OrCAD/PSpice9软件特点及威廉希尔官方网站 优化设计过程

  【摘要】介绍了OrCAD/PSpice9的特点，通过实例说明了基于OrCAD/PSpice9环境下的威廉希尔官方网站 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。威廉希尔官方网站 通用分析软件OrCAD/PSpice9以其良好的人机交互性能，完善的威廉希尔官方网站 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。本文基于OrCAD/PSpice9的威廉希尔官方网站 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OrCAD INC.公司研制的一种威廉希尔官方网站 模拟及仿真的自动化设计软件，它不仅可以对模拟威廉希尔官方网站 、数字威廉希尔官方网站 、数/模混合威廉希尔官方网站 等进行直流、交流、瞬态等基本威廉希尔官方网站 特性的分析，而且可以进行蒙托卡诺（Monte Carlo）统计分析，最坏情况（Worst Case）分析、优化设计等复杂的威廉希尔官方网站 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。绘制好威廉希尔官方网站 图，即可直接进行威廉希尔官方网站 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，从威廉希尔官方网站 图上修改设计。
    · 以OrCAD/Capture作为前端模块。除可以利用Capture的威廉希尔官方网站 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。
    · 将威廉希尔官方网站 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，这样可以启动多个威廉希尔官方网站 模拟过程，随时修改威廉希尔官方网站 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，同一个威廉希尔官方网站 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是一种基于器件物理特性的模型，适用于采用亚微米工艺技术的低压、小电流模拟威廉希尔官方网站 和数/模混合威廉希尔官方网站 的模拟分析。
3． 威廉希尔官方网站 优化设计
    所谓威廉希尔官方网站 优化设计，是指在威廉希尔官方网站 的性能已经基本满足设计功能和指标的基础上，为了使得威廉希尔官方网站 的某些性能更为理想，在一定的约束条件下，对威廉希尔官方网站 的某些参数进行调整，直到威廉希尔官方网站 的性能达到要求为止。OrCAD/PSpice9软件中采用PSpice Optimizer模块对威廉希尔官方网站 进行优化设计，可以同时调整威廉希尔官方网站 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  威廉希尔官方网站 优化基本条件

    调用PSpice Optimizer模块对威廉希尔官方网站 进行优化设计的基本条件如下：

    · 威廉希尔官方网站 已经通过了PSpice的模拟，相当于威廉希尔官方网站 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。

    · 威廉希尔官方网站 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威廉希尔官方网站 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 威廉希尔官方网站 优化设计步骤

    调用PSpice Optimizer进行威廉希尔官方网站 优化设计，一般按以下4个步骤：

    (1) 新建设计项目，完成威廉希尔官方网站 原理图设计。这一歩的关键是在威廉希尔官方网站 中放置OPTPARAM符号，用于设置威廉希尔官方网站 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PSpice A/D进行威廉希尔官方网站 模拟检验，确保威廉希尔官方网站 设计能正常工作，基本满足功能和特性要求；

    (3) 调用PSpice Optimizer模块，设置可调整的威廉希尔官方网站 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。

    威廉希尔官方网站 优化设计的过程框图如图1所示。

3.3 威廉希尔官方网站 优化设计实例
    滤波器威廉希尔官方网站 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%；增益（G）为10，容差为10%。

    在图2中，滤波器威廉希尔官方网站 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“Analysis type”设置为“AC Sweep/Noise”；扫描类型“AC Sweep Type”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，在威廉希尔官方网站 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。

    设置好待调整的元器件参数以后，调用PSpice Optimizer模块并在优化窗口中设置增益（G）、中心频率（Fc）和带宽(BW)三个优化指标。并利用PSpice中提供的特征值函数定义这三
个优化指标，具体设置见表2。


    调用PSpice A/D进行模拟计算，在相应窗口中显示中心频率的值为8.3222，带宽为0.712187，增益为14.8106。显然这与要求的设计指标有差距，需要通过优化设计达到目标。

    在优化窗口中选择执行Tune/Auto/Start子命令，即可开始优化过程。优化结束后，优化窗口中给出最终优化结果，如图3所示。

    由图3可见，系统共进行了三次迭代，自动调用了9次威廉希尔官方网站 模拟程序。当3个待调整的元器件参数分别取aG=0.476062；aFc=0.457928；aBW=0.702911时，可以使3个设计指标达到G=10.3499，Fc=9.98953，BW=1.00777。

    可见，对威廉希尔官方网站 进行优化设计后，威廉希尔官方网站 指标均能满足设计要求。另外，完成优化设计后，还可以从不同角度显示和分析优化结果。

4. 结束语

    从上面的例子可以看出，当威廉希尔官方网站 的功能已经大致完成，但仍需要对一些指标进行优化，这时调用PSpice Optimizer来完成这一优化过程是相当方便的。如果用户能够观察出具体是什么因素影响了威廉希尔官方网站 的某项性能，从而知道调节哪些参数可使该性能更加理想；那么，应用PSpice Optimizer对该威廉希尔官方网站 进行调整也是完全合适的。

    需要强调的是，PSpice Optimizer的自动化设计程度也是相对的，如果所设计的威廉希尔官方网站 距离它的基本功能还相差甚远的话，用PSpice Optimizer来进行优化设计是很难达到理想效果的。同时它不能创建威廉希尔官方网站 ，不能对威廉希尔官方网站 中的敏感元素进行优化设计。