浅谈仿真技术在电子产品设计中的应用

章翠娥

（江苏省南通中等专业学校，江苏南通，226000）

0 引言

智能化技术是当前社会重要技术发展方向，人们对电子产品的需求也开始向智能化方向发展。而智能化不仅提升了新型电子产品的研发难度，同时也使得电子产品集成电路变得更加复杂。在这种情况下，应用电子电路仿真技术，就成了解决智能化电子产品研发集成电路设计难关的主要方法。目前，电子电路仿真技术基本上与电子产品研发整体技术水平发展速度保持一致，通过应用电子电路仿真技术能够极大的提高智能化电子产品研发周期，降低研发成本，对整个电子产品行业的智能化发展至关重要。因此，本文从分析电子电路仿真技术的优势与应用价值入手，详细探讨了PSpice以及Proteu两类主流仿真软件在电子产品集成电路设计中的应用策略。

1 仿真技术优势分析

电子电路仿真技术具有以下技术优势：

第一，高效性优势。电子电路仿真技术主要通过录入仿真实验参数以后，有计算机仿真软件负责完成复杂易错的参数计算、逻辑推演等仿真实验的关键内容。这中仿真模拟测试方法相较于传统的人工测试方法来说，显然效率要高的多，并且电子电路仿真软件大都配备有强大的附加功能和自动纠错功能，同样能够极大的提高仿真测试结果的可靠性。运用电子电路仿真技术能够提高电子产品集成电路等复杂模块的设计效率。

第二，多样性优势。目前如Proteu软件的电子电路仿真软件已经搭载了3D模拟、单片机编程等电子产品开发中需要用到的功能。运用这种功能齐全的软件能够极大的提高电子产品研发过程中的调试阶段效率，电子电路仿真软件的升级和功能多样性发展，同样会使电子产品的研发模式变得更加自动化、便捷化。

第三，稳定性优势。借助于如Proteu软件能够提升电子产品设计中电路板制作、产品外形结构优化等硬件设计方面的可行性，设计人员可以借助仿真软件直观的观察对比评测产品的物理样本状态，同时也可以在电路板制板出现问题时，能够快速准确的锁定错误源范围。另外，采用Proteu软件的编程调试功能，能够减少产品程序出错的风险，提高产品主程序的稳定性。

2 仿真技术在电子产品设计中的应用价值体现

仿真技术主要能够在电子产品设计的两个方面体现应用价值。一方面，在复杂集成电路的设计过程中，可以采用仿真技术进行复杂电路板、模拟芯片电路设计。同时也可以利用仿真技术的时域分析功能，测试集成电路芯片在特定环境下的电路性能稳定性，提高电子产品的整体品质。另一方面，将仿真技术应用贯穿到电子产品项目研发的整个流程中，用仿真技术测试来代替传统的人工测试方式，能够提高整个产品研发项目的整体效率，同时还能为后续的成品性能测试以及研发项目成本预测提供更准确的数据支持。

3 仿真技术在电子产品设计中的应用策略

3.1 PSpice仿真技术功能及应用策略

（1）PSpice常用电子电路仿真功能

在复杂电子产品的大规模集成电路设计中，目前业界通常会采用Cadence的PSpice仿真软件进行，该仿真软件能够将各类复杂的电路性能指标铜鼓哦仿真模块分析，对分析数据进行可视化处理，设计人员可以通过观察仿真分析结果，直观对比评测电路目前设计现状的各项性能指数。

具体来说，PSpice软件主要有两个功能模块构成，分别负责电力仿真分析的具体环节。一方面是基本分析模块（AD），该模块主要包括直流、交流电路性能仿真分析以及电路整体时域分析等基本性能分析功能。该模块主要通过噪声仿真分析的方法，设定被测电路的频率，然后制定输出端的等效，确定输出噪声，同时，指定输入端的噪声电平。同时也会通过在直流电路中进行偏置点模拟直流电路的短路情况，用来计算电路在短路或电容故障情况下工作状态，通过对直流偏置点的计算，确定电路瞬态情况下，初始状态和交流小信号条件下的非线性性能变化参数模型。另一方面，是高级分析模块（AA），它主要包括参数扫描、温度分析、最坏模拟分析等功能。通过直流扫描分析，快速的展示电路的直流输出性能。或者通过对电路中某个具体电器件的参数变化，来总结该电器件参数变化带来的电路性能变化规律。

（2）PSpice仿真软件具体应用流程

运用PSpice仿真软件的基本流程如图1所示。

图1 PSpice仿真软件仿真实验基本流程

第一，绘制电路仿真电路，标注电路中的闭合时间。如图2所示。

图2 仿真电路图样式

第二，设置仿真参数，设置如仿真时间以及运行步长等参数。

第三，运行仿真方案，记录仿真输出波形结果。

第四，观察分析仿真波形结果，判断是否需要进行二次调试。

第五，根据一次或迭代进行的仿真实验调试结果，调整电路设计图。

以RC正弦振荡电路的时域分析为例，在给定输入激励信号作用下，计算电路输出端的瞬态响应，瞬态分析结果自动存人以.dat为扩展名的数据文件中，用Probe功能窗口分析显示仿真结果的信号波形。傅里叶分析(Fourier Analysis)指在瞬态分析时，对输出的最后一个周期性波形进行谐波分析，计算出直流分量、基波分量、第2次到第9次谐波分量的幅值和相位以及电路的失真度，从输出文本文件中读出傅里叶分析结果，在Probe中观察到谐波分布图。

3.2 Proteu仿真技术功能及应用策略

（1）Proteu常用仿真技术功能

Proteu软件也是业界常用语智能电子产品开发的仿真工具，它主要应用在对模拟电路以及数字电路的仿真实验上。采用Proteu软件不仅能够对电路设计方案进行仿真运行，去发现设计方案中的不足之处，通过反复仿真调试来优化现有设计方案，同时还能借助软件自带的Proteu电路设计数据库资源，实现对虚拟示波器以及虚拟信号源的仿真实验。可以将仿真实验的性能测试精确到具体的元器件上，使得复杂数字电路的微小电路元器件的选用更加科学合理。

（2）Proteu仿真软件的主要应用方向

Proteu软件经过这几年的发展，技术越加成熟，功能也越加齐全。目前Proteu软件主要被业界具体应用在自动化、智能化的小型电子产品研发领域。例如对于自动防盗报警装置、自动开盖垃圾桶、LED汉字翻译屏等电子产品中。借助于Proteu软件强大的电路模拟运行功能，能快速完成电路设计过程中元器件选用、性能调试等难点问题。极大的缩短了中小型电子产品的开发周期。当然在传统电子产品的开发中，Proteu软件也广泛的应用在多种产品类型中。其中典型的在自动化中小型电子产品中应用广泛的MUC单片机的电路设计就多用Proteu软件辅助完成。

总体来说，Proteu软件主要被应用在电子产品设计的以下几个环节：

首先，被应用在电子产品总设计原理图的仿真预览过程中，在电子产品研发设计处于前期构思完结，为了检验设计构思的可行性或者对研发成本进行预算，就可以用Proteu软件对基于目前电路设计思路的电子路线简图进行仿真实验，通过软件的预览工嗯呢该，直观检查该设计思路在原理上是否可行。

其次，在电子产品主程序的编程设计过程中，也可以运用Proteu软件之间即兴ISIS程序的编辑工作，同时还能通过软件自带的纠错功能，快速发现产品主程序编程过程中出现的编程语言错误和运行BUG。通过纠错功能在产品试运行时，能够快速的锁定出现BUG的错误源，大大的减轻了单片机出程序编程开发的负担。

再来，Proteu对电子电路的仿真调试功能。通过进入软件中的“Edit component”功能区，可以将需要调试的目标文件输入进软件，然后设置好仿真实验的晶振频率，点击仿真按钮对电路进行仿真实验。同时将仿真结果一波形图像的形式转化为可视图像经由人机交互屏，向设计人员实时直观展示电路设计方案目前的试运行性能指数。同时还能通过电路在特殊条件下的瞬态对比分析，来对电路设计方案进行调试优化。

最后，在物理样品制作时，同样可以采用Proteu软件的3D模拟功能，对电子产品的外观形态进行3D成像模拟，可以更细致的观察产品外观设计的合理性以及各部件衔接位置的稳定性，为产品物理结构的调整提供数据支持。

（3）Proteu仿真软件具体应用策略

Proteu软件在电子产品中的具体应用策略主要分为两大类。一方面是电子产品硬件设计应用。主要通过软件的仿真模拟分析功能，来进行元器件的性能测试和选用，或者进行产品物理外观结构合理性、稳定性的设计调试、以及集成电路板的制作。以电路板的制作为例，Proteu软件在电路板设计制作中，主要按照几个步骤进行。第一，绘制电路板电子电路图，生成电子电路图方案文件，然后将该文件输入软件。第二，根据设计方案在软件上设置仿真实验的各中参数，并启动仿真按钮，对电路进行仿真实验。第三，分析仿真实验波形结果，根据电路的时域分析结果，对集成电路设计方案进行优化，根据集成电路精度要求，反复迭代这一过程，使得集成电路设计方案在性能方面趋近于完美。第四，制作电路板实物样本，运用Proteu软件的3D模拟功能，对实物样本进行最终调试。

在电子产品软件的开发中，主要运用Proteu软件进行电子线路的调试以及程序编程的调试。该应用主要运用了Proteu软件搭载的单片机编程功能模块，对单片机程序进行试运行调试，提前修复一些程序上的逻辑错误。