基于OrCAD/PSpice9的电路优化设计方案

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orcad是由美国ORCAD公司于八十年代末推出的EDA软件，每天都会有百万计的电子工程师、PCB设计师在使用。它是世界上使用最广的EDA 软件，相对于其它EDA软件而言，它的功能也是最强大的，由于ORCAD软件使用了软件狗防盗版，因此在国内它并不普及。但是它以其良好的人机交互性能，完善的电路模拟、仿真、设计等功能，已成为微机级EDA的标准系列软件之一。本文基于OrCAD/Pspice9的电路优化设计方法，通过实例分析了有源滤波器的优化设计过程。
1 k, q6 C4 e9 K# y2 J　　一、OrCAD/PSpice9软件的特点
& C8 s1 B7 v" K8 V& C  D　　OrCAD/PSpice9不仅可以对模拟电路、数字电路、数/模混合电路等进行直流、交流、瞬态等基本电路特性的分析，而且可以进行蒙托卡诺（Monte Carlo）统计分析，最坏情况（Worst Case）分析、优化设计等复杂的电路特性分析。相比PSpice8.0及以前版本，具有如下新的特点：
$ m* w2 i5 d% T& X　　1 改变了批处理运行模式。可以在WINDOWS环境下，以人机交互方式运行。绘制好电路图，即可直接进行电路模拟，无需用户编制繁杂的输入文件。在模拟过程中，可以随时分析模拟结果，从电路图上修改设计。
( c" `2 S9 W" {! k　　2 以OrCAD/Capture作为前端模块。除可以利用Capture的电路图输入这一基本功能外，还可实现OrCAD中设计项目统一管理，具有新的元器件属性编辑工具和其他多种高效省时的功能。
　　3 将电路模拟结果和波形显示分析两大模块集成在一起。Probe只是作为其中的一个窗口，这样可以启动多个电路模拟过程，随时修改电路特性分析的参数设置，并可在重新进行模拟后继续显示、分析新的模拟结果。
　　4 引入了模拟类型分组的概念。每个模拟类型分组均有各自的名称，分析结果数据单独存放在一个文件中，同一个电路可建立多个模拟类型分组，不同分组也可以针对同一种特性分析类型，只是分析参数不同。
' h1 |9 E% k& b6 g. z　　5 扩展了模型参数生成软件的功能。模型参数生成软件ModelED可以统一处理以文本和修改规范两种形式提取模型参数；新增了达林顿器件的模型参数提取；完成模型参数提取后，自动在图形符号库中增添该器件符号。
　　6 增加了亚微米MOS器件模型EKV2-6。EKV2-6是一种基于器件物理特性的模型，适用于采用亚微米工艺技术的低压、小电流模拟电路和数/模混合电路的模拟分析。
9 H! f% j9 O3 N1 d2 X　　二、 电路优化设计
4 Y2 a, B0 O. l. g( U　　所谓电路优化设计，是指在电路的性能已经基本满足设计功能和指标的基础上，为了使得电路的某些性能更为理想，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。OrCAD/PSpice9软件中采用Pspice Optimizer模块对电路进行优化设计，可以同时调整电路中8个元器件的参数，以满足最多8个目标参数和约束条件的要求。可以根据给定的模型和一组晶体管特性数据，优化提取晶体管模型参数。
5 }+ N; W& ^& K: P' P* o3 C; b　　1 电路优化基本条件
　　调用Pspice Optimizer模块对电路进行优化设计的基本条件如下：
　　电路已经通过了Pspice的模拟，相当于电路除了某些性能不够理想外，已经具备了所要求的基本功能，没有其他大的问题。
  @2 n) W7 Y2 v- P/ P/ p+ K( X6 U　　电路中至少有一个元器件为可变的值，并且其值的变化与优化设计的目标性能有关。在优化时，一定要将约束条件（如功耗）和目标参数（如延迟时间）用节点电压和支路电流信号表示。
2 n/ C' t" y' q4 L3 J　　存在一定的算法，使得优化设计的性能能够成为以电路中的某些参数为变量的函数，这样Pspice才能够通过对参数变化进行分析来达到衡量性能好坏的目的。
　　2 电路优化设计步骤
　　调用Pspice Optimizer进行电路优化设计，一般按以下4个步骤：
  m3 z1 F5 Y# O8 _3 ~% H, ]　　（1） 新建设计项目，完成电路原理图设计。这一歩的关键是在电路中放置OPTPARAM符号，用于设置电路优化设计过程中需要调整的元器件名称及有关参数值；
　　（2） 根据待优化的特性参数类别调用Pspice A/D进行电路模拟检验，确保电路设计能正常工作，基本满足功能和特性要求；
0 L+ D7 F6 ~/ S: {: r! ^# Y! P　　（3） 调用Pspice Optimizer模块，设置可调整的电路元器件参数、待优化的目标参数和约束条件等与优化有关的参数。这一歩是优化设计的关键。优化参数设置是否合适将决定能否取得满意的优化结果；
, r/ j. y7 m4 B, O7 g' u& Z: @1 A　　（4） 启动优化迭代过程，输出优化结果。
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改变了批处理运行模式。可以在WINDOWS环境下，以人机交互方式运行。绘制好电路图，即可直接进行电路模拟，无需用户编制繁杂的输入文件。在模拟过程中，可以随时分析模拟结果，从电路图上修改设计

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调用Pspice Optimizer模块，设置可调整的电路元器件参数、待优化的目标参数和约束条件等与优化有关的参数。这一歩是优化设计的关键。优化参数设置是否合适将决定能否取得满意的优化结果

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模型参数生成软件ModelED可以统一处理以文本和修改规范两种形式提取模型参数