Altium Designer电路仿真及应用.docx

I)研一美展一A ltiumDe isg ner电路仿真及应用重庆电子工程职业学院计算机应用系王 静【摘要】为了缩短电子新产品的开发周期，摆脱传统的电路搭板实验，用仿真软件在计算机上进行仿真设计是其有效方法之一。本文通过一个实例 绍A fiumDegsnier软件的电路仿真功能，用以抛砖引玉，以让读者多一条途径设计电路，提高电路设计能力。【关键词】电路仿真；电路设计；搭板实验AltiumDeSigner是A1tiH 例介绍该软件的仿真功能。Prote1系列产品(Tango、P rfo tr eldoS、Pr0teflorwindOWs、Pr0tel电路仿真的一般步骤如下：找到仿真原理图中所有需要的仿99SE、Prote1DXP、Protel20 真0元4件)之，果仿真元件库中没有所用的元推出的高端设计软件。该软件在单一设计环境中集成板级和FPGA系统设计、基于 FPGA和分立处理器的嵌入式软件开发，以 及混合信号电路仿真、规则驱动PCB布局 与编辑、改进型拓扑自动布线及全部计算 机辅助制造 (CAM)输出能力等，并集成 了现代设计数据管理功能，使得A1tium De sg in er成为电子产品开发的完整解决方案，一个既满足当前，也满足未来开发需求的解决方案_ 2。【在此，就该软件的 仿真功能作一个简单介绍，其余功能不予 赘述。通过一个实例说明该软件仿真的一 般步骤，使读者能够应用软件的仿真功能 分析、设计原理图、调试电路，摆脱传统 的电路搭板实验，从而缩短电路产品的设 计周期，提高设计效率。下面以多谐振荡件，必须事先建立其仿真库文件，并添加 仿真模型。仿真元件的放置和电路的连接，并 且添加激励源。在需要绘制仿真数据的节点处添加 网络标号。仿真器参数设置。电路仿真并分析仿真结果。 1绘制仿真原理图 11放置元件绘制仿真原理图与一般普通原理图 的最大区别是：添加的元件一定要有仿真 模型，否则不能仿真。在库面板选择元件 时，要查看该元件是否有仿真模型，方法 如图1所示，如果没有该模型，需要另找有仿真模型的元件，否则需要添加仿真模L f 一 一 图2放置12v的电压源图1元件2N3904有仿真模型， 一 。 。 一 一 一 。 。 一 一 一 一 。 。 0 一 。 。 一 一 。L 一 一图3仿真电压源属性设置对话框一 _ _ 一 一 _ 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一一 _ 一 一 _ 一 一 。 。 一 。 _ 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 图4多谐振荡器电路 。 一 。 。 一 。 。 。 一 一 一 。 。 一 一 。 一 一 。 。 一仿真原理图tJ型 (本文未介绍)。12添加激励源添加一个12V的电压源vl，方法：单击“Uti1ity”工具栏中的工具按钮， 打开如图2所示的仿真电源工具栏，在工 具栏中单击“12V”电压源工具按钮嚣， 在工作区放置一个I V2的电压源。放置完毕后，点击元件，弹出元件属性对话框，如图3所示，修改其参数，设置DeSignator为“V1”、Comme“Value”、Value为“12”。13连接电路执行PlacWe ire命令，连接电路。14放置节点网络标号执行PlacNe eLtabel命令，放置网 络标号：qlb、qlc、q2b、q2c，设计好原理图如图4所示。2仿真器参数设置绘制完原理图后，在仿真之前，要选 择对电路进行那种分析，设置收集的变量 数据，以及设置显示哪些变量的波形。常见的仿真分析有静态工作点分析 (OperatingP0in At na1YsiS)、瞬态分析 T( ransAi ne an ltysis)、直流扫描分析(DCSweepAnalysiS)、交流小信 析 (ACSm Sa il g1 n Aa nl alysiS)、噪声 分析 (NoiseAnalysis)、极点、零 析 (Pole AZnearloysis)、传递函数分 析 (TransferFunctionAnal 度扫描分析 (TemperatureSwee 数扫描 (ParameterSweep)、蒙 分析(MonCtaer lAon alyssi)等分析。本文主要讲解静态工作点分析、瞬态分析的设置方法。执行DesigSnimulateMixed一36一 电子世界 20 01 91 (_(l缎筮 命令，弹出如图5所示的电路仿真分析设置对话框。21一般设置 (Gen eS re at lu p)在仿真分析设置对话框的左侧分析选项列表中，列出了所有的分析选项，选中每个分析选项，右侧即显示出相应的设置项。选中GeneSreatlup，即可在右侧的选项中进行一般设置。在Availa sb il genals列表中显示的是可以进行仿真分析的信号，Act iS vi eg nalsU表框中显示的是激活的信号，将需要进行仿真的信号，单击和照盆可J完成添加或删除激活信号，分别L ， _ 一 一 一 _ 图5仿真器一般参数设置 _ 一 一 _ _ 一 一 _ 一 一 _ J双击Q1B、Q1C、Q2B、Q2C，把他们添加到Activ ge nS ai ls内，如图5所示。在Coll eDca t aFor栏，从列表中选择NodeVoltage，SupplyCurrent，DeviceCurrentandPower(节点电压，电源电流，元件电流及功率)。22静态工作点分析Op( er naPgt oi intAnalysis)静态工作点分析通常用于对放大电路进行分析，当放大器处于输入信号为零的 状态时，电路中各点的状态就是电路的静 态工作点。最典型的是放大器的直流偏置 参数。进行静态工作点分析的时候，不需 要设置参数。23瞬态分析 T( rnaseinAtnaylsis)瞬态分析用于分析仿真电路中工作点 信号随时间变化的情况。进行瞬态分析之 前，设计者要设置瞬态分析的起始和终止 时间、仿真时间的步长等参数。在电路仿真分析设置对话框中，激活Tran isent选项，在如图6所示的瞬态分析参数设置对 话框中进行设置。在Transient As nS ae lt yu表sp中iU共用11个参数设置选项，这些参数的含义 分别是：Trans Si te an rTt time参数用于设置瞬态分析的起始时间。瞬态分析通常从时 间零开始，在时间零和开始时间，瞬态分 析照样进行，但并不保存结果。而开始时 间和终止时间的间隔将保存，并用于显示。Trans Sl et on pt Tmi e参数用于设置 瞬态分析的终止时间。图6瞬态分析参数设置对话框设置瞬态分析的最大时间步长。 UsIenitiCaolndiotnis项用于设置电路仿真的初始状态。当勾选该项后，仿 真开始时将调用设置的电路初始参数。图7瞬态分析仿真波形可以每lOus显示一个点；设置TransientMaxS Tteimpe：10us；如图6所示。3信号仿真分析单击按钮运行仿真(或执行命令UsTeransi De en ft ault项用于设置 Design Simulate m)M，仿i真xedSi使用默认的瞬态分析设置，选中该项后，列表中的前四项参数将处于不可修改状态。器的输出为“sdf”文件。其瞬态分析仿 真波形显示如图7所示。Defa Cuyl ct l De is splayed参数用于 从图7中可以看出：多谐振荡器电路 设置默认的显示周期数。 是一种矩形波产生电路。这种电路不需要defaPuol int tPserCycle参数用于外加触发信号，便能连续地，周期性地自设置默认的每周期仿真点数。EnableFeoru项r用于i设置进行傅立 叶分析，勾选该项后，系统将进行傅立叶分析，显示频域参数。行产生矩形脉冲。该脉冲是由基波和多次 谐波构成，因此称为多谐振荡器电路。又 因为其没有稳定的工作状态，多谐振荡器也称为无稳态电路。具体地说，如果一开FourierFundamentalFre始q多u谐e振n荡c器y于0状态，那么它在0状态 于设置进行傅立叶分析的基频。 停留一段时间后将自动转入1状态，在1状FourierNumberofHarmo n态i停c留s 时间后又将自动转入0状态，设置进行傅立叶分析的谐波次数。 24多谐振荡器电路分析设置如此周而复始，输出矩形波。常用作脉冲 信号源及时序电路中的时钟信号。在多谐振荡器电路的分析中，勾选Ope 多谐振荡器工作原理： ra nt Pgi oin At nalysis(静态工作点分 开始：由于电路参数的微小差异，正 析)和Tran sAni ae nl yt sis(瞬态分析)。反馈使支管子饱和另一支截止，出现一Tra ne snSittepTime参数用于设置 激活TransientAnalysi S个(暂瞬稳态态分。 设Ql饱和，Q2截止。瞬态分析的时间步长，该步长不是固定不 变的。Tra ne snMitaxSte Tp i me参数用于析)选项，设置TransientS mt eo Ti (1)正反馈： 和l瞬间，qlc 2V11Oms，指定一个1Oms的仿真窗口；设置突变到接近于零，迫使Q2的基极电位q2b瞬 Trans Si et en pt Time为lOus，表示仿真 (下转第46页)2O l0 19电子t再一 37 I 竣廑一在8骂82kf磊 1fiI 图6模拟部分框图：一 J r 。 _ 。 。 。 。 。 一 一 。 。 一 一 。 。 。 。 。 一 一 一 图58位并串转换电路方波信号，经过2阶巴特沃斯低通滤波后变 成正弦信号，再经放大调理电路调节正弦波的电压输出幅度，然后送入合成放大电 路；DBPL信号经过隔离缓冲滤除直流信号 后进入放大调理电路，调节电位器改变输出电压幅度，两路信号通过合成电路，完成信号的叠加。合成信号经过一个反向放大器将叠加 信号翻转，得出相位相反的信号。再将两 路叠加过的信号分别经过推挽式功率放大 电路，得到最后的差分输出信号，如图7所示。4电路特点分析 图7差分输出信号波形输出信号的稳定性。 设计，输出信号频率稳定，允许用户进行(2)LEU输出正弦波峰峰值最大22DVB，PL编码和调节信号幅度。为各种C接口DBPL信号峰峰值最大16V。本信号源输出信号检测设备的研发提供了参考，具有较 的信号峰峰值最大分别为25V、18V，满足大的实用价值。标准信号的最大值要求。另外可手动调节 输出信号幅度，用以模拟经过电缆传输后 发生衰减的C接口信号。(3)信号源外部接有8位的拨码开关， 通过手动编码可任意改变DBPL信号的码字， 模拟DBPL数据报文包含的各种控制信息。(4)考虑到该信号源的适用范围， 差分信号经过功率放大器后进行输出，大大提高了信号源的输出驱动能力，以满足参考文献1【 1赵亮，陈永有刚源应答器c1接口硬件电路设计】 铁路计算机应用，2 oo 19 8，1 2(3) 43：62【2 于1磊CTCS点式应答器系统一LEu与可变信息应 答器的研究咧戚都： 电子科技大学， 2OO8【3】庞新胜应答器报文模拟发送器的研究fD北京：北 京交通大学，20094 SUBSE0T3一6v 一2 2S1 U，BSE0T85v2 1 F2 FFISfor Eurolisbe as【1200635：1 81【5 】陈广亮李，思敏，唐智灵 高速铁路应答器C接口设 计田准林电子科技大学学报， 20027，0(2：1) 1 12 15(1)仿照普通的实验室设备，信号 大多数信号检测设备的使用。 源采用220V转15V的开关电源供电，保证 5总结了电路各芯片电源的稳定性，从而提高了 本信号源仿照应答器C接口信号进行作者简介：周国华(19 86) ，男，电子科技大 学硕士研究生，主要从事电路与系统方面的研究。(上接第37页)问下降到接近一 21V，于是Q2可靠截止。(2)第一个暂稳态：cl充电C2放电读者可以改变一些原理图中元件参 数，再运行仿真看看其变化。试着将cl的 值改为47nF，然后再运行瞬态特性分析。 输出波形将显示一个不均匀的占空比波 形。设计者可以借助这些波形图，找出设(3)翻转：当q2b随着C2放电而升计高中存在的不足和问题，从而加以改进， 到07v时，Q2开始导通，通过正反馈高制版的成功率。参考文献1徐 向艮AltiumDeigsner快速入门京：北京航 天航空大学出版社， 2OO82王静A ltiumDengseiWr ni et r0 9电路设计案例教程 嗍北京：中国水利水电出版社2，oto【3李1衍A 6l u mD e igs n 6e电r路设计实例与技巧 北 京：国防工业出版社，20o8【4周爱华Mutislmi 10在电工电子设计性实验中的应 用】重庆电子工程职业学院学报， 20012(：)16 15 66Q 截l止，Q2饱和。(4)第二个暂稳态：c2充电C1放电(5)不断循环往复，便形成了自激振荡。以上通过多谐振荡器电路简单介绍了 基金项目：2011年重庆市科技攻关项目“基于无线传感网络对长江流域水环境监控系统研发与应Al tumi Designer软件的电路仿真功能用，” (项目编号：CSTC。2011AC2078)，项还有很多更好、更尖端的应用等待大家去 探索、创新，上述介绍仅是抛砖引玉。人：王静。作者简介：王静(196一0)，女，重庆入，重庆 电子工程职业学院副教授，高级工程师，研究方向：EDA及嵌入式系统等方面的教学与科研。一46一 子界 72010 19