用OrCAD Lite9.2仿真滤波器性能
吴中华
滤波器是无线电通讯、电子测量及自动控制系统等诸多领域中广泛采用的电路形式之一，主要作用是传输某一频率范围内的模拟信号及抑制干扰等等。为提高性能滤波器常采用多级的有源电路形式，这就使电路的分析变得复杂起来，就是说即使我们通过较复杂的数学推导过程求出了输出与输入之间的关系，也很难精确地绘制出这个曲线的图形，自然也就无法直观地得出滤波器的电路性能及参数。幸好现在有多种电子设计自动化EDA（Electronic Design Automation）软件可帮助我们轻松的解决这些问题。本文以一个典型的带通滤波器为例，介绍“Orcad Lite 9.2”的仿真分析方法及步骤。
1.编辑电路原理图
要对电路进行仿真,首先需要绘出电路原理图、给出元件属性。启动“Orcad Lite 9.2” 的 “Edition\\Capture Lite Edition”子程序，新建一个项目文件后便可在 “Orcad Capture_Lite _[/_(SCHEMATIC1: PAGE1)]”的绘图页窗口中绘制电路图，绘制电路图的方法同其它EDA软件的绘制过程相似，包括放置元件、连接电气导线、设置元件属性等等，这些命令集中在 “Place”和“Edit” 菜单中。“OrCAD Lite9.2”系统会将这些电路图中的相关信息存入相应的文件中，作为仿真分析的基本依据。本文待仿真分析的滤波器电路如图1。
图1
2．设置交流AC Sweep扫描参数、分析频率特性
在Capture窗口中，请选择菜单“PSpice\\New Simulation Profile”打开“New Simulation”对话框。在“Name”栏内输入分组的文件名称如“AC SW”，然后单击“Create”按钮调出“Simulation Settings_tran”对话框,这是设置“PSpice”仿真参数的集成对话框，在“Analysis type”栏内选择仿真类型“AC Sweep/Noise”，设置交流扫描分析，将“AC Sweep Type”栏设为“Decade”(幂次显示)，“Star”栏（仿真起点频率）设为300Hz，“End”栏（仿真终点频率）设为3KHz ，就是说输入信号的幅度保持不变，频率在规定的范围内变化。“Points/Decade”栏设为200（每幂次记录200点），最后的结果见图2。
图2
运行菜单“PSpice\\Run”功能选项，启动仿真程序，屏幕上出现仅含有横坐标的波形窗口，使用菜单“Trace\\Add Trace”功能选项，启动“Add Trace”对话框，在“Trace Expression”栏内直接键入“DB(V(Vo))”，其中“DB”是幅频函数,由于输入信号源的幅值设为1V、相位角为0°，所以Vo的幅频曲线就等同于Vo/Vi的幅频曲线即增益幅频曲线。当然我们也可以增加一个Y轴，在同一个X轴坐标中显示出“P(V(Vo))”波形，其中P是相频函数,。还可在此波形上加入适当的文字说明，也可启动光标测量功能测出上、下限截止频率和3dB带宽，这里从略，波形见图5。
3．建立目标函数分析电路的性能
所谓目标函数（Goal Function）就是一种用来在输出波形上搜寻出某些特定坐标值并对这些值进行某种运算的函数。借助这个函数我们很容易取得带通滤波器的中心频率、上
限和下限截止频率及3db带宽等诸多参数。
下面用目标函数在这个波形上搜寻出增益下降3dB时对应的通频带宽度。使用菜单“Trace\\Goal Functino”功能选项，屏幕上将出现对特征函数进行各种处理的对话框，见图3。
图3
在这个对话框中，我们可以进行诸如建立、编辑目标函数等操作，还可调用目标函数进行各种运算。
目标函数的标准形式为：
函数名称（波形名1，波形名2，... 波形名n，替换变量1，替换变量2，...，替换变量m）=特征数据点运算式
{
1|搜寻命令！1；
…
n|搜寻命令！n；
}
下面是系统提供的BPBW目标函数的程序原文,其中注释部分已删去。
BPBW(1,db_level) = x2-x1
{
1|Search forward level(max-db_level,p) !1
Search forward level(max-db_level,n) !2;
}
第一行的BPBW是函数名称，括号中的1表明只调用一个波形上的数据，（db_level）表明调用函数时需提供数据的变量名称，x2-x1表明要对第二次和第一次搜寻出的特征数据点的X轴数据作减法运算。
第三行表明搜寻波形1上斜率为正且比波形最大幅值小（db-level）分贝的数据点并赋给变量x1、y1，第四行表明搜寻波形1上斜率为负且比波形最大幅值小（db-level）分贝的数据点并赋给变量x2、y2。需注意的是一个目标函数只能进行一种运算。
在图3中选择BPBW后，按“Eval”按钮，调出“Arguments for Goal Function Evaluation”对话框，在“Name of trace to search”栏中输入波形名称DB（V(Vo)），在“db level down for bandwidth calc”栏中输入替换变量数据3（指3dB），结果见图4。
图4
单击“OK”按钮后出现如图5所示的波形，图中给出了上限截止频率P1点、下限截止频率P2点，同时给出3db带宽为106.09Hz。调用CenterFreq函数可求出其中心频率为786.95Hz。
4．利用模拟行为模型进行分析
OrCAD系统提供了多种模拟行为模型元件，它运用描述电路特性的方式而不需要以真
实电路来进行仿真，在频域范围内有如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器、自定义表格、按拉普拉斯方程反应等六个可供使用的模拟行为元件，借助这些元件可简化仿真的复杂程度，比如对图1的电路可写出如下的传递函数：
图5
图6
Au(S)=Vo(S)/Vi(S)=1333*S/(S*S+667*S+24600000)。对应这种电路模型我们可给出图6所示的电路。双击“ELAPLACE”元件，打开“Property Editor”窗口，在“XFORM”栏中输入上述传递函数，然后按图2设置交流扫描参数会得出与图5一样的输出波形。
5．小结
OrCAD的分析仿真功能非常强大、形式多样，不仅可以分析仿真模拟信号电路，也可分析数字电路及混合电路，同时还可应用在自动控制系统中。因此学习掌握OrCAD的使用方法对相关的专业人员颇有益处。
中 华
