導讀為了設計一個成功的電路板，pcb設計者必須考慮各種設計參數。為了確保他們的設計是準確的，設計者可以使用電路模擬來了解他們電路的動態行為，從而有效地設計電路板....

為了設計一個成功的電路板，pcb設計者必須考慮各種設計參數。為了確保他們的設計是準確的，設計者可以使用電路模擬來了解他們電路的動態行為，從而有效地設計電路板。

在本文中將介紹以下內容：

目錄

1什么是電路仿真？

1.1線性和非線性電路

2電路仿真是如何工作的？

3設備型號

3.1IBIS模型

4有哪些不同類型的模擬？

4.1模擬仿真

4.2數字模擬

4.3混合信號模擬

5電路分析類型

5.1瞬態分析

5.2傳遞函數分析

5.3噪音分析

5.4工作點分析

6電路仿真用什么軟件？

7使用 Analog Devices Inc. LTspice? 進行電路仿真

7.1直流分析

7.2交流分析

什么是電路仿真？

電路仿真是在制造和產品部署之前檢查和驗證電路/電子電路功能的過程。它的應用范圍很廣，從微電子以及集成電路配電網. 電路仿真可以根據需要在線性和非線性電路上進行。

電路仿真包括：

1. 電路元件或器件的數學模型。
2. 電路/網絡方程的制定。
3. 求解這些方程的技巧

線性和非線性電路

線性電路是指流過電路的電流與電路電壓成正比。線性電路中電流與電壓的關系如下圖所示：

線性電路的電流電壓圖

非線性電路是指流過電路的電流與電路中的電壓不成正比，從而形成電壓與電流的曲線圖。

非線性電路的電壓-電流圖

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電路仿真是如何工作的？

電路仿真的工作原理是使用原理圖編輯器設計電路，并使電路表示為恒定或可變輸入。記錄并分析產生的信號輸出。

電路模擬器是用來模擬電路元件的行為，以獲得與電路實際運行時相同的信號輸出。電路仿真過程

設備型號

器件模型是通過理論和實驗研究得到的解析表達式。構成這個分析表達式的變量和常數稱為模型參數。此外，設備參數是用來在模擬器上復制實際組件特性的參數。

IBIS模型

IBIS（Input/outputbuffer information specification）是一種行為模型，它詳細描述了設備的數字輸入和輸出的電氣特性。這是使用V/I（電壓對電流）和V/T（電壓與時間）數據完成的，而不泄露任何專有信息。IBIS模型的目的是用于信號完整性分析在系統板上

什么是不同類型的模擬？

本文主要研究模擬電路仿真。以下是電路模擬的類型：

模擬仿真

模擬電路模擬過程包括使用電子電路的精確表示來獲得與輸入相對應的精確信號輸出。如前所述，用于電路仿真的模型可以是線性的，也可以是非線性的。模擬電路模擬可以在各種模式下執行，例如：

• AC（頻域）
• DC（非線性靜態）
• 瞬態（時域）

模擬模擬器使用算法來分析不同模式下的電路行為。這些算法利用求解矩陣的過程來預測電路性能。在模擬仿真中，信號以連續變化的值傳播。

數字仿真

數字電路仿真包括使用硬件描述語言（HDL）生成的電路行為模型。與模擬仿真不同，該方法采用離散電壓值傳播，主要是邏輯0和邏輯1。對于電路中邏輯電平的不同傳播延遲值，這種信號傳播的技術具有不同的精度。與模擬仿真相比，這種技術可以在更短的時間內模擬更大的電路，并且使用更少的計算資源。

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混合信號仿真

混合信號仿真方法綜合了模擬和數字仿真技術。在這種情況下，電路被分成兩個不同的系統（模擬和數字），以便在每個電路段中進行適當的分析。數字仿真保持事件驅動，而模擬信號保持原樣。

電路分析類型

電路模擬器運行各種類型的分析，給出關于電路的不同信息。以下是幾種類型的電路分析：

瞬態分析

暫態分析是指電路從一種穩態狀態到另一種穩態狀態的變化過程中的電路分析。當開關打開或關閉，或電源突然變化時，電路會發生快速變化。當這種變化發生時，處于明顯穩態狀態的電路將轉移到另一個穩態狀態。這兩個穩態條件之間的時間稱為瞬態周期。瞬態分析是用來了解電流和電壓等參數在瞬態期間是如何變化的。

傳遞函數分析

電子電路的傳遞函數是一個數學函數，用于理論上為每一個可能的輸入建立器件輸出模型。通過繪制輸入與輸出的關系圖，可以用圖形的形式來表示傳遞函數，即所謂的傳遞曲線。這被稱為傳遞函數分析。

噪聲分析

信號噪聲是指電流或電壓的不必要變化，通常是隨機的，幅度很小。每電子元件產生信號噪聲，這種噪聲可能來自內部或外部。電路中的噪聲可以用稱為信噪比（SNR）的參數來測量。信噪比可以定義為所需信號與非期望信號或噪聲的比值。信噪比以分貝（db）為單位。

操作點分析

工作點是電子元件工作特性中的一個特定點。在電壓和電流恒定的情況下，使用工作點分析具有恒定電源的電路。工作點可以使用數字萬用表進行物理測量，或者在模擬中，通過選擇軟件中感興趣的組件來測量。

哪種軟件用于電路模擬？

SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）是一種流行的開源電路仿真引擎。它接受描述電路以執行各種模擬的網絡列表。網絡列表是描述電路中使用的每個元件及其連接位置的文字。LT spice是另一個類似spice的開源電路仿真軟件。

使用模擬設備公司LTspice?進行電路模擬

以下是一些基本電路及其分析：

直流電分析

首先，我們來看看一個簡單的分壓器電路。它有一個10V直流輸入，跨越10k和5k歐姆電阻。輸出端還有一個電容器。

直流輸入分壓器電路

如果我們看一下輸入和輸出直流電平，我們會得到這樣一個圖

直流電壓源電路的暫態分析

這里的輸出電壓V（輸出）是3.333V。

現在分析一下輸入電壓的正弦波，從1kV到1kV。

正弦波輸入分壓電路

用正弦波源進行瞬態分析

這些是輸入和輸出電壓。我們也可以畫出通過任何元件的電流和功率。

圖中顯示的電容器C1滯后

通過電容器C1的電流滯后于電壓。

現在，讓我們給出一個脈沖輸入。我們將選擇時間周期為1ms的脈沖，上升時間和下降時間為10ns，振幅為5V，接通時間為0.2ms。

脈沖輸入分壓器電路

在輸出端，我們可以觀察到當輸入端接通且輸入電壓為5V（紅色曲線）時，電容器上的電壓上升（藍色曲線）。電容器中的電流（綠色曲線）隨著正電流急劇上升，當電容器充電時緩慢變為零。當電壓為零時，電容器放電，電流為負，慢慢地降到零。

脈沖輸入瞬態分析

交流分析

現在讓我們進行交流分析

交流輸入分壓器電路

在這里，我們需要指定掃描類型、讀數數量、開始頻率和結束頻率，以便對電路進行交流分析。

交流分析圖

讓我們看一個更復雜的電路，比如中心頻率為50MHz的LC帶通濾波器。

LC帶通濾波電路

現在我們將設置一個交流掃描。一旦我們畫出輸出，我們就可以看到不同頻率和中心頻率在50MHz左右的衰減。

同時閱讀，如何降低高速pcb中的信號衰減 .

交流掃描分析

電路模擬是PCB設計人員了解電路行為的重要工具板材制造. 使用電路模擬可以幫助防止昂貴的PCB返工和設計效率低下。

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