仿真電路

仿真電路簡介

　　電路仿真，顧名思義就是設(shè)計(jì)好的電路圖通過仿真軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬，模擬出實(shí)際功能，然后通過其分析改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)。是EDA（電子設(shè)計(jì)自動化）的一部分。

　　Multisim

　　Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。

仿真電路百科

　　電路仿真，顧名思義就是設(shè)計(jì)好的電路圖通過仿真軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬，模擬出實(shí)際功能，然后通過其分析改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)。是EDA（電子設(shè)計(jì)自動化）的一部分。

　　Multisim

　　Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。

　　其特點(diǎn)如下：

　　Ø 直觀的圖形界面

　　整個(gè)操作界面就像一個(gè)電子實(shí)驗(yàn)工作臺，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點(diǎn)鼠標(biāo)可用導(dǎo)線將它們連接起來，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實(shí)物相似，測量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實(shí)儀器上看到的；

　　Ø 豐富的元器件

　　提供了世界主流元件提供商的超過17000多種元件，同時(shí)能方便的對元件各種參數(shù)進(jìn)行編輯修改，能利用模型生成器以及代碼模式創(chuàng)建模型等功能，創(chuàng)建自己的元器件。

　　Ø 強(qiáng)大的仿真能力

　　以SPICE3F5和Xspice的內(nèi)核作為仿真的引擎，通過Electronic workbench 帶有的增強(qiáng)設(shè)計(jì)功能將數(shù)字和混合模式的仿真性能進(jìn)行優(yōu)化。包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、電路向?qū)У裙δ堋?/p>

　　Ø 豐富的測試儀器

　　提供了22種虛擬儀器進(jìn)行電路動作的測量：

　　Multimeter（萬用表）Function Generatoer（函數(shù)信號發(fā)生器）Wattmeter（瓦特表）Oscilloscope（示波器）Bode Plotter（波特儀）Word Generator（字符發(fā)生器Logic Analyzer（邏輯分析儀）Logic Converter（邏輯轉(zhuǎn)換儀）Distortion Analyer（失真度儀）Spectrum Analyzer（頻譜儀）Network Analyzer（網(wǎng)絡(luò)分析儀）Measurement Pribe（測量探針）Four Channel Oscilloscope（四蹤示波器）Frequency Counter（頻率計(jì)數(shù)器）IV Analyzer（伏安特性分析儀）Agilent Simulated Instruments（安捷倫仿真儀器）Agilent Oscilloscope（安捷倫示波器）Tektronix Simulated Oscilloscope（泰克仿真示波器）Voltmeter（伏特表）Ammeter（安培表）Current Probe（電流探針）Lab VIEW Instrument（Lab VIEW儀器）這些儀器的設(shè)置和使用與真實(shí)的一樣，動態(tài)互交顯示。除了Multisim提供的默認(rèn)的儀器外，還可以創(chuàng)建LabVIEW的自定義儀器，使得圖形環(huán)境中可以靈活地可升級地測試、測量及控制應(yīng)用程序的儀器。Ø 完備的分析手段Multisimt提供了許多分析功能：DC Operating Point Analysis（直流工作點(diǎn)分析 ）AC Analysis（交流分析）Transient Analysis（瞬態(tài)分析）Fourier Analysis（傅里葉分析）Noise Analysis（噪聲分析）Distortion Analysis（失真度分析）DC Sweep Analysis（直流掃描分析）DC and AC Sensitvity Analysis（直流和交流靈敏度分析）Parameter Sweep Analysis（參數(shù)掃描分析）Temperature Sweep Analysis（溫度掃描分析）Transfer Function Analysis（傳輸函數(shù)分析）Worst Case Analysis（最差情況分析） Pole Zero Analysis（零級分析）Monte Carlo Analysis（蒙特卡羅分析）Trace Width Analysis（線寬分析）Nested Sweep Analysis（嵌套掃描分析）Batched Analysis（批處理分析）User Defined Analysis（用戶自定義分析）它們利用仿真產(chǎn)生的數(shù)據(jù)執(zhí)行分析，分析范圍很廣，從基本的到極端的到不常見的都有，并可以將一個(gè)分析作為另一個(gè)分析的一部分的自動執(zhí)行。集成LabVIEW和Signalexpress快速進(jìn)行原型開發(fā)和測試設(shè)計(jì)，具有符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的交互式測量和分析功能；

　　Ø 獨(dú)特的射頻（RF）模塊

　　提供基本射頻電路的設(shè)計(jì)、分析和仿真。射頻模塊由RF-specific（射頻特殊元件，包括自定義的RF SPICE模型）、用于創(chuàng)建用戶自定義的RF模型的模型生成器、兩個(gè)RF-specific儀器（Spectrum Analyzer頻譜分析儀和Network Analyzer網(wǎng)絡(luò)分析儀）、一些RF-specific分析（電路特性、匹配網(wǎng)絡(luò)單元、噪聲系數(shù)）等組成；

　　Ø 強(qiáng)大的MCU模塊

　　支持4種類型的單片機(jī)芯片，支持對外部RAM、外部ROM、鍵盤和LCD等外圍設(shè)備的仿真，分別對4 種類型芯片提供匯編和編譯支持；所建項(xiàng)目支持C代碼、匯編代碼以及16進(jìn)制代碼，并兼容第三方工具源代碼； 包含設(shè)置斷點(diǎn)、單步運(yùn)行、查看和編輯內(nèi)部RAM、特殊功能寄存器等高級調(diào)試功能。

　　Ø 完善的后處理

　　對分析結(jié)果進(jìn)行的數(shù)學(xué)運(yùn)算操作類型包括算術(shù)運(yùn)算、三角運(yùn)算、指數(shù)運(yùn)行、對數(shù)運(yùn)算、復(fù)合運(yùn)算、向量運(yùn)算和邏輯運(yùn)算等；

　　Ø 詳細(xì)的報(bào)告

　　能夠呈現(xiàn)材料清單、元件詳細(xì)報(bào)告、網(wǎng)絡(luò)報(bào)表、原理圖統(tǒng)計(jì)報(bào)告、多余門電路報(bào)告、模型數(shù)據(jù)報(bào)告、交叉報(bào)表7種報(bào)告；

　　Ø 兼容性好的信息轉(zhuǎn)換

　　提供了轉(zhuǎn)換原理圖和仿真數(shù)據(jù)到其他程序的方法，可以輸出原理圖到PCB布線（如Ultiboard、OrCAD、PADS Layout2005、P-CAD和Protel）；輸出仿真結(jié)果到MathCAD、Excel或LabVIEW；輸出網(wǎng)絡(luò)表文件；向前和返回注；提供Internet Design Sharing（互聯(lián)網(wǎng)共享文件）

　　cadence

　　Cadence公司的電子設(shè)計(jì)自動化（Electronic Design Automation）產(chǎn)品涵蓋了電子設(shè)計(jì)的整個(gè)流程，包括系統(tǒng)級設(shè)計(jì)，功能驗(yàn)證，IC綜合及布局布線，模擬、混合信號及射頻IC設(shè)計(jì)，全定制

　　Cadence設(shè)計(jì)軟件

　　集成電路設(shè)計(jì)，IC物理驗(yàn)證，PCB設(shè)計(jì)和硬件仿真建模等。同時(shí)，Cadence公司還提供設(shè)計(jì)方法學(xué)服務(wù)，幫助客戶優(yōu)化其設(shè)計(jì)流程；提供設(shè)計(jì)外包服務(wù)，協(xié)助客戶進(jìn)入新的市場領(lǐng)域。自1991年以來，該公司已連續(xù)在國際EDA市場中銷售業(yè)績穩(wěn)居第一。全球知名半導(dǎo)體與電子系統(tǒng)公司均將Cadence軟件作為其全球設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。

　　幾款主流電子電路仿真軟件優(yōu)缺點(diǎn)比較

　　電子電路仿真技術(shù)是當(dāng)今相關(guān)專業(yè)學(xué)習(xí)者及工作者必須掌握的技術(shù)之一，它有諸多優(yōu)點(diǎn)：第一，電子電路仿真軟件一般都有海量而齊全的電子元器件庫和先進(jìn)的虛擬儀器、儀表，十分方便仿真與測試；第二，仿真電路的連接簡單快捷智能化，不需焊接，使用儀器調(diào)試不用擔(dān)心損壞；大大減少了設(shè)計(jì)時(shí)間及金錢的成本；第三，電子電路仿真軟件可進(jìn)行多種準(zhǔn)確而復(fù)雜的電路分析。

　　隨著電子電路仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，許多公司推出了各種功能先進(jìn)、性能強(qiáng)勁的仿真軟件。既然它們能百家爭鳴，那么肯定是在某些方面各有優(yōu)劣的。下面就針對幾款主流電子電路仿真軟件的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較。

　?。?） Multisim

　　在模電、數(shù)電的復(fù)雜電路虛擬仿真方面，Multisim是當(dāng)之無愧的一哥。它有形象化的極其真實(shí)的虛擬儀器，無論界面的外觀還是內(nèi)在的功能，都達(dá)到了的最高水平。它有專業(yè)的界面和分類，強(qiáng)大而復(fù)雜的功能，對數(shù)據(jù)的計(jì)算方面極其準(zhǔn)確。在我們參加電子競賽的時(shí)候，特別是模擬方向的題目，我們用得最多的仿真軟件就是Multisim。同時(shí)，Multisim不僅支持MCU，還支持匯編語言和C語言為單片機(jī)注入程序，并有與之配套的制版軟件NI Ultiboard10，可以從電路設(shè)計(jì)到制板layout一條龍服務(wù)。

　　Multisim的缺點(diǎn)是，軟件過于龐大，對MCU的支持不足，制板等附加功能比不上其他的專門的軟件。

　?。?）Tina

　　Tina的界面簡單直觀，元器件不算多，但是分類很好，而且TI公司的元器件最齊全。在比賽時(shí)經(jīng)常用到TI公司的元器件，當(dāng)在Multisim找不到對應(yīng)的器件時(shí)，我們就會用到Tina來仿真。

　　Tina的缺點(diǎn)是，功能相對較少，對TI公司之外的元器件支持較少。

　　（3） Proteus

　　Proteus作為一款集電路仿真、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)仿真于一體軟件，它不僅含有大量的基于真實(shí)環(huán)境的元器件，支持眾多主流的單片機(jī)型號及通用外設(shè)模型，還提供最優(yōu)秀的實(shí)時(shí)顯示效果，它的動態(tài)仿真是基于幀和動畫的，因此提供更好的視覺效果。Proteus支持單片機(jī)匯編語言的編輯/編譯/源碼級仿真，內(nèi)帶8051、AVR、PIC的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環(huán)境（如IAR、Keil和Hitech）結(jié)合，進(jìn)行高級語言的源碼級仿真和調(diào)試。

　　Proteus的缺點(diǎn)是，對電路的數(shù)據(jù)計(jì)算方面不足。

　?。?）Cadence

　　Cadence收購并整合了Pspice的功能，涵蓋了電子設(shè)計(jì)的整個(gè)流程，包括系統(tǒng)級設(shè)計(jì)，功能驗(yàn)證，IC綜合及布局布線，模擬、混合信號及射頻IC設(shè)計(jì)，全定制集成電路設(shè)計(jì)，IC物理驗(yàn)證，PCB設(shè)計(jì)和硬件仿真建模等。Cadence是對復(fù)雜EDA設(shè)計(jì)的首選。

　　Cadence的缺點(diǎn)是，操作較為復(fù)雜，比較適合復(fù)雜板的開發(fā)。

　?。?） Matlab仿真工具包Simulink

　　目前，大型科學(xué)計(jì)算與仿真軟件Matlab已經(jīng)配備了電力系統(tǒng)工具包，這使得Matlab可以用于電力電子仿真。PowerSystem的仿真是基于Matlab的Simuilnk圖形環(huán)境，因而使用起來與PSpiee一樣方便.Simulink是Matlab軟件包中最重要的功能模塊之一，是交互式、模塊化的建模和仿真的動態(tài)分析系統(tǒng)。在電力電子領(lǐng)域，通常利用Simulink建立電力電子裝置的簡化模型（如基頻模型）并連接成系統(tǒng)，即可直接進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)和仿真。Simulink對C語言代碼提供了很好的支持，而且既可以工作在交互式圖形環(huán)境下，也可以工作在Matlab指令語言模式的批處理模式下。

　　Matlab是基于理想化功率元器件和功能模塊的仿真工具。Matlab的強(qiáng)大數(shù)學(xué)運(yùn)算功能，使得PowerSystem的控制功能非常卓越，尤其是利用其他相關(guān)的工具包，電路可以實(shí)現(xiàn)極為細(xì)致控制而不需花費(fèi)很大的精力。使用Matlab的另外好處是：其數(shù)據(jù)處理十分有效、精細(xì)，運(yùn)行速度較快;其數(shù)據(jù)的格式兼容性十分好，便于數(shù)據(jù)的后處理與分析，尤其是控制特性的研究分析。

　　Matlab的缺點(diǎn)在于目前的PowerSystem是基于一般電路元件的模型以及數(shù)學(xué)模塊（例如傳遞函數(shù)）來進(jìn)行仿真的，與實(shí)際元件的參數(shù)有差別，仿真的結(jié)果與實(shí)際電路有一定距離，其結(jié)果的參考意義主要體現(xiàn)在電路的總體與系統(tǒng)上。其中的開關(guān)和控制單元大量使用了理想元件，其中的開關(guān)控制器只要直接與開關(guān)相連即可，不用考慮電平移動?；竞雎粤藢?shí)際開關(guān)的暫態(tài)過程描述?？偠灾?，Matlab是對理想模型的仿真，不能考慮非理性狀態(tài)下的情況。

　　（6）Altium Designer

　　Altium Designer 除了全面繼承包括Protel 99SE、Protel DXP在內(nèi)的先前一系列版本的功能和優(yōu)點(diǎn)外，還增加了許多改進(jìn)和很多高端功能。該平臺拓寬了板級設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)界面，全面集成了FPGA設(shè)計(jì)功能和SOPC設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能，從而允許工程設(shè)計(jì)人員能將系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的FPGA與PCB設(shè)計(jì)及嵌入式設(shè)計(jì)集成在一起。

　　Altium Designer 主要用于原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、PCB繪制編輯，也是電賽必備軟件。

　　Altium Designer 的缺點(diǎn)是對復(fù)雜板的設(shè)計(jì)不及Cadence。