电路计算与仿真，顾名思义就是将设计好的电路图通过仿真软件进行实时模拟，模拟出实际功能，计算出实际数字，然后通过其分析改进，以实现电路的优化设计，是EDA的一部分。本期将展示使用常见的Simplis, PSpice, LTspice, Matlab, Saber等几款软件进行仿真的技术分享或操作介绍，希望能对大家有所帮助。
Pspice
电感模型使用方法及典型应用
1 定值电感模型
电感模型主要包括三种，分别为L、Lbreak和Inductor，符号如图1所示，参数分别如表1、表2、表3所示。L主要用于直流、交流和瞬态仿真分析；Lbreak主要用于蒙托卡洛和温度仿真分析；Inductor主要用于高级仿真分析。电感名称必须以L开头，例如L1、Ls1、Lxx等等。
图1 电感模型符号
表1 L电感模型参数
表2 Lbreak电感模型参数
表3 INDUCTOR电感模型参数
PSpice软件根据电感工作环境温度T和通过电流I，结合模型参数值按照如下公式计算电感值……
PSPICE那点事儿（八）交流特性仿真与分析
在PSpice中的AC Sweep Analysis 可对小信号线性电路进行交流特性分析，此时半导体器件皆采用其线性模型。交流特性扫描分析是针对电路性能因信号频率改变而作的分析，它能够获得电路的幅频响应和相频响应以及转移导纳等特性参数。交流特性扫描分析包括交流小信号频率特性分析和噪声分析。频率特性分析能够分析传递函数的幅频特性和相频特性，即可以得到电路的小信号电压增益、电流增益、互阻增益、互导增益、输入阻抗、输出阻抗，分析和确定电路的上限和下限频率、通频带宽度。噪声分析能够计算出每个频点上元件的闪烁噪声、散粒噪声和热噪声以及传输到指定输出节点处噪声分量的大小，各噪声分量叠加后计算出总的输出噪声和等效输入噪声。
第一步：设置项目基本系数
01:输入项目的名称
02：选择类型
03：设置项目路径
第二步：Create PSpice Project设置
现在空白档，然后点击“OK”按钮到下一步
第三步：绘制需要仿真的图纸
……
Pspice AC Sweep（6）参数扫描
滤波器实际运用中十分广泛，在学习时，不免大家都会遇到，那么当你没接触过过仿真软件时，是否会感到困惑无从下手，本贴就是记录个人在使用过程中遇到的各种问题。在一个自己摸索的过程中，虽然过程很慢，但是解决问题后的成就感，一直支持着前行，这也是长期坚持的理由。
下面以滤波器为例介绍一下Pspice AC Sweep的使用。
在设计滤波器时我们通常要得到滤波器的幅频与相频曲线，我们想得到合适的参数就必须要进行复杂的分析过程，如果将不同参数情况下的曲线放在同一幅图中对比就十分方便。Pspice具备该功能，接线来就介绍下具体如何使用。
步骤1：在Place Part工具栏找到“ANALOG”库，在库中找去自己所需要的的元件，例如电阻“R”。
图1 添加元件
步骤2：右键双击元件，添加新属性。
图2 元件添加新属性
步骤3：找到新添加属性，右键可以进行改变参数和进行其他设置……
Pspice仿真——常用信号源及一些波形产生方法
要进行仿真，那么就必须给电路提供电源与信号。这次我们就来说说常用的信号源有哪些。
首先说说可以应用与时域扫描的信号源。在Orcad Capture的原理图中可以放下这些模型，然后双击模型，就可以打开模型进行参数设置。参数被设置了以后，不一定会在原理图上显示出来的。如果想显示出来，可以在某项参数上，点击鼠标右键，然后选择display，就可以选择让此项以哪种方式显示出来了。
1. Vsin
这个一个正弦波信号源。
相关参数有：
VOFF：直流偏置电压。这个正弦波信号，是可以带直流分量的。
VAMPL：交流幅值。是正弦电压的峰值。
FREQ：正弦波的频率。
PHASE：正弦波的起始相位。
TD：延迟时间。从时间0开始，过了TD的时间后，才有正弦波发生。
DF：阻尼系数。数值越大，正弦波幅值随时间衰减的越厉害。
2. Vexp
指数波信号源。
相关参数有：
V1：起始电压。
V2：峰值电压。
TC1：电压从V1向V2变化的时间常数。
TD1：从时间0点开始到TC1阶段的时间段。
TC2：电压从V2向V1变化的时间常数。
TD2：从时间0点开始到TC2阶段的时间段。
3. Vpwl
这是折线波信号源。
这个信号源的参数很多，T1~T8，V1~V8其实就是各个时间点的电压值。一种可以设置8个点的坐标，用直线把这些坐标连起来，就是这个波形的输出了……
LTspice
全差分放大器的工作仿真，输入端配置与噪声评估
全差分放大器在高速信号处理中使用很广，本篇将介绍全差分放大器与通用放大器的区别，以及通过LTspice仿真全差分放大器工作方式，重点讨论全差分放大器电路的输入端配置设计，并推荐一款软件解决设计痛点，高效实现全差分放大器输入端配置与噪声评估。
1 全差分放大器特点与仿真
如图3.31（a），通用放大器具有一组差分输入端（正输入、负输入），一个以系统地为参考的输出端，以及两个电源输入端，连接到供电系统，电源端通常在电路符号中隐藏。
如图3.31（b），全差分放大器不同点在于增加第二个输出端，形成差分输出的操作方式。增加输出共模电压参考端，方便配置输出信号的偏置电压范围。
图3.31 通用放大器与全差分放大器符号
全差分放大工作电路如图3.32，每个输出端使用一个反馈电阻Rf，构建2组反馈回路。每个输入端使用一个Rg作为差分输入电阻，在电路工作过程中与通用放大电路相比，具有以下特点：
图3.32 全差分放大器工作电路
（1）全差分放大电路增益为Rf与Rg的比值。
（2）全差分放大器的输入端电压(Vin+,Vin-)相互跟随。
（3）全差分放大器的输出范围扩展一倍。
（4）全差分放大器两个输出端(Vout+,Vout-)的交流信号频率相同，幅值相等，相位相差180°,所以输出信号的偶次谐波可以抵消，降低输出信号失真。
（5）全差分放大器两个输出端直流信号的平均值近似等于Vocm，但不是绝对相等。二者之间存在的差值定义为输出共模失调电压Vos,CM。如图3.33，在25℃环境中，供电电压为10V时，ADA4945的输出共模失调电压典型值为±5mV,最大值为±60mV。
（6）为评估全差分放大器的输出差分信号的幅度匹配，相位偏离180°的程度。引入平衡的概念，等于输出共模电压值除以输出差模电压值，如式3-13。
输出平衡=|
| （式3-13）
图3.33 ADA4945的Vocm特性
如图3.34，为ADA4945全差分放大器的信号调理电路，工作电源为±5V,输出共模电压设置为2.5V，两组输入信号的共模电压为1V，差模信号幅值为±50mV，电阻误差为1% ……
LTspice 入门教程2
在上一篇教程 LTspice 入门教程1 中我们通过一个分压电路学习了 LTspice 软件的基本使用，有些读者说波形图是一条直勾勾的线，很没意思。这一节我们整点弯的。
我们通过一个经典的无源 RC 低通滤波器电路继续学习 LTspice 软件的使用。
1. 绘制电路图
首先我们我们在 LTspice 中新建一个电路图，在电路图中中绘制出无源 RC 低通滤波电路，并且给电路添加一个标题 “无源 RC 低通滤波器电路”：
无源 RC 低通滤波器电路
设置器件参数
通过在器件上单击鼠标右键，调出器件参数设置窗口，设置器件参数如下图：
设置器件参数
在 voltage 符号上单击鼠标右键，在弹出的窗口中点击 Advacned 按钮……
PWM调制方法
PWM开关变换器实际上，是在输入电压、内部参数以及外接负载变化的情况下，根据被控信号于基准信号的差值，通过反馈控制电路，调节主电路功率管的导通时间，用以达到输出电压稳定的目的。
根据PWM信号产生方式的不同，PWM调制分为单缘调制和双缘调制，其中单缘调制分为后缘调制和前缘调制，以及双缘调制分为三角后缘调制和三角前缘调制。
单缘调制
后缘调制
在每个开关周期的开始时刻，脉冲信号为高电平，开关管导通；当锯齿波信号大于误差电压时，脉冲信号翻转为低电平，开关管关断。在后缘调制中，每个开关周期开始时开关管导通，即开关管的导通时刻与控制信号无关；当锯齿波信号大于误差信号时，开关管关断，即开关管的关断时刻由控制信号确定。后缘调制能够对开关管导通期间的任何扰动进行响应，而当扰动信号发生在开关管关断期间时，必须等到下一个开关周期才能进行调整。
前缘调制
在每个开关周期的开始时刻，脉冲信号为低电平，开关管关断；当锯齿波信号小于误差信号时，脉冲信号翻转为高电平，开关管导通。在前缘调制中，每个开关周期开始时开关管关断，即开关管的关断时刻与控制信号无关；当锯齿波信号小于误差信号时，开关管导通，即开关管的导通时刻由控制信号确定。与后缘调制相反，前缘调制可以对开关管关断时所发生的扰动立即做出反应，如果扰动发生在开关管导通时，需要等到下一个开关周期才能进行调整……
LTSPICE仿真之-如何根据输出负载选择MOS管的VGS电压
以NMOSFET管为例，MOSFET管有三个工作区，截至区，变阻区，饱和区（恒流区），其对应的条件分别为：
Vgs<Vth;Vgs>Vth同时Vgs-Vth>Vds;Vgs>Vth同时Vgs-Vth<Vds,类比于三极管不同的是三极管的饱和区对应的MOSFET管的变阻区，自己以前也习惯将MOSFET管的变阻区称为饱和区，其实是不对的。
下面通过LTSPICE对MOSFET的这几个工作区域进行仿真。以英飞凌的BSC011N03LS为例，在LTSPICE中搭建电路：
对照datasheet可以看出在常温25°条件下，Vth的值为2V左右，仿真取Vgs极限值2V，测试D极电压（LTSPICE默认是常温25度的环境），仿真结果如下：
可以看出VDS电压为12V，MOSFET完全未导通。
增加VGS电压为2.5V，重新测试VDS电压，仿真结果如下……
Simplis
用Simplis验证环路理论（一）
开关电源的环路理论，由于理论性太强，显得枯燥乏味，太多的公式让人眼花缭乱。但是仿真软件的应用，可以让人更加直观的理解这些理论。关于基本的环路理论，和基本拓扑的小信号模型推导请看fundamentals of power electronics 这本书，如果英文不是很好的可以看徐德鸿老师的电力电子系统建模及控制，这里就不再赘述。
下面，我用Simplis软件，来一一验证环路理论的那些公式。
首先我们来看，电压控制模式，连续模式的基本拓扑。那些基本拓扑，从占空比变化到输出变化的传递函数为：
三个基本拓扑的关联参数为：
这里我们先看buck电路，可以从以上得到信息：
电压控制CCM的buck， 从占空比变化到输出变化的传递函数可以表述为：
- 直流增益为V/D（这里V为输出电压，D为占空比，V/D实际上就是Vin），简单的说直流增益就是Vin（输入电压）
- 增益曲线里只有一对双极点:
接下去，画一个最简单的buck电路
这是一个输入电压为50V，占空比为0.5，电感为20uH，电容为500uF，负载为1欧姆，可以保证在CCM模式。这里的波特图探测器，测试的是从占空比到输出的开环特性。（u1正端的电压1V对应占空比1，也就是说占空比0.5情况下，该电压是0.5V）
先从理论上来计算：
此buck的直流增益为G=20log50=34db
双极点在f=1.6Khz
看一下simplis仿真的结果……
通向数字电源之路——初学者入门
在前面几篇文章中，着重讲述了从初学者角度，如何上手搭建一个数字电源开发板，对于程序内部PI差分方程参数是如何计算的，笔者一带而过，并没有太深入地介绍。
最近在用simplis做数字电源的仿真，觉得有必要向读者介绍一种计算PID参数的思路，与对此感兴趣的读者共同讨论。仿真模型就是前面文中用到的数字电源开发板上其中的同步buck电路。下面，笔者先抛砖引玉，介绍一下具体的方法。仿真模型可以在附件中下载。
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