原理圖是您設(shè)計(jì)開(kāi)始的地方，真正的工程就在這里。原理圖還應(yīng)該是您在致力于特定設(shè)計(jì)和布局之前可以隨意嘗試不同設(shè)計(jì)選擇的地方。如果您使用帶有集成模擬器的正確的原理圖設(shè)計(jì)工具集，則不必局限于特定設(shè)計(jì)，并且可以在開(kāi)始PCB布局之前檢查系統(tǒng)的電氣性能。

設(shè)計(jì)原理圖的重要部分是跟蹤整個(gè)電路的電壓和電流。當(dāng)原理圖編輯器包含一組集成的仿真和測(cè)量工具時(shí)，可以很容易地直觀地跟蹤電路中功率的分布位置。并非所有的SPICE仿真軟件包都提供跟蹤電壓和電流在整個(gè)電路中的分布位置所需的工具，因此您不得不閱讀文本行以確定電路中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓和電流。

電路中的電壓和電流是根據(jù)一些基本物理定律分配的。具體來(lái)說(shuō)，需要使用基爾霍夫定律和歐姆定律分別跟蹤節(jié)點(diǎn)之間和節(jié)點(diǎn)之間的電壓和電流。對(duì)于簡(jiǎn)單的電路，即使存在非線性組件，也很容易跟蹤電路周?chē)碾妷汉碗娏鳌Ｍǔ＃梢允褂霉P和紙以及一些簡(jiǎn)單的在線計(jì)算器進(jìn)行此操作。

為復(fù)雜的PCB或IC設(shè)計(jì)的實(shí)際電路可能非常復(fù)雜，通常不會(huì)簡(jiǎn)化為需要求解的一組簡(jiǎn)單的聯(lián)立方程式。對(duì)于具有數(shù)十個(gè)節(jié)點(diǎn)的線性電路，您為基爾霍夫定律公式化的矩陣方程式在原則上是可解的，但問(wèn)題是棘手的，并且容易出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤。將非線性組件添加到電路后，標(biāo)準(zhǔn)矩陣方程式通常會(huì)簡(jiǎn)化為一組必須通過(guò)數(shù)字求解的先驗(yàn)方程式。

集成到電路設(shè)計(jì)工具中的SPICE仿真器非常適合跟蹤實(shí)際電路中不同節(jié)點(diǎn)上的電壓和電流。只需使用電路模擬器中內(nèi)置的測(cè)量工具即可。然后，您可以觀察到電壓和電流分布如何隨著電路中不同參數(shù)的調(diào)整而變化。在此示例中，我們將查看具有多個(gè)組件和所需測(cè)量點(diǎn)的原理圖，以了解如何在整個(gè)電路中跟蹤電流和電壓。

在復(fù)雜電路中選擇測(cè)量點(diǎn)

下圖顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的子電路，該子電路將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為正脈沖輸出。還有許多其他組件用于顯示此電路中的各種可能的測(cè)量點(diǎn)。在該電路中，有一個(gè)正弦波源，一個(gè)輸入pi濾波器（低通），最后是一個(gè)CMOS反相器。我們想看看在包含直流和交流部分的這種類(lèi)型的電路中電流和電壓的分布情況。

用于SPICE仿真的原理圖

該示意圖可以是分層結(jié)構(gòu)的一部分，也可以從較大的系統(tǒng)中復(fù)制。當(dāng)您要模擬更大結(jié)構(gòu)中的電路時(shí)，最好將其復(fù)制到新的原理圖中，并單獨(dú)進(jìn)行仿真。隔離要模擬的電路塊后，可以將測(cè)量探針?lè)胖迷诓煌慕M件上。您將能夠在PSpice Simulator中測(cè)量電流，電壓或功率。

示意圖中以灰色顯示了用于跟蹤電壓和電流的測(cè)量探針。在這里，我們將電流探頭和差分電壓探頭放置在電路的輸入和輸出端口。盡管我們將研究輸入和輸出，但是這些探針可以放置在電路中的任何位置。創(chuàng)建仿真配置文件并運(yùn)行PSpice Simulator后，您將需要使用許多選項(xiàng)來(lái)查看整個(gè)電路中計(jì)算出的電壓，電流和/或功率。

仿真結(jié)果

可以在PSpice中可訪問(wèn)的任何仿真工具中使用測(cè)量探針。一些示例分析包括：

直流掃描：直流掃描使電路中的直流電壓在兩個(gè)值之間循環(huán)，并將測(cè)量數(shù)據(jù)顯示為直流電壓值的函數(shù)。可以使用一個(gè)或多個(gè)來(lái)源進(jìn)行分析。

頻率掃描：在探頭處捕獲的數(shù)據(jù)將以圖表形式顯示為頻率的函數(shù)。

瞬態(tài)分析：這是模擬電路使用的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)域分析。盡管瞬態(tài)分析通常是指在系統(tǒng)切換狀態(tài)時(shí)檢查穩(wěn)定性和松弛行為，但它通常是指任何時(shí)域仿真和分析。

參數(shù)掃描：可以掃描電路參數(shù)，并可以針對(duì)掃描參數(shù)的每個(gè)值捕獲并顯示測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

瞬態(tài)仿真

一旦將任何探針?lè)胖迷谠韴D中并運(yùn)行了仿真，來(lái)自這些探針的數(shù)據(jù)將顯示在PSpice Advanced Analysis程序的圖形中。Capture CIS使此操作變得容易，因?yàn)樗梢灾苯訌哪脑韴D數(shù)據(jù)自動(dòng)構(gòu)建SPICE仿真。下面的示例結(jié)果顯示了在上述電路的輸出端測(cè)得的電流（黃色）和電壓（綠色）。

PSpice中的瞬態(tài)分析結(jié)果。

在上圖中，為清晰起見(jiàn)，隱藏了電源電壓和電流。在這里，我們可以看到輸出電壓和電流都非常低，盡管該電路確實(shí)提供了占空比為50％的脈沖。確定如何增加電路輸出功率的一種選擇是使用帶有不同組件的參數(shù)掃描。這將給出一系列針對(duì)不同元件值的曲線，并使設(shè)計(jì)人員能夠找出哪些元件值可提供最大功率輸出。

如果單擊鼠標(biāo)回到Capture CIS，您將看到探針已著色，這與PSpice中生成的曲線顏色相對(duì)應(yīng)。此外，還有許多標(biāo)簽顯示整個(gè)電路的電壓測(cè)量結(jié)果。這將向您顯示電路中的參考點(diǎn)，以及相對(duì)于這些參考值的偏置點(diǎn)。

根據(jù)PSpice仿真確定的偏置和參考點(diǎn)。

將網(wǎng)添加到圖形

盡管PSpice中自動(dòng)生成的圖將顯示來(lái)自原理圖中放置的測(cè)量探針的數(shù)據(jù)，但是您仍可以從原理圖中的特定點(diǎn)提取結(jié)果，而無(wú)需重新運(yùn)行仿真。為此，只需創(chuàng)建一個(gè)新圖并添加新軌跡，或者可以將軌跡添加到現(xiàn)有圖。右鍵單擊圖形區(qū)域，然后選擇“添加跟蹤”以查看哪些網(wǎng)絡(luò)具有數(shù)據(jù)并可以在圖形上顯示。

在這里，您可以從網(wǎng)絡(luò)及其包含的數(shù)據(jù)的列表中進(jìn)行選擇（網(wǎng)絡(luò)名稱后附有［I］表示的電流，［v］表示的電壓和［p］表示的功率）。您還可以在自定義公式中使用數(shù)據(jù)，以對(duì)數(shù)刻度（dB）顯示值，并為圖形選擇許多查看選項(xiàng)。這些選項(xiàng)可用于頻域和時(shí)域數(shù)據(jù)。帶有時(shí)域結(jié)果的示例如下所示。

通過(guò)PSpice繪制的流經(jīng)L1（紫色）和C1（深青色）的電流。

任何時(shí)域結(jié)果都可以通過(guò)傅立葉變換轉(zhuǎn)移到頻域中。在這種情況下，由于CMOS反相器級(jí)的整流作用，傅立葉變換將顯示諧波產(chǎn)生。除了使用傅立葉變換外，另一個(gè)選擇是直接在頻域中工作。

掃頻

另一種可能性是通過(guò)掃頻仿真觀察頻率響應(yīng)。這樣做不需要交換原理圖中的任何探針。只需在仿真配置文件中啟用頻率掃描即可。這為設(shè)計(jì)人員提供了一種跟蹤復(fù)雜電路中電壓和電流的方法，同時(shí)可以比較不同位置和不同頻率的電路響應(yīng)。設(shè)計(jì)人員還可以執(zhí)行其他重要的頻域分析，例如計(jì)算Bode圖。

如果我們查看上述系統(tǒng)的掃頻結(jié)果，就會(huì)發(fā)現(xiàn)輸出在高頻下被嚴(yán)重衰減。一個(gè)因素是CMOS反相器級(jí)的帶寬，而另一個(gè)因素是輸入端的pi濾波器。該工作流程說(shuō)明了一種診斷潛在設(shè)計(jì)變更，同時(shí)還可以跟蹤電路中的電壓和電流的方法。

使用大型系統(tǒng)

我們剛剛檢查了一個(gè)電路塊，用于跟蹤電路中的電壓和電流。如果該模塊是較大系統(tǒng)的一部分，則可以在另一電路模塊的輸入上使用仿真結(jié)果。只需使用所需的電路模塊創(chuàng)建一個(gè)新的仿真，然后定義從輸入中的第一個(gè)模塊到第二個(gè)模塊的輸出電流/電壓。這將為您提供一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)檢查串聯(lián)中的不同電路塊如何相互影響。
編輯：hfy