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1 引言
隨著電子工業和微電子設計技術與工藝的飛速發展，電子信息類產品的開發周期明顯縮短，為了滿足社會發展的需要，效率、便捷的電子設計自動化(EDA)軟件應運而生。Altium Designer就是這些軟件中的典型代表，將多類設計進行融合，不僅延續了Protel強大的PCB設計功能，也提供了完善的EDA開發功能。Altium Designer軟件將不同企業的FPGA開發環境、電子產品的板級設計、可編程邏輯設計、嵌入式設計、IP軟核工程設計操作流程等進行了統一，可在單一的設計環境中完成電子產品設計，提高電子產品設計的效率。工程實踐表明，采用先進的集成化仿真工具可以加速新電子產品的開發進程。下面以低通濾波電路設計為例，討論Altium Designer仿真軟件在電子產品優化設計中的應用。
2 低通濾波電路設計
低通濾波電路原理如圖1所示。借助Altium Designer軟件，其設計仿真步驟為：1)加載仿真需要的仿真庫文件；2)在原理圖中添加激勵源，在節點處設置網絡標號；3)對原理圖進行編譯(Compile)，確保原理圖正確無誤；4)設置電路初始條件，確定分析電路，設置仿真器參數；5)對仿真結果進行調試，使設計優化。
圖1 低通濾波電路原理圖
2.1 放置元器件
以放置運算放大器AD645AH為例，按圖2所示的對話框設置查找條件，按“Search”按鈕，找到器件后顯示圖3所示的Libraries面板，點擊“Place AD645AH”，放置器件。打開“Component Properties”設置對話框，在“Designator”處將器件序號設為U1，選擇“Models for U? -AD645AH”欄的“Simulation”，再按“Edit”按鈕，彈出圖4所示的對話框。
圖2 在系統提供的庫內查找元器件
圖3 元器件仿真模型
圖4 查看仿真模型信息
從圖4可見，其仿真模型庫文件安裝正確，點擊“Model File”標簽，顯示模型文件，如圖5所示，將AD645AH放置到原理圖中。
圖5 模型文件
同理，在Libraries面板中，選擇“Miscellaneous Devices.Int Lib庫”，放置電阻、電容、電源(Vcc和VDD)、地(GND)。
2.2 添加激勵源
在Libraries庫面板中，按“Libraries”按鈕，彈出Available Libraries對話框，安裝Simulation Sources.IntLib庫文件。在“Designator”處將器件序號設為12Vpos，將“Value”設為+12V，選擇“Simulation”，按“Edit”按鈕，彈出圖6所示的直流電壓源仿真模型對話框，然后在電路圖中放置直流電壓仿真電源VSRC；用同樣方法放置-12V的直流電壓仿真電源VSRC。
圖6 直流電壓源仿真模型
放置周期性脈沖仿真電壓源VPULSE，設置對話框，選擇“Simulation”，按“Edit”按鈕，彈出Sim Model仿真設置對話框，選擇“Parameters”（參數）標簽，如圖7所示。
圖7 仿真參數設置對話框
如圖7所示，設置周期性脈沖仿真電壓源VPULSE的值后，按“OK”按鈕，放置脈沖仿真電壓源。在此設置一個頻率為1kHz、幅度為1V的方波信號，以便對濾波器功能進行顯示。
2.3 檢查原理圖
執行“Wire”命令，連接電路。執行“Net Label”命令，放置網絡標號“IN”和“OUT”，以便于觀察這兩點的波形。設計的原理圖如圖1所示。對原理圖進行編譯，如果有錯，修正錯誤，直到原理圖無誤為止。
3 仿真分析
在Analyses Setup中，對話框如圖8所示，常見的仿真分析如表1所示。
圖8 仿真分析設置對話框
表1 Altium Designer常見的仿真分析
3.1 一般設置
執行菜單Design→Simulate→Mixed Sim命令，彈出圖8所示的仿真分析設置(Analyses Setup)對話框。在Active Signals(顯示信號)區域添加需要查看節點的網絡標號：IN和OUT，其他設置按圖8的參數進行。
3.2 瞬態分析
在Transient Analysis選項后面選中“Enabled”欄，并單擊“Transient Analysis”，仿真設置對話框的右邊顯示瞬態分析參數設置，勾選“Use Inrtial Conditions”（使用初始條件），在仿真時將調用系統設置的電路初始參數；勾選“Use Transient Defaults”（使用瞬態分析缺省值），如圖9所示，按“OK”按鈕，退出該對話框。
圖9 瞬態分析參數設置對話框
圖10 瞬態分析仿真波形
3.3 交流小信號分析
交流小信號分析用于對電路頻率響應特性進行分析，顯示其系統性能，有助于濾波器設計。通過設置交流信號分析的頻率范圍，系統將顯示該頻率范圍內的增益。圖9中，在“AC Small Signal Analysis”選項后面選中“Enabled”欄，單擊“ACSmall Signal Analysis”，對話框顯示如圖11所示。
圖11 交流小信號分析參數設置對話框
圖12 交流小信號分析波形
3.4 參數掃描分析電路設計時，參數掃描分析用于電路參數的優化設計，以尋找設計參數。圖11中，在“Parameter Sweep”選項后面選中“Enabled”欄，單擊“Parameter Sweep”，對話框顯示如圖13所示。
圖13 參數掃描分析設置對話框
由fc=1/2πRC可知，電阻越大，頻率越低，所以選電阻R4作為參數掃描的對象，按照表2設置R4的值。表2 掃描參數分析設置對話框
設置好參數后，按“OK”按鈕退出設置對話框。單擊對應的按鈕可進行參數掃描分析。系統在仿真時，自動改變被掃描的電參數值，并進行重復分析，從而得到在不同參數條件下電路的輸入輸出關系。仿真結果如圖14和圖15所示，方波為電路輸入的信號，在R4取不同值的情況下，得到的輸出波形由5條曲線組成，隨著電阻值的增大，濾波效果越來越明顯。
圖14 參數掃描瞬態分析仿真波形
圖15 參數掃描交流小信號分析波形
進行電參數掃描分析時，必須同時選中瞬態分析和交流小信號。因為電參數掃描分析總是依賴于其他類型的分析，它只是一種控制方法，借助改變電參數，以分析電路的某些性能，使之達到優化設計。
4 結束語
在電子產品設計中，Altium Designer軟件環境提供了一個包括電路原理圖繪制、元件放置、工作點設置、系統仿真及設計參數修改等在內的完整設計平臺。在獲得滿意的仿真結果后，可以按照仿真參數完成PCB板制作。工程實踐表明，借助先進的仿真軟件，可以縮短電子新產品開發周期，提高設計效率，促進電子產品設計的優化。
