利用IntuScope波形分析處理模塊對(duì)仿真模型分析方案

IsSpice是美國Intusoft公司推出的一種商業(yè)仿真軟件，是ICAP/4軟件集成系統(tǒng)的重要組成部分。ICAP/4軟件集成系統(tǒng)主要由SpiceNet、PreSPice、InSpice和IntuScope四大功能模塊組成。ICAP/4的工作流程是：首先進(jìn)入SpiceNet繪制電路圖，并生成相應(yīng)的Netlist文件，然后執(zhí)行IsSpice仿真軟件模塊，在仿真之前系統(tǒng)將自動(dòng)連接PreSpice仿真資料庫中的元件模型，仿真完成之后利用IntuScope波形分析處理模塊對(duì)仿真模型進(jìn)行分析處理。

SpiceNet是電路原理圖繪制模塊，主要實(shí)現(xiàn)電路原理圖的繪制、Netlist文件的自動(dòng)生成、瞬態(tài)波形顯示以及交互式仿真控制。SpiceNet與當(dāng)前流行的各種仿真系統(tǒng)兼容，其輸出文檔格式適用于Mentor、OrCAD和Protel系統(tǒng)。 ICAP/4工業(yè)版的PreSpice元件資料庫中包含10,000種以上的元件模型，以ASCⅡ格式保存，用戶可以隨時(shí)通過仿真模型瀏覽器Parts Browser對(duì)不同元器件供應(yīng)商提供的元件模型進(jìn)行瀏覽。同時(shí)，ICAP/4系統(tǒng)還提供了100多個(gè)通用模型，輸入相應(yīng)的元件參數(shù)后即可直接調(diào)用。另外，用戶可以即時(shí)通過Internet下載最新的元件庫。

InSpice是具有完善的仿真控制功能的交互式仿真軟件，其主要特點(diǎn)包括：(1)瞬態(tài)波形顯示;(2)電路元件電壓、電流、功耗及模型參數(shù)顯示;(3)采用ICL交互式編程語言控制仿真過程;(4)可進(jìn)行成組參數(shù)掃描;(5)可進(jìn)行交流、直流、瞬態(tài)、噪聲、傅立葉、失真度、溫度、直流靈敏度、蒙特卡羅分析和最佳化分析;(6)可測量電路參數(shù)臨界值。

IntuScope波形分析處理軟件能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字式存儲(chǔ)示波器和頻譜分析儀的功能，能夠?qū)Ψ抡娼Y(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和計(jì)算處理。主要能夠?qū)崿F(xiàn)：(1)顯示各種分析類型的仿真波形;(2)波形分析參數(shù)包括：有效值、峰-峰值、平均值、最大值、最小值;(3)允許同時(shí)顯示和分析大量波形;(4)可進(jìn)行回歸、濾波、增益、相位、上升/下降時(shí)間分析和計(jì)算。

用于模擬電路仿真的SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)軟件于1972年由美國加州大學(xué)伯克利分校的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)小組利用FORTRAN語言開發(fā)而成，主要用于大規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。SPICE的正式實(shí)用版SPICE 2G在1975年正式推出，但是該程序的運(yùn)行環(huán)境至少為小型機(jī)。1985年，加州大學(xué)伯克利分校用C語言對(duì)SPICE軟件進(jìn)行了改寫，1988年SPICE被定為美國國家工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，各種以SPICE為核心的商用模擬電路仿真軟件，在SPICE的基礎(chǔ)上做了大量實(shí)用化工作，從而使SPICE成為最為流行的電子電路仿真軟件

PSPICE則是由美國Microsim公司在SPICE 2G版本的基礎(chǔ)上升級(jí)并用于PC機(jī)上的SPICE版本，其中采用自由格式語言的5.0版本自80年代以來在我國得到廣泛應(yīng)用，并且從6.0版本開始引入圖形界面。1998年著名的EDA商業(yè)軟件開發(fā)商ORCAD公司與Microsim公司正式合并，自此Microsim公司的PSPICE產(chǎn)品正式并入ORCAD公司的商業(yè)EDA系統(tǒng)中。目前，ORCAD公司已正式推出了ORCAD PSPICE Release 9.0，與傳統(tǒng)的SPICE軟件相比，PSPICE 9.0在三大方面實(shí)現(xiàn)了重大變革：首先，在對(duì)模擬電路進(jìn)行直流、交流和瞬態(tài)等基本電路特性分析的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了蒙特卡羅分析、最壞情況分析以及優(yōu)化設(shè)計(jì)等較為復(fù)雜的電路特性分析;第二，不但能夠?qū)δM電路進(jìn)行，而且能夠?qū)?shù)字電路、數(shù)/模混合電路進(jìn)行仿真;第三，集成度大大提高，電路圖繪制完成后可直接進(jìn)行電路仿真，并且可以隨時(shí)分析觀察仿真結(jié)果。

參數(shù)提取模塊)、PSPICE/Probe(模擬顯示和分析模塊)和Optimizer(優(yōu)化模塊)。 雖然PSPICE應(yīng)用越來越廣泛，但是也存在著明顯的缺點(diǎn)。由于SPICE軟件原先主要是針對(duì)信息電子電路設(shè)計(jì)而開發(fā)的，因此器件的模型都是針對(duì)小功率電子器件的，對(duì)于電力電子電路中所用的大功率器件存在的高電壓、大注入現(xiàn)象不盡適用，有時(shí)甚至可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。PSPICE采用變步長算法，對(duì)于以周期性的開關(guān)狀態(tài)變化的電力電子電路而言，將造成大量的時(shí)間耗費(fèi)在尋求合適的步長上面，從而導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間的延長，有時(shí)甚至不收斂。另外，在磁性元件的模型方面PSPICE也有待加強(qiáng)Saber是美國Analogy公司開發(fā)并于1987年推出的模擬及混合信號(hào)仿真軟件，被譽(yù)為全球最先進(jìn)的系統(tǒng)仿真軟件，也是唯一的多技術(shù)、多領(lǐng)域的系統(tǒng)仿真產(chǎn)品。Analogy公司在機(jī)電一體化和電力電子設(shè)計(jì)、分析方面居世界領(lǐng)先地位，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電力、電子、航空、運(yùn)輸、家用電器及軍事等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)仿真軟件不同，Saber在結(jié)構(gòu)上采用硬件描述語言(MAST)和單內(nèi)核混合仿真方案，并對(duì)仿真算法進(jìn)行了改進(jìn)，使Saber仿真速度更快、更加有效、應(yīng)用也越來越廣泛。應(yīng)用工程師在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，建立最精確、最完善的系統(tǒng)仿真模型是至關(guān)重要的。

Saber可同時(shí)對(duì)模擬信號(hào)、事件驅(qū)動(dòng)模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)以及模數(shù)混合信號(hào)設(shè)備進(jìn)行仿真。利用Analogy公司開發(fā)的Calaversas算法，Saber可以確保同時(shí)進(jìn)行的兩個(gè)仿真進(jìn)程都能獲得最大效率，而且可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)進(jìn)程之間的信息交換，并在模擬和數(shù)字仿真分析之間實(shí)現(xiàn)了無縫聯(lián)接。Saber適用領(lǐng)域廣泛，包括電子學(xué)、電力電子學(xué)、電機(jī)工程、機(jī)械工程、電光學(xué)、光學(xué)、水利、控制系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)等等。只要仿真對(duì)象能夠用數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行描述，Saber就能對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)仿真。

在Saber中，仿真模型可以直接用數(shù)學(xué)公式和控制關(guān)系表達(dá)式來描述，而無需采用電子宏模型表達(dá)式。因此，Saber可以對(duì)復(fù)雜的混合系統(tǒng)進(jìn)行精確的仿真，仿真對(duì)象不同系統(tǒng)的仿真結(jié)果可以同時(shí)獲得。為了解決仿真過程中的收斂問題，Saber內(nèi)部采用5種不同的算法依次對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，一旦其中某一種算法失敗，Saber將自動(dòng)采用下一種算法。通常，仿真精度越高，仿真過程使用的時(shí)間也越長。普通的仿真軟件都不得不在仿真精度和仿真時(shí)間上進(jìn)行平衡。Saber采用其獨(dú)特的設(shè)計(jì)，能夠保證在最少的時(shí)間內(nèi)獲得最高的仿真精度。Saber工作在SaberDesigner圖形界面環(huán)境下，能夠方便的實(shí)現(xiàn)與Cadence Design System、Mentor Graphics和Viewlogic的集成。通過上述軟件可以直接調(diào)用Saber進(jìn)行仿真。

目前，美國Analogy公司與浙江大學(xué)電力電子應(yīng)用技術(shù)國家工程研究中心合作成立了Analogy亞洲系統(tǒng)仿真中心(ZASC)，一方面為亞太地區(qū)Saber用戶提供技術(shù)支持和技術(shù)服務(wù)，另一方面也承接電力電子、機(jī)電一體化和混合技術(shù)的系統(tǒng)仿真、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)項(xiàng)目，并為企業(yè)培養(yǎng)系統(tǒng)仿真工程技術(shù)人才。

ORCAD PSPICE Release 9.0共有六大功能模塊，其中核心模塊是PSPICE A/D，其余功能模塊分別是：Capture(電路原理圖設(shè)計(jì)模塊)、Stimulus Editor(激勵(lì)信號(hào)編輯模塊)、Model Editor(模型)。