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作者:陳明周(2002-08-20),推薦:徐業良(2002-08-21)

IsSpice電路模擬軟體簡介

1.         IsSpice系統簡介

SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)是一套作為電路模擬的軟體,首先是在1960年代由柏克萊大學所研發,因實用性甚高,所以後來廣為工業界所使用。而IsSpice軟體則是由美國Intusoft公司以SPICE 3F.5版為基礎所開發之商業化軟體,其中包含有SpiceNet電路圖輸入軟體、PreSpice模型資料庫軟體、 IsSpice4電路模擬軟體、以及IntuScope波形分析與處理軟體等四個主要模組,提供使用者一個完整的電路設計工具,涵蓋繪製電路圖à選擇元件à進行模擬à波形分析。其特色為將電路以圖形方式編輯,相較於以往用網路連接的文字描述方式便利許多,編輯完成的電路圖可直接進行模擬,幫助電路設計者不需實際接成電路即可知道設計電路是否達成預期功能,大大縮短研發時間。

IsSpice軟體使用流程如圖1所示,首先進入「SpiceNet」繪製電路圖,並自「PreSpice」模型資料庫中選取所需元件模型或副電路,然後執行「IsSpice4」模擬,模擬之結果再應用「IntuScope」進行分析與量測,以下將針對這四個部份進行介紹。

1. ICAP/4系統流程

SpiceNet-電路圖輸入軟體

SpiceNet之主要功能為編輯電路圖、副電路,以及元件符號編輯、即時波形顯示、與執行交談式模擬控制,其界面如圖2所示。一張完整的電路圖需具備正確的電路結構、正確的激勵訊號與電源、正確的SPICE屬性、適當的分析指令、以及適當的輸出指令等五個要素,電路圖完成時需檢查這五個要素是否備齊,否則將無法進行模擬。

2. SpiceNet 工具區

PreSpice-模型資料庫

PreSpice模型資料庫中包含超過14,000個元件模型,以ASCII檔案儲存。可以由SpiceNet資料庫瀏覽器(Parts Browser),輕鬆取得不同元件製造商的元件模型資料。模型資料庫中另提供超過100個通用模型,可輕易輸入資料手冊的元件參數,成為電路模擬所需之元件使用。元件資料庫的瀏覽可由「SpiceNetàParts」或點選圖示取得,如圖3所示。

3. PreSpice資料庫瀏覽器(Part Browser)

IsSpice4-電路模擬體

IsSpice4是以柏克萊大學SPICE 3F.5為基礎,並加上各種模擬控制功能的交談電路模擬軟體,界面如圖4所示。

4. IsSpice4電路模擬軟體

IntuScope-波形分析與處理軟體

IntuScope波形分析與處理軟體是一套後置處理的軟體,功能相當於數位儲存式示波器與頻譜分析儀,模擬執行完成後所產生的輸出波形,就可以應用IntuScope來進行量測分析與計算處理,其界面如圖5所示。

5. IntuScope波形分析與處理軟體

2.         實例說明

以下將以一個反相放大電路為例,完整介紹IsSpice的使用流程,從繪製、模擬到分析。首先使用SpiceNet繪製如圖6的電路圖:

6. SpiceNet繪製之反相放大器

本電路圖中所使用的元件有接地、電壓源、電阻、連接點和741放大器。繪製時,首先先將游標移到繪圖區的適當位置,接著依照表1的路徑或快速鍵叫出元件放在適當位置,並可使用「+」旋轉元件。連接的線路則是使用畫面右邊工具箱中的Wire/Bus Tool繪製,如圖7所示。

1. 元件選取路徑

元件

路徑

快速鍵

電壓源

SpiceNet」主選單àPartsàV Voltage

v

接地

SpiceNet」主選單àPartsàO Ground

o

電阻

SpiceNet」主選單àPartsàPassiveàR Resistor

r

連接點

SpiceNet」主選單àPartsàZ Continuation

z

741放大器

Browse Parts」圖示àIntusoftàUA741àplace

7. 工具箱說明

電路圖繪製完成後,須給每個元件各自的屬性,在元件的中心雙擊滑鼠左鍵,即可呼叫出該元件的屬性對話框。圖8以電壓源(Voltage Source Properties)為例,介紹屬性對話框,各元件的設定方式如表2所述。

8. 屬性對話框

2. 各元件設定方式

元件

路徑

Ri

Register PropertiesàLabelàValueà10k

Rf

Register PropertiesàLabelàValueà40k

V1

Voltage Source PropertiesàTran Generatorsà EnteràSINàOffset=0, Peak Amplitude=1, Frequency=2k

V2

Voltage Source PropertiesàDCà-15

V3

Voltage Source PropertiesàDCà15

完成電路圖的繪製後,以路徑「SpiceNet主選單àActionsàSimulation setupàEdit」,呼叫出「IsSpice Simulation Setup」,點選「Transient」進入時域暫態響應分析設定,依照圖9輸入後,即完成本電路的模擬設定。

9. 設定時域暫態響應分析

完成上述動作後,點選路徑「SpiceNet主選單àActonàSimulate」,即會出現一個IsSpice4視窗,表示開始模擬;俟「Simulation Control」對話框出現即表示模擬完成,畫面如先前圖4所示;若「Error and Status」對話框出現文字的話,則表示輸入有誤,須回電路圖檢查。

完成模擬之後,就可以進入IntuScope進行波形的分析處理,點選「IsSpice主選單àActionsàScope」即可呼叫出IntuScope視窗。點選「IntuScope主選單àWaveformsàVIN」,再點選「IntuScope主選單àWaveformsàVOUT」,VINVOUT的波形就會同時顯示在畫面上,不過此時兩者的大小比例並不相同,按下快速鍵「Ctrl+Y」修改,就會出現如圖10所示的結果,一個增益為4的反向放大器,輸入與輸出電壓之比較。模擬完成後實際製作此電路,並以示波器實際量測結果如圖11所示,與模擬結果完全相符。

10. 分析圖6非反相放大器所得波形

11. 實際測試所得波形

參考資料

林志一、曾龍圖編著,Ispice Version 8 交談式電路分析與應用,全華科技,1999

吳明皇編著,Ispice 4 電路模擬與應用,全華科技,1997