PSpice在软件电路设计中的应用

王 杰

(惠州出入境检验检疫局综合技术中心，广东惠州 516000)

在设计大型集成电路和系统时，利用计算机技术可实现模拟电路中电路分析、数字电路中逻辑模拟及电路版图印制等，且因计算机技术的辅助还可以加快设计的效率，大幅地提高了设计的成功率。PSpice软件是1972年美国加州大学伯克利分校的计算机辅助设计小组开发而成的，用于模拟电路仿真的软件，是最早出现的 EDA软件之一［1］，于1984年正式由美国Microsim公司推出。这款电路仿真软件是电子电路计算机设计辅助工具中精度最高且最受关注的软件之一。该软件经过不断更新使得其在功能上越来越能够满足要求，且伴随着OrCAD公司与Microsim公司正式合并，PSpice软件更是成为OrCAD公司的商业EDA系统中一个突出的产品。

1 PSpice软件特点及组成

1.1 PSpice软件特点

PSpice具有图形界面清晰简洁、易学易用、操作简单、实用性强、仿真效果好、集成度高等优点［2］。可对电路进行各种分析、包括直流工作点、交流扫描分析、瞬态分析、参数扫描分析、温度分析、灵敏度分析、直流传输特性分析等基本电路特性分析，以及蒙特卡罗分析、最坏情况分析、优化设计等较为复杂的电路特性分析，能实现数/模混合电路进行仿真，且功能强大，可随时分析观察仿真结果。PSpice软件还具有强大的电路图绘制功能、电路模拟仿真功能、图形后处理功能和元器件符号制作功能，以图形方式输入、自动进行电路检查、生成网表、模拟和计算电路［3］。其用途广泛，不仅可用于电路分析和优化设计，并可以用于电子线路、电路和信号与系统等课程的计算机辅助教学。与印制版设计软件配合使用，还可实现电子设计自动化。采用PSpice软件仿真的方法，可在计算机上虚拟设计出一个测试仪器先进、元器件品种齐全的电子工作台，不仅能够弥补实验室在元器件的品种、规格和数量上的不足，避免使用中仪器损坏等不利因素［4］。总之，PSpice是一个多功能的电路模拟试验平台，该软件由于收敛性好，适于做系统及电路仿真工具，具有快速、准确的仿真能力以及广阔的应用前景。

1.2 PSpice软件组成

PSpice 软件包主要包括 Schematics，PSpice，Probe，Stmed(Stimulus Editor)，Parts，PSpice Optimizer等，下面分别介绍这些组件的功能。

Schematics:是PSpice软件中的电路模拟器。其功能是直接绘制、修改电路原理图，实现对元件的修改及编辑，且能够调用电路分析程序及图形后处理程序以便观察分析结果。此外 Schematics更是将 PSpice，Probe，Stmed，PSpice Optimize集于一体，形成了具有强大功能的集成环境。

PSpice:是仿真软件中的数据处理器，PSpice的功能是对Schematics中所绘制的电路进行模拟分析，通过运算得出相关结果且声称输出文件及数据文件。

Probe:是软件中的图形后处理器，Probe可将PSpice的运算结果显示在屏幕上。且模拟结果仍可以接受基本参量组成的任意表达式。

Stmed:是软件中产生信号源的工具，使得设定不同激励信号时可直观便利。

Parts:是软件中对器件建模的工具，其功能是将厂家的器件数据信息或使用者自定义的器件数据进行转换，使其成为PSpice中所用的模拟数据，并能够提供器件之间的关系曲线和相互作用，以便实现对元件精确度的确定。

PSpice Optimize:是软件中的优化设置工具，其功能是对所设计的电路进行优化，以制定的参数、性能指标及全局函数作为优化的参考标准［5］。

2 PSpice软件分析功能概述

PSpice软件的分析功能主要有直流分析、交流扫描分析、瞬态分析、蒙特卡罗分析及最坏情况分析，以下对这些功能进行概述［6］。

直流分析:PSpice软件的直流分析功能有直流工作点分析，直流小信号传递函数值分析，直流扫描分析以及直流小信号灵敏度分析。

交流扫描分析:PSpice软件主要是对频率响应及噪声的分析。软件在进行交流分析之前，首先要对电路的静态工作点进行计算，以便决定电路中所有非线性器件的交流小信号模型参数，随后在制定的频率单位内实现电路的仿真分析。其中对频率响应的分析主要是对传递函数的幅频响应和相频响应，可得到电压、电流、互阻、互导的增益及输入和输出的阻抗频率响应。且PSpice软件可使分析结果以曲线方式来输出。

瞬态分析:PSpice软件的瞬态分析包括电路对不同信号的瞬态响应，时域波形经过快速傅里叶变化后得到频谱图。PSpice软件能够实现对电路的输出进行傅里叶分析从而得到时域响应的傅里叶分量。通过PSpice软件的瞬态分析还可得到对数字电路时序波形。

蒙特卡罗分析:PSpice软件的蒙特卡罗分析主要是对电路元器件参数在各自容许误差范围内的分布规律及变化时电路特性的变化情况进行分析，特性是指直流、交流或瞬态特性。

最坏情况分析:PSpice软件的最坏情况分析与蒙特卡罗分析均属于统计分析，但与蒙特卡罗分析不同的是，最坏情况分析是在最后一次分析时使各个参数同时以容许误差范围内最大变化量来改变，这就可得到最坏情况下的电路特性，而蒙特卡罗分析则是在同一次仿真分析中参数由制定的统计规律同时发生随机变化。

3 PSpice软件的应用及实例分析

PSpice软件是一种功能强大，较受欢迎的电路仿真软件，利用PSpice软件可实现模拟电路、数字电路及数模混合电路的分析及电路优化设计，实现在制作实际电路之前仿真该电路的电性能，进行电路优化设计。PSpice软件应用于电路设计可大幅提高设计效率，具体使用PSpice软件进行仿真可分为以下步骤。(1)是绘制电路图。(2)需要对设置电路的特性分析类型和仿真参数文件。(3)需要启动程序进行仿真。(4)是利用Probe将仿真结果进行显示。(5)是进行分析并输出相关的实验结果。以下实例对PSpice软件的功能及电路设计中的具体应用进行了说明。

实例1 利用PSpice软件实现对限幅电路的仿真分析。如图1显示的是二极管限幅电路，图2显示的是该限幅电路直流扫描的分析结果［7］。

通过图2显示的结果可看出，当输入的电压超过8 V时其幅度会限制在6.7 V，而当输入的电压低于－8 V时其幅度则是限制在－6.7 V，实现了限幅。

如图3所示限幅电路的瞬态分析结果，可看出该电路能够实现限幅要求，当输入的电压超过一定值时，其超出部分就会被截平，这就保证了信号的电压可在一定的幅度范围内，避免了电路因信号电压过大而使电路产生问题。

图3 瞬态分析结果

实例2 利用PSpice软件实现对考比兹振荡器电路如图4所示的瞬态分析，并绘制出波形如图5所示。

4 结束语

PSpice软件是当前应用最为广泛的电路设计软件之一，也被认为是电路模拟程序中的最佳程序。其强大的功能效率大大地改善和优化了电子电路的设计，尤其是PSpice软件在系统仿真方面的优越性，更使得PSpice软件成为设计师不可或缺的实用工具。

［1］ 汪汉新.电路设计的 PSpice仿真分析［J］.现代电子技术，2003(15):42－44.

［2］ 贾新章，郝跃.OrCAD/Pspice9实用教程［M］.西安:西安电子科技大学出版社，1999.

［3］ 任青莲，高文华，张平.基于PSpice的电路性能分析与优化设计［J］.太原重型机械学院，2003，24(2):136 －139.

［4］ 祁云飞.基于小信号S参数的功率放大器设计［J］.电子科技，2010，23(8):72 －73，76.

［5］ 邵清亮，张振川.VHDL设计电路优化探讨［J］.现代电子技术，2004(9):15－16.

［6］ 竺琼，胡志忠，浦建开.基于SLPS的模拟电路故障样本自动获取技术［J］.电子设计工程2012(1):42－44.

［7］ 薛延侠.PSpice在电子技术基础教学中的应用［J］.西安邮电学院学报，2011(S1):106－108.