各種電路仿真軟件的分析與比較

1、一當(dāng)今流行的電路仿真軟件及其特性電路仿真屬于電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA的組成部分。一般把電路仿真分為三 個(gè)層次：物理級、電路級和系統(tǒng)級。教學(xué)中重點(diǎn)運(yùn)用的為電路級仿真。電路級仿真分析由元器件構(gòu)成的電路性能，包括數(shù)字電路的邏輯仿真和模擬電路的交直流分析、瞬態(tài)分析等。電路級仿真必須有元器件模型庫的支持，仿真 信號和波形輸出代替了實(shí)際電路調(diào)試中的信號源和示波器。電路仿真主要是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案在功能方面的正確性。電路仿真技術(shù)使設(shè)計(jì)人員在實(shí)際電子系統(tǒng)產(chǎn)生之 前，就有可能全面地了解電路的各種特性。目前比較流行的電路仿真軟件大體上 說有：ORCA、Protel、Multisim、TINA、ICAP/4、Circuit

2、maker、Micro-CAP 和Edis on等一系列仿真軟件。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)電路仿真軟件的基本特點(diǎn)：仿真項(xiàng)目的數(shù)量和性能：仿真項(xiàng)目的多少是電路仿真軟件的主要指標(biāo)。各種電路仿真軟件都有的基本 功能是：靜態(tài)工作點(diǎn)分析、瞬態(tài)分析、直流掃描和交流小信號分析等4項(xiàng)；可能有的分析是：傅里葉分析、參數(shù)分析、溫度分析、蒙特卡羅分析、噪聲分析、傳 輸函數(shù)、直流和交流靈敏度分析、失真度分析、極點(diǎn)和零點(diǎn)分析等。仿真軟件如 SIMextrix 只有 6 項(xiàng)仿真功能，而 Tina6.0 有 20 項(xiàng)，Protel、ORCAJD P-CAD等 軟件的仿真功能在10項(xiàng)左右。專業(yè)化的電路仿真軟件有更多的仿

3、真功能。對電 子設(shè)計(jì)和教學(xué)的各種需求考慮的比較周到。例如TINA的符號分析、Pspice和ICAP/4的元件參數(shù)變量和最優(yōu)化分析、Multisim的網(wǎng)絡(luò)分析、CircuitMaker的 錯(cuò)誤設(shè)置等都是比較有特色的功能。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)Pspice語言擅長于分析模擬電路，對數(shù)字電路的處理不是很有效。對于純 數(shù)字電路的分析和仿真，最好采用基于VHDL等硬件描述語言的仿真軟件，例如, Altera公司的可編程邏輯器件開發(fā)軟件 MAX+plusll等。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)仿真元器件的數(shù)量和精度:元件庫中仿真元件的數(shù)量和精度決定了仿真的適用性和精確 度。電路仿真軟件的元件庫有數(shù)千

4、個(gè)到 1-2萬個(gè)不等的仿真元件，但軟件內(nèi)含 的元件模型總是落后于實(shí)際元器件的生產(chǎn)與應(yīng)用。因此，除了軟件本身的器件庫之外，器件制造商的網(wǎng)站是元器件模型的重要來源。 大量的網(wǎng)絡(luò)信息也能提供有 用的仿真模型。設(shè)計(jì)者如果對仿真元件模型有比較深入的研究，可根據(jù)最新器件 的外部特性參數(shù)自定義元件模型，構(gòu)建自己的元件庫。對于教學(xué)工作者來說，軟 件內(nèi)的元件模型庫，基本上可以滿足常規(guī)教學(xué)需要，主要問題在于國產(chǎn)元器件與 國外元器件的替代，并建立教學(xué)中常用的國產(chǎn)元器件庫。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)電路仿真軟件的元件分類方式有兩種：按元器件類型如電源、 二極管、74系列等分成若干個(gè)大類；或按元器件制造商分類，大多

5、數(shù)仿真軟件 有電路圖形符號的預(yù)覽，便于選取使用。 文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)各電路仿真軟件對元件的PSPICE模型都作了簡化。女口 PSPICE 的電阻模型有一階、二階和指數(shù)等3個(gè)溫度系數(shù)。多數(shù)軟件只定義了前兩個(gè)溫度 系數(shù)，只有TINA定義了電阻的3個(gè)溫度系數(shù)，而Protel的電阻沒有定義溫度系 數(shù)；又比如雙極型晶體管有40個(gè)PSPICE模型參數(shù)，Multisim 規(guī)定了全部的參 數(shù)、TINA也有32個(gè)，Protel只有22個(gè)。對仿真精度要求比較高的設(shè)計(jì)要采用 高精度的元件模型，或根據(jù)實(shí)際元件修正參數(shù)模型。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)顯示和處理能力：運(yùn)行仿真后會(huì)得到大量的數(shù)據(jù)。仿真數(shù)

6、據(jù)的顯示方式有列表和 圖線兩種。如計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)后，Protel將節(jié)點(diǎn)電壓、支路電流、元件消耗能 量和電源端等效電阻等數(shù)據(jù)以列表顯示；Pspice和Micro-CAP可將電壓、電流和功率標(biāo)識在電路圖中。瞬態(tài)分析、直流掃描、交流小信號分析一般以圖示顯示 結(jié)果。圖線可以被打印或保存為特定格式的文件；部分軟件可將波形保存為通用的PEL（以時(shí)間-電學(xué)量數(shù)對組表示的）格式文件，或?qū)С龅紼xcel中。也可以復(fù)制圖線，把它粘貼到 Windows的 “畫圖”中，處理后保存為圖片文件；或直接 把圖線粘貼到 Word PowerPoint、Autherware等軟件的文檔中。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅 用于個(gè)人學(xué)習(xí)各電路

7、仿真軟件對波形圖線的處理能力不同。但一般都有如下 數(shù)據(jù)處理功能：1. 波形測量：顯示為不同類型的坐標(biāo)刻度（線性、對數(shù)、幅度、分貝等） ， 測出圖線的有效值、方均根值、峰峰值、平均值、最大值、最小值、周期等。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)2. 圖線計(jì)算：對圖線進(jìn)行加、減、乘、除、微分、積分等運(yùn)算，或?qū)D線變 量作為數(shù)學(xué)函數(shù)的自變量，得到新的數(shù)學(xué)變量。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)3修飾圖線：使圖線更美觀、更容易被理解?？筛膱D線的粗細(xì)、顏色、式 樣和標(biāo)記；添加測量數(shù)據(jù)點(diǎn)標(biāo)志和數(shù)據(jù)標(biāo)簽；改變圖線的背景色、坐標(biāo)的式樣和 顏色等。有些軟件允許在圖線畫面中輸入說明性的文字，甚至可以是中文文本。文檔收集自

8、網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)虛擬儀器和教育功能：形象化的虛擬儀器是電路仿真軟件的一個(gè)特色。最典型的例子是Multisim， 該軟件的虛擬儀器無論界面的外觀還是內(nèi)在的功能，都達(dá)到了同類軟件的最高水平。其它設(shè)置有虛擬儀器的軟件還有 TINA、Edison等。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)虛擬儀器可以幫助學(xué)習(xí)者了解電子儀器的作用，深入理解電子測量的方法和 技術(shù)要領(lǐng)。掌握電子儀器的各種操作方法，特別是各種控制按鈕、旋鈕的功能。 Multisim和TINA虛擬儀器的功能實(shí)際上超過了 PSPICE本身，比較典型的是網(wǎng) 絡(luò)分析儀和邏輯分析儀。網(wǎng)絡(luò)分析儀是分析射頻組件和射頻網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的專用儀 器；而Multisim的邏

9、輯分析儀具有真正的數(shù)字電路分析功能，符合實(shí)際數(shù)字系 統(tǒng)分析的技術(shù)要求。部分軟件還有虛擬的機(jī)電元件，如燈泡、按鈕、繼電器、接 觸器等電氣元件，調(diào)用這些元件可構(gòu)建機(jī)電控制電路。 軟件元件庫中的數(shù)學(xué)和模 擬控制器件可用于自動(dòng)控制原理分析。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)為適應(yīng)教育單位對電路原理教學(xué)的需求，有的軟件設(shè)置了教育功能。 主要是允許使用者對元器件設(shè)置一些隱蔽的錯(cuò)誤。如Multisim 和TINA可對組件設(shè)置開路、短路和漏電阻三項(xiàng)參數(shù)；而Altium公司的CircuitMaker可以對組件 和電路做更多的教學(xué)設(shè)置，并且可以加上密碼，直接作為實(shí)訓(xùn)課的考試工具。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)主要仿真

10、軟件的比較ELECTRONICS WORKBENCH E以下簡稱 EWB：EW軟件是加拿大交互圖像技術(shù)有限公司（INTERACTIVE IMAGETECHNOLOGIEtd ）在九十年代初推出的EDA軟件，但在國內(nèi)開始使用卻是近幾 年的事，現(xiàn)在普遍使用的是在 WIN95環(huán)境下工作的EWB5.0（在國內(nèi)曾見過6.0 的演示版，注：EWB5.0也可以在 WINDOWS3環(huán)境下使用，但需安裝 WING3工 具），相對其它EDA軟件而言，它是個(gè)較小巧的軟件，只有 16M功能也比較單 一,就是進(jìn)行模擬電路和數(shù)字電路的混合仿真，但你絕對不可小看它，它的仿真功能十分強(qiáng)大，可以幾乎100%的仿真出真實(shí)電路的結(jié)

11、果，而且它在桌面上提供 了萬用表、示波器、信號發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯 轉(zhuǎn)換器等工具，它的器件庫中則包含了許多大公司的晶體管元器件、集成電路和數(shù)字門電路芯片，器件庫中沒有的元器件，還可以由外部模塊導(dǎo)入，在眾多的電 路仿真軟件中，EW克最容易上手的，它的工作界面非常直觀，原理圖和各種工 具都在同一個(gè)窗口內(nèi)，未接觸過它的人稍加學(xué)習(xí)就可以很熟練地使用該軟件，對于電子設(shè)計(jì)工作者來說，它是個(gè)極好的EDAX具，許多電路你無需動(dòng)用烙鐵就可 得知它的結(jié)果，而且若想更換元器件或改變元器件參數(shù)，只需點(diǎn)點(diǎn)鼠標(biāo)即可，它也可以作為電學(xué)知識的輔助教學(xué)軟件使用， 利用它可以直接從屏幕上看到各種電 路

12、的輸出波形。EWB勺兼容性也較好，其文件格式可以導(dǎo)出成能被 ORCA或PROTEL 讀取的格式，該軟件只有英文版，在中文版的WINDOWS下它的一些圖標(biāo)會(huì)偏移 兩個(gè)位置（在WINDOWS下正常），但不影響它的使用。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué) 習(xí)2.PROTELPROTE是澳大利亞的PORTE公司在80年代末推出的EDA軟件，在電子行 業(yè)的CAD軟件中，它當(dāng)之無愧地排在眾多EDA軟件的前面，是電子設(shè)計(jì)者的首選 軟件，它較早就在國內(nèi)開始使用，在國內(nèi)的普及率也最高，有些學(xué)校的電子專業(yè) 還專門開設(shè)了課程來學(xué)習(xí)它，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電子設(shè)計(jì)人才時(shí)在其條件欄上常會(huì)寫著要求會(huì)使

13、用PROTEL早期的PROTE主要作為印制板自動(dòng)布線工具使用， 運(yùn)行在DO酥境，對硬件的要求很低，在無硬 盤286機(jī)的1M內(nèi)存下就能運(yùn)行，但它的功能也較少，只有電原理圖繪制與印制 板設(shè)計(jì)功能，其印制板自動(dòng)布線的布通率也低，而現(xiàn)今的PROTEE發(fā)展到PROTEL99SE是個(gè)龐大的EDA軟件，完全安裝有 200多兆，它工作在 WINDOWS9X 環(huán)境下，是個(gè)完整的板級全方位電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)， 它包含了電原理圖繪制、模擬電 路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印制電路板設(shè)計(jì)（包含印制電路板自動(dòng)布線）、 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有 Clie nt/Server（客戶/服

14、務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，同時(shí)還兼容一些其它設(shè)計(jì)軟件的文件格式，如ORCAJDPSPICE EXCEL等，其多層印制線路板的自動(dòng)布線可實(shí)現(xiàn)高 密度PCB的100%布通率。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)3. PSPICE:PSPICE是較早出現(xiàn)的EDA軟件之一，1985年就由MICROSIg司推出，在電 路仿真方面，它的功能可以說是最為強(qiáng)大，在國內(nèi)被普遍使用，現(xiàn)在使用較多的 是PSPICE6.2,工作于 WINDOWS境，占用硬盤空間20多兆，整個(gè)軟件由原理 圖編輯、電路仿真、激勵(lì)編輯、元器件庫編輯、波形圖等幾個(gè)部分組成，使用時(shí) 是一個(gè)整體，但各個(gè)部分各有各的窗口。 PSPICE®展至今，已被并

15、入ORCAJD成 為ORCADPSPICE但PSPICE仍然單獨(dú)銷售和使用，新推出的版本為PSPICE9.1, 工作于 WINDOWS9598/NT平臺上，要求是奔騰以上 CPU 32M內(nèi)存、50M以上 剩余硬盤空間、800X600以上顯示分辨率，是功能強(qiáng)大的模擬電路和數(shù)字電路混 合仿真EDA軟件，它可以進(jìn)行各種各樣的電路仿真、激勵(lì)建立、溫度與噪聲分析、 模擬控制、波形輸出、數(shù)據(jù)輸出、并在同一個(gè)窗口內(nèi)同時(shí)顯示模擬與數(shù)字的仿真 結(jié)果，無論對哪種器件哪些電路進(jìn)行仿真，包括IGBT、脈寬調(diào)制電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)/模轉(zhuǎn)換等，都可以得到精確的仿真結(jié)果，對于庫中沒有的元器件模塊， 還可以自已編輯。 文檔收

16、集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)以下圖表2-1為目前10個(gè)具有代表性的電路仿真軟件主參數(shù)的統(tǒng)計(jì)。表中 安裝容量是指軟件安裝后在硬盤中所占的空間，Protel的安裝包括了 PCB設(shè)計(jì)組件；電源種類的多少和軟件對電源的分類有關(guān)，如有的軟件將同一電源分別放 在多個(gè)目錄下，有的軟件將5種瞬態(tài)分析源放在一個(gè)圖標(biāo)中；Pspice的正式版 的仿真元件數(shù)為1.6萬。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)軟件名稱、版本安 裝容量（M電 源種類 數(shù)仿 真元件 數(shù)虛擬設(shè) 備數(shù)模 扌以分 析種 類吳數(shù)字仿 直/、咬混 合仿 直/、g圖 線處 理能力:樣 例文 件數(shù)B2 SPICE A/D V4L66671 5萬無7有r 有1良弓6CircuitMaker12290 6萬20有r 有t優(yōu)專823631.4萬無1有r 有t優(yōu)IVEX Spice1340.3萬無8有寸無£良6 1MicroCap V711341.5萬無8有W有”優(yōu)50 1Multisim 2001183281.6萬118有W有r優(yōu)號3Protel 99 SE259246萬0'無；0匕 有r優(yōu)9 3PspiceV9.1Stude nt41400 28無；0有W有r良0 1SIMextrix13140.5萬無6有W有r優(yōu)$ 9Ti na6.083182