利用IntuScope波形分析處理模塊對仿真模型分析方案

IsSpice是美國Intusoft公司推出的一種商業(yè)仿真軟件，是ICAP/4軟件集成系統(tǒng)的重要組成部分。ICAP/4軟件集成系統(tǒng)主要由SpiceNet、PreSPice、InSpice和IntuScope四大功能模塊組成。ICAP/4的工作流程是：首先進入SpiceNet繪制電路圖，并生成相應的Netlist文件，然后執(zhí)行IsSpice仿真軟件模塊，在仿真之前系統(tǒng)將自動連接PreSpice仿真資料庫中的元件模型，仿真完成之后利用IntuScope波形分析處理模塊對仿真模型進行分析處理。

SpiceNet是電路原理圖繪制模塊，主要實現(xiàn)電路原理圖的繪制、Netlist文件的自動生成、瞬態(tài)波形顯示以及交互式仿真控制。SpiceNet與當前流行的各種仿真系統(tǒng)兼容，其輸出文檔格式適用于Mentor、OrCAD和Protel系統(tǒng)。 ICAP/4工業(yè)版的PreSpice元件資料庫中包含10,000種以上的元件模型，以ASCⅡ格式保存，用戶可以隨時通過仿真模型瀏覽器Parts Browser對不同元器件供應商提供的元件模型進行瀏覽。同時，ICAP/4系統(tǒng)還提供了100多個通用模型，輸入相應的元件參數(shù)后即可直接調(diào)用。另外，用戶可以即時通過Internet下載最新的元件庫。

InSpice是具有完善的仿真控制功能的交互式仿真軟件，其主要特點包括：(1)瞬態(tài)波形顯示;(2)電路元件電壓、電流、功耗及模型參數(shù)顯示;(3)采用ICL交互式編程語言控制仿真過程;(4)可進行成組參數(shù)掃描;(5)可進行交流、直流、瞬態(tài)、噪聲、傅立葉、失真度、溫度、直流靈敏度、蒙特卡羅分析和最佳化分析;(6)可測量電路參數(shù)臨界值。

IntuScope波形分析處理軟件能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字式存儲示波器和頻譜分析儀的功能，能夠?qū)Ψ抡娼Y(jié)果進行實時分析和計算處理。主要能夠?qū)崿F(xiàn)：(1)顯示各種分析類型的仿真波形;(2)波形分析參數(shù)包括：有效值、峰-峰值、平均值、最大值、最小值;(3)允許同時顯示和分析大量波形;(4)可進行回歸、濾波、增益、相位、上升/下降時間分析和計算。

用于模擬電路仿真的SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)軟件于1972年由美國加州大學伯克利分校的計算機輔助設(shè)計小組利用FORTRAN語言開發(fā)而成，主要用于大規(guī)模集成電路的計算機輔助設(shè)計。SPICE的正式實用版SPICE 2G在1975年正式推出，但是該程序的運行環(huán)境至少為小型機。1985年，加州大學伯克利分校用C語言對SPICE軟件進行了改寫，1988年SPICE被定為美國國家工業(yè)標準。與此同時，各種以SPICE為核心的商用模擬電路仿真軟件，在SPICE的基礎(chǔ)上做了大量實用化工作，從而使SPICE成為最為流行的電子電路仿真軟件

PSPICE則是由美國Microsim公司在SPICE 2G版本的基礎(chǔ)上升級并用于PC機上的SPICE版本，其中采用自由格式語言的5.0版本自80年代以來在我國得到廣泛應用，并且從6.0版本開始引入圖形界面。1998年著名的EDA商業(yè)軟件開發(fā)商ORCAD公司與Microsim公司正式合并，自此Microsim公司的PSPICE產(chǎn)品正式并入ORCAD公司的商業(yè)EDA系統(tǒng)中。目前，ORCAD公司已正式推出了ORCAD PSPICE Release 9.0，與傳統(tǒng)的SPICE軟件相比，PSPICE 9.0在三大方面實現(xiàn)了重大變革：首先，在對模擬電路進行直流、交流和瞬態(tài)等基本電路特性分析的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了蒙特卡羅分析、最壞情況分析以及優(yōu)化設(shè)計等較為復雜的電路特性分析;第二，不但能夠?qū)δM電路進行，而且能夠?qū)?shù)字電路、數(shù)/模混合電路進行仿真;第三，集成度大大提高，電路圖繪制完成后可直接進行電路仿真，并且可以隨時分析觀察仿真結(jié)果。

參數(shù)提取模塊)、PSPICE/Probe(模擬顯示和分析模塊)和Optimizer(優(yōu)化模塊)。 雖然PSPICE應用越來越廣泛，但是也存在著明顯的缺點。由于SPICE軟件原先主要是針對信息電子電路設(shè)計而開發(fā)的，因此器件的模型都是針對小功率電子器件的，對于電力電子電路中所用的大功率器件存在的高電壓、大注入現(xiàn)象不盡適用，有時甚至可能導致錯誤的結(jié)果。PSPICE采用變步長算法，對于以周期性的開關(guān)狀態(tài)變化的電力電子電路而言，將造成大量的時間耗費在尋求合適的步長上面，從而導致計算時間的延長，有時甚至不收斂。另外，在磁性元件的模型方面PSPICE也有待加強Saber是美國Analogy公司開發(fā)并于1987年推出的模擬及混合信號仿真軟件，被譽為全球最先進的系統(tǒng)仿真軟件，也是唯一的多技術(shù)、多領(lǐng)域的系統(tǒng)仿真產(chǎn)品。Analogy公司在機電一體化和電力電子設(shè)計、分析方面居世界領(lǐng)先地位，其產(chǎn)品廣泛應用于電力、電子、航空、運輸、家用電器及軍事等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)仿真軟件不同，Saber在結(jié)構(gòu)上采用硬件描述語言(MAST)和單內(nèi)核混合仿真方案，并對仿真算法進行了改進，使Saber仿真速度更快、更加有效、應用也越來越廣泛。應用工程師在進行系統(tǒng)設(shè)計時，建立最精確、最完善的系統(tǒng)仿真模型是至關(guān)重要的。

Saber可同時對模擬信號、事件驅(qū)動模擬信號、數(shù)字信號以及模數(shù)混合信號設(shè)備進行仿真。利用Analogy公司開發(fā)的Calaversas算法，Saber可以確保同時進行的兩個仿真進程都能獲得最大效率，而且可以實現(xiàn)兩個進程之間的信息交換，并在模擬和數(shù)字仿真分析之間實現(xiàn)了無縫聯(lián)接。Saber適用領(lǐng)域廣泛，包括電子學、電力電子學、電機工程、機械工程、電光學、光學、水利、控制系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)等等。只要仿真對象能夠用數(shù)學表達式進行描述，Saber就能對其進行系統(tǒng)級仿真。

在Saber中，仿真模型可以直接用數(shù)學公式和控制關(guān)系表達式來描述，而無需采用電子宏模型表達式。因此，Saber可以對復雜的混合系統(tǒng)進行精確的仿真，仿真對象不同系統(tǒng)的仿真結(jié)果可以同時獲得。為了解決仿真過程中的收斂問題，Saber內(nèi)部采用5種不同的算法依次對系統(tǒng)進行仿真，一旦其中某一種算法失敗，Saber將自動采用下一種算法。通常，仿真精度越高，仿真過程使用的時間也越長。普通的仿真軟件都不得不在仿真精度和仿真時間上進行平衡。Saber采用其獨特的設(shè)計，能夠保證在最少的時間內(nèi)獲得最高的仿真精度。Saber工作在SaberDesigner圖形界面環(huán)境下，能夠方便的實現(xiàn)與Cadence Design System、Mentor Graphics和Viewlogic的集成。通過上述軟件可以直接調(diào)用Saber進行仿真。

目前，美國Analogy公司與浙江大學電力電子應用技術(shù)國家工程研究中心合作成立了Analogy亞洲系統(tǒng)仿真中心(ZASC)，一方面為亞太地區(qū)Saber用戶提供技術(shù)支持和技術(shù)服務，另一方面也承接電力電子、機電一體化和混合技術(shù)的系統(tǒng)仿真、計算機輔助設(shè)計項目，并為企業(yè)培養(yǎng)系統(tǒng)仿真工程技術(shù)人才。

ORCAD PSPICE Release 9.0共有六大功能模塊，其中核心模塊是PSPICE A/D，其余功能模塊分別是：Capture(電路原理圖設(shè)計模塊)、Stimulus Editor(激勵信號編輯模塊)、Model Editor(模型)。