实验室新生成长指南[2.1.0]·电路仿真概述

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本篇是《实验室新生成长指南》第二章第一节第一篇：《电路仿真概述》

整个2·1节将帮助新手快速建立电路仿真的一些初步认识和相应软件的学习。

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[2.1.0]·电路仿真概述

电路仿真其实是现代EDA技术的一部分。通过对不同元器件的建模和计算机的帮助。我们可以在不需要实物的情况下，进行电路性能的分析。

通常来说，有以下几个模型被广为采用：SPICE、IBIS和Verilog-AMS、VHDL-AMS。

一般来说，本科生阶段，仿真模拟电路时，SPICE模型会用的更多一些，所以本文主要讲讲SPICE模型。至于IBIS，你可能会在一些数模混合的芯片的资料里见到它。Verilog-AMS有别于FPGA课上用的Verilog-HDL,前者用于处理模拟离散时间信号而后者用于处理数字信号。VHDL-AMS也是VHDL的一个分支，支持模拟、数字、数模混合电路系统的建模与仿真。

SPICE，不是spice，不是花椒大料小茴香。SPICE的全称是 Simulation program with integrated circuit emphasis。SPICE的网表格式变成了模拟电路和晶体管级电路描述的标准，其第一版本于1972年完成，是用Fortran语言写成的，1975年推出正式实用化版本，1988年被定为美国国家工业标准，主要用于IC，模拟电路，数模混合电路，电源电路等电子系统的设计和仿真。由于SPICE仿真程序采用完全开放的政策，用户可以按自己的需要进行修改，加之实用性好，迅速得到推广。

常见的基于SPICE模型的仿真软件有：Multisim，TINA，Pspice，LTspice。

除此之外，很多半导体公司都有自己的免费仿真软件。其中，因为TI和Linear公司又有钱又是顶级的模拟芯片制造商，技术好还有钞能力，他们的TINA-TI和LTspice做的最好也最广为人知。另外因为一些历史原因，Multisim破解版在中国也有很多人用，不过BUG挺多的，元器件库还很老，建议大家还是别用了。

对于我们实验室而言，因为最常用的是TI公司的芯片，所以建议大家都学习一下TINA-TI的使用方法。

正如钱钟书说过：你吃着鸡蛋好吃，不必总想见见这只鸡。对于初学者而言，不需要去了解SPICE语言具体的标准——因为半导体公司们早就帮你做好了模型，更应该关注的是如何有条理且高效的进行仿真。

当你执行一个电路仿真时，需要有明确的目的，即：电路的作用是什么，我应该用哪种仪器或者是仿真形式来更好的观察电路的性能和输出？比如一般软件都会有的直流分析：节点电压，支路电流；交流分析：频域上的观察结果；瞬态仿真。

然后需要仔细地思考，从知识，经验和推算来估算结果，在熟悉软件时期，我建议大家可以仿真明确而简单的电路，比如最简单的运放加法器电路，电路的结果一定完美的符合公式。仿真结果和预期的一样，那很棒。但如果仿真结果和预期的不一样，甚至出现报错，你就应该进一步研究“哪里出了问题”。至于软件报错，那就更简单了，把报错内容用搜索引擎搜一下，一定能找到结果的。通过这些被验证有用了几十年的电路，你很容易就可以上手一款新的仿真软件。

而在尝试仿真自己的电路时，如果出现问题。不要盲目地尝试不同的方式，首先，尽你最大的努力去回答为什么仿真结果和预期的不一样。

也许，这仅仅是因为一个简单的疏忽，比如有个地方没有连接。但如果不是，它可能标志着你有一些错误的思想或者计算错误，从中你能学到更多的知识并且获得新的理解。比如你错误地使用了SPICE从而得到了一些离奇的结果，又比如这个软件自身存在着一些历史遗留的问题。对于初学者而言，最常犯的就是不知道SPICE仿真时必须要有一个参考地。

当然，仿真的结果与实物电路一定是有差距的。原因当然有很多，比如：

没有考虑现实器件的制造工差
没有考虑现实无源器件的寄生参数
Layout时引入寄生参数
测试存在不规范

最后，送给大家一个电路仿真的黄金秘笈：多试试！试试又不会把电脑搞爆炸，初学阶段的犯错成本实在是太低了，珍惜这段时光，好好把坑都踩一遍。

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