pspice优化.docVIP

基于OrCAD/PSpice 9电路性能分析与电器优化设计 ---对低频滤波器的研究 发布日期:2006-04-30　作者:何家梅 叶翠珍 来源:现代电子技术  ?　　摘　要：应用OrCAD/PSpice?9交流分析功能，研究巴特沃思与切比雪夫滤波器的幅频特性，通过电路性能分析功能分析滤波器的电路参数与截止频率的关系，用优化设计器设计滤波器。 　　关键词：OrCAD/PSpice?9；巴特沃思低通滤波器；切比雪夫滤波器；电路性能分析；优化设计 1引言　　对于仿真技术而言，目前最流行的是以美国伯克利分校开发的Spice为核心的仿真软件，而以Spice为核心开发的最好的仿真软件是OrCAD/PSpice 9。他之所以流行就是因为他能很好地运行在PC平台上且能很好地进行模拟数字混合信号的仿真，而且能解决很多设计上的实际问题。　　OrCAD/PSpice 9软件的功能特点有：　　（1）对模拟电路不仅可进行直流、交流、瞬态等基本电路特性分析，而且可进行参数扫描分析和统计分析。　　（2）以OrCAD/Capture 作为前端，除了以利用Capture 的电路图输入这一基本功能外，还可以实现OrCAD中设计项目统一管理。　　（3）将电路模拟结果和波形显示分析两个模块集成在一起。Probe只是其中的一个窗口，在屏幕上可同时显示波形和输出文本等内容,Probe 还具有电路性能分析功能。　　（4）使用PSpice 优化器能调整电路,在一定的约束条件下，对电路的某些参数进行调整，直到电路的性能达到要求为止。 2仿真步骤与实例2.1仿真基本步骤　　(1)启动OrCAD/Capture，新建设计项目(Project)调用元器中元件完成电路。　　(2)设置仿真类型。　　(3)进行仿真，Probe 输出波形。2.2实例　　(1)低通滤波器的幅频特性　　滤波器在许多领域都要用到。常用的各阶巴特沃思滤波器和切比雪夫滤波器幅频特性如何呢？用软件的交流分析功能显示。　　本文引用了文献［1］给出的设计表，给出二阶、四阶，六阶无限增益多路反馈巴特沃思低通滤波器电路，截止频率fc=2 kHz，增益G为1。　　打开OrCAD/Capture绘制电路如图1所示。  　　仿真分析类型“Analysis tyre”设置为图2中的“AC Sweep/Noise”，将其设置为“Logari thmic”，“point/Decade”的值设置为100，起始频率为1 Hz，终止频率为10 Hz，如图2所示。　　启动任何一个电路进行仿真，按PSpice/run。在窗口点击File/Append? warefore,打开另外 2个电路的Probe 文件,得到图3所示的各阶BWLPF幅频特性。　　由文献［1］给出设计表，可设计切比雪夫低通滤波器。只需修改图1中各电路的电阻和电容的参数即可。图4为切比雪夫低通滤波器CBLPF的幅频特性曲线。　从图4可见，巴特沃思低通滤波器通带内最平坦，而切比雪夫滤波器在通带内有波纹。截止频率处，后者比前者有更大的衰减速率。随着阶数N的增加，滤波器特性接近理想情况。  　　(2)对低通滤波器进行电路性能分析　　OrCAD/PSPice 9电路性能分析可以得到滤波器的截对止频率以及增益与电路参数的关系。　　如图5所示为二阶压控电压源低通滤波器［2］。　　用OrCAD/Capture绘制电路，将R3，R4的值定为全局参数{Rval}, 放置PARAM符号于电路图上空白位置处，在该元器件属性设置窗口新增Rval项,取值为100。　　设置扫描分析参数，在交流设置的基础上，增加“Parametric Sweep ”,扫描时Global参 数Rval从100变到5 kHz，步长为50。如图6所示。　　启动仿真，确定调入Probe的数据批次，执行“Trace/Rerformance? Analysis ”子命令。在Peformance Analysis对话框中选“OK”，屏幕上出现电路性能分析窗口。此时X轴变数为Rval。在Trace?Express 窗口填入目标函数LPBW（Vdb(Out1),3）和Max(Out1),得到如图7所示曲线。从图中立即找出滤波器的截止频率以及增益与Rval的关系。例如Rval=2 k时，截止频率fc=788.787Hz,最大幅值为1.5749 V,我们可以举一反三，在滤波器设计中，电路各电阻对电路性能的影响都可进行分析。这给设计带来很大方便。 　　(3)电路优化设计　　PSpice Optimizer优化器可在最短的时间内完成电路中各元件使之微调，以符合对电路的要求。该软件提供了8个参数，以满足最多8个目标参数和约束条件的要求。滤波器的设计是一个非常实用的课题，如