第3章
CHAPTER 3


电子电路设计与仿真








本章将使用AD软件实现对模拟电路的仿真，其内容主要包括直流工作点分析、直流扫描分析、交流小信号分析、瞬态分析、参数扫描分析、傅里叶分析、噪声分析、温度分析和蒙特卡洛分析。

3.1直流工作点分析

本节将构建用于直流分析的电路，并进行直流工作点分析，主要内容包括构建直流分析电路、设置分析参数和分析仿真结果。

3.1.1建立新的直流工作点分析工程


首先给出建立直流分析电路工程的步骤，主要包括： 

(1) 在Windows 10操作系统主界面的左下角选择【开始】→Altium Designer命令，打开AD软件。


(2) 在AD软件主界面菜单下选择File→New→Project命令，
在创建工程的窗口中LOCATIONS（位置)选择
Local Projects，Project Type(工程类型）选择PCB，Project Name工程名称为
PCB_Project1.PrjPCB的新工程，添加名为Sheet1.SchDoc的原理图文件。

3.1.2添加新的仿真库




图31元器件库浏览界面


添加仿真所需要用到的一些仿真库。其步骤主要包括： 

(1) 在当前AD软件主界面
选择View→Panels→Components命令
，打开如图31所示的元器件库浏览界面。


(2) 在图31所示的界面内，右击

按钮选择Filebased Libraries Preferences…命令，打开如图32所示的Available Filebased Libraries(可利用的文件库)界面，选择Installed（已安装）标签。

(3) 单击图32界面下方的Install…按钮。


(4) 如图33所示，打开所要添加库的对话框。


① 将路径指向C:＼users＼Public＼Documents＼Altium＼AD23＼Library＼Simulation。

② 选择Simulation Sources，并单击“打开”按钮。

(5) 如图34所示，看到新添加的Simulation Sources.IntLib仿真库。

(6) 单击图34界面内的Close按钮，退出该界面。



图32添加文件库浏览界面




图33打开所要添加的仿真库对话框




图34已经添加了需要添加的仿真库


3.1.3构建直流分析电路

构建直流分析电路，其步骤主要包括： 


(1) 从Miscellaneous Devices.IntLib库中分别找到名为Res1的电阻元器件和名为 Cap Semi的电容元器件，并将其按照图35所示的位置进行放置。

(2) 从Simulation Sources.IntLib库中找到名为VSRC的元器件，并按照图35所示的位置进行放置。

(3) 单击AD软件主界面工具栏内的按钮，将GND按照图35所示的位置进行放置。

(4) 单击AD软件主界面工具栏内的连线按钮，将这些元器件和直流源按照图36所示的方式进行连接。

(5) 按照前面所介绍的为元器件分配标识符的方法，为电路中的元器件和直流源分配唯一的标号，图36给出分配完标识符后的原理图界面。



图35放置找到的仿真元器件到原理图设计界面





图36将元器件和直流源连接并分配唯一标识符



(6) 修改V1、R1和C1的参数设置。下面以修改V1的参数为例： 

① 双击图36内的V1信号源图标。

② 打开如图37所示的界面，在Parameters下，找到Value列，输入5V。

③ 单击界面中的OK按钮，关闭该界面。如图38所示，修改剩下的电路元器件参数，以满足仿真条件。



图37修改V1参数




图38修改完所有的参数






图39指定电路节点网络标号



(7) 为了便于分析仿真结果，按照前面的方法，为电路某些节点指定网络标号，如图39所示。

(8) 保存设计文件，将其保存在dc_analysis目录下(读者也可以自己建立一个子目录)。


3.1.4设置直流工作点分析参数

下面介绍设置直流工作点分析参数的方法。其步骤主要包括： 

(1) 在AD软件主界面选择Simulate→Simulation DashBoard（仿真面板）命令。


如果Simulate那一栏是空的，则是安装软件时没安装仿真模块。可以通过选择Help→About→Extension&Updates
命令，在installed选项卡中单击Configure按钮勾选Platform Extension中没选中的选项，再单击Apply按钮重启一下
即可。

(2) 打开如图310所示的Simulation DashBoard界面。按下面参数设置： 



图310设置直流工作点分析参数


① 在“1.Verification”中单击Start Verification按钮进行电路检查，检查通过后Electrical Rule Check和Simulation Models标识为绿色对号。

② 在“2.Preparation”中Probes界面单击Add按钮选择Voltage，在网络1和网络2处加入两个Probes(探针)V_1和V_2，用于采集对应网络的静态工作点电压。

③ 在“3.Analysis Setup & Run中Operating Point”选项单击Run按钮，开始执行仿真。

3.1.5直流工作点仿真结果分析

对直流工作点仿真的结果进行分析，其步骤主要包括： 


(1) 弹出如图311所示的消息窗口，该消息窗口给出了对Spice电路的分析过程。



图311消息窗口


(2) 关闭消息窗口。

(3) 自动打开PCB_Project1.sdf文件，图312给出了对应于两个节点电压的分析结果。



图312文件中显示V(1)和V(2)值




(4) 下面通过Simulation DashBoard界面设置，选择Operating Point的Display on schematic下的Voltage和Current选项(如图313所示)，在原理图中显示电路中各支路的电压和电流值，如图314所示。

(5) 如图314所示，原理图中显示流经电阻的电流为4.545mA。



图313原理图中显示电路静态电压和电流设置




图314原理图中显示电路静态电压和电流



(6) 将该工程保存到dc_analysis目录下，并退出该设计工程，
显示Spice直流分析程序，如图315所示。



图315Spice直流分析程序

3.2直流扫描分析

本节将使用前面设计的电路，实现直流扫描分析，主要内容包括打开前面的分析电路、设置直流扫描参数和分析直流扫描的仿真结果。

3.2.1打开前面的设计

打开前面设计的步骤主要包括： 

(1) 新建一个dc_sweep_analysis文件夹，把dc_analysis文件夹下的所有文件复制到dc_sweep_analysis文件夹下。

(2) 在AD软件中，打开dc_sweep_analysis文件夹下的工程文件。

3.2.2设置直流扫描分析参数

下面介绍设置直流扫描分析参数的方法。其步骤主要包括： 

(1) 在AD软件主界面菜单下选择Simulate→Simulation DashBoard命令。

(2) 打开如图316所示的Simulation DashBoard界面，按下面参数设置： 



图316设置直流扫描分析参数


① 在“1.Verification”中单击Start Verification按钮进行电路检查，检查通过后Electrical Rule Check和Simulation Models标识为
绿色对号。

② 在“2.Preparation”中Probes界面中保留探针V_1和V_2，用于采集对应网络的电压。


③ 在“3.Analysis Setup & Run中DC Sweep”选项设置直流扫描电压源为V1，起始电压
（From）为0V，停止电压(To)为10V，步进电压（Step）为1V。

(3) 单击DC Sweep选项Run按钮，开始执行仿真。


3.2.3直流扫描仿真结果分析

介绍通过图形观察直流扫描仿真结果的方法。其步骤主要包括： 

(1) 运行Spice仿真后，弹出消息对话框，关闭该对话框。

(2) 自动打开PCB_Project1.sdf文件。如图317所示为网络V1和V2的DC Sweep仿真结果显示。



图317DC Sweep仿真结果显示


(3) 保存设计工程，并关闭。

3.3瞬态分析

本节将构建用于瞬态分析的电路，并执行瞬态分析，主要内容包括构建瞬态分析电路、设置瞬态分析参数和分析瞬态仿真的结果。

3.3.1建立新的瞬态分析工程

建立瞬态分析电路工程的步骤主要包括： 

(1) 在Windows 10操作系统主界面的左下角选择【开始】→Altium Designer命令，打开AD软件。


(2) 在AD软件主界面菜单下选择File→New→Project
命令，创建一个名为PCB_Project1.PrjPCB的新工程。


(3) 按照前面所介绍的添加原理图的方法，添加名称为Sheet1.SchDoc的原理图文件。


3.3.2构建瞬态分析电路

构建用于瞬态分析的电路，并执行瞬态分析。其步骤主要包括： 


(1) 从Miscellaneous Devices.IntLib库中分别找到名为Res1的电阻元器件、名为Cap的电容元器件、名为Op Amp的运算放大器
，并将其按照图318所示的位置分别进行放置。



图318放置元器件和信号源


(2) 从Simulation Sources.IntLib库中找到名为VSRC和VPULSE的元器件，并按照图318所示的位置进行放置。

(3) 单击AD软件主界面下工具栏内的按钮，将GND按照图318所示的位置进行放置。

(4) 单击AD软件主界面下工具栏内的连线按钮，将这些元器件和信号源按照图319所示的方式进行连接。



(5) 按照前面所介绍的给元器件分配标识符的方法，为电路中的元器件和信号源分配唯一的标识符。图320给出分配完标识符后的原理图界面。


(6) 在如图321所示的电路中，按照前面的方法，将V1和V3的直流电源设置为+15V。


(7) 为了后面分析仿真结果的方便，按图321所示的电路，在放大器的输入和输出端分别放置名称为IN和OUT的网络标号。



图319连接电路元器件和信号源




图320为电路元器件和信号源分配唯一的标识符




图321设置电源值并添加IN和OUT网络标号



(8) 保存文件，将其保存到transient_analysis目录下。

3.3.3设置瞬态分析参数

下面介绍设置瞬态分析参数的方法。其步骤主要包括： 

(1) 在AD软件主界面菜单下选择Simulate→Simulation Dashboard命令。

(2) 打开如图322所示的Simulation Dashboard界面，按下面参数设置： 



图322设置瞬态分析参数


① 在“1.Verification”中单击Start Verification按钮进行电路检查，检查通过后Electrical Rule Check和Simulation Models标识为绿色对号。

② 在“2.Preparation”中Probes界面单击Add按钮选择Voltage，在网络IN和网络OUT处加入两个Probes(探针)V_IN和V_OUT，用于采集对应网络的时域瞬态波形。


③ 在“3.Analysis Setup & Run”中Transient选项设置瞬态仿真参数起始时间（From）为0，停止时间(To)为30μs，（Step）为100ns。

(3) 单击Transient选项Run按钮，开始执行仿真。

3.3.4瞬态仿真结果分析

下面介绍通过图形观察瞬态仿真结果的方法。其步骤主要包括： 

(1) 运行Spice仿真后，弹出消息对话框，关闭该对话框。

(2) 自动打开PCB_Project1.sdf文件。显示如图323所示的图形，V(IN)为输入信号时域瞬态波形、V(OUT)为输出信号时域瞬态波形。



图323瞬态仿真结果波形(时域瞬态)


(3) 保存设计工程文件，将其保存到transient_analysis目录下，并退出该工程。

3.4傅里叶分析

本节将构建单个NPN晶体管放大电路，并在瞬态分析的基础上执行傅里叶分析。主要内容包括构建傅里叶分析电路、设置傅里叶分析参数和分析傅里叶仿真结果。

3.4.1建立新的傅里叶分析工程

建立新的傅里叶分析电路工程的步骤主要包括： 

(1) 在Windows 10操作系统主界面的左下角选择【开始】→Altium Designer命令，打开AD软件。


(2) 在AD软件主界面菜单下选择File→New→Project
命令，创建一个名称为PCB_Project1.PrjPCB的新工程。


(3) 按照前面所介绍的添加原理图的方法，添加名称为Sheet1.SchDoc的原理图文件。


3.4.2构建傅里叶分析电路

构建傅里叶分析电路的步骤主要包括： 


(1) 从Miscellaneous Devices.IntLib库中分别找到名称为Res1的电阻元器件、名称为Cap的电容元器件、名称为NPN的晶体管(必须选择Model Type为Simulation的元器件)，并将其按照图324所示的位置进行放置。


(2) 从Simulation Sources.IntLib库中找到名称为VSRC和VSIN的元器件，并按照图324所示的位置进行放置。




图324放置元器件和信号源


(3) 单击AD软件主界面下工具栏内的按钮，将GND按照图324所示的位置进行放置。

(4) 单击AD软件主界面下工具栏内的连线按钮，将这些元器件和信号源按照图325所示的方式进行连接。



图325连接电路元器件和信号源



(5) 按照前面所介绍的给元器件分配标识符的方法，为电路中的元器件和信号源分配唯一的标识符。图326给出分配完标识符后的原理图界面。



图326为电路元器件和信号源分配唯一的标识符并设置电源参数


(6) 在如图326所示的电路中，按照前面的方法，将V1直流电源设置为+12V。如图327所示，设置V2信号源，其参数设置为： 

图327为V2信号源设置参数



① Amplitude： 0.01。

② Frequency： 10K。

(7) 按照图328所示，将电阻和电容值改成相应的值。

(8) 为了观察方便，如图328所示，在放大器的输入和输出端分别放置名称为IN和OUT的网络标号。



图328放置网络标号


(9) 保存设计，将其保存到fourier_analysis目录下。

3.4.3设置傅里叶分析参数

下面介绍设置傅里叶分析参数的方法。其步骤主要包括： 


(1) 在AD软件主界面菜单下选择Simulate→Simulation Dashboard命令。

(2) 打开如图329所示的Simulation Dashboard界面，按下面参数设置： 



图329设置傅里叶分析参数


① 在“1.Verification”中单击Start Verification按钮进行电路检查，检查通过后Electrical Rule Check和Simulation Models标识为绿色对号。

② 在“2.Preparation”中Probes界面单击Add按钮选择Voltage，在网络IN和网络OUT处加入两个Probes(探针)V_IN和V_OUT，用于采集对应网络的时域瞬态波形。

③ 在“3.Analysis Setup & Run”中Transient选项设置瞬态仿真参数起始时间（From）为0，停止时间
(To)为500μs，步进（Step）为2μs，在Advanced部分选中Fourier Analysis，参数使用默认设置即可。

(3) 单击Transient选项Run按钮，开始执行仿真。

3.4.4傅里叶仿真结果分析

下面对傅里叶仿真结果进行分析。其步骤主要包括： 

(1) 运行Spice仿真后，弹出消息对话框，关闭该对话框。


(2) 自动打开PCB_Project1.sdf文件
，在该文件下有两个标签： Transient Analysis和Fourier Analysis，单击Fourier Analysis标签，如图330所示。



图330单击Fourier Analysis标签



(3) 看到如图331所示的傅里叶分析的结果。



图331傅里叶分析结果


(4) 单击Transient Analysis标签，打开时序分析结果。如果没有出现波形，则按照前面的方法手工将IN和OUT信号波形添加到该界面中。图332给出了瞬态分析结果。



图332瞬态分析结果


3.4.5修改电路参数重新执行傅里叶分析

修改电路参数并重新执行傅里叶分析的步骤主要包括： 

(1) 将图328中的R4的值改成56kΩ，重新执行傅里叶分析。

(2) 看到如图333所示的傅里叶分析的结果，很明显发生失真。




图333傅里叶分析结果



(3) 图334给出了瞬态分析结果。



图334瞬态分析结果


(4) 保存工程文件，将其保存fourier_analysis目录下(也可以根据情况保存到其他目录下)，并且退出该设计工程。



3.5交流小信号分析

本节将构建用于交流小信号分析的电路，并执行交流小信号分析，主要内容包括构建交流小信号电路、设置交流小信号分析参数和分析交流小信号的仿真结果。

3.5.1建立新的交流小信号分析工程

首先建立交流小信号分析电路工程，其步骤主要包括： 


(1) 在Windows 10操作系统主界面的左下角选择【开始】→Altium Designer命令，打开AD软件。

(2) 在AD软件主界面菜单下选择File→New→Project命令，创建一个名为PCB_Project1.PrjPCB的新工程。

(3) 按照前面所介绍的添加原理图的方法，添加名称为Sheet1.SchDoc的原理图文件。

3.5.2构建交流小信号分析电路

下面构建交流小信号分析电路。其步骤主要包括： 


(1) 从Miscellaneous Devices.IntLib库中分别找到名称为Res1的电阻元器件、名称为Cap的电容元器件、名称为
Diode 1N4001的二极管
，并将这些元器件按照图335所示的位置进行放置。



(2) 从Simulation Sources.IntLib库中找到名称为VSRC和VSIN的元器件，并按照图335所示的位置进行放置。


(3) 单击AD软件主界面下工具栏内的按钮，将GND按照图335所示的位置进行放置。


(4) 单击AD软件主界面下的工具栏内的连线按钮，将这些元器件和信号源按照图336所示的方式进行连接。



图335放置元器件和信号源




图336连接电路中的所有元器件和信号源




(5) 按照给元器件分配标识符的方法，为电路中的元器件和信号源分配唯一的标识符。图337给出了分配完标识符后的原理图界面。

(6) 按照图338所示，修改电路中元器件和信号源的参数设置。为了便于后面对激励源信号的参数修改，下面给出修改V2的参数设置步骤。



图337为电路中的元器件和信号源分配唯一的标识符




图338修改后的参数



① 双击V2交流信号源符号，打开其配置界面。

② 如图339所示，单击其配置界面General选项卡下方的Parameters选项中AC Magnitude项，设置交流仿真幅度为1V。 

(7) 为了分析方便，按照图340所示为电路的一些节点指定网络标识符。



图339修改信号源配置参数界面




图340为电路节点指定网络标识符



(8) 保存设计文件，将其保存ac_analysis目录下(可根据情况确定保存路径)。


3.5.3设置交流小信号分析参数

下面介绍设置交流小信号分析参数的方法。其步骤主要包括： 


(1) 在AD软件主界面菜单下选择Simulate→Simulation Dashboard命令。

(2) 打开如图341所示的Simulation Dashboard界面，按下面参数设置： 



图341设置交流分析参数


① 在“1.Verification”中单击Start Verification按钮进行电路检查，检查通过后Electrical Rule Check和Simulation Models标识为绿色对号。


② 在“3.Analysis Setup & Run”中AC Sweep选项设置交流分析参数起始频率
（Start Frequency）为10Hz，停止频率
(End Frequency)100MHz，点数(Points/Dec)为100，类型(Type)为Decade。

③ 在Output Expressions界面单击Add分别添加MAG
（v(MID))和MAG（v(OUT)）信号作为显示输出。

(3) 单击AC Sweep选项Run按钮，开始执行仿真。

3.5.4交流小信号仿真结果分析

对交流小信号仿真结果分析的步骤主要包括： 


(1) 运行Spice仿真后，弹出消息对话框，关闭该对话框。

(2) 自动打开PCB_Project1.sdf文件，
如图342所示，可以看到MID和OUT两个网络节点的交流小信号分析的结果。



图342交流小信号仿真结果分析


下面将在图342中增加Y轴，其单位改成dB。实现该过程的步骤主要包括： 


(1) 在图342所示的界面的mid波形图内单击鼠标右键，出现快捷菜单，选择Add Wave To Plot选项，出现图343所示的界面。在该界面内按如下设置： 



图343添加波形的选择窗口



① 在Waveforms窗口下选择v(mid)。

② 在Complex Functions 下选择Magnitude(dB)。

③ 在AxisNumber下拉菜单中选择New axis(添加新的Y轴)，使用第2个Y轴显示dB单位。

(2) 单击Create按钮。

(3) 在图344所示界面的mid图形中添加了Y轴。



图344mid添加的新波形


(4) 按照前面的方法，为out添加波形。图345给出了out添加的新波形。



图345out添加的新波形


(5) 保存设计工程和相关文件，将其保存到ac_analysis目录下。

(6) 关闭该设计工程。

3.6噪声分析

本节将构建用于噪声分析的电路，并执行噪声分析，主要内容包括构建噪声分析电路、设置噪声分析参数和分析噪声仿真结果。首先对噪声分析中的一些理论知识进行介绍。

输入噪声和输出噪声的定义如下： 

1) 输出噪声

输出噪声是指与指定输出网络相关的所有噪声设备噪声的RMS值。

2) 输入噪声

输入噪声是一个等效噪声，是指在一个无噪声的理想电路中，在输入源所施加的噪声，用于等效在指定输出网络计算所得到的噪声。表31是不同元器件所产生的噪声列表。


表31不同元器件所产生的噪声


元器件类型噪 声 类 型(V2/Hz)含义

B(GaAsFET)FID闪烁噪声
RD与RD相关的热噪声
RG与RG相关的热噪声
RS与RS相关的热噪声
SID散粒噪声
TOT总噪声
D(二极管)FID闪烁噪声
RS与RS相关的热噪声
SID散粒噪声
TOT总噪声
数字输入RHI与RHI相关的热噪声
RLO与RLO相关的热噪声
TOT总噪声
数字输出TOT总噪声
J(JFET)FID闪烁噪声
RD与RD相关的热噪声
RG与RG相关的热噪声
RS与RS相关的热噪声
SID散粒噪声
TOT总噪声
M(MOSFET)FID闪烁噪声
RB与RB相关的热噪声
RD与RD相关的热噪声
RG与RG相关的热噪声
RS与RS相关的热噪声
SID散粒噪声
TOT总噪声

Q(BJT)FIB闪烁噪声
RB与RB相关的热噪声
RC与RC相关的热噪声
RE与RE相关的热噪声
SIB和基极电流相关的散粒噪声
SIC和集电极电流相关的散粒噪声
TOT总噪声
R(电阻)TOT总噪声
IswitchTOT总噪声
VswitchTOT总噪声

注： 

① 闪烁噪声和Kf·(Iaf/fb)成正比。

② 散粒噪声： 对于BJT，和2qI成正比； 对于GaAsFET、JFET和MOSFET来说，和4kT·(dI/dV)·2/3成正比。

③ 热噪声： 和4kT/R成正比。

④ 器件总噪声： 是器件内所有噪声的总和。

⑤ NTOT(ONOISE)： 电路的总输出噪声。

⑥ V(ONOISE)： 电路总输出噪声的RMS。

⑦ V(INOISE)： 等效输入噪声，由V(ONOISE)/增益得到。


3.6.1建立新的噪声分析工程

建立新的噪声分析电路工程的步骤主要包括： 

(1) 在Windows 10操作系统主界面的左下角选择【开始】→Altium Designer命令，打开AD软件。


(2) 在AD软件主界面菜单下选择File→New→Project命令，创建一个名为PCB_Project1.PrjPCB的新工程。

(3) 按照前面所介绍的添加原理图的方法，添加名为Sheet1.SchDoc的原理图文件。


3.6.2构建噪声分析电路

构建噪声分析电路步骤主要包括： 


(1) 从Miscellaneous Devices.IntLib库中分别找到名称为Res1的电阻元器件、名称为Cap的电容元器件、名称为NPN的晶体管
，并将其按照图346所示的位置进行放置。



图346放置仿真元器件和信号源




图347镜像放置晶体管


这里放置多个对称的晶体管，可以镜像放置。方法是： 

① 双击需要镜像放置的晶体管，打开其配置界面。


② 如图347所示，在该界面下选中Mirrored复选框，就可以镜像放置晶体管。


(2) 从Simulation Sources.IntLib库中找到名称为VSRC和VSIN的元器件，并按照图346所示的位置进行放置。


(3) 单击AD软件主界面下工具栏内的按钮，将GND按照图346所示的位置进行放置。


(4) 单击AD软件主界面下工具栏内的连线按钮，将这些元器件和信号源按照图348所示的方式进行连接。



(5) 按照前面所介绍的为元器件分配标识符的方法，为电路中的元器件和信号源分配唯一的标识符。图348给出分配完标识符后的原理图界面。



图348为电路元器件和信号源分配唯一的标识符



(6) 如图349所示，将V1和V3分别设置为+12V和-12V。其他元器件参数按图349所示进行设置。



图349修改电路元器件参数并放置网络标号



(7) 为了方便对仿真结果的分析，如图349所示，在电容C1的两端分别放置名称为OUT1和OUT2的网络标号。


3.6.3设置噪声分析参数


下面介绍设置噪声分析参数的方法。其步骤主要包括： 

(1) 在AD软件主界面菜单下选择Simulate→Simulation Dashboard命令。


(2) 打开如图350所示的Simulation Dashboard界面，按下面参数设置： 



图350设置噪声分析参数


① 在“1.Verification”中单击Start Verification按钮进行电路检查，检查通过后Electrical Rule Check和Simulation Models标识为绿色对号。


② 在“2.Preparation”中Probes界面单击Add按钮选择Voltage，在网络OUT2处加入Probes(探针) V_OUT2，用于采集对应网络的幅频波形。


③ 在“3.Analysis Setup & Run”中AC Sweep选项，设置交流分析参数起始频率
（Start Frequency）为100kHz，停止频率(End Frequency)为10GHz，点数（Points/Dec）为100，类型为Decade，在Advanced部分选中Noise Analysis，参数噪声源（Noise Source）设置为V2，输出节点(Output Node)设置为OUT2，参考节点
(Ref Node)设置为0，点数(Points Per Summary)设置为100。

(3) 单击AC Sweep选项Run按钮，开始执行仿真。

3.6.4噪声仿真结果分析


下面对噪声仿真结果进行分析。其步骤主要包括： 

(1) 运行Spice仿真后，弹出消息对话框，关闭该对话框。

(2) 自动打开PCB_Project1.sdf文件。在该文件下，有三个标签
： 第一个是 AC Analysis（AC分析）； 第二个是 Noise Spectral Density(噪声谱密度)； 
第三个是Intergrated Noise（噪声积分），单击 Noise Spectral Density标签，如图351所示。



图351选择Noise Spectral Density


(3) 在Noise Spectral Density界面需要加入观测的噪声波形信号。单击鼠标右键选择Add Plot…，在Plot Wizard对话框中
单击Next，进入最后一步，单击Finish按钮生成一个绘图图表。


(4) 在Noise Spectral Density界面单击鼠标右键选择Add Wave to Plot…，如图352所示选择inoise_spectrum并单击Create按钮加入波形，输入噪声谱密度仿真波形如图353所示。



图352在绘图图标中加入波形




图353输入噪声谱密度仿真波形


(5) 在Noise Spectral Density界面按照上述的步骤创建一个新的绘图图表，并加入onoise_spectrum，输出噪声谱密度仿真波形如图354所示。



图354输出噪声谱密度仿真波形

(6) 保存工程文件，将其保存到noise_analysis目录下(可以根据情况保存到其他目录下)，退出该设计工程。



3.7参数扫描分析

本节将构建用于参数扫描分析的电路，并执行参数扫描分析，主要内容包括修改前面的设计、设置参数扫描分析参数和
分析参数扫描的仿真结果。

3.7.1打开前面的设计

打开前面设计的步骤主要包括： 


(1) 新建一个parametric_analysis文件夹，把transient_analysis文件夹下的所有文件复制到parametric_analysis文件夹下。


(2) 在AD软件中，打开parametric_analysis文件夹下的工程文件。

3.7.2设置参数扫描分析参数

下面介绍设置参数扫描分析参数的方法。其步骤主要包括： 

(1) 在AD软件主界面菜单下选择Simulate→Simulation Dashboard命令。

(2) 打开如图355所示的Simulation Dashboard界面，按下面参数设置： 

① 在“1.Verification”中单击Start Verification按钮进行电路检查，检查通过后Electrical Rule Check和Simulation Models标识为绿色对号。

② 在“2.Preparation”中Probes界面单击Add按钮选择Voltage，在网络OUT处加入Probes(探针) V_OUT，用于采集对应网络的时域瞬态波形。

③ 在“3.Analysis Setup & Run”中Transient选项设置瞬态仿真参数起始时间（From）为0，停止时间（To）为30μs，步进（Step）为100ns。

④ 选中Sweep选项并单击Settings按钮进入Advanced Analysis Settings设置窗口，如图356所示设置扫描参数源为R1，开始值（From）为1kΩ，结束值(To)为10kΩ，步进值(Step)为1kΩ。



图355设置瞬态及参数分析参数




图356设置参数扫描分析参数



(3) 单击Transient选项Run按钮，开始执行仿真。


3.7.3参数扫描结果分析

下面对参数扫描的结果进行分析。其步骤主要包括： 

(1) 运行Spice仿真后，弹出消息对话框，关闭该对话框。

(2) 自动打开PCB_Project1.sdf文件。显示如图357所示的图形，V(OUT)p1~V(OUT)p10分别为R1在1~10kΩ不同阻值下的输出信号时域瞬态波形。



图357参数扫描仿真波形结果

(3) 保存工程文件，并退出设计工程。

3.8温度分析


本节将构建温度分析电路，并执行温度分析，主要内容包括构建温度分析电路、设置温度分析参数和分析温度仿真结果。带有温度系数的器件包括GaAsFET、电容、二极管、JFET、电感、MOSFET、BJT、电阻和电压开关(只用于噪声计算)。

3.8.1建立新的温度分析工程


建立新的温度分析电路工程的步骤主要包括： 


(1) 在Windows 10操作系统主界面的左下角下，选择“开始”→Altium Designer命令，打开AD软件。


(2) 在AD软件主界面菜单下选择File→New→Project命令，创建一个名称为PCB_Project1.PrjPCB的新工程。

(3) 按照前面所介绍的添加原理图的方法，添加名称为Sheet1.SchDoc的原理图文件。

3.8.2构建温度分析电路

构建温度分析电路步骤主要包括： 

(1) 从Miscellaneous Devices.IntLib库中分别找到名称为Res1的电阻元器件、名称为Res Tap的可变电阻、名称为Diode IN4148的二极管、名称为Diode 18TQ045的二极管、名称为Op Amp的运算放大器，并将其按照图358所示的位置进行放置。



图358放置元器件和信号源


(2) 从Simulation Sources.IntLib库中找到名称为VSRC的元器件，并按照图358所示的位置进行放置。

(3) 单击AD软件主界面下工具栏内的按钮，将GND按照图358所示的位置进行放置。


(4) 单击AD软件主界面下工具栏内的连线按钮，将这些元器件和信号源按照图359所示的方式进行连接。



图359连接电路元器件和信号源


(5) 按照前面所介绍的给元器件分配标识符的方法，为电路中的元器件和信号源分配唯一的标识符。图360给出分配完标识符后的原理图界面。



图360为电路元器件和信号源分配唯一的标识



(6) 如图361所示，将V1和V2设置为+15V，其他元器件参数按图中设置。

(7) 为了方便对仿真结果的分析，如图361所示，在放大器的输出端放置名称为OUT的网络标号。



图361修改电路元器件参数并放置网络标号


(8) 保存设计文件，将其保存到temperature_analysis目录下。

3.8.3设置温度分析参数

下面介绍设置温度分析参数的方法。其步骤主要包括： 


(1) 在AD软件主界面菜单下选择Simulate→Simulation Dashboard命令。

(2) 打开如图362所示的Simulation Dashboard界面，按下面参数设置： 

① 在“1.Verification”中单击Start Verification按钮进行电路检查，检查通过后Electrical Rule Check和Simulation Models标识为绿色对号。

② 在“2.Preparation”中Probes界面单击Add按钮选择Voltage，在网络OUT处加入Probes(探针) V_OUT，用于采集对应网络的时域瞬态波形。

③ 选中Temp. Sweep选项，并单击Settings按钮进入Advanced Analysis Settings窗口，如图363所示设置温度开始值
（From）为0度，结束值（To）为100度，步进(Step)值为10度。



图362设置瞬态和温度分析参数




图363设置温度扫描分析参数



(3) 单击Transient选项Run按钮，开始执行仿真。

3.8.4温度仿真结果分析

下面对温度仿真结果进行分析。其步骤主要包括： 

(1) 运行Spice仿真后，弹出消息对话框，关闭该对话框。

(2) 自动打开PCB_Project1.sdf文件。如图364所示，显示V(OUT)t1~V(OUT)t11分别在0~100℃不同温度下的输出信号时域瞬态波形。

(3) 保存工程文件，将其保存temperature_analysis目录下，退出设计工程。



图364温度扫描仿真结果

3.9蒙特卡洛分析

本节将构建蒙特卡洛分析电路，并执行蒙特卡洛分析，主要内容包括构建蒙特卡洛分析电路、设置蒙特卡洛分析参数和分析蒙特卡洛仿真结果。

3.9.1建立新的蒙特卡洛分析工程

建立新的蒙特卡洛分析电路工程的步骤主要包括： 

(1) 在Windows 10操作系统主界面的左下角下，选择【开始】→Altium Designer命令，打开AD软件。

(2) 在AD软件主界面菜单下选择File→New→Project命令，创建一个名称为PCB_Project1.PrjPCB的新工程。

(3) 按照前面所介绍的添加原理图的方法，添加名称为Sheet1.SchDoc的原理图文件。

3.9.2构建蒙特卡洛分析电路


下面构建用于蒙特卡洛分析的单个BJT放大电路。其步骤主要包括： 


(1) 从Miscellaneous Devices.IntLib库中分别找到名称为Res1的电阻元器件、名称为Cap的电容元器件、名称为2N3904的晶体管
，并将其按照图365所示的位置进行放置。


(2) 从Simulation Sources.IntLib库中找到名称为VSRC和VSIN的元器件，并按照图365所示的位置进行放置。

(3) 单击AD软件主界面下工具栏内的按钮，将GND按照图365所示的位置进行放置。

(4) 单击AD软件主界面下工具栏内的连线按钮，将这些元器件和信号源按照图366所示的方式进行连接。



图365放置元器件和信号源




图366连接电路元器件和信号源




(5) 按照前面所介绍的为元器件分配标识符的方法，为电路中的元器件和信号源分配唯一的标识符。图367给出分配完标识符后的原理图界面。



图367为电路元器件和信号源分配唯一的标识符



(6) 如图368所示，将元器件参数按照图中设置。

(7) 为了方便对仿真结果的分析，按照图368所示的电路，在电容Cc的输出端放置名称为OUT的网络标号。




图368修改电路元器件参数和放置网络符号


3.9.3设置蒙特卡洛分析参数

下面介绍设置蒙特卡洛分析参数的方法。其步骤主要包括： 


(1) 在AD软件主界面菜单下选择Simulate→Simulation Dashboard命令。

(2) 打开如图369所示的Simulation Dashboard界面，按下面参数设置： 



图369设置瞬态和蒙特卡洛分析参数


① 在“1.Verification”中单击Start Verification按钮进行电路检查，检查通过后Electrical Rule Check和Simulation Models标识为绿色对号。

② 在“2.Preparation”中Probes界面单击Add按钮选择Voltage，在网络OUT处加入Probes(探针) V_OUT，用于采集对应网络的时域瞬态波形。

③ 在“3.Analysis Setup & Run”中Transient选项设置瞬态仿真参数起始时间（From）为0，停止时间(To)为5ms，步进（Step）为1μs。

④ 选中Monte Carlo选项并单击Settings按钮进入Advanced Analysis Settings窗口，如图370所示设置运行次数
（Number of Runs）为30，分布(Distribution)为Uniform，种子值(Seed)为32767，将所有的Tolerance(容差)设置为10%。



图370设置蒙特卡洛分析参数


(3) 单击Transient选项Run按钮，开始执行仿真。

3.9.4蒙特卡洛仿真结果分析

下面对蒙特卡洛仿真结果进行分析。其步骤主要包括： 

(1) 运行Spice仿真后，弹出消息对话框。关闭该对话框。

(2) 自动打开PCB_Project1.sdf文件。仿真波形显示如图371所示，
V（OUT）m1~V(OUT)m3D分别为在不同蒙特卡洛参数下输出信号时域瞬态波形。

(3) 保存工程文件，将其保存到montecarlo_analysis目录下，退出设计工程。



图371蒙特卡洛分析结果