AD 中由于采用了集成庫技術(shù)，原理圖符號中即包含了對應的仿真模型，因此原理圖即可直接用來(lái)作為仿真電路，而99SE中的仿真電路則需要另行建立并單獨加載各元器件的仿真模型。

　　2.外部仿真模型的加入

　　AD中提供了大量的仿真模型，但在實(shí)際電路設計中仍然需要補充、完善仿真模型集。一方面，用戶(hù)可編輯系統自帶的仿真模型文件來(lái)滿(mǎn)足仿真需求，另一方面， 用戶(hù)可以直接將外部標準的仿真模型倒入系統中成為集成庫的一部分后即可直接在原理圖中進(jìn)行電路仿真。

　　3.仿真功能及參數設置

　　Altium Designer的仿真器可以完成各種形式的信號分析，在仿真器的分析設置對話(huà)框中，通過(guò)全局設置頁(yè)面，允許用戶(hù)指定仿真的范圍和自動(dòng)顯示仿真的信號。每一項分析類(lèi)型可以在獨立的設置頁(yè)面內完成。Altium Designer中允許的分析類(lèi)型包括：

　　1、直流工作點(diǎn)分析

　　2、瞬態(tài)分析和傅立葉分析

　　3、交流小信號分析

　　4、阻抗特性分析

　　5、噪聲分析

　　6、Pole-Zero（臨界點(diǎn)）分析

　　7、傳遞函數分析

　　8、蒙特卡羅分析

　　9、參數掃描

　　10、溫度掃描等

　　1．直流工作點(diǎn)分析：直流工作點(diǎn)分析用在測定帶有短路電感和開(kāi)路電容電路的直流工作點(diǎn)。

　　在測定瞬態(tài)初始化條件時(shí)，除了已經(jīng)在Transient/Fourier Analysis Setup中使能了Use Initial Conditions參數的情況外，直流工作點(diǎn)分析將優(yōu)先于瞬態(tài)分析。同時(shí)，直流工作點(diǎn)分析優(yōu)先于交流小信號、噪聲和Pole-Zero分析，為了保證測定的線(xiàn)性化，電路中所有非線(xiàn)性的小信號模型。 在直流工作點(diǎn)分析中將不考慮任何交流源的干擾因素。

　　2．瞬態(tài)分析：瞬態(tài)分析在時(shí)域中描述瞬態(tài)輸出變量的值。在未使能Use Initial Conditions參數時(shí)，對于固定偏置點(diǎn)，電路節點(diǎn)的初始值對計算偏置點(diǎn)和非線(xiàn)性元件的小信號參數時(shí)節點(diǎn)初始值也應考慮在內，因此有初始值的電容和電感也被看作是電路的一部分而保留下來(lái)。

　　參數設置

　　Transient Start Time：分析時(shí)設定的時(shí)間間隔的起始值（單位：秒）

　　Transient Stop Time： 分析時(shí)設定的時(shí)間間隔的結束值（單位：秒）

　　Transient Step Time：分析時(shí)時(shí)間增量（步長(cháng)）值

　　Transient Max Step Time：時(shí)間增量值的最大變化量；缺省狀態(tài)下，其值可以是Transient Step Time或（Transient Stop Time – Transient Start Time）/50。

　　Use Initial Conditions：當使能后，瞬態(tài)分析將自原理圖定義的初始化條件開(kāi)始，旁路直流工作點(diǎn)分析。該項通常用在由靜態(tài)工作點(diǎn)開(kāi)始一個(gè)瞬態(tài)分析中。

　　Use Transient Default：調用缺省設定

　　Default Cycles Displayed：缺省顯示的正玄波的周期數量。該值將由Transient Step Time決定。

　　Default Points Per Cycle：每個(gè)正玄波周期內顯示數據點(diǎn)的數量。

　　如果用戶(hù)未確定具體輸入的參數值，建議使用缺省設置；當使用原理圖定義的初始化條件時(shí)，需要確定在電路設計內的每一個(gè)適當的元器件上已經(jīng)定義了初始化條件，或在電路中放置.IC元件。

　　3．傅立葉分析：一個(gè)設計的傅立葉分析是基于瞬態(tài)分析中最后一個(gè)周期的數據完成的。

　　參數設置

　　Enable Fourier：在仿真中執行傅立葉分析（缺省為Disable）

　　Fourier Fundamental Frequency：由正玄曲線(xiàn)波疊加近似而來(lái)的信號頻率值

　　Fourier Number of Harmonics：在分析中應注意的諧波數；每一個(gè)諧波均為基頻的整數倍。

　　在執行傅立葉分析后，系統將自動(dòng)創(chuàng )建一個(gè).sim數據文件，文件中包含了關(guān)于每一個(gè)諧波的幅度和相位詳細的信息。

　　4.直流掃描分析：直流掃描分析就是直流轉移特性，當輸入在一定范圍內變化時(shí)，輸出一個(gè)曲線(xiàn)軌跡。通過(guò)執行一系列直流工作點(diǎn)分析，修改選定的源信號的電壓，從而得到一個(gè)直流傳輸曲線(xiàn)；用戶(hù)也可以同時(shí)指定兩個(gè)工作源。

　　參數設置

　　Primary Source：電路中獨立電源的名稱(chēng)

　　Primary Start：主電源的起始電壓值

　　Primary Stop：主電源的停止電壓值

　　Primary Step：在掃描范圍內指定的增量值

　　Enable Secondary：在主電源基礎上，執行對每個(gè)從電源值的掃描分析

　　Secondary Name：在電路中獨立的第二個(gè)電源的名稱(chēng)

　　Secondary Start：從電源的起始電壓值

　　Secondary Stop：從電源的停止電壓值

　　Secondary Step： 在掃描范圍內指定的增量值

　　在直流掃描分析中必須設定一個(gè)主源，而第二個(gè)源為可選；通常第一個(gè)掃描變量（主獨立源）所覆蓋的區間是內循環(huán)，第二個(gè)（次獨立源）掃描區間是外循環(huán)。

　　5．交流小信號分析：交流分析是在一定的頻率范圍內計算電路和響應。如果電路中包含非線(xiàn)性器件或元件，在計算頻率響應之前就應該得到此元器件的交流小信號參數。在進(jìn)行交流分析之前，必須保證電路中至少有一個(gè)交流電源，也即在激勵源中的AC 屬性域中設置一個(gè)大于零的值。

　　參數設置

　　Start Frequency：用于正玄波發(fā)生器的初始化頻率（單位：Hz）

　　Stop Frequency： 用于正玄波發(fā)生器的截至頻率（單位：Hz）

　　Sweep Type：決定如何產(chǎn)生測試點(diǎn)的數量；Linear-全部測試點(diǎn)均勻的分布在線(xiàn)性化的測試范圍內，是從起始頻率開(kāi)始到終止頻率的線(xiàn)性?huà)呙?，Linear類(lèi)型適用于帶寬較窄情況；Decade-測試點(diǎn)以10的對數形式排列， Decade用于帶寬特別寬的情況；Octave-測試點(diǎn)以8個(gè)2的對數形式排列，頻率以倍頻程進(jìn)行對數掃描，Octave用于帶寬較寬的情形；

　　Test Points：在掃描范圍內，依據選擇的掃描類(lèi)型，定義增量值；

　　Total Test Point：顯示全部測試點(diǎn)的數量；

　　在執行交流小信號分析前，電路原理圖中必須包含至少一個(gè)信號源器件并且在A(yíng)C Magnitude參數中應輸入一個(gè)值。用這個(gè)信號源去替代在仿真期間的正玄波發(fā)生器。用于掃描的正玄波的幅度和相位需要在SIM模型中指定。輸入的幅度值（電壓Volt）和相位值（度Degrees），不要求輸入單位值。設定交流量級為1，將使輸出變量顯示相關(guān)度為0dB。

　　6．阻抗特性分析：阻抗特性分析將顯示電路中任意兩個(gè)終端源間的阻抗特征，該分析沒(méi)有獨立的設置頁(yè)面，通常只作為交流小信號分析中的一個(gè)部分。

　　參數設置

　　阻抗測量將通過(guò)輸入電源電壓值除以輸出電流值得到。要獲得一個(gè)電路輸出阻抗的阻抗特征圖，須通過(guò)下列步驟實(shí)現：

　　從輸入端刪除源

　　輸入電源與地短接

　　刪除任意連入電路的負載

　　連接輸出兩端的源，即正電源連接到輸出端，負端接地

　　7．噪聲分析：噪聲分析利用噪聲譜密度測量由電阻和半導體器件的噪聲影響，通常由V2/Hz表征測量噪聲值。電阻和半導體器件等都能產(chǎn)生噪聲，噪聲電平取決于頻率。電阻和半導體器件產(chǎn)生不同類(lèi)型的噪聲（注意：在噪聲分析中，電容、電感和受控源視為無(wú)噪聲元器件）。對交流分析的每一個(gè)頻率，電路中每一個(gè)噪聲源（電阻或晶體管）的噪聲電平都被計算出來(lái)。它們以輸出節點(diǎn)的貢獻通過(guò)將各均方根值相加得到。

　　參數設置

　　Output Noise：需要分析噪聲的輸出節點(diǎn)

　　Input Noise：疊加在輸入端的噪聲總量，將直接關(guān)系到輸出端上的噪聲值

　　Component Noise：電路中每個(gè)器件（包括電阻和半導體器件）對輸出端所造成的噪聲乘以增益后的總和。

　　Noise Sources：選擇一個(gè)用于計算噪聲的參考電源（獨立電壓源或獨立電流源）；

　　Start Frequency：指定起始頻率；

　　Stop Frequency：指定終止頻率；

　　Test Points：指定掃描的點(diǎn)數；

　　Points/Summary：指定計算噪聲范圍。在此區域中，輸入0則只計算輸入和輸出噪聲；如輸入1則同時(shí)計算各個(gè)器件噪聲。后者適用于用戶(hù)想單獨查看某個(gè)器件的噪聲并進(jìn)行相應的處理（比如某個(gè)器件的噪聲較大，則考慮使用低噪聲的器件換之）。

　　OutPut Node：指定輸出噪聲節點(diǎn)；

　　Reference Node：指定輸出噪聲參考節點(diǎn)，此節點(diǎn)一般為地（也即為0節點(diǎn)），如果設置的是其他節點(diǎn)，通過(guò)V（Output Node）-V（Reference Node）得到總的輸出噪聲；

　　Sweep Type框中指定掃描類(lèi)型，這些設置和交流分析差不多，在此只作簡(jiǎn)要說(shuō)明。Linear為線(xiàn)性?huà)呙?，是從起始頻率開(kāi)始到終止頻率的線(xiàn)性?huà)呙?，Test Points是掃描中的總點(diǎn)數，一個(gè)頻率值由當前一個(gè)頻率值加上一個(gè)常量得到。Linear適用于帶寬較窄情況。Octave為倍頻掃描，頻率以倍頻程進(jìn)行對數掃描。Test Points是倍頻程內的掃描點(diǎn)數。下一個(gè)頻率值由當前值乘以一個(gè)大于1的常數產(chǎn)生。Octave用于帶寬較寬的情形。Decade為十倍頻掃描，它進(jìn)行對數掃描。Test Points是十倍頻程內的掃描點(diǎn)數。Decade用于帶寬特別寬的情況。

　　通常起始頻率應大于零；獨立的電壓源中需要指定Noise Source參數；

　　8 .Pole-Zero（臨界點(diǎn)）分析：在單輸入/輸出的線(xiàn)性系統中，利用電路的小信號交流傳輸函數對極點(diǎn)或零點(diǎn)的計算用Pole-Zero進(jìn)行穩定性分析；將電路的直流工作點(diǎn)線(xiàn)性化和對所有非線(xiàn)性器件匹配小信號模型。傳輸函數可以是電壓增益（輸出與輸入電壓之比）或阻抗（輸出電壓與輸入電流之比）中的任意一個(gè)。

　　參數設置

　　Input Node：正的輸入節點(diǎn)

　　Input Reference Node：輸入端的參考節點(diǎn)（缺?。?（GND））

　　Output Node：正的輸出節點(diǎn)

　　Output Reference Node：輸出端的參考節點(diǎn)（缺?。?（GND））

　　Transer Function Type： 設定交流小信號傳輸函數的類(lèi)型；V（output）/V（input）-電壓增益傳輸函數，V（output）/I（input）-電阻傳輸函數

　　Analysis Type： 更精確的提煉分析極點(diǎn)

　　Pole-Zero分析可用于對電阻、電容、電感、線(xiàn)性控制源、獨立源、二極管、BJT管、MOSFET管和JFET管，不支持傳輸線(xiàn)。對復雜的大規模電路設計進(jìn)行Pole-Zero分析，需要耗費大量時(shí)間并且可能不能找到全部的Pole和Zero點(diǎn)，因此將其拆分成小的電路在進(jìn)行Pole-Zero分析將更有效。

　　9．傳遞函數分析（也稱(chēng)為直流小信號分析）：傳遞函數分析將計算每個(gè)電壓節點(diǎn)上的直流輸入電 阻、直流輸出電阻和直流增益值。

　　參數設置

　　Source Name：指定輸入參考的小信號輸入源

　　Reference Node：作為參考指定計算每個(gè)特定電壓節點(diǎn)的電路節點(diǎn)（缺?。涸O置為0）

　　利用傳遞函數分析可以計算整個(gè)電路中直流輸入、輸出電阻和直流增益三個(gè)小信號的值。

　　10. 蒙特卡羅分析：蒙特卡羅分析是一種統計模擬方法，它是在給定電路元器件參數容差為統計分布規律的情況下，用一組組偽隨機數求得元器件參數的隨機抽樣序列，對這些隨機抽樣的電路進(jìn)行直流掃描、直流工作點(diǎn)、傳遞函數、噪聲、交流小信號和瞬態(tài)分析，并通過(guò)多次分析結果估算出電路性能的統計分布規律，蒙特卡羅分析可以進(jìn)行最壞情況分析，AD6 的蒙特卡羅分析在進(jìn)行最壞情況分析時(shí)有著(zhù)強大且完備的功能。

　　參數設置

　　Seed：該值是仿真中隨機產(chǎn)生的。如果用隨機數的不同序列執行一個(gè)仿真，需要改變該值（缺?。?1）

　　Distribution：容差分布參數；Uniform（缺?。┍硎締握{分布。在超過(guò)指定的容差范圍后仍然保持單調變化；Gaussian表示高斯曲線(xiàn)分布（即Bell-Shaped鈴形），名義中位數與指定容差有-/+3的背離；Worst Case表示最壞情況與單調分布類(lèi)似，不僅僅是容差范圍內最差的點(diǎn)。

　　Number of Runs：在指定容差范圍內執行仿真中運用不同器件值（缺?。?）

　　Default Resistor Tolerance：電阻器件缺省容差（缺?。海保埃ィ?/p>

　　Default Capacitor Tolerance：電容器件缺省容差（缺?。海保埃ィ?/p>

　　Default Inductor Tolerance：電感器件缺省容差（缺?。海保埃ィ?/p>

　　Default Transistor Tolerance： 三極管器件缺省容差（缺?。海保埃ィ?/p>

　　Default DC Source Tolerance： 直流源缺省容差（缺?。海保埃ィ?/p>

　　Default Digital Tp Tolerance： 數字器件傳播延時(shí)缺省容差（缺?。海保埃ィ?，該容差將用于設定隨機數發(fā)生器產(chǎn)生數值的區間。對于一個(gè)名義值為ValNom的器件，其該容差區間為：ValNom– （Tolerance * ValNom）＜RANGE》 ValNom+ （Toleance*ValNom）

　　Specific Tolerances：用戶(hù)特定的容差（缺?。?），定義一個(gè)新的特定容差，先執行Add命令，在出現的新增行的Designator域中選擇特定容差的器件，在Parameter中設置參數值，在Tolerance中設定容差范圍，Track No.即跟蹤數（tracking number ）用戶(hù)可以為多個(gè)器件設定特定容差。此區域用來(lái)標明在設定多個(gè)器件特定容差的情況下，它們之間的變化情況。如果兩個(gè)器件的特定容差的Tracking No.一樣，且分布一樣，則在仿真時(shí)將產(chǎn)生同樣的隨機數并用于計算電路特性，在Distribution中選擇uniform，gaussian，worst case其中一項。每個(gè)器件都包含兩種容差類(lèi)型，分別為器件容差和批量容差。

　　在電阻、電容、電感、晶體管等同時(shí)變化情況。但可想而知，由于變化的參數太多，反而不知道哪個(gè)參數對電路的影響最大。因此，建議讀者不要“貪多”，一個(gè)一個(gè)地分析，例如讀者想知道晶體管參數BF對電路頻率響應的影響，那么就應該去掉其它參數對電路的影響，而只保留BF容差。

　　11.參數掃描：參數掃描它可以與直流、交流或瞬態(tài)分析等分析類(lèi)型配合使用，對電路所執行的分析進(jìn)行參數掃描，對于研究電路參數變化對電路特性的影響提供了很大的方便。在分析功能上與蒙特卡羅分析和溫度分析類(lèi)似，它是按掃描變量對電路的所有分析參數掃描的，分析結果產(chǎn)生一個(gè)數據列表或一組曲線(xiàn)圖。同時(shí)用戶(hù)還可以設置第二個(gè)參數掃描分析，但參數掃描分析所收集的數據不包括子電路中的器件。

　　參數設置

　　Primary Sweep Variable：希望掃描的電路參數或器件的值，利用下拉選項框設定

　　Primary Start Value：掃描變量的初始值

　　Primary Stop Value：掃描變量的截至值

　　Primary Step Value：掃描變量的步長(cháng)

　　Primary Sweep Type：設定步長(cháng)的絕對值或相對值

　　Enable Secondary：在分析需要確定第二個(gè)掃描變量

　　Secondary Sweep Variable： 希望掃描的電路參數或器件的值，利用下拉選項框設定

　　Secondary Start Value： 掃描變量的初始值

　　Secondary Stop Value： 掃描變量的截至值

　　Secondary Step Value： 掃描變量的步長(cháng)

　　Secondary Sweep Type： 設定步長(cháng)的絕對值或相對值

　　參數掃描至少應與標準分析類(lèi)型中的一項一起執行，我們可以觀(guān)察到不同的參數值所畫(huà)出來(lái)不一樣的曲線(xiàn)。曲線(xiàn)之間偏離的大小表明此參數對電路性能影響的程度。

　　12.溫度掃描：溫度掃描是指在一定的溫度范圍內進(jìn)行電路參數計算，用以確定電路的溫度漂移等性能指標。

　　參數設置

　　Start Temperature：起始溫度（單位：攝氏度C）

　　Stop Temperature：截至溫度（單位：攝氏度C）

　　Step Temperature：在溫度變化區間內，遞增變化的溫度大小

　　在溫度掃描分析時(shí)，由于會(huì )產(chǎn)生大量的分析數據，因此需要將General Setup中的Collect Data for設定為Active Signals。