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本书在阐述电子线路CAD和优化设计技术基本概念的基础上，结合目前在电子设计领域广泛使用的Cadence/PSpice软件的最新版本16.6，介绍CAD和优化设计的基本原理及相关软件工具的使用方法，包括电路图设计模块Capture、电路基本特性模拟软件PSpice AD、电路高级分析工具PSpice AA，以及与MATLAB/ Simulink相结合进行行为级和电路级协同模拟仿真的模块SLPS。本书在介绍Cadence/PSpice 16.6 软件的功能和使用方法时，不但结合具体实例，而且对于初学者难以理解的概念和容易发生的问题，特别给予详细的说明。为了方便读者上机练习，本书还提供下载PSpice 16.6的演示版软件及本书电路实例的网页地址。

目    录
第1章  概论
 1.1  EDA技术和PSpice软件
1.1.1  CAD和EDA
1.1.2  CAD/EDA技术的优点
1.1.3  Cadence/PSpice软件
 1.2  PSpice软件的功能特点
1.2.1  PSpice软件的主要构成
1.2.2  调用PSpice进行电路设计的工作流程
1.2.3  PSpice的配套功能软件模块
1.2.4  PSpice支持的元器件类型
1.2.5  PSpice支持的信号源类型
1.2.6  电路模拟的基本过程
 1.3  运行PSpice的有关规定
1.3.1  PSpice采用的数字
1.3.2  PSpice采用的单位
1.3.3  PSpice中的运算表达式和函数
1.3.4  电路图中的节点编号
1.3.5  输出变量的基本表示格式
1.3.6  输出变量的别名表示（Alias）
第2章  电路图绘制软件Capture
 2.1  电路图绘制软件Capture介绍
2.1.1  OrCAD/Capture软件的构成
2.1.2   OrCAD/Capture软件的功能特点
2.1.3  基本名词术语
2.1.4  电路图生成的基本步骤
2.1.5  Page Editor窗口结构和13条主命令
2.1.6  Page Editor工具按钮
 2.2  电路图的绘制
2.2.1  绘制电路图的基本步骤
2.2.2  元器件的绘制（Place→Part）
2.2.3  电源与接地符号的绘制（Place→Power和Place→Ground）
2.2.4  端口连接符号的绘制（Place→Off-Page Connector）
2.2.5  互连线的绘制（Place→Wire）
2.2.6  互连线的自动绘制（Place→Auto Wire）
2.2.7  电连接结点的绘制（Place→Junction）
2.2.8  节点名的设置（Place→Net Alias）
2.2.9  引出端开路符号的绘制（Place→No Connect）
2.3  电路图的编辑修改
2.3.1  电路图组成元素的选中
2.3.2  电路元素选中状态的去除
2.3.3  电路元素的移动（Moving Objects）
2.3.4  电路元素的复制（Copying Objects）
2.3.5  电路元素的删除
2.3.6  电路中元器件的替换和更新（Replace Cache和Update Cache）
2.3.7 “操作”的撤销、恢复和重复执行（Undo、Redo和Repeat）
  2.4  电路元素属性参数的编辑修改
2.4.1  属性参数与属性参数编辑器
2.4.2  修改参数值的途径之一：文本编辑方法
2.4.3  修改参数值的途径之二：从下拉式列表中选取
2.4.4  修改参数值的途径之三：打开新的对话框
      2.5  电路图在屏幕上的显示
2.5.1  电路图显示倍率的调整（Zooming）
2.5.2  坐标网格点和图幅分区的控制
2.5.3  电路图特定位置的显示
       2.6  Page Editor运行环境配置
2.6.1  Capture运行环境配置
2.6.2  新设计项目的Design环境设置
2.6.3  当前Design环境设置的修改
2.6.4  当前Page Editor环境设置的修改
2.6.5  自动备份参数设置
第3章  基本电路特性分析
   3.1  模拟电路分析计算的基本过程
3.1.1  绘制电路图
3.1.2  特性分析类型确定和参数设置
3.1.3  模拟分析计算
3.1.4  电路模拟结果分析
 3.2  Bias Point分析
3.2.1  直流工作点分析
3.2.2  直流灵敏度（Sensitivity）分析
3.2.3  直流传输特性（Transfer Function）分析
 3.3  DC Sweep分析
3.3.1  功能
3.3.2  DC分析的参数设置
3.3.3  分析结果的输出
3.3.4  实例
  3.4  AC Sweep/Noise分析
3.4.1  AC Sweep分析
3.4.2  噪声分析
       3.5  瞬态分析
3.5.1  瞬态分析的功能
3.5.2  瞬态分析参数设置
3.5.3  Check Points工作模式与相关参数设置
3.5.4  用于瞬态分析的5种激励信号
3.5.5  瞬态分析实例
       3.6  傅里叶分析（Fourier Analysis）
3.6.1  傅里叶分析的功能
3.6.2  傅里叶分析的参数设置
3.6.3  傅里叶分析结果输出
       3.7  输入激励信号波形的设置
3.7.1  模拟信号激励源图形符号
3.7.2  信号源波形的参数设置方法
     3.8  数字电路的逻辑模拟
3.8.1  逻辑模拟的基本概念
3.8.2  逻辑模拟中的激励信号源
3.8.3  逻辑模拟的基本步骤
 3.9  数/模混合模拟
3.9.1  数/模混合模拟中两类信号的处理方式
3.9.2  数/模混合模拟步骤
第4章  参数扫描分析和统计分析1
       4.1  温度分析（Temperature Analysis）
4.1.1  功能
4.1.2  参数设置
4.2  参数扫描分析（Parametric Analysis）
4.2.1  功能
4.2.2  参数扫描分析的步骤
4.3  蒙特卡罗（Monte Carlo）分析
4.3.1  概述
4.3.2  进行MC分析需要解决的问题
4.3.3  MC分析步骤
4.4  最坏情况分析（Worst-Case Analysis）
4.4.1  最坏情况分析的概念和功能6
4.4.2  最坏情况分析参数设置
4.4.3  WC分析实例（差分对电路）
4.4.4  保证WC分析结果可信度的条件
第5章  波形显示和分析模块（Probe）
 5.1  Probe的调用方式和运行参数设置
5.1.1  Probe的功能
5.1.2  Probe调用和运行模式
5.1.3  Probe启动后窗口显示状态的设置
5.1.4  Probe数据文件存放内容和格式的设置
5.1.5  Probe运行过程中的任选项设置
5.1.6  Probe模块的命令系统
5.1.7  Probe窗口的工具按钮
5.1.8  Probe中的数字和单位
      5.2  信号波形的显示
5.2.1  Probe窗口中显示信号波形的基本步骤
5.2.2  与波形显示有关的Probe选项设置
5.2.3  Probe窗口中显示波形的增减
5.2.4  输出变量列表控制
5.2.5  模拟信号的运算处理
5.2.6  多批模拟分析结果波形的显示
5.2.7  波形显示标示符（Marker）与信号波形的自动显示
5.2.8  特大数据文件的显示处置
 5.3  Probe窗口波形显示界面设置
5.3.1  两根Y轴
5.3.2  坐标轴的设置
5.3.3  坐标网格的设置
5.3.4  标尺（Cursor）
5.3.5  标注符（Label）
5.3.6  波形的缩放
5.3.7  波形显示区的控制
5.3.8  波形显示窗口的控制
5.3.9  波形显示窗口内容的存储与调用
  5.4  电路特性值的计算（Measurement函数）
5.4.1  Probe提供的Measurement函数
5.4.2  电路特性值的计算方法一
5.4.3  电路特性值的计算方法二
    5.5  电路性能分析（Performance Analysis）
5.5.1  电路性能分析的基本过程
5.5.2  电路性能分析的基本步骤
5.5.3  继续进行电路性能分析的方法之一：屏幕引导方式
5.5.4  继续进行电路性能分析的方法之二：用户进行方式
5.5.5  关于Performance Analysis的其他操作
5.5.6  Performance Analysis状态下的信号波形显示
5.5.7  Performance Analysis应用实例
      5.6  直方图绘制
5.6.1  绘制直方图的基本过程
5.6.2  直方图绘制实例：Chebyshev滤波器分析
5.6.3  与直方图绘制有关的选项设置
    5.7  傅里叶变换
5.7.1  Probe中的傅里叶分析
5.7.2  与PSpice中傅里叶分析的比较
       5.8  Probe的监测运行模式
5.8.1  Probe的监测运行模式（Monitor Mode）
5.8.2  模拟过程中间结果的检查
5.8.3  电路特性分析监测符号（WATCH1）
附录：PSpice提供的Measurement函数
第6章  PSpice高级分析
       6.1  概述
6.1.1  PSpice高级分析工具的功能
6.1.2  高级分析参数库
6.1.3  创建用于高级分析的电路设计
6.1.4  高级分析工具窗口
6.1.5  高级分析窗口命令菜单
   6.2  Sensitivity工具与灵敏度分析
6.2.1  灵敏度分析的相关概念
6.2.2  灵敏度分析的步骤
6.2.3  灵敏度分析过程控制
6.2.4  灵敏度分析结果的处理
6.3  Optimizer工具与电路优化设计5
6.3.1  概述
6.3.2  Optimizer工具窗口和命令系统
6.3.3  设置待优化调整的元器件参数
6.3.4  设置优化指标
6.3.5  优化设计过程的启动和结果显示分析
6.3.6  采用离散引擎确定有效值
6.3.7  优化过程的控制
6.3.8  曲线拟合优化
6.3.9 “曲线拟合”应用实例
   6.4  Monte Carlo工具与“可制造性”分析
6.4.1   Monte Carlo分析的步骤
6.4.2  显示有直方图的Monte Carlo分析结果
6.4.3  Monte Carlo结果分析之一：原始数据表
6.4.4  Monte Carlo结果分析之二：分析结果统计信息
6.4.5  Monte Carlo结果分析之三：概率密度函数（PDF）图
6.4.6  Monte Carlo结果分析之四：累计分布函数（CDF）曲线
6.4.7  Monte Carlo分析过程控制
   6.5  Smoke工具与元器件热电应力分析
6.5.1  降额设计与Smoke工具
6.5.2 “No Derating”运行模式
6.5.3  Smoke运行结果的分析
6.5.4  Standard Derating运行模式
6.5.5  Custom Derating运行模式
  6.6  多层次参数扫描分析
6.6.1  Parametric Plotter的功能特点
6.6.2  Parametric Plotter的操作步骤
6.6.3  选择扫描参数和扫描类型
6.6.4  选择电路特性Measurement
6.6.5  参数扫描结果分析一：在Results子窗口查看参数扫描结果
6.6.6  参数扫描结果分析二：在Plot Information子窗口查看参数扫描结果
第7章  PSpice的深层次应用
       7.1  创建自定义Measurement函数
7.1.1  Measurement函数的定义格式
7.1.2  Measurement函数的重要构成元素：搜寻命令
7.1.3  Measurement的基本构成元素之二：特征数据点表达式
7.1.4  典型Measurement函数剖析
7.1.5  用户自建Measurement函数
7.1.6  Measurement函数的编辑处理
       7.2  Smoke参数与自定义降额文件
7.2.1  Smoke参数的设置方法
7.2.2  用户自定义降额文件
       7.3  PSpice输出文件与数据转换
7.3.1  文本型输出文件(.OUT文件)
7.3.2  DAT文件数据格式的转换
7.3.3  电路图和模拟结果波形的引用
      7.4  记录PSpice AD模拟过程中间结果的文件
7.4.1  OUT文件中存放的模拟过程中间结果数据
7.4.2  直流工作点数据的存放与调用
7.4.3  MC分析中随机数数据的存放与调用
7.4.4  记录运行命令的CMD文件
      7.5  记录PSpice AA分析过程的Log文件
7.5.1  Log文件中的元器件Sensitivity计算结果
7.5.2  Log文件中存放的其他几种分析中间结果
      7.6  收敛性问题
7.6.1  概述
7.6.2  关键节点初始偏置条件的设置
7.6.3  PSpice中的任选项设置(OPTIONS)
第8章  PSpice-MATLAB协同仿真与数据交互
       8.1  概述
8.1.1  SLPS简介
8.1.2  Simulink简介
 8.2  SLPS协同仿真技术
8.2.1  SLPS协同仿真的具体步骤
8.2.2  DC/DC转换器应用实例
8.2.3  SLPS优点和适用范围
      8.3  复杂激励信号的MATLAB产生法
8.3.1  产生复杂激励信号源的基本思路
8.3.2  基于MATLAB生成PSpice复杂信号源的基本步骤
8.4  PSpice仿真结果的MATLAB分析法
参考资料

前    言
随着计算机技术的迅速发展，计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）技术已渗透到电子线路设计的方方面面。微型计算机的迅速普及，以及可用于微机系统的电子CAD软件的推出和不断完善，为CAD技术的推广应用创造了无比良好的条件。为保证电子线路和系统设计的速度和质量，CAD软件已经成为不可缺少的重要工具。电路和系统的相当一部分设计任务是采用在微机系统上运行的CAD软件完成的。离开CAD技术，很难圆满完成一个电路和系统的设计任务。
针对这一情况，我们于1992年出版了《电子电路CAD技术》、1994年出版了《电子线路CAD技术与应用软件》、1999年出版了《PSpice 9实用教程》。它们都是结合当时最新版本的Cadence/PSpice软件，来介绍CAD技术的。
在过去的十几年中，电子CAD技术又取得了很大的发展。Cadence/PSpice软件除了在模型和模型库、算法和计算精度、收敛性等方面有所改善外，2003年推出的Cadence/PSpice 10版本增加了高级分析（Advanced Analysis）模块，简称PSpice AA，拓宽了电路的灵敏度分析、优化设计、可制造性设计、可靠性设计等方面的功能，使得PSpice软件真正具有一部分EDA（Electronic Design Automation）的功能。Cadence/PSpice 10.5版本中又增加了SLPS（SL代表SimuLink、PS代表PSpice）模块，可以同时调用MATLAB/Simulink和PSpice对电路系统进行联合模拟仿真，使得模拟仿真精度接近单独调用PSpice进行电路级模拟的水平，而运行时间仅略大于单独调用Simulink进行行为级仿真所需要的时间。
针对上述情况，本书结合最新的Cadence/PSpice 16.6版本，详细介绍如何对电路进行模拟仿真验证，以及进一步进行优化设计。

本书共分8章。
第1章在简要介绍电子CAD技术的基本概念和OrCAD软件系统的结构组成与功能特点的基础上，对Cadence/PSpice软件的功能和发展情况做了比较全面的分析。
第2章以简单的单页式电路图为例，简要介绍如何调用Capture软件的主要命令生成电路图，为PSpice电路模拟做好准备。
第3章结合Cadence/PSpice软件的基本电路特性分析功能，介绍直流分析、交流小信号频率响应分析、瞬态特性分析、直流灵敏度分析、噪声计算、傅里叶分析、逻辑模拟和数/模混合模拟等技术的概念与模拟分析方法。
第4章介绍温度特性分析、参数扫描技术、蒙特卡罗分析（成品率计算）和最坏情况分析等统计模拟技术的原理与方法。
第5章介绍Cadence/PSpice软件中波形显示模块Probe的功能和使用方法，包括模拟结果波形的显示和分析处理、电路特性参数的提取、电路设计的性能分析与直方图绘制等。
第6章结合电路实例，介绍灵敏度分析、优化设计、可制造性设计、降额设计与热电应力分析的概念和基本原理，以及如何调用Cadence/PSpice软件的高级分析功能，完成这些分析和优化设计。
第7章涉及的是Cadence/PSpice软件的深入应用问题，包括相关中间文件和结果文件的格式与数据的调用、提取电路特性参数的Measurement函数编写、自定义降额因子文件的编写、改善收敛性的策略、电路模拟仿真过程中常见问题的分析与解决方法等内容。
第8章结合实例，介绍应用SLPS模块对电路系统进行MATLAB/Simulink和PSpice协同仿真的策略与实现方法，以及MATLAB和PSpice的数据交互问题。

本书在内容的组织和编写风格上具有下述5个特点：
1. 本书在介绍电子线路CAD技术的基础上，进一步介绍了电路优化设计的概念、原理以及电路优化设计的实用技术，在国内同类教材和著作中这方面内容尚不多见。
2. 本书结合目前在电子设计领域广泛使用的Cadence/PSpice 软件的最新版本16.6，介绍CAD和优化设计的基本原理与实现方法，具有很大的实用性。本书并不是软件电子文档的简单翻译，而是可以同时起到教材和用户指南的双重作用。
3. 本书在介绍Cadence/PSpice 16.6软件的使用方法时，从基本概念入手，根据电路设计任务分类介绍相关命令的使用，并结合具体实例说明主要命令的使用步骤和注意事项，而不像一般的用户手册那样只是孤立地介绍一条条命令。
4. 根据前三本书的经验，本书采用教材的编写风格，结合实例，深入浅出介绍基本概念和实用技术，还以“说明”、“提示”及“注意”的形式，强调说明容易出现的问题和解决方法。
5. 为了方便读者上机练习，使用本书的读者可从下述网址下载PSpice 16.6的演示版软件及本书采用的电路实例：
http://www.bjdihao.com.cn/cn/download/orcad-166-lite-download.html

本书由贾新章主编。编写得到Cadence/PSpice软件中国代理北京迪浩公司的大力支持，公司总经理黄胜利任审校，并参与编写了第2章。参加编写的还有游海龙（编写第3章、第4章）、高海霞（编写第8章）、张岩龙（参与编写了3.5节、4.3节、5.3.4节、第5章附录、6.6节，协助整理了前7章的图表以及前7章的实例运行验证）。贾新章编写其余章节并对全书进行统稿。
由于Cadence/PSpice 16.6版本推出的时间不长，扩展的功能多，涉及面广，实用性强，加之编者时间仓促，水平有限，书中难免有不妥甚至错误之处，欢迎读者提出宝贵意见。


编  者         
于西安电子科技大学微电子学院

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电子线路CAD与优化设计——基于Cadence/PSpice