11.2 多通道电路设计

1. 11.2 多通道电路设计 • 教学目的及要求： • 1. 了解电路仿真的基本知识介绍 • 2. 熟悉电路仿真的步骤 • 3. 熟练掌握多谐振荡器电路的仿真 • 教学重点、难点：多谐振荡器电路的仿真 • 复习： • 11.2.1多路滤波器的原理图设计 • 11.2.2多路滤波器的PCB设计 • 1.检查电路正确否，执行“Project”→“Compile PCB Project 多通道设计.PrjPcb”命令。 • 2.执行“Design” →“Update PCB Document 多路滤波器.PcbDoc”命令。 • 3.从图11-46看出，元件的标号是乱的，所以重新标注PCB板上元件的标号。 • 4.设计 PCB板 • 5.把PCB板上重新标注的元件的标号信息更新到原理图上。

2. 13.1仿真元件库 • Altium Designer为用户提供了大部分常用的仿真元件，这些仿真元件库在安装目录下的：/Altium Designer Winter 09/Library/Simulation中，其中包含了仿真信号源库Simulation Sources.IntLib、仿真特殊功能元件库Simulation Special Function.IntLib、仿真数学功能元件库Simulation Math Function.IntLib、信号仿真传输线元件库Simulation Transmission Line.IntLib，仿真Pspice功能元件库Simulation Pspice Function.IntLib,其元件库图标如图13-1所示。 图13-1 仿真元件库图标

3. 13.1.1仿真信号源元件库（Simulation Sources.IntLib） • 仿真信号源元件库中共有23个仿真元件，这些仿真源为仿真电路提供激励源和初始条件设置等功能。 • 1. 在原理图中添加如图13-4所示的两个元件符号，即可实现整个仿真电路的节点电压和初始条件设置。 • ⑴ .NS。NODE SET （节点设置） • ⑵ .IC。Initial Condition （初始条件） 图13-4 节点设置和初始条件状态定义符

4. 13.1.2仿真数学函数元件库（Simulation Math Function. IntLib） • 仿真数学函数元件库中的元件主要是一些仿真数学函数元件，比如求正弦、余弦、绝对值、反正弦、反余弦、开方等数学计算的函数，通过使用这些函数可以对仿真信号进行相关的数学计算，从而得到自己需要的信号。 • 13.1.3仿真特殊功能元件库（Simulation Special Function. IntLib） • 仿真特殊功能元件库的元件主要是常用的运算函数，比如增益、加、减、乘、除、求和和压控振荡源等专用的元件。 • 13.1.4信号仿真传输线元件库（Simulation Transmission Line. IntLib） • 信号 • 仿真传输线元件库包括三个信号仿真传输线元件，分别是URC均匀分布传输线、LTRA有损耗传输线和LLTRA无损耗传输线，如图13-14所示。 图13-14传输线元件

5. 13.1.5仿真Pspice功能元件库（Simulation Pspice Function.IntLib） • 仿真Pspice功能元件库主要为设计者提供Pspice功能元件。 13.2仿真器的设置 • 完成电路的编辑后，在仿真之前，要选择对电路进行那种分析，设置收集的变量数据，以及设置显示哪些变量的波形。常见的仿真分析有静态工作点分析（Operating Point Analysis）、瞬态分析（Transient Analysis）、直流扫描分析（DC Sweep Analysis）、交流小信号分析（AC Small Signal Analysis）、噪声分析（Noise Analysis）、极点、零点分析（Pole-Zero Analysis）、传递函数分析（Transfer Function Analysis）、温度扫描分析（Temperature Sweep）、参数扫描（Parameter Sweep）、蒙特卡洛分析（Monte Carlo Analysis）等分析。本章主要讲解后面例子中用到的静态工作点分析、瞬态分析和交流小信号分析的设置方法。

6. 可进行仿真的信号 激活的信号 添加或删除按钮 • 执行Design→Simulate→Mixed Sim命令,弹出如图13-15所示的电路仿真分析设置对话框。 • 13.2.1一般设置（General Setup） • 在仿真分析设置对话框的左侧分析选项列表中，列写出了所有的分析选项，选中每个分析选项，右侧即显示出相应的设置项。选中General Setup，即可在右侧的选项中进行一般设置。在Available Signals 列表中显示的是可以进行仿真分析的信号，Active Signals列表框中显示的是激活的信号，将需要进行仿真的信号，单击 “ ”和 “ ” 可完成添加或删除激活信号，如图13-15所示。 图13-15 仿真分析设置对话框

7. 13.2.2静态工作点分析（Operating Point Analysis） • 静态工作点分析通常用于对放大电路进行分析，当放大器处于输入信号为零的状态的时候，电路中各点的状态就是电路的静态工作点。最典型的是放大器的直流偏置参数。进行静态工作点分析的时候，不需要设置参数。 • 13.2.3瞬态分析（Transient Analysis） • 瞬态分析用于分析仿真电路中工作点信号随时间变化的情况。进行瞬态分析之前，设计者要设置瞬态分析的起始和终止时间、仿真时间的步长等参数。在电路仿真分析设置对话框中，激活Transient选项，在如图13-17所示的瞬态分析参数设置对话框中进行设置。

8. 图13-17 瞬态分析参数设置对话框

9. 在Transient Analysis Setup列表中共用11个参数设置选项，这些参数的含义分别是： • Transient Start Time参数用于设置瞬态分析的起始时间。瞬态分析通常从时间零开始，在时间零和开始时间，瞬态分析照样进行，但并不保存结果。而开始时间和终止时间的间隔将保存，并用于显示。 • Transient Stop Time参数用于设置瞬态分析的终止时间。 • Transient Step Time参数用于设置瞬态分析的时间步长，该步长不是固定不变的。 • Transient Max Step Time参数用于设置瞬态分析的最大时间步长。 • Use Initial Conditions项用于设置电路仿真的初始状态。当勾选该项后，仿真开始时将调用设置的电路初始参数。 • Use Transient Default项用于设置使用默认的瞬态分析设置，选中该项后，列表中的前四项参数将处于不可修改状态。 • Default Cycles Displayed参数用于设置默认的显示周期数。 • default Points Per Cycle参数用于设置默认的每周期仿真点数。 • Enable Fouries项用于设置进行傅立叶分析，勾选该项后，系统将进行傅立叶分析，显示频域参数。 • Fouries Fundamental Frequency用于设置进行傅立叶分析的基频。 • Fouries Number of Harmonics用于设置进行傅立叶分析的谐波次数。

10. 13.2.4交流小信号分析（AC Small Signal Analysis） • 交流小信号分析用于对系统的交流特性进行分析，在频域响应方面显示系统的性能，该分析功能对于滤波器的设计相当有用，通过设置交流信号分析的频率范围，系统将显示该频率范围内的增益。在电路仿真分析设置对话框中，激活AC Small Signal Analysis选项，在如图13-18所示的交流小信号分析参数设置对话框中进行设置。 图13-18 交流小信号分析参数设置对话框 其中Start Frequency参数用于设置进行交流小信号分析的起始频率。 Stop Frequency参数用于设置进行交流小信号分析的终止频率。 Sweep参数用于设置交流小信号分析的频率扫描的方式，系统提供了三种频率扫描方式“Linear”项表示对频率进行线性扫描，“Decade”项表示采用10的指数方式进行扫描，“Octave”项表示采用8的指数方式进行扫描。 Test Points参数表示进行测试的点数。 Total Test Points参数表示中的测试点数。

11. 13.3多谐振荡器电路仿真实例 • 在学习前面关于电路仿真的基本知识后，将对第二章的多谐振荡器电路进行仿真。电路仿真的一般步骤如下： • 找到仿真原理图中所有需要的仿真元件，如果仿真元件库中没有所用的元件，必须事先建立其仿真库文件，并添加仿真模型。本章后面的模拟放大电路仿真和BCD-7 段译码电路仿真实例中将讲解这部分内容，但元件的仿真库文件的建立方法在本教材中不做要求。 • 仿真元件的放置和电路的连接，并且添加激励源。 • 在需要绘制仿真数据的节点处添加网络标号。 • 仿真器参数设置。 • 电路仿真并分析仿真结果。

12. 13.3.1绘制仿真原理图 • 在第二章中已经绘制了多谐振荡器电路，如图2-1所示。其中每个元件都具有其仿真属性，因此不用更改。只需将接口Y1删除，添加一个+12V的电压源V1，方法：单击“Utility”工具栏中的工具按钮，打开如图13-20所示的仿真电源工具栏，在工具栏中单击“+12V”电压源工具按钮，在工作区放置一个+12V的电压源。 图13-20 放置激励源+12v的电压源

13. 放置完毕后，点击元件，弹出元件属性对话框，如图13-21所示，修改其参数，设置Designator为“V1”、Comment为“=Value”、Value为“+12”。放置完毕后，点击元件，弹出元件属性对话框，如图13-21所示，修改其参数，设置Designator为“V1”、Comment为“=Value”、Value为“+12”。 图13-21 仿真电压源属性设置对话框 连接电路，并放置网络标号：Q1B、Q1C、Q2B、Q2C，如图13-22所示。 图13-22 多谐振荡器仿真原理图

14. 13.3.2仿真器参数设置 • 1.单击 “ ” 按钮，弹出13-23所示的对话框，分别双击Q1B、Q1C、Q2B、Q2C，把他们添加到Active Signals内，见图13-23。 • 2.在Collect Data For栏，从列表中选择“Node Voltage，Supply Current，Device Current and Power”。 • 3.为这个分析勾选“Operating Point Analysis”和“Transient Analysis”。 图13-23 仿真器一般参数设置

15. 4.激活Transient Analysis选项,设置Transient Stop Time为10ms，指定一个10ms的仿真窗口；设置Transient Step Time为10us，表示仿真可以每10us显示一个点；设置Transient Max Step Time:10us；如图13-24所示。 图13-24 瞬态特性参数设置

16. 13.3.3信号仿真分析 • 单击 “ ” 按钮运行仿真，仿真波形如图13-25所示。 图13-25 瞬态分析仿真波形 读者可以改变一些原理图中元件参数，再运行仿真看看其变化。试着将C1的值改为47n，然后再运行瞬态特性分析。输出波形将显示一个不均匀的占空比波形。

17. 小结： • 13.1仿真元件库 • 13.2仿真器的设置 • 13.3多谐振荡器电路仿真实例 • 13.3.1绘制仿真原理图 • 13.3.2仿真器参数设置 • 13.3.3信号仿真分析