淺談模擬電源和信號鏈電路的SPICE仿真實驗

作者：Ian Williams，Bob Hanrahan

人們通常期望硬件工程師能在緊迫的項目時間內(nèi)交付成果。電路和系統(tǒng)設(shè)計人員必須使用一切工具來構(gòu)建精確、可靠工作的設(shè)計方案，使其在第一次運(yùn)行表現(xiàn)良好。為了滿足這些需求，加之如今不斷變化的辦公環(huán)境，意味著可以在家或遠(yuǎn)程操控的電路仿真和驗證工具比以往任何時候都更具價值。

我們發(fā)現(xiàn)，工程師正在縮減設(shè)計的原型設(shè)計和評估階段。某些情況下，他們會直接使用最終的印刷電路板（PCB），但大家都希望能降低電路錯誤的風(fēng)險。為此，德州儀器針對高性能、全功能模擬仿真平臺的日益增長的需求，與Cadence一同推出了PSpice? for TI，為業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)OrCAD Pspice環(huán)境的全功能版本，使器件評估和在驗證時模擬整個子系統(tǒng)變得更容易。

首先，為什么要使用SPICE仿真？

數(shù)十年來，以集成電路為重點(diǎn)的仿真程序（SPICE）一直在幫助工程師解決硬件設(shè)計問題。電路仿真有三種主要用例：

· 器件評估。有時甚至在實際器件或應(yīng)用電路實際可用之前，就可測量特定產(chǎn)品在特定應(yīng)用中的性能。

· 驗證設(shè)計。構(gòu)建物理原型之前，構(gòu)建和仿真復(fù)雜的電路板級和系統(tǒng)級設(shè)計能讓工程師對其電路充滿信心，并縮短設(shè)計時間。設(shè)計驗證包括在最壞情況下仿真電路運(yùn)行的能力，以及產(chǎn)品在溫度、極端電壓和器件容差等參數(shù)發(fā)生變化時確保能夠正常運(yùn)行。

· 設(shè)計調(diào)試。如果設(shè)計效果不如預(yù)期，工程師通常會通過仿真來解決系統(tǒng)中的問題或漏洞。無需重新加工和測試實際PCB，SPICE仿真也可找到并初步測試電路修復(fù)情況。

利用PSpice for TI，通過電路仿真的能力來完成這些任務(wù)可幫助您縮短開發(fā)時間并推動產(chǎn)品快速上市。基于計算機(jī)的仿真具有固有優(yōu)勢。例如，如今在家辦公更為普遍，使用仿真意味著您可在任何地方的項目上取得重大進(jìn)展。您也無需等待零件、PCB或?qū)嶒炇以O(shè)備，只需建立您的仿真測試臺即可。

您可以通過電子方式與其他團(tuán)隊成員輕松共享電路仿真，以進(jìn)行較大的系統(tǒng)級仿真或同行設(shè)計審查。您還可以運(yùn)行如參數(shù)化或溫度掃描、靈敏度分析或器件容限分析等更復(fù)雜的測試，而在實際情況中進(jìn)行這些測試既昂貴又費(fèi)時。

讓我們來看PSpice for TI上的一個例子。圖1中的仿真繪制了單極電阻電容濾波器網(wǎng)絡(luò)的AC傳遞函數(shù)，同時逐步增大了電容值。

圖1：PSpice for TI原理圖和模擬配置文件示例

圖2所示為結(jié)果圖，以及在f = 1 MHz時每個圖的-3-dB帶寬和的增益的自動測量。強(qiáng)大的分析功能夠大幅加快設(shè)計優(yōu)化。

圖2：PSpice for TI仿真和測量結(jié)果

重要注意事項：正確的仿真結(jié)果是基于器件模型是精確且迅速收斂的假設(shè)的（這種情況意味著達(dá)成結(jié)果）。值得慶幸的是，德州儀器擁有半導(dǎo)體行業(yè)中一些最精確、最易于收斂的模型，并一直在努力開發(fā)新型集成電路。

為什么要使用PSpice for TI？

PSpice for TI提供原理圖捕獲以及模擬電路仿真。PSpiceforTI可免費(fèi)使用，它擁有商業(yè)版本中的許多高級功能，包括自動測量和后處理以及蒙特卡洛（MonteCarlo）分析和最壞情況分析。PSpiceforTI基于最新的PSpice版本構(gòu)建，可在離線狀態(tài)下工作，與商業(yè)版本中開發(fā)的項目兼容，且在使用德州儀器器件時可提供無限數(shù)量的節(jié)點(diǎn)和測量。

提及德州儀器器件以及標(biāo)準(zhǔn)的器件模型套件，將近6,000種德州儀器模擬電源和信號鏈模型的完整模型庫已集成到PSpice for TI中，您只需單擊幾下即可將德州儀器零件添加到項目中。無需手動導(dǎo)入德州儀器模型，該快速增長的模型庫將自動更新，與TI.com上的最新信息保持一致。

大多數(shù)德州儀器器件模型都帶有經(jīng)全面測試和可操作的設(shè)計示例。絕大部分情況下還提供了完整的參考設(shè)計，可從中進(jìn)行剪切和粘貼，能夠快速開始設(shè)計并查看器件運(yùn)行和性能。在該工具中單擊數(shù)下即可放置一個器件并打開相關(guān)的參考設(shè)計。圖3顯示了一種此類設(shè)計，可進(jìn)行修改和仿真。該圖還顯示此應(yīng)用程序的深色模式和可自定義的配色方案，有助于減少能源消耗并減輕視覺疲勞。

圖3：德州儀器器件參考設(shè)計示例

為做出更快的設(shè)計決策，您可通過該工具訪問德州儀器產(chǎn)品詳細(xì)信息和數(shù)據(jù)表，以及德州儀器E2E?在線支持論壇提供的相關(guān)查詢，論壇中還提供了一個教程視頻庫。

將SPICE仿真添加到您的工程工作流中，下載PSpice for TI，同已在使用此強(qiáng)大工具的工程師們一起，縮短您的設(shè)計時間。

其他資源

· 查找利用德州儀器的最佳技術(shù)參考設(shè)計來解決您的系統(tǒng)級挑戰(zhàn)。

· 使用Power Stage Designer?軟件工具，通過深度計算電壓和電流啟動新型電源設(shè)計。

· 探索TI 高精度實驗室視頻培訓(xùn)課程，進(jìn)行模擬信號鏈設(shè)計，內(nèi)容涵蓋基礎(chǔ)知識到高級概念。

· 下載WEBENCH?Power Designer，這是一種通用的免費(fèi)在線電源設(shè)計工具，它采用基本的輸入和輸出規(guī)格，并能迅速提供完整的原理圖和物料清單（BOM）。

· 探索TINA-TI?，這是一個更加靈活的基于SPICE的仿真平臺，該平臺支持各種組件，還保留了足以用于許多模擬設(shè)計的基本用戶界面。
編輯：hfy