淺談仿真技術在電子產品設計中的應用

章翠娥

（江蘇省南通中等專業學校，江蘇南通，226000）

0 引言

智能化技術是當前社會重要技術發展方向，人們對電子產品的需求也開始向智能化方向發展。而智能化不僅提升了新型電子產品的研發難度，同時也使得電子產品集成電路變得更加復雜。在這種情況下，應用電子電路仿真技術，就成了解決智能化電子產品研發集成電路設計難關的主要方法。目前，電子電路仿真技術基本上與電子產品研發整體技術水平發展速度保持一致，通過應用電子電路仿真技術能夠極大的提高智能化電子產品研發周期，降低研發成本，對整個電子產品行業的智能化發展至關重要。因此，本文從分析電子電路仿真技術的優勢與應用價值入手，詳細探討了PSpice以及Proteu兩類主流仿真軟件在電子產品集成電路設計中的應用策略。

1 仿真技術優勢分析

電子電路仿真技術具有以下技術優勢：

第一，高效性優勢。電子電路仿真技術主要通過錄入仿真實驗參數以后，有計算機仿真軟件負責完成復雜易錯的參數計算、邏輯推演等仿真實驗的關鍵內容。這中仿真模擬測試方法相較于傳統的人工測試方法來說，顯然效率要高的多，并且電子電路仿真軟件大都配備有強大的附加功能和自動糾錯功能，同樣能夠極大的提高仿真測試結果的可靠性。運用電子電路仿真技術能夠提高電子產品集成電路等復雜模塊的設計效率。

第二，多樣性優勢。目前如Proteu軟件的電子電路仿真軟件已經搭載了3D模擬、單片機編程等電子產品開發中需要用到的功能。運用這種功能齊全的軟件能夠極大的提高電子產品研發過程中的調試階段效率，電子電路仿真軟件的升級和功能多樣性發展，同樣會使電子產品的研發模式變得更加自動化、便捷化。

第三，穩定性優勢。借助于如Proteu軟件能夠提升電子產品設計中電路板制作、產品外形結構優化等硬件設計方面的可行性，設計人員可以借助仿真軟件直觀的觀察對比評測產品的物理樣本狀態，同時也可以在電路板制板出現問題時，能夠快速準確的鎖定錯誤源范圍。另外，采用Proteu軟件的編程調試功能，能夠減少產品程序出錯的風險，提高產品主程序的穩定性。

2 仿真技術在電子產品設計中的應用價值體現

仿真技術主要能夠在電子產品設計的兩個方面體現應用價值。一方面，在復雜集成電路的設計過程中，可以采用仿真技術進行復雜電路板、模擬芯片電路設計。同時也可以利用仿真技術的時域分析功能，測試集成電路芯片在特定環境下的電路性能穩定性，提高電子產品的整體品質。另一方面，將仿真技術應用貫穿到電子產品項目研發的整個流程中，用仿真技術測試來代替傳統的人工測試方式，能夠提高整個產品研發項目的整體效率，同時還能為后續的成品性能測試以及研發項目成本預測提供更準確的數據支持。

3 仿真技術在電子產品設計中的應用策略

3.1 PSpice仿真技術功能及應用策略

（1）PSpice常用電子電路仿真功能

在復雜電子產品的大規模集成電路設計中，目前業界通常會采用Cadence的PSpice仿真軟件進行，該仿真軟件能夠將各類復雜的電路性能指標銅鼓哦仿真模塊分析，對分析數據進行可視化處理，設計人員可以通過觀察仿真分析結果，直觀對比評測電路目前設計現狀的各項性能指數。

具體來說，PSpice軟件主要有兩個功能模塊構成，分別負責電力仿真分析的具體環節。一方面是基本分析模塊（AD），該模塊主要包括直流、交流電路性能仿真分析以及電路整體時域分析等基本性能分析功能。該模塊主要通過噪聲仿真分析的方法，設定被測電路的頻率，然后制定輸出端的等效，確定輸出噪聲，同時，指定輸入端的噪聲電平。同時也會通過在直流電路中進行偏置點模擬直流電路的短路情況，用來計算電路在短路或電容故障情況下工作狀態，通過對直流偏置點的計算，確定電路瞬態情況下，初始狀態和交流小信號條件下的非線性性能變化參數模型。另一方面，是高級分析模塊（AA），它主要包括參數掃描、溫度分析、最壞模擬分析等功能。通過直流掃描分析，快速的展示電路的直流輸出性能。或者通過對電路中某個具體電器件的參數變化，來總結該電器件參數變化帶來的電路性能變化規律。

（2）PSpice仿真軟件具體應用流程

運用PSpice仿真軟件的基本流程如圖1所示。

圖1 PSpice仿真軟件仿真實驗基本流程

第一，繪制電路仿真電路，標注電路中的閉合時間。如圖2所示。

圖2 仿真電路圖樣式

第二，設置仿真參數，設置如仿真時間以及運行步長等參數。

第三，運行仿真方案，記錄仿真輸出波形結果。

第四，觀察分析仿真波形結果，判斷是否需要進行二次調試。

第五，根據一次或迭代進行的仿真實驗調試結果，調整電路設計圖。

以RC正弦振蕩電路的時域分析為例，在給定輸入激勵信號作用下，計算電路輸出端的瞬態響應，瞬態分析結果自動存人以.dat為擴展名的數據文件中，用Probe功能窗口分析顯示仿真結果的信號波形。傅里葉分析(Fourier Analysis)指在瞬態分析時，對輸出的最后一個周期性波形進行諧波分析，計算出直流分量、基波分量、第2次到第9次諧波分量的幅值和相位以及電路的失真度，從輸出文本文件中讀出傅里葉分析結果，在Probe中觀察到諧波分布圖。

3.2 Proteu仿真技術功能及應用策略

（1）Proteu常用仿真技術功能

Proteu軟件也是業界常用語智能電子產品開發的仿真工具，它主要應用在對模擬電路以及數字電路的仿真實驗上。采用Proteu軟件不僅能夠對電路設計方案進行仿真運行，去發現設計方案中的不足之處，通過反復仿真調試來優化現有設計方案，同時還能借助軟件自帶的Proteu電路設計數據庫資源，實現對虛擬示波器以及虛擬信號源的仿真實驗。可以將仿真實驗的性能測試精確到具體的元器件上，使得復雜數字電路的微小電路元器件的選用更加科學合理。

（2）Proteu仿真軟件的主要應用方向

Proteu軟件經過這幾年的發展，技術越加成熟，功能也越加齊全。目前Proteu軟件主要被業界具體應用在自動化、智能化的小型電子產品研發領域。例如對于自動防盜報警裝置、自動開蓋垃圾桶、LED漢字翻譯屏等電子產品中。借助于Proteu軟件強大的電路模擬運行功能，能快速完成電路設計過程中元器件選用、性能調試等難點問題。極大的縮短了中小型電子產品的開發周期。當然在傳統電子產品的開發中，Proteu軟件也廣泛的應用在多種產品類型中。其中典型的在自動化中小型電子產品中應用廣泛的MUC單片機的電路設計就多用Proteu軟件輔助完成。

總體來說，Proteu軟件主要被應用在電子產品設計的以下幾個環節：

首先，被應用在電子產品總設計原理圖的仿真預覽過程中，在電子產品研發設計處于前期構思完結，為了檢驗設計構思的可行性或者對研發成本進行預算，就可以用Proteu軟件對基于目前電路設計思路的電子路線簡圖進行仿真實驗，通過軟件的預覽工嗯呢該，直觀檢查該設計思路在原理上是否可行。

其次，在電子產品主程序的編程設計過程中，也可以運用Proteu軟件之間即興ISIS程序的編輯工作，同時還能通過軟件自帶的糾錯功能，快速發現產品主程序編程過程中出現的編程語言錯誤和運行BUG。通過糾錯功能在產品試運行時，能夠快速的鎖定出現BUG的錯誤源，大大的減輕了單片機出程序編程開發的負擔。

再來，Proteu對電子電路的仿真調試功能。通過進入軟件中的“Edit component”功能區，可以將需要調試的目標文件輸入進軟件，然后設置好仿真實驗的晶振頻率，點擊仿真按鈕對電路進行仿真實驗。同時將仿真結果一波形圖像的形式轉化為可視圖像經由人機交互屏，向設計人員實時直觀展示電路設計方案目前的試運行性能指數。同時還能通過電路在特殊條件下的瞬態對比分析，來對電路設計方案進行調試優化。

最后，在物理樣品制作時，同樣可以采用Proteu軟件的3D模擬功能，對電子產品的外觀形態進行3D成像模擬，可以更細致的觀察產品外觀設計的合理性以及各部件銜接位置的穩定性，為產品物理結構的調整提供數據支持。

（3）Proteu仿真軟件具體應用策略

Proteu軟件在電子產品中的具體應用策略主要分為兩大類。一方面是電子產品硬件設計應用。主要通過軟件的仿真模擬分析功能，來進行元器件的性能測試和選用，或者進行產品物理外觀結構合理性、穩定性的設計調試、以及集成電路板的制作。以電路板的制作為例，Proteu軟件在電路板設計制作中，主要按照幾個步驟進行。第一，繪制電路板電子電路圖，生成電子電路圖方案文件，然后將該文件輸入軟件。第二，根據設計方案在軟件上設置仿真實驗的各中參數，并啟動仿真按鈕，對電路進行仿真實驗。第三，分析仿真實驗波形結果，根據電路的時域分析結果，對集成電路設計方案進行優化，根據集成電路精度要求，反復迭代這一過程，使得集成電路設計方案在性能方面趨近于完美。第四，制作電路板實物樣本，運用Proteu軟件的3D模擬功能，對實物樣本進行最終調試。

在電子產品軟件的開發中，主要運用Proteu軟件進行電子線路的調試以及程序編程的調試。該應用主要運用了Proteu軟件搭載的單片機編程功能模塊，對單片機程序進行試運行調試，提前修復一些程序上的邏輯錯誤。