摘要:介绍了OrCAD/PSpice9的特点,通过实例说明了OrCAD/PSpice9环境下的电路优化设计过程。

1．引言

电子设计自动化(EDA)是以电子系统设计软件为工具,借助于计算机来完成数据处理。模拟评价。设计验证等工序,以实现电子系统或电子产品的整个或大部分设论文网计过程的技术。它具有设计周期短。设计费用低。设计质量高。数据处理能力强,设计资源可以共享等特点。电路通用分析软件OrCAD/PSpice9以其良好的人机交互性能,完善的电路模拟。仿真。设计等功能,已成为微机级EDA的标准系列软件之一。本文OrCAD/PSpice9的电路优化设计方法,通过实例分析了有源滤波器的优化设计过程。

2．OrCAD/PSpice9软件的特点

OrCAD/PSpice9是美国OrCADINC。公司研制的一种电路模拟及仿真的自动化设计软件,它不仅可以对模拟电路。数字电路。数/模混合电路等进行直流。交流。瞬态等基本电路特性的分析,而且可以进行蒙托卡诺(MonteCarlo)统计分析,最坏情况(WorstCase)分析。优化设计等复杂的电路特性分析。相比PSpice8。0及以前版本,具有如下新的特点:

·改变了批处理运行模式。可以在WINDOWS环境下,以人机交互方式运行。绘制好电路图,即可直接进行电路模拟,无需用户编制繁杂的输入文件。在模拟过程中,可以随时分析模拟结果,从电路图上修改设计。

·以OrCAD/Capture作为前端模块。除可以利用Capture的电路图输入这一基本功能外,还可实现OrCAD中设计项目统一管理,具有新的元器件属性编辑工具和其他多种高效省时的功能。

·将电路模拟结果和波形显示分析两大模块集成在一起。Probe只是作为其中的一个窗口,这样可以启动多个电路模拟过程,随时修改电路特性分析的参数设置,并可在重新进行模拟后继续显示。分析新的模拟结果。

·引入了模拟类型分组的概念。每个模拟类型分组均有各自的名称,分析结果数据单独存放在一个文件中,同一个电路可建立多个模拟类型分组,不同分组也可以针对同一种特性分析类型,只是分析参数不同。

·扩展了模型参数生成软件的功能。模型参数生成软件ModelED可以统一处理以文本和修改规范两种形式提取模型参数;新增了达林顿器件的模型参数提取;完成模型参数提取后,自动在图形符号库中增添该器件符号。

·增加了亚微米MOS器件模型EKV2-6。EKV2-6是一种器件物理特性的模型,适用于采用亚微米工艺技术的低压。小电流模拟电路和数/模混合电路的模拟分析。

3．电路优化设计

所谓电路优化设计,是指在电路的性能已经基本满足设计功能和指标的基础上,为了使得电路的某些性能更为理想,在一定的约束条件下,对电路的某些参数进行调整,直到电路的性能达到要求为止。OrCAD/PSpice9软件中采用PSpiceOptimizer模块对电路进行优化设计,可以同时调整电路中8个元器件的参数,以满足最多8个目标参数和约束条件的要求。可以根据给定的模型和一组晶体管特性数据,优化提取晶体管模型参数。

3。1电路优化基本条件

调用PSpiceOptimizer模块对电路进行优化设计的基本条件如下:

·电路已经通过了PSpice的模拟,相当于电路除了某些性能不够理想外,已经具备了所要求的基本功能,没有其他大的问题。

·电路中至少有一个元器件为可变的值,并且其值的变化与优化设计的目标性能有关。在优化时,一定要将约束条件(如功耗)和目标参数(如延迟时间)用节点电压和支路电流信号表示。

·存在一定的算法,使得优化设计的性能能够成为以电路中的某些参数为变量的函数,这样PSpice才能够通过对参数变化进行分析来达到衡量性能好坏的目的。

3。2电路优化设计步骤

调用PSpiceOptimizer进行电路优化设计,一般按以下4个步骤:

(1)新建设计项目,完成电路原理图设计。这一歩的关键是在电路中放置OPTPARAM符号,用于设置电路优化设计过程中需要调整的元器件名称及有关参数值;

(2)根据待优化的特性参数类别调用PSpiceA/D进行电路模拟检验,确保电路设计能正常工作,基本满足功能和特性要求;

(3)调用PSpiceOptimizer模块,设置可调整的电路元器件参数。待优化的目标参数和约束条件等与优化有关的参数。这一歩是优化设计的关键。优化参数设置是否合适将决定能否取得满意的优化结果;

(4)启动优化迭代过程,输出优化结果。

电路优化设计的过程框图如图1所示。

3。3电路优化设计实例

滤波器电路如图2所示。优化目标要求中心频率(Fc)为10Hz;3dB带宽(BW)为1Hz,容差为10百分号;增益(G)为10,容差为10百分号。

在图2中,滤波器电路共有三个可调电位器R

gain。Rfc和Rbw,用来调整中心频率。带宽以及增益,且这种调整是相互影响的。三个可变电阻的阻值是由滑动触点的位置SET确定的,显然SET值的范围为0～1,所以将三个电位器的位置参数分别设置为aG。aBW和aFc。

由于对滤波器的优化设计是交流小信号分析,因此应将分析类型Analysistype“设置为ACSweep/Noise“;扫描类型ACSweepType“设置为Logarithmic“;Points/Decade“设置为100;起始频率Start“和终止频率End“分别设置为1Hz和100Hz。

为了进行优化设计,在电路图绘制好后,应放置OPTPARAM符号并设置待优化的元器件参数。本例中参数属性设置值如表1所示。

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