Protel DXP 的電路模擬設計

    隨著計算機技術的迅速發展,各種電子自動化設計( EDA) 軟體層出不窮。在設計過程中利用這些模擬工具構建電路、修改元器件參數、實現對具體電路隨時隨地進行實驗模擬和功能驗證,極大地方便了電子工程師的設計工作。這些模擬軟體中影響較大的有MicroSim 公司的PSPICE 以及Interactive Image Technologies 公司的Electronics Workbench ,它們都是專用電路模擬軟體。但電路模擬是電子電路設計中的一個重要環節,許多EDA 軟體都內嵌了電路模擬測試功能。Protel DXP 就是一種將所有設計工具集成於一身的EDA 設計系統。

1 　Protel DXP 電路模擬概述
    基於最新的Spice 3f5 模擬模型和XSPICE Simcode 數字模型模擬內核, Protel DXP 內嵌一個功能強大的A/D 混合信號模擬器,設計人員在進行原理圖設計輸入后,即可正確地模擬模擬和數字器件而無需通過A/D 轉換或D/A 轉換將其轉換到其他模塊中進行。它可以對當前所畫的原理圖進行模擬,在整個設計周期都可以查看和分析電路的性能指標,及時發現設計中所存在的問題並加以改正。設計者能夠準確地分析電路的工作狀況,從而提高電路的設計工作效率、縮短開發周期、降低生成成本。

2 　Protel DXP 電路模擬設計的一般步驟
    電路模擬是指在計算機上通過軟體來模擬具體電路的實際工作過程,並計算出在給定條件下電路中各節點(包括中間節點和輸出節點) 的輸出波形。電路模擬是否成功,取決於電路原理圖、元件模型的模擬屬性、電路的網表結構以及模擬設置等。Protel DXP 執行混合信號模擬的設計流程如圖1所示。
 
圖1 　電路模擬流程
a ) 原理圖設計: 首先, 新建一個原理圖文件*.schdoc ,打開編輯環境,與普通原理圖大致相同;然後,打開Libraries ,載入必要的元器件庫,添加元器件並設置參數,這裡所有的元器件都必須具有Simulation 模擬屬性,否則模擬時將出現錯誤信息,在DXP中假定所有元器件都是理想元器件;最後,用導線進行電氣連接或網路標號,對整個電路進行編譯ERC 校驗,確保整個電路沒有錯誤。
b) 設置模擬環境: 執行菜單命令,打開Analysessetup 對話框,設置模擬方式並指定要顯示的數據,DXP 提供10 種分析模擬方式,包括直流工作點、直流掃描、交流小信號、瞬態過程、Fourier 、雜訊、傳輸函數、溫度掃描、參數掃描以及蒙特卡羅分析等。
c) 模擬:設置模擬環境后單擊OK 按鈕,系統進行電路模擬,生成一*.sdf 文件,同時打開窗口顯示分析結果。
d) 分析結果:觀察電路模擬結果,分析模擬波形是否符合電路設計要求,如果不符合,則重新調整電路參數進行模擬,直到滿意為止。

3 　實例模擬分析
    以圖2 所示的分壓式偏置電路放大器為例進行性能分析。
 
    分析分兩步進行:首先進行直流分析(靜態分析) ,求出晶體管各極的靜態工作點電壓和電流IB、IC、IE、VB、VC、VE 等,使晶體管大致處於放大區中心處;然後進行交流分析(動態分析) ,即在輸入信號作用下求出靜態工作點上疊加的各極信號電壓和電流,計算放大器的性能指標,其中最基本的是電壓放大倍數Au(電壓增益) 、輸入電阻和輸出電阻等,這裡主要介紹Au 。在各種電子設備中,放大器是必不可少的組成部分。
3.1 　工程近似估算
1) 靜態分析
因β= 128 ,則有:
 
2) 動態分析
 
(相位差為180°)

3.2 　Protel DXP 模擬分析
    按圖2 電路編輯模擬原理圖,添加適當的元器件(必須具有模擬屬性) ,設置模擬參數,執行Design/Simulation/ Mixed Sim 菜單命令,設置模擬環境。
1) 靜態分析
    在Analysis/ option 欄中選擇Operating Point Analysis (工作點分析) 模擬方式,Active Signals 中選擇b、c、e、q[ib]、q[ic]、q[ie]為激勵信號,單擊OK 按鈕,得到如圖3 所示的模擬結果。
 
圖3 　靜態點模擬結果
2) 動態分析
    執行同樣菜單命令,在對話框中選擇Transient/Fourier Analysis (瞬態分析) 模擬方式,設置相應模擬參數,選擇in、out 為激勵信號,單擊OK 按鈕,得到如圖4 所示的模擬波形。
 
圖4 　動態分析模擬結果
    添加測量坐標顯示測量數據:輸入交流信號幅度為10 mV ,輸出交流信號幅度為0.77 V ,所以電壓放大倍數為77 ,且輸入和輸出信號波形之間相位相反。分析圖3 和圖4 模擬結果,與工程近似估算值大致相近,模擬正確。

4 　結束語
    本文介紹運用Protel DXP 軟體對分壓式偏置電路放大器進行模擬分析,可看出,Protel DXP 是一個實用的EDA 工具,它提供的電路模擬器雖然簡單但基本上能滿足板級電路的設計要求。在設計、編譯、模擬的實踐過程中若能靈活運用,揚長避短,總結經驗,運用Protel DXP 總能解決許多實際問題,為設計帶來方便。