淺談模擬電源和信號鏈電路的SPICE仿真實驗

2020-12-09 電子發燒友

淺談模擬電源和信號鏈電路的SPICE仿真實驗

Ian Williams，Bob Ha 發表於 2020-11-20 16:09:06

作者：Ian Williams，Bob Hanrahan

人們通常期望硬體工程師能在緊迫的項目時間內交付成果。電路和系統設計人員必須使用一切工具來構建精確、可靠工作的設計方案，使其在第一次運行表現良好。為了滿足這些需求，加之如今不斷變化的辦公環境，意味著可以在家或遠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。

我們發現，工程師正在縮減設計的原型設計和評估階段。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，為業內標準OrCAD Pspice環境的全功能版本，使器件評估和在驗證時模擬整個子系統變得更容易。

首先，為什麼要使用SPICE仿真？

數十年來，以集成電路為重點的仿真程序（SPICE）一直在幫助工程師解決硬體設計問題。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用電路實際可用之前，就可測量特定產品在特定應用中的性能。

·  驗證設計。構建物理原型之前，構建和仿真複雜的電路板級和系統級設計能讓工程師對其電路充滿信心，並縮短設計時間。設計驗證包括在最壞情況下仿真電路運行的能力，以及產品在溫度、極端電壓和器件容差等參數發生變化時確保能夠正常運行。

·  設計調試。如果設計效果不如預期，工程師通常會通過仿真來解決系統中的問題或漏洞。無需重新加工和測試實際PCB，SPICE仿真也可找到並初步測試電路修復情況。

利用PSpice for TI，通過電路仿真的能力來完成這些任務可幫助您縮短開發時間並推動產品快速上市。基於計算機的仿真具有固有優勢。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展。您也無需等待零件、PCB或實驗室設備，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隊成員輕鬆共享電路仿真，以進行較大的系統級仿真或同行設計審查。您還可以運行如參數化或溫度掃描、靈敏度分析或器件容限分析等更複雜的測試，而在實際情況中進行這些測試既昂貴又費時。

讓我們來看PSpice for TI上的一個例子。圖1中的仿真繪製了單極電阻電容濾波器網絡的AC傳遞函數，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。強大的分析功能夠大幅加快設計優化。

圖2：PSpice for TI仿真和測量結果

重要注意事項：正確的仿真結果是基於器件模型是精確且迅速收斂的假設的（這種情況意味著達成結果）。值得慶幸的是，德州儀器擁有半導體行業中一些最精確、最易於收斂的模型，並一直在努力開發新型集成電路。

為什麼要使用PSpice for TI？

PSpice for TI提供原理圖捕獲以及模擬電路仿真。PSpiceforTI可免費使用，它擁有商業版本中的許多高級功能，包括自動測量和後處理以及蒙特卡洛（MonteCarlo）分析和最壞情況分析。PSpiceforTI基於最新的PSpice版本構建，可在離線狀態下工作，與商業版本中開發的項目兼容，且在使用德州儀器器件時可提供無限數量的節點和測量。

提及德州儀器器件以及標準的器件模型套件，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。

大多數德州儀器器件模型都帶有經全面測試和可操作的設計示例。絕大部分情況下還提供了完整的參考設計，可從中進行剪切和粘貼，能夠快速開始設計並查看器件運行和性能。在該工具中單擊數下即可放置一個器件並打開相關的參考設計。圖3顯示了一種此類設計，可進行修改和仿真。該圖還顯示此應用程式的深色模式和可自定義的配色方案，有助於減少能源消耗並減輕視覺疲勞。

圖3：德州儀器器件參考設計示例

為做出更快的設計決策，您可通過該工具訪問德州儀器產品詳細信息和數據表，以及德州儀器E2E™在線支持論壇提供的相關查詢，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，同已在使用此強大工具的工程師們一起，縮短您的設計時間。

其他資源

·  查找利用德州儀器的最佳技術參考設計來解決您的系統級挑戰。

·  使用Power Stage Designer™軟體工具，通過深度計算電壓和電流啟動新型電源設計。

·  探索TI 高精度實驗室視頻培訓課程，進行模擬信號鏈設計，內容涵蓋基礎知識到高級概念。

·  下載WEBENCH®Power Designer，這是一種通用的免費在線電源設計工具，它採用基本的輸入和輸出規格，並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於SPICE的仿真平臺，該平臺支持各種組件，還保留了足以用於許多模擬設計的基本用戶界面。
編輯：hfy

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