1、PSPICE的起源與發(fā)展
用于模擬電路仿真的SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）軟件于1972年由美國加州大學(xué)伯克利分校的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)小組利用FORTR AN語言開發(fā)而成，主要用于大規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。SPICE的正式版SPICE 2G在1975年正式推出，但是該程序的運(yùn)行環(huán)境至少為小型機(jī)。1985年，加州大學(xué)伯克利分校用C語言對SPICE軟件進(jìn)行了改寫， 并由MICROSIM公司推出。1988年SPICE被定為美國國家工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。與此同時，各種以SPICE為核心的商用模擬電路仿真軟件，在SPICE的基礎(chǔ)上做了大量實(shí)用化工作，從而使SPICE成為最為流行的電子電路仿真軟件。 PSPICE采用自由格式語言的5.0版本自80年代以來在我國得到廣泛應(yīng)用，并且從6.0版本開始引入圖形界面。1998年著名的EDA商業(yè)軟件開發(fā)商ORCAD公司與Microsim公司正 式合并，自此Microsim公司的PSPICE產(chǎn)品正式并入ORCAD公司的商業(yè)EDA系統(tǒng)中。不久之后，ORCAD公司已正式推出了ORCAD PSPICE Release 10.5，與傳統(tǒng)的SPICE軟件相比，PSPICE 10.5在三大方面實(shí)現(xiàn)了重大變革：首先，在對模擬電路進(jìn)行直流、交流和瞬態(tài)等基本電路特性分析的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了蒙特卡羅分析、最壞情況分析以及優(yōu)化設(shè)計(jì)等較為復(fù)雜的電路特性分析；第二，不但能夠?qū)δM電路進(jìn)行，而且能夠?qū)?shù)字電路、數(shù)/模混合電路進(jìn)行仿真；第三，集成度大大提高，電路圖繪制完成后可直接進(jìn)行電路仿真，并且可以隨時分析觀察仿真結(jié)果。PSPICE軟件的使用已經(jīng)非常流行。在大學(xué)里，它是工科類學(xué)生必會的分析與設(shè)計(jì)電路工具；在公司里，它是產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)到定型過程中不可缺少的設(shè)計(jì)工具。
2.電路設(shè)計(jì)軟件有很多，它們各有特色。如Protel和Tango，它對單層/雙層電路板的原理圖及PCB圖的開發(fā)設(shè)計(jì)很適合，而對于布線復(fù)雜，元件較多的四層及六層板來說ORCAD更有優(yōu)勢。但在電路系統(tǒng)仿真方面，PSPICE可以說獨(dú)具特色，是其他軟件無法比擬的，它是一個多功能的電路模擬試驗(yàn)平臺，PSPICE軟件由于收斂性好，適于做系統(tǒng)及電路級仿真，具有快速、準(zhǔn)確的仿真能力。 3、PSPICE的組成 PSPICE是計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)中的電路模擬軟件。它主要用于所設(shè)計(jì)的電路硬件實(shí)現(xiàn)之前，先對電路進(jìn)行模擬分析，就如同對所設(shè)計(jì)的電路用各種儀器進(jìn)行組裝、調(diào)試和測試一樣，這些工作完全由計(jì)算機(jī)來完成。用戶根據(jù)要求來設(shè)置不同的參數(shù)，計(jì)算機(jī)就像掃描儀一樣，分析電路的頻率響應(yīng)，像示波器一樣，測試電路的瞬態(tài)響應(yīng)，還可以對電路進(jìn)行交直流分析、噪聲分析、Monte Carlo統(tǒng)計(jì)分析、最壞情況分析等，使用戶的設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)效果。以往一個新產(chǎn)品的研制過程需要經(jīng)過工程估算，試驗(yàn)板搭試、調(diào)整，印刷板排版與制作，裝配與調(diào)試，性能測試，測試指標(biāo)不合格，再從調(diào)整開始循環(huán)，直至指標(biāo)合格為止。這樣往往需要反復(fù)實(shí)驗(yàn)和修改。而仿真技術(shù)可將“實(shí)驗(yàn)”與“修改”合二為一。為確定元件參數(shù)提供了科學(xué)的依據(jù)。它的優(yōu)點(diǎn)主要有： (1)為電路設(shè)計(jì)人員節(jié)省了大量的時間。 (2)節(jié)省了各種儀器設(shè)備。 (3)生產(chǎn)產(chǎn)品一致性好、可靠性高。 (4)產(chǎn)品的更新率高、新產(chǎn)品投放市場快等。 PSPICE程序采用改進(jìn)節(jié)點(diǎn)法列電路方程，用牛頓-萊普生方法的改進(jìn)算法進(jìn)行非線性分析，用變節(jié)步長的隱式積分法進(jìn)行瞬態(tài)分析，在求解線性代數(shù)方程組時，采用了稀疏矩陣技術(shù)。 3.1 電路原理圖編輯程序 Schematics PSPICE的輸入有兩種形式，一種是網(wǎng)單文件（或文本文件）形式，一種是電路原理圖形式，相對而言后者比前者較簡單直觀，它既可以生成新的電路原理圖文件，又可以打開已有的原理圖文件。電路元器件符號庫中備有各種原器件符號，除了電阻，電容，電感，晶體管，電源等基本器件及符號外，還有運(yùn)算放大器，比較器等宏觀模型級符號，組成電路圖，原理圖文件后綴為.sch。圖形文字編輯器自動將原理圖轉(zhuǎn)化為電路網(wǎng)單文件以提供給模擬計(jì)算程序運(yùn)行仿真。 3.2 激勵源編輯程序 Stimulus Editor PSPICE中有很豐富的信號源，如正弦源，脈沖源，指數(shù)源，分段線性源，單頻調(diào)頻源等等。該程序可用來快速完成各種模擬信號和數(shù)字信號的建立與修改，并且可以直觀而方便的顯示這些信號源的波形。 3.3 電路仿真程序 PSPICE A/D 模擬計(jì)算程序是PSPICE A/D也叫做電路仿真程序，它是軟件核心部分。在PSPICE 4.1版本以上，該仿真程序具有數(shù)字電路和模擬電路的混合仿真能力。它接收電路輸入程序確定的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和原器件參數(shù)信息，經(jīng)過原器件模型處理形成電路方程，然后求解電路方程的數(shù)值解并給出計(jì)算結(jié)果，最后產(chǎn)生擴(kuò)展名為.dat的數(shù)據(jù)文件（給圖形后處理程序Probe）和擴(kuò)展名為.out的電路輸出文本文件。模擬計(jì)算程序只能打開擴(kuò)展名為.cir的電路輸入文件，而不能打開擴(kuò)展名為.sch 的電路輸入文件。因此在Schemayics環(huán)境下，運(yùn)行模擬計(jì)算程序時，系統(tǒng)首先將原理圖.sch文件轉(zhuǎn)換為.cir文件，而后再啟動PSPICE A/D進(jìn)行模擬分析。 3.4 輸出結(jié)果繪圖程序 Probe Probe程序是PSPICE的輸出圖形后處理軟件包。該程序的輸入文件為用戶作業(yè)文本文件或圖形文件仿真運(yùn)行后形成的后綴為.dat的數(shù)據(jù)文件。它可以起到萬用表，示波器和掃描儀的作用，在屏幕上繪出仿真結(jié)果的波形和曲線。隨著計(jì)算機(jī)圖形功能的不斷增強(qiáng)，PC機(jī)上windows95,98,2000/XP的出現(xiàn)，Probe的繪圖能力也越來越強(qiáng)。 3.5 模型參數(shù)提取程序 Model Editor 電路仿真分析的精度和可靠性主要取決于元器件模型參數(shù)的精度。盡管PSPICE的模型參數(shù)庫中包含了上萬種元器件模型，但有時用戶還是根據(jù)自己的需要而采用自己確定的元器件的模型及參數(shù)。這時可以調(diào)用模型參數(shù)提取程序Model ED從器件特性中提取該器件的模型參數(shù)。 3.6 元件模型參數(shù)庫 LIB PSPICE具有自建的元件模型，元件的建立以元件的物理原理為基礎(chǔ)，模型參數(shù)與物理特性密切相關(guān)。元件的等效模型還有其工作條件與分析要求相關(guān)。在直流分析中，非線性元件的等效模型是小信號線性等效電路；在瞬態(tài)分析中，非線性元件的等效模型考慮到了電荷存儲效應(yīng)。雙極管型晶體管采用GUMMEL-POON的積分電荷控制模型，結(jié)型場效應(yīng)管采用SHICHMAN-HODGFS的場效應(yīng)管模型。二極管模型既適用于結(jié)型二極管，也適用于肖特基勢壘二極管。MOS1由I-V特性來描述，MOS2是一個解析模型，MOS3是一種半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀３朔至⒃䥇?shù)庫以外，還有集成電路的宏模型庫，并提供了一些著名器件和IC生產(chǎn)廠家的專有元器件參數(shù)庫。 4. ORCAD：ORCAD是由ORCAD公司于八十年代末推出的EDA軟件，它是世界上使用最廣的EDA軟件，每天都有上百萬的電子工程師在使用它，相對于其它EDA軟件而言，它的功能也是最強(qiáng)大的，由于ORCAD軟件使用了軟件狗防盜版，因此在國內(nèi)它并不普及，知名度也比不上PROTEL，只有少數(shù)的電子設(shè)計(jì)者使用它，它進(jìn)入國內(nèi)是在電腦剛開始普及的94年。早在工作于DOS環(huán)境的ORCAD4.0，它就集成了電原理圖繪制、印制電路板設(shè)計(jì)、數(shù)字電路仿真、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等功能，而且它的介面友好且直觀，它的元器件庫也是所有EDA軟件中最豐富的，在世界上它一直是EAD軟件中的首選。ORCAD公司在今年七月與CADENCE公司合并后，更成為世界上最強(qiáng)大的開發(fā)EDA軟件的公司，它的產(chǎn)品ORCAD世紀(jì)集成版工作于WINDOWS95與WINDOWSNT環(huán)境下，集成了電原理圖繪制，印制電路板設(shè)計(jì)、模擬與數(shù)字電路混合仿真等功能，它的電路仿真的元器件庫更達(dá)到了8500個，收入了幾乎所有的通用型電子元器件模塊，它的強(qiáng)大功能導(dǎo)致了它的售價(jià)不菲，在北美地區(qū)它的世紀(jì)加強(qiáng)版就賣到了＄7995對ORCAD有興趣的讀者可以去訪問它的站點(diǎn).
5.CAD即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD-Computer Aided Design)
利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作 。簡稱cad。 AutoCAD（Auto Computer Aided Design）是美國Autodesk公司首次于1982年生產(chǎn)的自動計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，用于二維繪圖、詳細(xì)繪制、設(shè)計(jì)文檔和基本三維設(shè)計(jì)。現(xiàn)已經(jīng)成為國際上廣為流行的繪圖工具。.dwg文件格式成為二維繪圖的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)格式。 EDA是電子設(shè)計(jì)自動化（Electronic Design Automation）的縮寫，在20世紀(jì)90年代初從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助測試（CAT）和計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）的概念發(fā)展而來的。
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