随着大规模集成电路和电子计算机的迅速发展,电子电路的分析与设计方法发生了重大变革。以电子计算机辅助分析与设计(computer aided analysis and design,简称CAA与CAD)为基础的电子设计自动化技术已广泛应用于集成电路与系统的设计之中。它改变了以定量估算和电路实验为基础的传统设计方法,成为现代电子系统设计的关键技术之一,是必不可少的工具与手段。
电路的分析与设计首先需要有良好的软件。目前国内外流行最广的当属SPICE。它已发展成为一个家族,在大型计算机、工作站及微机上均有可运行的版本。它们具有功能强、速度快、精度高、容量大、使用方便、价格低廉等优点,受到人们的普遍欢迎。其中以MicroSim公司推出的基于美国加州大学伯克利分校SPICE的微机版本PSpice倍受青睐,具有广阔的应用前景,本书重点加以介绍。
本书的内容大体上可分为两部分。第一部分(第1章~第4章)系统介绍计算机辅助分析与设计工具,包括基本概念,PSpice的主要分析功能,电路元器件和模型,电路的宏模型,以及软件使用的方法和技术等;第二部分(第5章~第10章)运用上述工具,通过电路举例与习题系统、深入地分析计算模拟电子线路课程中各章节的主要典型电路(从半导体器件、基本单元电路、单片集成电路到各种应用电路),并由计算结果分析讨论电路(或器件)的工作原理、性能特点、技术指标、影响电路性能的主要参数以及电路设计等问题。这样就将电子线路课程内容与CAA及CAD技术紧密结合在一起,通过实例分析与设计,一方面使读者具有使用集成电路和电子系统计算机辅助分析与设计工具的能力,掌握现代电路设计技术与方法;另一方面更深入地学习和理解电子线路课程中各章节内容的原理、特点及应用,提高分析问题和解决问题的能力,扩展知识面,为今后从事集成电路和系统设计,进入电子设计自动化领域打下良好基础。这就是编写本书的主要目的,也是本书的一个突出特点。
需要说明,PSpice作为通用电路分析程序,对其输入输出文件、输入输出变量与图形曲线、分析与控制语句、元器件名称与参数等的格式有严格的语法规定,不能违反。有些规定与我们国家现行标准或行业习惯不一致。下面加以简单的说明:
1 如电阻R1、基极电流IB、输入电压VI、特征频率fT、晶体管电流放大系数βF和βR等变量在PSpice文件中为了方便分别写成R1,IB,VI,FT,BF,BR,即采用下标与变量名称并排的表示方法。本书在正文中采用前者,而在PSpice输入、输出文件或语句中采用后者。
2 在PSpice中,字母U代表1×10-6,而电压、电位均用字母V来表示,本书为了统一亦照此办理。
3 在PSpice中,双极型晶体管(BJT)、MOS场效应管(MOSFET)、结型场效应管(JFET)、砷化镓场效应管(GaAs FET)分别用字母Q,M,J,B表示,而不是用一个字母T表示,本书亦如此。
4 在PSpice输出图形曲线中:
(1) 横、纵坐标轴无箭头和变量名称,变量单位直接标于刻度值旁(参见图1.2.4)。
(2) 若输入、输出变量是电压或电流,它们的单位将直接标于刻度值旁。但若输入、输出变量是电阻或以dB数表示的增益、共模抑制比时,坐标轴旁只给出刻度值,不标出单位,此时电阻的单位为Ω,增益、共模抑制比的单位为dB(参见图2.4.3、图6.2.8)。若在同一图中输出电压、电流(单位不同)等变量,处理办法与此相同,此时其单位分别为V和A(参见图3.2.16)。
(3) 在作直流扫描求传输特性时,图形横坐标下标出的是扫描变量的类型,不带序号。例如,若扫描变量是电阻R1或电流IS3等,则标出的扫描变量为R,IS等(参见图6.2.7、图6.3.3)。
(4) 在一般情况下,输出的图形曲线不加标注,尽量保持原样,电路或元器件的工作条件、参变量和阈值等均在文中说明。但为了便于理解或便于叙述,有时也增加了少量的人工标注(参见图2.1.4、图526)。
以上仅列举几例,敬请读者注意。
本书第1章~第4章及第10章由汪蕙编写,第5章~第9章由高文焕编写。在编写过程中,得到了清华大学电子工程系董在望教授的大力帮助和指导,还得到了清华大学电子工程系及线路与系统教研组的许多同志给予的热情支持,在此表示衷心的感谢。
由于编者水平有限,书中难免会有不妥和错误之处,敬请读者批评指正。