OptiSystem仿真实例

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OptiSystem 仿真实例

目录

1光发送机(Optical T ransmitters)设计

1.1光发送机简介

1.2光发送机设计模型案例:铌酸锂(LiNbO3)型Mach-Zehnder调制器的啁啾(Chirp)

分析

2光接收机(Optical Receivers)设计

2.1光接收机简介

2.2光接收机设计模型案例:PIN光电二极管的噪声分析

3光纤(Optical Fiber)系统设计

3.1光纤简介

3.2光纤设计模型案例:自相位调制(SPM)导致脉冲展宽分析

4光放大器(Optical Amplifiers)设计

4.1光放大器简介

4.2光放大器设计模型案例:EDFA的增益优化

5光波分复用系统(WDM Systems)设计

5.1光波分复用系统简介

5.2光波分复用系统使用OptiSystem设计模型案例:阵列波导光栅波分复用器(A WG )

的设计分析

6光波系统(Lightwave Systems)设计

6.1 光波系统简介

6.2 光波系统使用OptiSystem设计模型案例:40G单模光纤的单信道传输系统设计

7色散补偿(Dispersion Compensation)设计

8.1 色散简介

8.2 色散补偿模型设计案例:使用理想色散补偿元件的色散补偿分析

8孤子和孤子系统(Soliton Systems)

9.1 孤子和孤子系统简介

9.2 孤子系统模型设计案例:

9结语

1 光发送机(Optical Transmitters )设计

1.1 光发送机简介

一个基本的光通讯系统主要由三个部分构成,如下图1.1所示:

作为一个完整的光通讯系统,光发送机是它的一个重要组成部分,它的作用是将电信号转变为光信号,并有效地把光信号送入传输光纤。光发送机的核心是光源及其驱动电路。现在广泛应用的有两种半导体光源:发光二级管(LED )和激光二级管(LD )。其中LED 输出的是非相干光,频谱宽,入纤功率小,调制速率低;而LD 是相干光输出,频谱窄,入纤功率大、调制速率高。前者适宜于短距离低速系统,后者适宜于长距离高速系统。

一般光发送机由以下三个部分组成: 1) 光源(Optical Source ):一般为LED 和LD 。

2) 脉冲驱动电路(Electrical Pulse Generator ):提供数字量或模拟量的电信号。 3) 光调制器(Optical

Modulator ):将电信号(数字

或模拟量)“加载”到光波上。以光源和调制器的关系来看,可划分为光源的内调制和光源的外调制。采用外调制器,让调制信息加到光源的直流输出上,可获得更好的调制特性、更好的调制速率。目前常采用的外调制方法为晶体的电光、声光及磁光效应。

图1.1 光通讯系统的基本构成 1)光发送机 2) 传输信道 3)光接收机

图1.2为一个基本的外调制激光发射机结构:在该结构中,光源为频率193.1Thz 的激光二极管,同时我们使用一个Pseudo-Random Bit Sequence Generator 模拟所需的数字信号序列,经过一个NRZ 脉冲发生器(None-Return-to-Zero Generator 转换为所需要的电脉冲信号,该信号通过一个Mach-Zehnder 调制器,通过电光效应加载到光波上,成为最后入纤所需的载有“信息”的光信号。

1.2 光发送机模型设计案例:铌酸锂(LiNbO 3)型Mach-Zehnder 调制器中的啁啾(Chirp )分析

1.2.1 设计目的

通过本设计实例,我们对铌酸锂Mach-Zehnder 调制器中的外加电压和调制器输出信号的啁啾量的关系进行了模拟和分析,从而决定具体应用中MZ 调制器的外置偏压的分布和大小。

1.2.2 原理简介

对于处于直接强度调制状态下的单纵模激光器,其载流子浓度的变化是随注入电流的变化而变化。这样使有源区的折射率指数发生变化,从而导致激光器谐振腔的光通路长度相应变化,结果致使振荡波长随时间偏移,导致所谓的啁啾现象。啁啾是高速光通讯系统中一个十分重要的物理量,因为它对整个系统的传输距离和传输质量都有关键的影响。

1.2.3 模型的设计布局图

外调制器由于激光光源处于窄带稳频模式,我们可以降低或者消除系统的啁啾量。一个典型的外调制器是由铌酸锂(LiNO 3)晶体构成。本设计实例中,我们通过对该晶体外加电压的分析调整而最终减少该光发送机中的啁啾量,其模型的设计布局图如图1.3所示:

图2 外调制激光发射机

图1.3 双驱动型LiNbO 3 Mach-Zehnder 调制激光发送机设计图

1.2.4 模拟分析

在图1.3中,驱动电路1的电压改变量ΔV 1和驱动电路2的电压改变量ΔV 2是相同的。图1.4为MZ 调制器的参数设定窗口。其中MZ 调制器以正交模式工作,外置偏压位于调制器光学响应曲线的中点,使偏压强度为其峰值的一半。而消光系数设为200dB ,以避免任何由于不对称Y 型波导而导致的啁啾声。对于双驱动调制器而言,两路的布局是完全一样的[3]

,所以这里可使用一个Fork 将信号复制增益(本例设有三次参数扫描过程中,V 2大小分别为V 1的-1,0,-3倍)后到MZ 调制器的另一个输入口。

啁啾(Chirp )量可根据两路的驱动偏压值得到,如公式1.1,其中V 1,V 2分别为两个驱动电路的驱动电压,α为啁啾系数:

(1) V V 2

121V V -+=α

图1.5为一系列信号脉冲输入时,在2,3口的电压V 1= –V 2 = 2.0V 时波形。根据公式1.1可知在这种情况下,啁啾系数α为0,而实际模拟出来的结果可见图1.6。

图1.4 LiNbO 3 Mach-Zehnder 调制器的参数设置

图1.5 输入口2的电压为2.0V,输入口3的电压为-2.0V时的电压波形

图1.6 V1=-V2=2.0V时,输出的光信号波形及其啁啾量(Chirp)

此外,为了观察啁啾量随电压的改变情况,当设定外加偏压为V1= -3V2=3.0V时,根据公式1可得到α为0.5,输入口2,3和输出口的信号波形可参见图1.7,1.8:

以上两次不同V 1,V 2外置偏压的情况下,OptiSystem

提供了实际情况的模拟仿真,并

1.7 当V 1= -3V 2=3.0V 时,输入口2,3的电信号波形

可得到一系列结果:

1 ) 当V1=-V2=2.0V时,如图1.6所示,其中的亮红线为光发射器的啁啾量,可得到其大小约为100Hz;相对于光源的频率,这个啁啾量在实际情况中可基本视为零。

2 ) 当V1=-3V2=3.0V时,如图1.8所示,啁啾量的大小约为3GHz,这个大小的啁啾量在实际情况中对输出光信号的灵敏度以及最终所能传输的距离都会有十分严重的影响,需要设计者避免和消除。

从本设计案例中,我们可以利用OptiSystem提供的元件和分析功能设计并得到关于LiNbO3 Mach-Zehnder调制器中的啁啾量大小随两路输入电压的变化关系,从而可在实际设计时针对一些参数进行设定和分析,以得到最佳的效果;更多关于Mach-Zehnder调制器的啁啾的分析可参见文献[1-3]。

参考文献:

[1] Cartledge, J.C.; Rolland, C.;Lemerle, S.;Solheim, A., “ Theoretical performance of 10Gbps lightwave systems using a III-V semiconductor Mach-Zehnder modulator. IEEE Photonics Technology Letters, V olume: 6 Issue: 2 , Feb .1994, Pages:282-284.

[2] Cartledge, J.C.; “Performance of 10Gbps light wave systems based on lithium niobate Mach-Zehnder modulators with asymmetric Y-branch waveguides”. IEEE Photonics Technology Letters, V olume: 7 Issue: 9, Sept. 1995, Pages: 1090-1092.

[3] A T&T Microelectronics. “The Relationship between Chirp and V oltage for the A T&T Mach-Zehnder Lithium Niobate Modulators”. Technical Note, October 1995.

2 光接收机(Optical Receivers)设计

2.1 光接收机简介

在光纤通讯系统中,光接收机的任务是以最小的附加噪声及失真,恢复出由光纤传输后由光载波所携带的信息,因此光接收机的输出特性综合反映了整个光纤通讯系统的性能。一般一个基本的光接收机有以下三个部分组成,可见图2.1:

图2.1 光接收机的一般结构

1)光检测器

通常,接收到光脉冲所载的信号代表着0或者1的数位,利用光检测器,其转变为电信号。目前广泛使用的光检测器是半导体光电二极管,主要有PIN管和雪崩光电二极管,后者又称APD管。

2)放大器

包括前置放大器和主放大器,前者与光电检测器紧相连,故称前置放大器。在一般的光纤通讯系统中,经光电检测器输出的光电流是十分微弱的,为了保证通信质量,显然,必须将这种微弱的电信号通过放大器进行放大。在OptiSystem提供的Photodiode元件中已内置了前置放大器。

3)均衡器、滤波器

需要均衡器、滤波器等其他电路装置对信号进行进一步的处理,消除放大器及其他部件(如光纤)等引起的波形失真,并使噪声及码间干扰减到最小。接收机的噪声和接受机的带宽是成正比的,当使用带宽小于码率的的低通滤波器时,可以降低系统的噪声。

4)解调器

为了使信码流能够并有利于在光纤系统中传输,光发射机输出的信号是经过编码处理的,为了使光接收机输出的信号能在PCM系统中传输,则需要将这些经编码处理的信号进行复原。

在该结构中,在已经内建了判决器和时钟恢复电路的误码率分析仪(BER Analyzer)中可以得到最终复原的信号,并可对最终的输出信号的误码率等各项参数进行检测、分析。2.2光接收机模型设计案例:PIN光电二极管的噪声分析

2.2.1 设计目的

影响光接收机性能的主要因素就是接收机内的各种噪声源。接收机中的放大器本身电阻会引入热噪声(Thermal Noise),而放大器的晶体管会引入散粒噪声(Shot Noise),而且多级放大器中会将前级的噪声同样放大,计算分析这些噪声对我们分析、优化光接收机以及整个光通讯系统都是有十分重要的作用。

2.2.2 原理简介

噪声是一种随机性的起伏量,它表现为无规则的电磁场形式,是电信号中一种不需要的成分,干扰实际系统中信号的传输和处理,影响和限制了系统的性能。在光接收机中,可能存在多种噪声源,它们的引入部位如图2.2所示。

●背景噪声●漏电流噪声

图2.2 光接收机中的噪声源及其分布

2.2.3 模型的设计布局图

图2.3为PIN光电二极管噪声分析的OptiSystem设计布局图:

图2.3 光电二极管的噪声分析的设计布局图

图2.4 光电二极管的Shot Noise(上图)

图2.5 光电二极管的Thermal Noise(下图)

如图2.3所示,从外调制激光发送机输出的调制光信号,经衰减器后,由Fork复制为两路相同的信号分别送入不同噪声设置的光电二极管。上端的PIN管不考虑热噪声,而具有Shot Noise;而下端的PIN管的热噪声为1.85e-25W/Hz,没有Shot Noise,然后分别送入滤波器和最终的误码率分析仪中,其中两路中的低通滤波器的截止频率和码率都是一样的。在图2.4中,用户可以看到上端PIN管中Shot Noise是依赖于信号强度大小的。而在图2.5中,下端的PIN管不计入Shot Noise,而只考虑热噪声;可以发现该噪声的大小也是依赖于信号强度的。从本例中,我们可以观察到热噪声和散粒噪声对最终传输的信号质量的影响,并可以根据数据模拟有个定量的分析和计算。此外,还可以对噪声参数的调试,观测不同噪声对整个系统性能的影响程度的大小。并且,我们可以得出,在这样一个小信号系统中,光检测器的偏置电阻及放大器电路的热噪声是最主要的噪声源。

3光纤(Optical Fiber)系统设计

3.1光纤简介

光纤通信与电信的主要差异之一,即是利用光纤来传输光信号。光纤有不同的结构形式。目前,通信用的光纤大多数是利用石英材

料做成的横截面很小的双层同心玻璃体,Array外层玻璃的折射率比内层稍低。折射率高

的中心部分叫纤芯,其折射率为n1;折射

率低的外围部分称为包层,折射率为n2

在本章中,并不针对光纤具体的折射

率分布等设计参数进行详细介绍和讨论,

因为OptiWave提供了专门针对光纤设计

和分析的专门软件:OptiFiber,而

OptiSystem可以将在OptiFiber中设计的光纤直接输入调用,十分方便。

在本章中,我们主要讨论的是光纤的损耗,色散以及非线性等传输过程中的效应对光通

讯系统的性能的分析以及影响。

3.1.1 光纤的损耗特性

光纤的传输损耗是光纤通信系统中一个至关重要的问题,低损耗是实现远距离光通讯的前提,光纤损耗的原因十分复杂,归结起来主要包括:吸收损耗和散射损耗,以及辐射损耗。 (1) 吸收损耗:吸收损耗包括紫外吸收、红外吸收和杂质吸收等,它是材料本身所固有的,

因此是一种本征吸收损耗。

(2) 散射损耗:散射与光纤材料及光波导中的结构缺陷、非线性效应有关。一般包括:瑞利散射损耗、波导散射损耗和非线性损耗。 (3) 辐射损耗:光纤使用过程中,弯曲往往不可避免,在弯曲到一定的曲率半径时,就会

产生辐射损耗。

3.1.2 光纤的色散特性及带宽

光信号在光纤中传输时不但幅度会因损耗而减小,波形亦会发生愈来愈大的失真,脉冲展宽,从而限制了光纤的最高信息传输速率。这种失真是由于信号中的各种分量在光纤中的群速度不同(因而时延不同)引起的。这些分量包括发送信号调制和光源谱宽中的频率分量及光纤中的不同模式分量。时延失真是由于光纤色散而产生的,一般包括以下几种: (1) 模间色散:多模光纤中由于各个导模之间群速度不同造成模间色散。在发送机多个

导模同时激励时,各个导模具有不同的群速,到达接收端的时刻不同。 (2) 波导色散:这是某个导模在不同波长(光源有一定的谱宽)下的群速度不同引起的色散,它与光纤结构的波导效应有关,又称为结构色散。

(3) 材料色散:这是由于光纤材料的折射率随光频率呈非线性变化,而光源有一定谱宽,于是不同的波长引起不同的群速度。

(4) 偏振模色散:普通单模光纤实际上传输两个相互正交的模式,实际在单模光纤存在

各种少量随机的不确定性,不对称性,造成了两个偏振模的群时延不同,导致偏振模色散。

3.2 光纤模型设计案例:自相位效应(SPM )-Induced Spectral Broadening

3.2.1 设计目的

对自相位调制(Self-Phase Modulation :SPM )在脉冲传播上的模型进行模拟和验证。主要包括两个方面:

(1) 脉冲啁啾(Pulse Chirping )

(2) 脉冲光谱展宽(Pulse Spectral Broadening )

3.2.2 原理简介

自相位调制(SPM )效应可由式3.1进行描述:

(3.1) ||2

E E i z

E γ=??

其中E(Z,t)是电场波包,参数γ由式3.2给出:

(3.2) 02eff

cA n ωγ=

在方程3.2中,ω0是光载波频率,n 2是非线性折射率系数,A eff 是有效作用面面积[1]。

可根据方程3.1直接进行求解得到:

)|),0(|exp(),0(),(2

z t z E i t z E t z E ===

从该式可知,经过自相位调制后,脉冲的波形(即:|E(z,t)|2=|E(z=0,t)|2)不受影响。而相位变化项ΦNL =|E(z=0,t)|2

表明经过自相位调制后,脉冲的瞬时频率相对原先载波的频率ω0已有所改变。频率改变量δω(t)由式3.3给出: (3.3) )(t

t NL

?=

δφδω

该频率的改变和时间的关系导致了啁啾声的产生。

3.2.3 模型的设计布局图

为了验证SPM 效应,我们可以设计以下布局图3.2:

其中参数设定如图3.3:

图3.2 自相位调制设计布局图

图3.3 全局参数设定(上图);图3.4 光纤参数设定(下图)在非线性光纤的参数设定中,我们只针对自相位调制效应进行检测分析,所以我们可以禁掉其他非线性效应,如图3.4所示。

当脉冲的峰值功率为10mW,光纤长度设为10km时,得到的结果如图3.5所示:

图3.5 经过10.73km的光纤前(上图)后(下图)的脉冲波形和啁啾

从图3.5中可看到脉冲的波形保持不变,但由于自相位调制效应,产生了啁啾声。脉冲前端红移,而后端蓝移。如果存在反常色散,则可能发生由于SPM的啁啾而导致脉冲波形会变窄。这说明SPM效应和GVD的作用正好相反。

为了观察SPM导致的光谱展宽,我们需要引入:φmax= γP0z。其中P0是峰值功率。图3.6

中为未啁啾高斯型输入脉冲在不同的最大相移值时(0~3.5π)的光谱图。自相位调制和啁啾以方程3.1联系在一起。根据图3.5,在两个不同t值时的啁啾相同,说明在两个不同的点上瞬时频率为相同的一个。这两个点代表两个相同频率的波,能够相长或者相消的互相作用,导致了脉冲光谱的振荡结构。

图3.6 未啁啾高斯脉冲的不同相移时的光谱

由于SPM导致脉冲展宽依赖于脉冲波形和初始啁啾,图3.7为最大相移φmax=4.5π时,输出

端的高斯脉冲的光谱和第三级高斯脉冲的光谱。

图3.7最大相移φmax=4.5π时输出端光谱和第三级高斯脉冲光谱

参考文献:

[1] G.P.Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, Academics Press (2001)

五款信号完整性仿真工具介绍

现在的高速电路设计已经达到GHz的水平,高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础,必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前,Ansoft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发,对PCB设计的信号完整性问题进行动态仿真。 (一)Ansoft公司的仿真工具 现在的高速电路设计已经达到GHz的水平,高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础,必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前,Ansoft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发,对PCB设计的信号完整性问题进行动态仿真。 Ansoft的信号完整性工具采用一个仿真可解决全部设计问题: SIwave是一种创新的工具,它尤其适于解决现在高速PCB和复杂IC封装中普遍存在的电源输送和信号完整性问题。 该工具采用基于混合、全波及有限元技术的新颖方法,它允许工程师们特性化同步开关噪声、电源散射和地散射、谐振、反射以及引线条和电源/地平面之间的耦合。该工具采用一个仿真方案解决整个设计问题,缩短了设计时间。 它可分析复杂的线路设计,该设计由多重、任意形状的电源和接地层,以及任何数量的过孔和信号引线条构成。仿真结果采用先进的3D图形方式显示,它还可产生等效电路模型,使商业用户能够长期采用全波技术,而不必一定使用专有仿真器。 (二)SPECCTRAQuest Cadence的工具采用Sun的电源层分析模块: Cadence Design Systems的SpecctraQuest PCB信号完整性套件中的电源完整性模块据称能让工程师在高速PCB设计中更好地控制电源层分析和共模EMI。 该产品是由一份与Sun Microsystems公司签署的开发协议而来的,Sun最初研制该项技术是为了解决母板上的电源问题。 有了这种新模块,用户就可根据系统要求来算出电源层的目标阻抗;然后基于板上的器件考虑去耦合要求,Shah表示,向导程序能帮助用户确定其设计所要求的去耦合电容的数目和类型;选择一组去耦合电容并放置在板上之后,用户就可运行一个仿真程序,通过分析结果来发现问题所在。 SPECCTRAQuest是CADENCE公司提供的高速系统板级设计工具,通过它可以控制与PCB layout相应的限制条件。在SPECCTRAQuest菜单下集成了一下工具: (1)SigXplorer可以进行走线拓扑结构的编辑。可在工具中定义和控制延时、特性阻抗、驱动和负载的类型和数量、拓扑结构以及终端负载的类型等等。可在PCB详细设计前使用此工具,对互连线的不同情况进行仿真,把仿真结果存为拓扑结构模板,在后期详细设计中应用这些模板进行设计。 (2)DF/Signoise工具是信号仿真分析工具,可提供复杂的信号延时和信号畸变分析、IBIS 模型库的设置开发功能。SigNoise是SPECCTRAQUEST SI Expert和SQ Signal Explorer Expert进行分析仿真的仿真引擎,利用SigNoise可以进行反射、串扰、SSN、EMI、源同步及系统级的仿真。 (3)DF/EMC工具——EMC分析控制工具。 (4)DF/Thermax——热分析控制工具。 SPECCTRAQuest中的理想高速PCB设计流程: 由上所示,通过模型的验证、预布局布线的space分析、通过floorplan制定拓朴规则、由规

cadence信号完整性仿真步骤

Introduction Consider the proverb, “It takes a village to raise a child.” Similarly, multiple design team members participate in assuring PCB power integrity (PI) as a design moves from the early concept phase to becoming a mature product. On the front end, there’s the electrical design engineer who is responsible for the schematic. On the back end, the layout designer handles physical implemen-tation. Typically, a PI analysis expert is responsible for overall PCB PI and steps in early on to guide the contributions of others. How quickly a team can assure PCB PI relates to the effectiveness of that team. In this paper, we will take a look at currently popular analysis approaches to PCB PI. We will also introduce a team-based approach to PCB PI that yields advantages in resource utilization and analysis results. Common Power Integrity Analysis Methods There are two distinct facets of PCB PI – DC and AC. DC PI guarantees that adequate DC voltage is delivered to all active devices mounted on a PCB (often using IR drop analysis). This helps to assure that constraints are met for current density in planar metals and total current of vias and also that temperature constraints are met for metals and substrate materials. AC PI concerns the delivery of AC current to mounted devices to support their switching activity while meeting constraints for transient noise voltage levels within the power delivery network (PDN). The PDN noise margin (variation from nominal voltage) is a sum of both DC IR drop and AC noise. DC PI is governed by resistance of the metals and the current pulled from the PDN by each mounted device. Engineers have, for many years, applied resistive network models for approximate DC PI analysis. Now that computer speeds are faster and larger addressable memory is available, the industry is seeing much more application of layout-driven detailed numerical analysis techniques for DC PI. Approximation occurs less, accuracy is higher, and automation of How a Team-Based Approach to PCB Power Integrity Analysis Yields Better Results By Brad Brim, Sr. Staff Product Engineer, Cadence Design Systems Assuring power integrity of a PCB requires the contributions of multiple design team members. Traditionally, such an effort has involved a time-consuming process for a back-end-focused expert at the front end of a design. This paper examines a collaborative team-based approach that makes more efficient use of resources and provides more impact at critical points in the design process. Contents Introduction (1) Common Power Integrity Analysis Methods (1) Applying a Team-Based Approach to Power Integrity Analysis (3) Summary (6) For Further Information (7)

模拟电路_Multisim软件仿真教程

第13章Multisim模拟电路仿真本章Multisim10电路仿真软件, 本章节讲解使用Multisim进行模拟电路仿真的基本方法。 目录 1. Multisim软件入门 2. 二极管电路 3. 基本放大电路 4. 差分放大电路 5. 负反馈放大电路 6. 集成运放信号运算和处理电路 7. 互补对称(OCL)功率放大电路 8. 信号产生和转换电路 9. 可调式三端集成直流稳压电源电路 13.1 Multisim用户界面及基本操作 13.1.1 Multisim用户界面 在众多的EDA仿真软件中,Multisim软件界面友好、功能强大、易学易用,受到电类设计开发人员的青睐。Multisim用软件方法虚拟电子元器件及仪器仪表,将元器件和仪器集合为一体,是原理图设计、电路测试的虚拟仿真软件。 Multisim来源于加拿大图像交互技术公司(Interactive Image Technologies,简称IIT公司)推出的以Windows为基础的仿真工具,原名EWB。 IIT公司于1988年推出一个用于电子电路仿真和设计的EDA工具软件Electronics Work Bench(电子工作台,简称EWB),以界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易学易用而得到迅速推广使用。 1996年IIT推出了EWB5.0版本,在EWB5.x版本之后,从EWB6.0版本开始,IIT对EWB进行了较大变动,名称改为Multisim(多功能仿真软件)。 IIT后被美国国家仪器(NI,National Instruments)公司收购,软件更名为NI Multisim,Multisim经历了多个版本的升级,已经有Multisim2001、Multisim7、Multisim8、Multisim9 、Multisim10等版本,9版本之后增加了单片机和LabVIEW虚拟仪器的仿真和应用。 下面以Multisim10为例介绍其基本操作。图13.1-1是Multisim10的用户界面,包括菜单栏、标准工具栏、主工具栏、虚拟仪器工具栏、元器件工具栏、仿真按钮、状态栏、电路图编辑区等组成部分。

PCB板级信号完整性的仿真及应用

作者简介:曹宇(1969-),男,上海人,硕士,工程师. 第6卷第 6期 2006年12月泰州职业技术学院学报 JournalofTaizhouPolytechnicalInstituteVol.6No.6 Dec.2006摘要:针对高速数字电路印刷电路板的板级信号完整性,分析了IBIS模型在板级信号完整 性分析中的作用。利用ADS仿真软件,采用电磁仿真建模和电路瞬态仿真测试了某个 实际电路版图,给出了实际分析结果。 关键词:信号完整性;IBIS;仿真;S参数 中图分类号:TP391.9文献标识码:A文章编号:1671-0142(2006)06-0030-03 信号完整性(SI,SignalIntegrity)的概念是针对高速数字信号提出来的。以往的数字产品,其时钟或数据频率在几十兆之内时,信号的上升时间大多在几个纳秒,甚至几十纳秒以上。数字化产品设计工程师关注最多的是“数字设计”保证逻辑正确。随着数字技术的飞速发展,原先只是在集成电路芯片设计中需要考虑的问题[1]在PCB板级设计中正在逐步显现出来,并由此提出了信号完整性的概念。 在众多的讲述信号完整性的论文和专著中[2,3],对信号完整性的描述都是从信号传输过程中可能出现的问题(比如串扰,阻抗匹配,电磁兼容,抖动等)本身来讨论信号完整性,对信号完整性没有一个统一的定义。事实上,信号完整性是指信号在通过一定距离的传输路径后在特定接收端口相对指定发送端口信号的还原程度,这个还原程度是指在指定的收发参考端口,发送芯片输出处及接收芯片输入处的波形需满足系统设计的要求[4]。 1、板级信号完整性分析 1.1信号完整性分析内容的确定 信号完整性分析工作是一项产品开发全流程工作,从产品设计阶段开始一直延续到产品定型。PCB板级设计同样如此。在系统设计阶段,产品还没有进入试制,需要建立相应的系统模型并得到仿真结果以验证设计思想和设计体系正确与否,这个阶段称前仿真;前仿真通过后,产品投入试制,样品出来后再进行相应的测试和仿真,这个阶段称后仿真。假如将每一块PCB板视为一个系统,影响这个系统正常工作的信号问题涉及到所有的硬件和软件,包括芯片、封装、PCB物理结构、电源及电源传输网络和协议。 对系统所有部分都进行仿真验证是不现实的。应根据系统设计的要求选定部分内容进行测试仿真。本文所提及的“板级信号完整性分析”仅针对芯片引脚和走线的互连状态分析。 当被传输的信号脉冲时间参量(如上升时间、传输时间等)已缩短至和互连线上电磁波传输时间处于同一个量级时,信号在互连线上呈现波动效应,应采用微波传输线或分布电路的模型来对待互连线,从而产生了时延、畸变、回波、相邻线之间的干扰噪声等所谓的“互连效应”[1]。 假设PCB板上芯片引脚的输入输出信号都是“干净”的,那么只要考虑互连线路本身的互连效应。事实上,每个芯片引脚在封装时都有其独特的线路特性,这些特性是由其内部的晶体管特性决定的,同样的信号在不同引脚上的传输效率差异很大。因此,在分析信号传输的互连效应时必须考虑芯片内部的电路特性以提取相对准确的电路模型,并在此基础上作进一步的分析。这个模型就是在业界被广泛使用的IBIS模型。 1.2IBIS标准模型的建立 PCB板级信号完整性的仿真及应用 曹宇,丁志刚,宗宇伟 (上海计算机软件技术开发中心,上海201112)

怎样利用电路仿真软件进行模拟电路课程的学习

怎样利用电路仿真软件进行模拟电路课程的学习电路分析实验报告 实验二 学习用multisim软件对电路进行仿真 一.实验要求与目的 1.进一步熟悉multisim软件的各种功能。 2.巩固学习用multisim软件画电路图。 3.学会使用multisim里面的各种仪器分析模拟电路。 4.用multisim软件对电路进行仿真。 二、实验仪器 电脑一台及其仿真软件。 三.实验内容及步骤

(1)在电子仿真软件Multisim 基本界面的电子平台上组建如图所示的仿真电路。双击电位器图标,将弹出的对话框的“Valve”选项卡的“Increment”栏改成“1”,将“Label”选项卡的“RefDes”栏改成“RP。 ” 2)调节RP大约在35%左右时,利用直流工作点分析方法分析直 流工作点的值。直流工作点分析(DC Operating Point Analysis)是用来分析和计算电路静态工作点的,进行分析时,Multisim 自动将电路分析条件设为电感、交流电压源短路,电容断开。 单击Multisim 菜单“Simulate/Analyses/DC operating Point…”,在弹出的对话框中选择待分析的电路节点,如2图所示。单击Simulate 按钮进行直流工作点分析。分析结果如图3所示。列出了

单级阻容耦合放大电路各节点对地电压数据,根据各节点对地电压数据,可容易计算出直流工作点的值,依据分析结果,将测试结果填入表1中,比较理论估算与仿真分析结果。 表1 静态工作点数据 电压放大倍数测试 (1)关闭仿真开关,从电子仿真软件Multisim 10基本界面虚拟仪器工具条中,调出虚拟函数信号发生器和虚拟双踪示波器,将虚拟函数信号发生器接到电路输入端,将虚拟示波器两个通道分别接到电路的输入端和输出端,如图4所示。 (2)开启仿真开关,双击虚拟函数信号发生器图标“XFG1”,将打开虚拟函数信号发生器放大面板,首确认“Waveforms”栏下选取的是正弦信号,然后再确认频率为1kHZ”;再确认幅度为 10mVp,如图5所示。 四.仿真分析 动态测量仿真电路

PCB设计与信号完整性仿真

本人技术屌丝一枚,从事PCB相关工作已达8年有余,现供职于世界闻名的首屈一指的芯片设计公司,从苦逼的板厂制板实习,到初入Pcblayout,再到各种仿真的实战,再到今天的销售工作,一步一步一路兢兢业业诚诚恳恳,有一些相关领悟和大家分享。买卖不成也可交流。 1.谈起硬件工作,是原理图,pcb,码农的结合体,如果你开始了苦逼的pcblayout工作,那么将是漫长的迷茫之路,日复一日年复一年,永远搞不完的布局,拉线。眼冒金星不是梦。最多你可以懂得各种模块的不同处理方式,各种高速信号的设计,但永远只能按照别人的意见进行,毫无乐趣。 2.谈起EDA相关软件,形象的说,就普通的PROTEL/AD来说你可能只有3-6K,对于pads 可能你有5-8K,对于ALLEGRO你可能6-10K,你会哀叹做的东西一样,却同工不同酬,没办法这就是市场,我们来不得无意义的抱怨。 3.众所周知,一个PCB从业者最好的后路就是仿真工作,为什么呢?一;你可以懂得各种模块的设计原则,可以优化不准确的部分,可以改善SI/PI可以做很多,这往往是至关重要的,你可以最大化节约成本,减少器件却功效相同;二;从一个pcblayout到仿真算是水到渠成,让路走的更远; 三:现实的说薪资可以到达11-15K or more,却更轻松,更有价值,发言权,你不愿意吗? 现在由于本人已技术转销售,现在就是生意人了哈哈,我也查询过各种仿真资料我发现很少,最多不过是Mentor Graphics 的HyperLynx ,candense的si工具,

但是他们真的太low了,精确度和完整性根本不能保证,最多是定性的能力,无法定量。真正的仿真是完整的die到die的仿真,是完整的系统的,是需要更高级的仿真软件,被收购的xxsigrity,xx ansys,hspicexx,adxx等等,这些软件才是真正的仿真。 本人提供各种软件及实战代码,例子,从基本入门到高级仿真,从电源仿真,到ddr仿真到高速串行仿真,应有尽有,,完全可以使用,想想以后的高薪,这点投入算什么呢?舍不得孩子套不住狼哦。 所有软件全兼容32位和64位系统。 切记本人还提供学习手册,你懂的,完全快速进入仿真领域。你懂的! 希望各位好好斟酌,自己的路是哪个方向,是否想更好的发展,舍得是哲学范畴,投资看得是利润的最大化,学会投资吧,因为他值得拥有,骚年! 注:本人也可提供培训服务,面面俱到,形象具体,包会! 有购买和学习培训兴趣的请联系 QQ:2941392162

Matlab第五章 Simulink模拟电路仿真

第五章Simulink模拟电路仿真 武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜

§5.1 电路仿真概要 5.1.1 MATLAB仿真V.S. Simulink仿真 利用MATLAB编写M文件和利用Simulink搭建仿真模型均可实现对电路的仿真,在实现电路仿真的过程中和仿真结果输出中,它们分别具有各自的优缺点。 武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜

ex5_1.m clear; V=40;R=5;Ra=25;Rb=100;Rc=125;Rd=40;Re=37.5; R1=(Rb*Rc)/(Ra+Rb+Rc); R2=(Rc*Ra)/(Ra+Rb+Rc); R3=(Ra*Rb)/(Ra+Rb+Rc); Req=R+R1+1/(1/(R2+Re)+1/(R3+Rd)); I=V/Req 武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜

ex5_1 武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜

武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜

注意Simulink仿真中imeasurement模块 /vmeasurement模块和Display模块/Scope模块的联合使用 Series RLC Branch模块中R、C、L的确定方式 R:Resistance设置为真实值Capacitance设置为inf(无穷大)Inductance设置为0 C:Resistance设置为0 Capacitance设置为真实值Inductance设置为0 L:Resistance设置为0Capacitance设置为inf Inductance设置为真实值 武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜

Altium Demo系列_信号完整性分析SI仿真

信号完整性分析SI仿真Demo Altium Designer的SI仿真功能,可以在原理图阶段假定PCB环境进行布线前预仿真,帮助用户进行设计空间探索,也可以在PCB布线后按照实际设计环境进行仿真验证,并辅以虚拟端接,参数扫描等功能,帮助用户考察和优化设计,增强设计信心。 1.在Windows下打开SI_demo子目录,双击打开演示案例项目 SI_demo.prjpcb,当前项目树中只有一页原理图SI_demo.schdoc,双击 SI_demo.schdoc打开原理图。观察到图中有U2和U3两个IC器件。 2.为器件指定IBIS模型(如果元件库中该器件已有正确的IBIS模型,则可跳 过步骤2) 通过双击器件U2,弹出以下窗口:

点击Add右边的下拉箭头,选择Signal Integrity,为器件U2指定SI仿真用的IBIS模型。 在弹出的SI模型选择窗口中点击 Import IBIS,选择U2对应的IBIS模 型文件导入,本例中U2的IBIS模型 文件为SI_demo文件夹中的文件 5107_lmi.ibs,后面各窗口一直点击 OK,直到回到原理图界面,U2的模 型设定完成。 双击器件U3,按照同样的步骤为U3 指定IBIS模型,其对应的IBIS模型 文件为:edd2516akta01.ibs

3.为关注的网络设定规则 通过点击主菜单下的Place->Directives->Blanket,放置一个方框,将所关注的网络名称框住(本例中已经框住了LMID00-LMID15共16位数据总线)。 然后同样通过Place->Directives->PCB Layout, 放置一个PCB Rule规则符号,置于方框的边界上。

五款信号完整性仿真分析工具

SI 五款信号完整性仿真工具介绍 (一)Ansoft公司的仿真工具 现在的高速电路设计已经达到GHz的水平,高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB 设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础,必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前,An soft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发,对PCB 设计的信号完整性问题进行动态仿真。 Ansoft 的信号完整性工具采用一个仿真可解决全部设计问题: Slwave是一种创新的工具,它尤其适于解决现在高速PCB和复杂IC封装中普遍存在的电源输送和信号完整性问题。 该工具采用基于混合、全波及有限元技术的新颖方法,它允许工程师们特性化同步开关噪声、电源散射和地散射、谐振、反射以及引线条和电源/地平面之间的耦合。该工具采用一个仿真方案解决整个设计问题,缩短了设计时间。 它可分析复杂的线路设计,该设计由多重、任意形状的电源和接地层,以及任何 数量的过孔和信号引线条构成。仿真结果采用先进的3D 图形方式显示,它还可产生等效电路模型,使商业用户能够长期采用全波技术,而不必一定使用专有仿 (二)SPECCTRAQuest Cade nee的工具采用Sun的电源层分析模块: Cade nee Design System 的SpeeetraQuest PCB信号完整性套件中的电源完整性模块据称能让工程师在高速PCB设计中更好地控制电源层分析和共模EMI 。 该产品是由一份与Sun Microsystems公司签署的开发协议而来的,Sun最初研制该项技术是为了解决母板上的电源问题。 有了这种新模块,用户就可根据系统要求来算出电源层的目标阻抗;然后基于板上的器件考虑去耦合要求,Shah表示,向导程序能帮助用户确定其设计所要求的去耦合电容的数目和类型;选择一组去耦合电容并放置在板上之后,用户就可运行一个仿真程序,通过分析结果来发现问题所在。 SPECCTRAQuest是CADENCE公司提供的高速系统板级设计工具,通过它可以控制与PCB layout相应的限制条件。在SPECCTRAQuest菜单下集成了一下工具: (1)SigXplorer 可以进行走线拓扑结构的编辑。可在工具中定义和控制延时、特性阻抗、驱动和负载的类型和数量、拓扑结构以及终端负载的类型等等。可在

模拟电子技术课程设计(Multisim仿真)

《电子技术Ⅱ课程设计》 报告 姓名 xxx 学号 院系自动控制与机械工程学院 班级 指导教师 2014 年 6 月18日

目录 1、目的和意义 (3) 2、任务和要求 (3) 3、基础性电路的Multisim仿真 (4) 3.1 半导体器件的Multisim仿真 (4) 3.11仿真 (4) 3.12结果分析 (4) 3.2单管共射放大电路的Multisim仿真 (5) 3.21理论计算 (7) 3.21仿真 (7) 3.23结果分析 (8) 3.3差分放大电路的Multisim仿真 (8) 3.31理论计算 (9) 3.32仿真 (9) 3.33结果分析 (9) 3.4两级反馈放大电路的Multisim仿真 (9) 3.41理论分析 (11) 3.42仿真 (12) 3.5集成运算放大电路的Multisim仿真(积分电路) (12) 3.51理论分析 (13) 3.52仿真 (14) 3.6波形发生电路的Multisim仿真(三角波与方波发生器) (14) 3.61理论分析 (14) 3.62仿真 (14) 4.无源滤波器的设计 (14) 5.总结 (18) 6.参考文献 (19)

一、目的和意义 该课程设计是在完成《电子技术2》的理论教学之后安排的一个实践教学环节.课程设计的目的是让学生掌握电子电路计算机辅助分析与设计的基本知识和基本方法,培养学生的综合知识应用能力和实践能力,为今后从事本专业相关工程技术工作打下基础。这一环节有利于培养学生分析问题,解决问题的能力,提高学生全局考虑问题、应用课程知识的能力,对培养和造就应用型工程技术人才将能起到较大的促进作用。 二、任务和要求 本次课程设计的任务是在教师的指导下,学习Multisim仿真软件的使用方法,分析和设计完成电路的设计和仿真。完成该次课程设计后,学生应该达到以下要求: 1、巩固和加深对《电子技术2》课程知识的理解; 2、会根据课题需要选学参考书籍、查阅手册和文献资料; 3、掌握仿真软件Multisim的使用方法; 4、掌握简单模拟电路的设计、仿真方法; 5、按课程设计任务书的要求撰写课程设计报告,课程设计报告能正确反映设计和仿真结果。

《信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计》

信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计 1简介 信号完整性是指信号在通过一定距离的传输路径后在特定接收端口相对指定发送端口信号的还原程度。在讨论信号完整性设计性能时,如指定不同的收发参考端口,则对信号还原程度会用不同的指标来描述。通常指定的收发参考端口是发送芯片输出处及接收芯片输入处的波形可测点,此时对信号还原程度主要依靠上升/下降及保持时间等指标来进行描述。而如果指定的参考收发端口是在信道编码器输入端及解码器输出端时,对信号还原程度的描述将会依靠误码率来描述。 电源完整性是指系统供电电源在经过一定的传输网络后在指定器件端口相对该器件对工作电源要求的符合程度。同样,对于同一系统中同一个器件的正常工作条件而言,如果指定的端口不同,其工作电源要求也不同(在随后的例子中将会直观地看到这一点)。通常指定的器件参考端口是芯片电源及地连接引脚处的可测点,此时该芯片的产品手册应给出该端口处的相应指标,常用纹波大小或者电压最大偏离范围来表征。 图一是一个典型背板信号传输的系统示意图。本文中“系统”一词包含信号传输所需的所有相关硬件及软件,包括芯片、封装与PCB板的物理结构,电源及电源传输网络,所有相关电路实现以及信号通信所需的协议等。从设计目的而言,需要硬件提供可制作的支撑及电信号有源/无源互联结构;需要软件提供信号传递的传输协议以及数据内容。

图1 背板信号传输的系统示意图 在本文的以下内容中,将会看到由于这些支撑与互联结构对电信号的传输呈现出一定的频率选择性衰减,从而会使设计者产生对信号完整性及电源完整性的担忧。而不同传输协议及不同数据内容的表达方式对相同传输环境具备不同适应能力,使得设计者需要进一步根据实际的传输环境来选择或优化可行的传输协议及数据内容表达方式。 为描述方便起见以下用“完整性设计与分析”来指代“信号完整性与电源完整性设计与分析”。 2 版图完整性问题、分析与设计 上述背板系统中的硬件支撑及无源互联结构基本上都在一种层叠平板结构上实现。这种层叠平板结构可以由三类元素组成:正片结构、负片结构及通孔。正片结构是指该层上的走线大多为不同逻辑连接的信号线或离散的电源线,由于在制版光刻中所有的走线都会以相同图形的方式出现,所以被称为正片结构,有时也被称为信号层;负片结构则是指该层上基本上是相同逻辑连接的一个或少数几个连接(通常是电源连接或地连接),通常会以大面积敷铜的方式来实现,此时光刻工艺中用相反图形来表征更加容易,所以被称为负片结构,有时也称为平面层(细分为电源平面层和地平面层);而通孔用来进行不同层之间的物理连接。目前的制造工艺中,无论是芯片、封装以及PCB 板大多都是在类似结构上实现。 1001010… -0.50.00.51.01.5 -1.0 2.0V c o r e , V

Cadence SI信号完整性仿真技术

Cadence PCB SI仿真流程 ——孙海峰 高速高密度多层PCB板的SI/EMC(信号完整性/电磁兼容)问题长久以来一直是设计者所面对的最大挑战。然而,随着主流的MCU、DSP和处理器大多工作在100MHz以上(有些甚至工作于GHz级以上),以及越来越多的高速I/O埠和RF前端也都工作在GHz级以上,再加上应用系统的小型化趋势导致的PCB 空间缩小问题,使得目前的高速高密度PCB板设计已经变得越来越普遍。许多产业分析师指出,在进入21世纪以后,80%以上的多层PCB设计都将会针对高速电路。 高速讯号会导致PCB板上的长互连走线产生传输线效应,它使得PCB设计者必须考虑传输线的延迟和阻抗搭配问题,因为接收端和驱动端的阻抗不搭配都会在传输在线产生反射讯号,而严重影响到讯号的完整性。另一方面,高密度PCB板上的高速讯号或频率走线则会对间距越来越小的相邻走线产生很难准确量化的串扰与EMC问题。SI和EMC的问题将会导致PCB设计过程的反复,而使得产品的开发周期一再延误。 一般来说,高速高密度PCB需要复杂的阻抗受控布线策略才能确保电路正常工作。随着新型组件的电压越来越低、PCB板密度越来越大、边缘转换速率越来越快,以及开发周期越来越短,SI/EMC挑战便日趋严峻。为了达到这个挑战的要求,目前的PCB设计者必须采用新的方法来确保其PCB设计的可行性与可制造性。过去的传统设计规则已经无法满足今日的时序和讯号完整性要求,而必须采取包含仿真功能的新款工具才足以确保设计成功。 Cadence的Allegro PCB SI提供了一种弹性化且整合的信号完整性问题解决方案,它是一种完整的SI/PI(功率完整性)/EMI问题的协同解决方案,适用于高速PCB设计周期的每个阶段,并解决与电气性能相关的问题。 Allegro PCB SI信号完整性分析的操作步骤,就是接下来将要介绍的。

五款信号完整性仿真分析工具

SI五款信号完整性仿真工具介绍 (一)Ansoft公司的仿真工具 现在的高速电路设计已经达到GHz的水平,高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础,必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前,Ansoft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发,对PCB设计的信号完整性问题进行动态仿真。 Ansoft的信号完整性工具采用一个仿真可解决全部设计问题: SIwave是一种创新的工具,它尤其适于解决现在高速PCB和复杂IC封装中普遍存在的电源输送和信号完整性问题。 该工具采用基于混合、全波及有限元技术的新颖方法,它允许工程师们特性化同步开关噪声、电源散射和地散射、谐振、反射以及引线条和电源/地平面之间的耦合。该工具采用一个仿真方案解决整个设计问题,缩短了设计时间。 它可分析复杂的线路设计,该设计由多重、任意形状的电源和接地层,以及任何数量的过孔和信号引线条构成。仿真结果采用先进的3D图形方式显示,它还可产生等效电路模型,使商业用户能够长期采用全波技术,而不必一定使用专有仿真器。 (二)SPECCTRAQuest Cadence的工具采用Sun的电源层分析模块: Cadence Design Systems的SpecctraQuest PCB信号完整性套件中的电源完整性模块据称能让工程师在高速PCB设计中更好地控制电源层分析和共模EMI。 该产品是由一份与Sun Microsystems公司签署的开发协议而来的,Sun最初研制该项技术是为了解决母板上的电源问题。 有了这种新模块,用户就可根据系统要求来算出电源层的目标阻抗;然后基于板上的器件考虑去耦合要求,Shah表示,向导程序能帮助用户确定其设计所要求的去耦合电容的数目和类型;选择一组去耦合电容并放置在板上之后,用户就可运行一个仿真程序,通过分析结果来发现问题所在。 SPECCTRAQuest是CADENCE公司提供的高速系统板级设计工具,通过它可以控制与PCB layout相应的限制条件。在SPECCTRAQuest菜单下集成了一下工具: (1)SigXplorer可以进行走线拓扑结构的编辑。可在工具中定义和控制延时、特性阻抗、驱动和负载的类型和数量、拓扑结构以及终端负载的类型等等。可在

基于Multisim的模拟电路仿真技术

本科毕业设计(论文) 题目基于Multisim的 模拟电路仿真技术 部系地方生部 专业电子信息工程 学员郑怿 指导教员梁发麦 中国人民解放军海军航空工程学院 2007 年7 月

基于Multisim的模拟电路仿真技术 摘要:介绍了Multisim 软件的功能和特点,提出运用Multisim 实现模拟电路的仿真方法。通过几个电子原理性电路的仿真实例阐述了模拟电路建立、元器件的选用和仿真参数的设置方法等关健问题,同时得到了正确的仿真结果。 关键词:模拟电路;Multisim ;仿真技术;EDA 从20 世纪80 年代以来,电子系统日趋数字化、复杂化和大规模集成化。同时深亚微米半导体工艺、B 表面安装技术的发展又支持了产品集成化程度的进步,使电子产品进入了片上系统(SOC )时代。另外电子产品厂商不懈追求缩短产品设计周期,从而获取高收益。在这些因素的影响下,EDA 技术应运而生。EDA ( Electronic Design Automation ,电子设计自动化)技术是一门综合了现代电子与计算机技术,以计算机为平台对电子电路、系统或芯片进行设计、仿真和开发的计算机辅助设计技术。利用EDA 技术对电力电子电路进行仿真一直是研究电力电子技术的工程技术人员所期望实现的目标。Multisim 就为此提供了一个良好的平台。在这个平台上可以容易地实现了基本的电力电子电路的仿真,包括不控整流电路、可控整流电路、逆变电路等电路的仿真分析。仿真得到的结果与理论分析的结果基本一致,这对电子电路的设计具有重大的意义。本文主要介绍利用Multisim 10平台对基本电子电路进行仿真的方法,得出与理论相符合的结果,有利于实际的工程设计。 1 Multisim 的功能和特点 加拿大Interactive Image Technologie 公司在1958 年推出了一个专门用于电子电路仿真和设计的EDA 工具软件EWB ( Electronics Workbench )。由于EWB 具有许多突出的优点,引起了电子电路设计工作者的关注,迅速得到了推广使用。但是随着电子技术的飞速发展,EWB 5 . x 版本的仿真设计功能已远远不能满足复杂的电子电路的仿真设计要求。因此IIT 公司将用于电路级仿真设计的模块升级为Multi sim ,并于2001 年推出了Multisim 的最新版本Multisim 2001 。 Multisim 2001 继承了 EWB 界面形象直观、操作方便、仿真分析功能强大、分析仪器齐全、易学易用等诸多优点,并在功能和操作上进行了较大改进。主要表现为:增加了射频电路的仿真功能;极大扩充了元器件库;新增了元件编辑器;扩充了电路的测试功能;增加了瓦特表、失真仪、网络分析仪等虚拟仪器,并允许仪器仪表多台同时使用;改进了元件之间的连接方式,允许任意走向;支持VHDL 和Verilo g 语言的电路仿真与设计;允许把子电路作为一个元器件使用,允许用户自定义元器件的属性等。 工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图,并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容,这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计,这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术,PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 (一)模拟电路举例: 1.1 晶体管基本放大电路 共射极,共集电极和共基极三种组态的基本放大电路是模拟电子技术的基础,通过EWB对其进行仿真分析,进一步熟悉三种电路在静态工作点,电压放大倍数,频率特性以及输入,输出电阻等方面各自的不同特点。

PCB SI信号完整性之反射仿真.

一、IBIS模型的获取 a) 直接找芯片供应商 b) 从网上下载 i.到Google网站直接搜索某个型号的IBIS模型; ii. 到器件厂商的官方网站下载; iii.从专门提供IBIS模型的网站搜索下载。 c) 仿真器件的SPICE 模型或直接测量 二、IBIS模型的转化过程 将模型的IBIS格式转化为DML格式,可以使用Allegro自带的Model Integrity.一般有两种方式打开此软件: 1、在SPECCTRAQuest下,点击Tools->Model Integrity; 2、在Allegro目录下,Model Integrity作为单独的软件存在,只要点下即可。 然后,选择File->Open,打开已经获得的IBIS模型,可同时打开多个芯片的IBIS模型,其界面如下图所示: 只要打开IBIS模型,在输出窗口的Parse Messages里,会自动显示关于此模型的错误和警告信息,具体如下图所示:

此界面的右下角,如下图所示的方框,可在方框里输入提示错误的行,然后点击左边的,则跳转到该行,进行修改。对于警告信息,可以不用理会,现在绝大多数的IBIS模型都或多或少有警告信息。 如果想观察模型的波形,可如下图所示进行操作。也可在选中任一IOCell模型,直接点快捷按钮。具体操作如下图所示: 之后,出现的波形如下图所示:

当模型的语法错误修改完毕后,可右击该模型,选择IBIS to DML,如下图所示: 若此步可以完成,说明成功转化为DML格式。 保存转化为DML格式的方件,最好把需要用到的DML文件放在同一文件夹里。此时,可以关闭Model Integrity. 三、IBIS模型的注意事项 1、确认IBIS模型里PIN的名称与原理图及PCB图的PIN名称一致,特别是对于PGA封装的IC。例如HI3520芯片,原理图上有一PIN为AM9,而其IBIS模型的名称为AM09,则命名不一致。这种情况可以转化为DML格式,但在后续仿真中,其模型不能正确被加载。

模拟电路仿真实例

模拟电子电路仿真 1.1 晶体管基本放大电路 共射极,共集电极和共基极三种组态的基本放大电路是模拟电子技术的基础,通过EWB 对其进行仿真分析,进一步熟悉三种电路在静态工作点,电压放大倍数,频率特性以及输入,输出电阻等方面各自的不同特点。 1.1.1 共射极基本放大电路 按图7.1-1搭建共射极基本放大电路,选择电路菜单电路图选项(Circuit/Schematic Option )中的显示/隐藏(Show/Hide)按钮,设置并显示元件的标号与数值等 。 1.静态工作点分析 选择分析菜单中的直流工作点分析选项(Analysis/DC Operating Point)(当然,也可以使用仪器库中的数字多用表直接测量)分析结果表明晶体管Q1工作在放大状态。 2.动态分析 用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号Vi(幅值为5mV,频率为10kH),用示波器观察到输入,输出波形。由波形图可观察到电路的输入,输出电压信号反相位关系。再一种直接测量电压放大倍数的简便方法是用仪器库中的数字多用表直接测得。 3.参数扫描分析 在图7.1-1所示的共射极基本放大电路中,偏置电阻R1的阻值大小直接决定了静态电流IC的大小,保持输入信号不变,改变R1的阻值,可以观察到输出电压波形的失真情况。选择分析菜单中的参数扫描选项(Analysis/Parameter Sweep Analysis),在参数扫描设置对话框中将扫描元件设为R1,参数为电阻,扫描起始值为100K,终值为900K,扫描方式为线性,步长增量为400K,输出节点5,扫描用于暂态分析。 4.频率响应分析 选择分析菜单中的交流频率分析项(Analysis/AC Frequency Analysis)在交流频率分析参数设置对话框中设定:扫描起始频率为1Hz,终止频率为1GHz,扫描形式为十进制,纵向刻度为线性,节点5做输出节点。 由图分析可得:当共射极基本放大电路输入信号电压VI为幅值5mV的变频电压时,

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