浅谈模拟电源和信号链电路的SPICE仿真实验

作者：Ian Williams，Bob Hanrahan

人们通常期望硬件工程师能在紧迫的项目时间内交付成果。电路和系统设计人员必须使用一切工具来构建精确、可靠工作的设计方案，使其在第一次运行表现良好。为了满足这些需求，加之如今不断变化的办公环境，意味着可以在家或远程操控的电路仿真和验证工具比以往任何时候都更具价值。

我们发现，工程师正在缩减设计的原型设计和评估阶段。某些情况下，他们会直接使用最终的印刷电路板（PCB），但大家都希望能降低电路错误的风险。为此，德州仪器针对高性能、全功能模拟仿真平台的日益增长的需求，与Cadence一同推出了PSpice® for TI，为业内标准OrCAD Pspice环境的全功能版本，使器件评估和在验证时模拟整个子系统变得更容易。

首先，为什么要使用SPICE仿真？

数十年来，以集成电路为重点的仿真程序（SPICE）一直在帮助工程师解决硬件设计问题。电路仿真有三种主要用例：

·  器件评估。有时甚至在实际器件或应用电路实际可用之前，就可测量特定产品在特定应用中的性能。

·  验证设计。构建物理原型之前，构建和仿真复杂的电路板级和系统级设计能让工程师对其电路充满信心，并缩短设计时间。设计验证包括在最坏情况下仿真电路运行的能力，以及产品在温度、极端电压和器件容差等参数发生变化时确保能够正常运行。

·  设计调试。如果设计效果不如预期，工程师通常会通过仿真来解决系统中的问题或漏洞。无需重新加工和测试实际PCB，SPICE仿真也可找到并初步测试电路修复情况。

利用PSpice for TI，通过电路仿真的能力来完成这些任务可帮助您缩短开发时间并推动产品快速上市。基于计算机的仿真具有固有优势。例如，如今在家办公更为普遍，使用仿真意味着您可在任何地方的项目上取得重大进展。您也无需等待零件、PCB或实验室设备，只需建立您的仿真测试台即可。

您可以通过电子方式与其他团队成员轻松共享电路仿真，以进行较大的系统级仿真或同行设计审查。您还可以运行如参数化或温度扫描、灵敏度分析或器件容限分析等更复杂的测试，而在实际情况中进行这些测试既昂贵又费时。

让我们来看PSpice for TI上的一个例子。图1中的仿真绘制了单极电阻电容滤波器网络的AC传递函数，同时逐步增大了电容值。

图1：PSpice for TI原理图和模拟配置文件示例

图2所示为结果图，以及在f = 1 MHz时每个图的-3-dB带宽和的增益的自动测量。强大的分析功能够大幅加快设计优化。

图2：PSpice for TI仿真和测量结果

重要注意事项：正确的仿真结果是基于器件模型是精确且迅速收敛的假设的（这种情况意味着达成结果）。值得庆幸的是，德州仪器拥有半导体行业中一些最精确、最易于收敛的模型，并一直在努力开发新型集成电路。

为什么要使用PSpice for TI？

PSpice for TI提供原理图捕获以及模拟电路仿真。PSpiceforTI可免费使用，它拥有商业版本中的许多高级功能，包括自动测量和后处理以及蒙特卡洛（MonteCarlo）分析和最坏情况分析。PSpiceforTI基于最新的PSpice版本构建，可在离线状态下工作，与商业版本中开发的项目兼容，且在使用德州仪器器件时可提供无限数量的节点和测量。

提及德州仪器器件以及标准的器件模型套件，将近6,000种德州仪器模拟电源和信号链模型的完整模型库已集成到PSpice for TI中，您只需单击几下即可将德州仪器零件添加到项目中。无需手动导入德州仪器模型，该快速增长的模型库将自动更新，与TI.com上的最新信息保持一致。

大多数德州仪器器件模型都带有经全面测试和可操作的设计示例。绝大部分情况下还提供了完整的参考设计，可从中进行剪切和粘贴，能够快速开始设计并查看器件运行和性能。在该工具中单击数下即可放置一个器件并打开相关的参考设计。图3显示了一种此类设计，可进行修改和仿真。该图还显示此应用程序的深色模式和可自定义的配色方案，有助于减少能源消耗并减轻视觉疲劳。

图3：德州仪器器件参考设计示例

为做出更快的设计决策，您可通过该工具访问德州仪器产品详细信息和数据表，以及德州仪器E2E™在线支持论坛提供的相关查询，论坛中还提供了一个教程视频库。

将SPICE仿真添加到您的工程工作流中，下载PSpice for TI，同已在使用此强大工具的工程师们一起，缩短您的设计时间。

其他资源

·  查找利用德州仪器的最佳技术参考设计来解决您的系统级挑战。

·  使用Power Stage Designer™软件工具，通过深度计算电压和电流启动新型电源设计。

·  探索TI 高精度实验室视频培训课程，进行模拟信号链设计，内容涵盖基础知识到高级概念。

·  下载WEBENCH®Power Designer，这是一种通用的免费在线电源设计工具，它采用基本的输入和输出规格，并能迅速提供完整的原理图和物料清单（BOM）。

·  探索TINA-TI™，这是一个更加灵活的基于SPICE的仿真平台，该平台支持各种组件，还保留了足以用于许多模拟设计的基本用户界面。
编辑：hfy