Orcad使用教程2

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  第三章 基本电路特性分析
如第一章所述，PSpice软件包既可以在图形窗口中以交互方式运行，分析电路的各种特性，也可以按输入文件批处理的方式，完成电路特性的分析，在运行过程中无需用户干预。本章在介绍PSpice软件包对模拟电路进行模拟分析基本过程的基础上，重点介绍与交互式运行有关的一个重要问题，即为了分析基本电路特性，包括直流工作点，直流特性扫描，直流传输特性，直流灵敏度，交流频率响应，噪声特性，瞬态响应和傅里叶分析，应如何正确设置相关的参数，保证特性分析的顺利进行。参数扫描和统计分析的问题将在第四章介绍。本章还同时介绍激励信号波形的设置方法。
3-1 模拟电路分析计算的基本过程
如第一章所述，PSpice具有非常全面的分析功能。但是，对不同类型的电路特性分析，其过程则基本相同。本节介绍模拟电路的模拟分析步骤。数字电路的模拟分析方法将在第七章、第八章介绍。
3-1-1对模拟电路进行分析计算的基本步骤
1绘制电路图
对需要进行模拟分析的电路，首先应按第二章介绍的方法绘制好电路图，作为模拟分析的输入。需要注意的是，有些类型的电路特性分析，在绘制电路图时，需采用特殊的图形符号。具体要求在相应的特性分析方法部分介绍。
图3-1是用第二章介绍方法绘制的一个简单差分对电路，其绘制步骤以及图中的一些特殊电路图符号的含义见2－  节。本章和第四章将以该差分对电路为例，介绍各种电路特性分析的具体方法。

图3-1 差分对电路(例)

2特性分析类型确定和参数设置
调用Pspice，以人机交互方式进行电路模拟分析，主要是通过执行电路图绘制程序主命令菜单(见图2  )中的Analysis命令完成的。在图2- 中选择Analysis命令菜单，屏幕上将出现Analysis命令菜单，如图3-2所示。在电路模拟分析过程中，主要是选择执行图3-2中的不同子命令。

图3-2 Analysis命令菜单
绘制好电路图后，首先应从图3-2中调用Setup子命令，这时屏幕上弹出如图3-3所示设置框。用户应根据电路特性分析要求，在图3-2中选择确定分析类型，并设置分析参数。
图3-3列出了可采用Pspice对模拟电路进行特性分析的主要类型。要进行某一种特性分析，应按相应按钮，使其处于选中状态(该按钮左侧方框中出现选中标志“√”)，同时屏幕上弹出该类型电路特性分析的参数设置框。第三章和第四章将针对不同类型的特性分析，详细介绍如何正确地设置分析参数。

图3-3 电路模拟分析Setup设置框
3进行模拟分析
由图3-3确定好要进行的电路特性分析类型，并设置好相应的分析参数后，在图3-2中选择执行Simulate子命令，即调用Pspice进行电路特性分析。同时屏幕上出现如图3-4所示的窗口，显示模拟分析的具体进展情况，直至图3-3中选定的所有电路特性分析均已完成为止。模拟结束后分别生成以.DAT和.OUT为扩展名的两种结果数据文件。


图3-4模拟进程状态显示窗口
4电路模拟结果分析
电路模拟结束后，应根据不同情况，采用不同的方式，分析模拟结果。
(1)模拟结果信号波形分析：最基本的电路特性分析结果存放在以.DAT为扩展名的数据文件中。如果模拟分析过程正常结束，即可调用波形显示和分析程序Probe，采用人机交互方式，以.DAT结果数据文件为输入，分析模拟结果。图3-2中Probe Setup和Run Probe两条子命令用于Probe的调用方式设置以及模拟分析过程中的数据采集控制。调用Probe程序分析模拟结果波形的具体方法将在第五章、第六章作全面介绍。
(2)出错信息显示分析：如果电路图绘制中存在问题，分析参数的设置不合适，或模拟计算中出现不收敛问题，都将影响模拟过程的顺利进行，这时屏幕上将显示出错信息。用户应根据对出错信息的分析，确定是否要修改电路图，改变分析参数设置，或采取措施，解决不收敛问题(见4-8节)，重新进行电路模拟分析。
(3)模拟结果输出文件查阅：有些电路特性的模拟结果存放在以.OUT为扩展名的输出文件中。.OUT文件是一个ASCII码文件。选择执行图3-2中的Examine Output子命令，可以查阅.OUT文件，分析模拟结果。如果出现上面(2)中指出的问题，模拟过程未能正常结束，“出错信息”和“错误情况描述”也都存放在.OUT文件中。4-5节将对.OUT输出文件的结构作进一步介绍。
3-1-2Pspice的辅助分析功能
上面介绍了调用Pspice对模拟电路进行计算机辅助分析的基本过程。为了使模拟分析能顺利进行，并从模拟结果中获取更多的信息，Pspice软件包中还提供有下述几种功能。
1.模拟过程收敛性的改进
为了克服非线性电路迭代计算中容易出现的不收敛问题，Pspice提供了初始偏置条件的设置(含偏置解文件的存放)(见4-6节)、模拟计算的任选项设置 (见4-7节) 等功能。对于某些特殊的电路，如何解决不收敛问题是决定能否顺利完成模拟过程的关键。
2.模拟结果的进一步分析
对模拟电路，Pspice软件包不仅可以进行图3-3所示的各种电路特性分析，而且可以从模拟结果数据中自动提取出特征值(如带宽、延迟时间等)，并进而得到电路特性与电路中元器件参数的关系，用于对电路的优化设计。6-4和6-5节将对此作详细介绍。
3.器件特性参数库的补充和完善
Pspice电路模拟结果的精度，很大程度上取决于电路中半导体器件特性参数的精确程度。Pspice软件包在提供有丰富的元器件特性参数数据库的同时,还包括有器件参数提取软件模块Parts，用于从器件特性数据中提取出模型参数，补充和完善已有的模型参数库。第九章将具体介绍Parts的功能和使用方法。
4.特性分析输入激励信号的编辑
Pspice进行电路特性分析，特别是瞬态分析时，需采用一定格式的激励信号波形(见3-8节)。为了更好地生成符合规定格式要求的输入信号，Pspice软件包中包括有激励信号编辑软件模块StmEd。  节将具体介绍StmEd模块的功能和使用方法。
3－2 直流工作点分析（Bias Point Detail）
3-2-1功能
在图3-3所示电路特性分析类型设置窗口中，按“Bias Point Detail”按钮，然后采用3-1节介绍的方法运行Pspice，即可完成直流工作点分析。在分析过程中，Pspice将电路中的电容开路，电感短路，对各个信号源取其直流电平值，然后用迭代的方法计算电路的直流偏置状态。
3-2-2结果输出
完成直流工作点分析后，Pspice将结果自动存入.OUT输出文件中，同时也可以根据用户的设置，将分析结果标示在电路图上。
1.电路图上标示直流工作点信息
如果在图3-2中选择“Display Results on Schematic”子命令，将出现如图3-5所示子命令菜单。

图3-5 电路图显示直流状态
命令菜单

(1)在电路图上显示直流工作点分析结果：选择图3-5中Enable子命令，使其处于选中状态。然后再选择Enable Voltage Display子命令，则直流工作点分析结束后，在屏幕电路图上将自动标示出各节点的电位。对图3-1差分对电路，标有节点电位的电路图如图3-6所示。这时，如果再次选择Enable Voltage Display子命令，使其脱离选中状态，所有已标示出的节点电位将从电路图上消失。

图3-6 标有节点电位的差分对电路图

如果在图3-                                                                                                                                                            Display，则直流工作点分析结束后，在屏幕电路图上将自动标出各支路的电流。对图3-1差分对电路，标有支路电流的电路图如图3-7所示。
用鼠标左键单击某一个支路电流值，使其处于选中状态，屏幕上将同时显示出该支路电流的方向。标示出支路电流后，若再次选择Enable Current Display子命令，使其脱离选中状态，将使所有标示值消失。
如果在Enable处于选中状态以后，再同时选中Enable Voltage Display和Enable Current Display，则直流工作点分析结束后，在屏幕上显示的电路将同时自动标示出所有节点电压和所有支路电流。
如果Enable子命令未处于选中状态，图3-5中的其他几条子命令均为灰色显示，不可能被选中。
(2)删除/重显一部分标示值：如果在电路图上标示出全部直流工作点计算结果，屏幕上会因数据太多出现显示不清晰的情况。考虑到用户并非关心所有节点电压和支路电流，为此可用单击和Shift+单击的方法，选中一个或多个节点电压标示值，然后再选择图3-5中“Show/Hide Selected Voltages子命令，就可以使被选中的节点电压标示值从电路上消失。如果要使某个节点处电压重新标示在电路图上，只需先单击电路图中某节点位置，并再次选择“Show/Hide Selected Currents”，该节点处将重新标示出节点电位。
对支路电流也可作类似处理。
(3)删除全部标示值：在电路图上同时标示有节点电位和/或支路电流后，若再次单击图3-5中Enable子命令，使其脱离选中状态，将使这些标示值全部从电路图上消失。
(4)与直流工作点标示值有关的任选项：在图3-5中选择Display Options子命令，屏幕上将出现图3-8所示任选项设置框，有3项任选项。

图3-8 Display Options设置框
(a)在Significant Digits子框中设置的数值将决定电路图上标示数字的有效位数。
(b)若选中“Save As Default”，就将设置的有效数字位数作为默认值。
(c)若选中“Warn when Updating Schematic with Bias Infor”，则在电路模拟过程中，如果电路图上显示的直流工作点信息发生变化，屏幕上将给出警告信息。
2.(.OUT)输出文件
存入.OUT输出文件中的直流工作点分析结果包括：各个节点电压，流过各个电压源的电流，总功耗以及所有非线性受控源和半导体器件的小信号（线性化）参数(见4-5节)。
需要指出，即使用户未选择“Bias Point Detail”按钮，Pspice程序运行时，实际上也首先要进行直流工作点分析，只是存入输出文件中的信息比较简单，没有小信号线性化参数值。
3－3直流特性扫描分析（DC Sweep）
3-3-1功能
直流特性扫描分析的作用是：当电路中某一参数（称为自变量）在一定范围内变化时，对自变量的每一个取值，计算电路的直流偏置特性（称为输出变量）。在分析过程中，将电容开路，电感短路,各个信号源取其直流电平值。若电路中还包括有逻辑单元，则将每个逻辑器件的延时取为0，逻辑信号激励源取其t=0时的值。
在进行直流特性扫描分析时，还可指定一个参变量并确定其变化范围。对参变量的每一个取值，均使自变量在其变化范围内按每一个设定值，计算输出变量的变化情况。例如对双极晶体管，将集电极和发射极之间的外加电压Vce作为自变量，加在基极上的恒流源Ib作为参变量，流过集电极的电流Ic作为输出变量，调用Pspice进行直流特性扫描分析，就可以得到该晶体管的一组直流输出特性。直流特性扫描分析在分析放大器的转移特性，逻辑门的高低逻辑阀值等方面均有很大作用。本项分析又简称为DC分析。
3-3-2 DC分析的参数设置
要进行DC分析，必须指定自变量和参变量，并设置他们的变化情况。


图3－9 DC Sweep分析中自变量参数设置（例）

1.自变量的设置
在图3-3所示的电路特性分析类型设置框中，按“DC Sweep…”按钮，屏幕上将出现直流特性分析参数设置框，如图3-9所示。图中同时给出了一个设置实例。
图3-9中下面几项与自变量参数设置有关：
(1)自变量类型的选定：图3-9中标题为“Sweep Var. Type”的5项用于选定起自变量作用的参数类型。由图可见，直流特性分析中可选作为自变量的参数有5类，即Voltage Source (独立电压源)，Temperature(温度)，Current Source(独立电流源)，Model Parameter(模型参数，参见  节)和Global Parameter(全局参数，参见   节)。图 3-9实例中选定的是独立电压源。
(2)自变量名的确定：在“Sweep Var. Type”右侧部分的4项用于由用户具体确定起自变量作用的参数名称。若选定的自变量类型为Voltage Source或Current Source,则需在Name项键入电路图中起自变量作用的独立电压源或电流源的名称。若自变量类型为模型参数，则需在Model，Model Name和Param Name三项分别键入模型类型，模型名和模型参数名称。对全局参数，只需在Param Name一项中填入全局参数名。若自变量类型为温度，则无需进一步指定自变量名。图3-9中选定的自变量类型为独立电压源。因此只有Name一项需用户确定，其余三项为灰色显示，不起作用。
(3)自变量参数扫描变化方式和取值的确定：图3-9中标题为“Sweep Type”的4个选项供用户选定自变量参数扫描变化的方式。其右侧4项用于进一步确定相应取值。
若选中Linear，表示自变量按线性方式均匀变化，这时需在其右侧Start Value, End Value和Increment 3项中分别键入自变量变化的起始值，终点值和变化的步长。在图3-9实例中，作为自变量的独立电压源VD，将从0V开始，以0.1 V为步长均匀变化，直到5V为至。这就是说，在整个扫描变化过程中，VD将取（（5－0）/0.1+1）=51个不同的值。需要指出的是，由于图3-9中选定VD为自变量，因此该电路中一定要有一个属性为DC，编号为VD的独立电压源。在DC分析过程中，VD按图3-9的设置取值，电路图中对独立电压源VD设定的电压值在DC扫描分析时不起作用。
若在图3-9中选择Octave，表示自变量按成倍关系变化。这时其右侧第1项和第2项仍旧为Start Value和End Value，要求确定自变量变化范围的起点值和终点值。但第3项“Increment”项变为“Pts/Octave”，用于确定每一倍变化中的取值点数。
若在图3-9中选择Decade，表示自变量按数量级关系变化。这时其右侧第3项变为“Pts/Decade”,即要求用户确定自变量变化范围的起点值、终点值以及每一个数量级变化中的取点数。需要指出的是，若自变量按Octave或Decade方式变化，Start Value一项取值必须大于0。
若在图3-9中选择Value List，则用户在其右侧Values一项中直接键入自变量变化的所有取值即可。
图3-9中的设置是针对图3-11实例，为分析晶体管输出特性进行的自变量参数设置。
2.参变量的设置

图3-10 DC Sweep分析中参变量参数设置（例）
若DC分析中只需设置自变量参数，则在完成上述设置后按图3-9中OK按钮即可。对图3-11实例，为了分析晶体管输出特性，还需设置参变量。为此，应在图3-9中按“Nested Sweep”按钮，这时屏幕上出现参变量参数设置框。图3-10为一设置实例。
由图3-10可见，需要设置的参变量参数内容与图3-9所示自变量参数设置情况完全相同，各项含义和设计方法也与图3-9完全一样。按要求设置好图3-10中有关参数项后，一定要选中“Enable Nested Sweep”，以保证参变量参数的设置在DC分析中能起作用。
完成上述参变量设置后，按“Main Sweep…”按钮，即返回图3-9所示设置窗口。若按OK按钮，则返回图3-3所示分析类型设置窗口。
3-3-3 分析结果的输出

图3-11 MOS晶体管连接图

设置好上述参数，继续按3-1节介绍的步骤完成DC分析，其分析结果全部自动存入以.DAT为扩展名的PROBE数据文件。这时按第五章介绍的方法调用Probe后处理程序，可以观察不同输出量的波形情况。如果要将结果存入.OUT输出文件，必须按4-5节介绍的方法，在电路图中相应节点处放置代表输出变量的输出指示符VPRINT，VPLOT或IPRINT，IPLOT，这些节点处的直流输出电压或电流随自变量和参变量的变化数据才会存入.OUT输出文件，供用户查阅。
3-3-4 例：MOS晶体管输出特性分析
图3-11为分析MOS晶体管输出特性的电路图。分析时选择电压源VD为自变量，VG为参变量，其参数设置值要求如表3-1所示。实际上图3-9和图3-10显示的正是按表中要求设置的。
图3-11中MOS晶体管M1漏极加有电流指示符(见6-8-1节)，表示以M1管的漏极电流为输出变量。完成DC分析后，用Probe显示的分析结果如图3-12所示。图中除显示了输出特性曲线簇以外，还叠加有一条负载为125K的负载线。正如图3-12下方所示，该负载线对应于在Probe中增加显示由下述表达式确定的直线。
（5V－V_VD）/125K

表3-1 晶体管DC扫描分析参数设置要求
   自变量    参变量
Swept Var Type    Voltage Source    Voltage Source
Sweep Type    Linear    Linear
Name    VD    VG
Start Value    0    0
End Value    5    2
Increment    0.1    0.5


图3-12 MOS晶体管输出特性和负载线

3－4 直流传输特性分析 (Transfer Function)
3-4-1功能
进行直流传输特性分析时，Pspice程序首先计算电路直流工作点并在工作点处对电路元件进行线性化处理，然后计算出线性化电路的小信号增益，输入电阻和输出电阻，并将结果自动存入.OUT文件中。本项分析又简称为TF分析。如果电路中含有逻辑单元，每个逻辑器件保持直流工作点计算时的状态，但对模－数接口电路部分，其模拟一侧的电路也进行线性化等效。本项分析中不涉及PROBE数据文件。

图3-13 直流传输特性分析参数设置
3-4-2参数设置
由上可见，进行直流传输特性分析只涉及选定输入信号源和输出变量两个参数。在图3-3所示电路特性分析类型设置框中，按“Transfer Function…”按钮，屏幕上出现直流传输特性分析设置窗口，如图3-13所示。
在Output Variable栏需填入输出变量名。注意，输出变量可以是输出电压或通过独立电压源的电流，但其名称一定要符合4-5节介绍的输出变量描述格式。
在Input Source栏应填入输入信号源名。
按3-1节介绍的步骤完成TF分析后，计算结果自动存入.OUT文件。



图3-14 差分对电路TF分析结果
针对图3-1所示差分对电路实例，图3-13中，Output Variable设置为V(OUT2)，Input Source设置为V1。按图3-13的设置，完成直流传输特性分析后，自动存入.OUT文件的V1两端的输入电阻、V(OUT2)两端的输出电阻以及增益V(OUT2)/V1这3个计算结果如图3-14所示。
3－5直流灵敏度分析（DC Sensitivity）
3-5-1灵敏度分析的含义
虽然电路特性完全取决于电路中的元器件取值，但是对电路中不同的元器件，即使其变化的幅度（或变化比例）相同，引起电路特性的变化不会完全相同。灵敏度分析的作用就是定量分析、比较电路特性对每个电路元器件参数的灵敏程度。Pspice中直流灵敏度分析的作用是分析指定的节点电压对电路中电阻、独立电压源和独立电流源、电压控制开关和电流控制开关、二极管、双极晶体管共5类元器件参数的灵敏度，并将计算结果自动存入.OUT输出文件中。本项分析不涉及PROBE数据文件。需要注意的是对一般规模的电路，灵敏度分析产生的.OUT输出文件中包含的数据量将很大。
3-5-2灵敏度的定量表示
Pspice中采用两种不同方式定量表示直流灵敏度。
1.元件灵敏度S
S指电路特性参数T对元器件值X绝对变化的灵敏度。用数学式表示即为T对X的变化率：
S(T,X)=                                (3-1)
例如，对图3-15所示的简单电阻分压电路，输出电压对电阻R1和R2的元件灵敏度分别为：
S(V0,R1)=             (3-2a)
S(V0,R2)=              (3-2b)

图3-15  电阻分压电路
2. 相对灵敏度SN
SN指电路特性T对元器件值X相对变化为1％情况下的灵敏度。由(3-1)式可得:
        (3-3)
对图3-15所示分压电路:
SN(V0,R1)=[S(V0,R1)·R1]/100=-ViR1R2/[100(R1+R2)2]=-3/1600        (3-4a)
SN(V0,R2)=[S(V0,R2)·R2]/100=ViR1R2/[100(R1+R2)2]=3/1600         (3-4b)
由上分析可见，对图3-15所示简单的分压电路，输出电压对两个电阻元件的灵敏度值并不相同，但对这两个电阻的相对灵敏度SN的绝对值则一样。


图3-16直流灵敏度分析中的参数设置

3-5-3参数设置
由上可见，进行直流灵敏度分析时只需指定节点电压一个参数。在图3-3所示电路特性分析类型设置窗口中，按Sensitivity按钮，屏幕上出现图3-16所示设置窗口。
在“Output Variable”项中键入需分析其灵敏度的节点电压即可。



图3-17 电阻分压电路的直流灵敏度分析结果

对图3-15所示电阻分压电路，图3-16中设置为V(OUT)，就是要分析输出电压V(OUT)对电阻R1、R2和输入电压Vin的直流灵敏度。分析结束后，.OUT输出文件中的灵敏度分析结果如图3-17所示，与(3-2)、(3-4)两式定量计算结果相同。
3－6交流小信号频率特性分析（AC Sweep）
3-6-1功能

图3-18 交流小信号分析的参数设置窗口
顾名思义，本项分析的作用是计算电路的交流小信号频率响应特性。分析时首先计算电路的直流工作点，并在工作点处对电路中各个非线性元件作线性化处理，得到线性化的交流小信号等效电路。然后使电路中交流信号源的频率在一定范围内变化，并用交流小信号等效电路计算电路输出交流信号的变化。本项分析又简称为AC分析。
3-6-2频率参数设置
在图3-3所示电路特性分析类型设置窗口中，按“AC Sweep…”按钮，屏幕上出现交流小信号特性分析的参数设置窗口，如图3-18所示。
图3-18中标题为AC Sweep Type下的Linear、Octave和Decade 3项用于确定AC分析中交流信号源的频率变化方式。标题为Sweep Parameters 的3项用于确定频率变化范围的起点（Start Freq）、终点（End Freq）和频率点的个数。对比图3-9可见，上述几项设置参数的含义与DC分析中描述自变量变化的参数设置情况类似，这里不再重复。但如3-3节所述，在DC分析时还需要在图3-9所示设置窗口中指定起自变量作用的参数名称，而在AC分析中并不需要再指定交流信号源名。电路图中所有属性为AC的交流信号源的频率均同时按图3-18中设置的规律变化，并计算在这些交流信号源共同作用下，电路交流响应特性的变化。
图3-18中标题为Noise Analysis的几项参数设置与3-7节介绍的噪声特性分析有关，将在下节介绍。
3-6-3输出变量的确定
与DC分析情况类似，AC分析结束后，分析结果将自动存入PROBE数据文件。这时可按第五章介绍的方法，调用Probe后处理程序，选择观察不同节点处的交流频率响应。如果要将结果存入.OUT输出文件，必须按4-5节介绍的方法，在电路图中相应节点处放置代表输出变量的输出指示符VPRINT，VPLOT或IPRINT，IPLOT，这些节点处交流输出电压或电流随频率变化情况的频率响应特性数据才会存入.OUT输出文件，供用户查阅。


图3－19 差分对电路(见图3-1)的交流小信号频率响应

对图3-1所示差分对电路，信号源V1为交流信号源，其振幅值为1V，初始相位为0度。按图3-18的设置进行AC分析后，在.DAT输出文件中将保存有节点电压及支路电流交流信号随频率变化的情况。频率从10Hz开始，按数量级变化，直到100MHz。即频率变化区间从10Hz-100Hz-1KHz-10KHz-100KHz-1MHz-10MHz共分6个区间，每个区间中取11个点频。用Probe程序(见第五章)得到的OUT2节点处交流特性分析结果如图3-19所示。
3－7噪声分析
3-7-1功能
电路中每个电阻和半导体器件在工作时都要产生噪声。为了定量表征电路中的噪声大小，Pspice采用了一种等效计算的方法，具体计算步骤如下。
(1)选定一个节点作为输出节点，将每个电阻和半导体器件噪声源在该节点处产生的噪声电压均方根(RMS)值叠加。
(2)选定一个独立电压源或独立电流源，计算电路中从该独立电压源（电流源）到上述输出节点处的增益，再将第(1)步计算得到的输出节点处总噪声除以该增益就得到在该独立电压源（或电流源）处的等效噪声。
由此可见，等效噪声相当于是将电路中所有的噪声源都集中到选定的独立电压源（或电流源处）。其作用大小相当于是在输入独立源处加上大小等于等效噪声的噪声源，则在节点处产生的输出噪声大小正好等于实际电路中所有噪声源在输出节点处产生的噪声。
3-7-2噪声分析中的参数设置
噪声分析是伴随AC分析进行的。图3-18所示AC分析参数设置窗口的下半部分就是用于噪声分析的参数设置。
1.输出节点的设置
图3-18中Output Voltage项用于指定计算输出噪声的节点位置，其表示格式应符合4-5节的规定。图3-18中设置为V(OUT2)，表示在OUT2节点处计算电路所有元器件噪声源在该节点处产生的噪声电压均方根值之和。
2.等效输入噪声源位置的设置
图3-18中I/V Source项用于指定计算等效输入噪声源的输入端位置。图3-18中设置为V1，表示选择电路中的独立电压源V1为计算等效输入噪声的位置。也就是说，将OUT2处的等效输出噪声除以从V1到V(OUT2)的增益就得到在V1处的等效输入噪声。显然，V1只是计算输入等效噪声源的位置，V1本身并不是噪声源。
3.输出结果间隔的设置
在噪声分析中，对AC分析时指定的每一个点频，Pspice都要进行噪声分析以得到噪声谱。但并非每一个点频处的噪声分析结果都会输出。噪声分析结果的输出方式由图3-18中Interval一项的设置决定。图3-18中该项设置为30，表示每隔30个点频详细输出电路中每一个噪声源在输出节点处产生的噪声分量大小，同时给出输出节点处的总噪声均方根值以及输入等效噪声的大小。这两类分析结果均只存入.OUT输出文件。噪声分析中不涉及PROBE数据文件。
4.噪声分析要求的设置
如上所述，噪声分析必须要和AC分析一起进行，但在AC分析时不一定非要同时进行噪声分析。因此，为了确认要进行噪声分析，必须选中图3-18中的Noise Enabled。
3－8 瞬态特性分析（Transient Analysis）
3-8-1功能
瞬态特性分析的目的是，在给定输入激励信号作用下，计算电路输出端的瞬态响应。进行瞬态分析时，首先计算t=0时的电路初始状态，然后从t=0到某一给定的时间范围内，选取一定的时间步长，计算输出端在不同时刻的输出电平。瞬态分析结果自动存入以.DAT为扩展名的数据文件中，可以用Probe程序分析显示结果信号波形(见第五章)。如果要将结果存入.OUT输出文件，必须按4-5节介绍的方法，在电路图中相应节点处放置代表输出变量的输出指示符VPRINT，VPLOT或IPRINT，IPLOT，这些节点处瞬态分析结果输出电压或电流随时间变化情况的瞬态特性数据才会存入.OUT输出文件，供用户查阅。
在Pspice的瞬态分析中，作为输入激励信号的波形可以采用脉冲信号（见图3-22）、分段线性信号（见图3-23）、正弦调幅信号（见图3-24）、调频信号（见图3-25）和指数信号（见图3-26）5种不同形式的波形。瞬态特性分析又称为TRAN分析。
3-8-2瞬态分析中的参数设置
由上可见，瞬态分析首先需要设置有关的时间值。在图3-3所示电路特性分析类型设置窗口中，按Transient按钮，屏幕上将出现瞬态分析参数设置窗口，图3-20是针对图3-1所示差分对电路的设置实例。
1.时间参数的设置
瞬态分析总是从t=0开始进行，分析的终止时间和时间步长则需要用户设置。

图3-20 瞬态特性分析参数设置（例）

(1)终止时间设置：图3-20中的Final Time一项用于设置终止分析的时间。该时间值也同时是输出数据的终止时间。
(2)分析时间步长：根据用户设置的终止时间，Pspice具有自动调节分析时间步长的功能，以兼顾分析精度和需要的计算时间。如果用户对分析时间步长有一定要求，可以在图3-20中Step Ceiling一项设置用户允许采用的最大步长。在瞬态分析时Pspice首先比较Step Ceiling设置值和（终止时间/50）两者的大小，整个瞬态分析全过程中采用的时间步长将不会超过这两个量中的小者。
2.控制数据输出的时间参数设置
瞬态分析的输出变量设置应符合4-5节规定的格式。如3-8-1节所述，瞬态分析结果既可以用Probe后处理程序分析观察，也可以存入.OUT文件。但输出数据时，需设置下述几个时间参数：
(1)起始输出时间：如果用户不需要从t=0开始以后一段时间的数据，可以在图3-20中No-Print Delay一项设置需要输出数据的起始时间。数据输出的终止时间与分析终止时间相同。对图3-20中的设置，瞬态分析以后只输出从t=200ns到t=1000ns之间的分析结果。
(2)数据输出的时间步长：图3-20中“Print Step”用于确定输出瞬态分析结果数据时的时间步长。如果输出数据的时间值与瞬态分析中采用的时间值并不相同。Pspice将采用二阶多项式插值的方法，从瞬态分析结果推得需输出数据的各个时刻输出电平值。
3.关于初始状态的设置
图3-20中另外两项涉及到初始状态的计算和信息输出。若在图3-20中选择“Detailed Bias Pt”，则与偏置点有关的信息全部输出，包括所有偏置点处的小信号参数。否则只输出与瞬态分析有关的参数，即各节点的电位。若选中“Skip initial transient solution”，则瞬态分析时将跳过初始偏置点的计算，这时偏置条件完全由电容、电感等元器件的初始条件确定(见4-6节)。

图3-21 差分对电路(见图3-1)瞬态分析结果
图3-20中下半部分4个参数与傅里叶分析有关，将在3-9节介绍。
按图3-20的设置，对图3-1差分对电路进行瞬态分析的结果如图3-21所示。图中同时给出了输入信号V1和输出信号V(OUT2)。
3-8-3用于瞬态分析的五种激励信号
Pspice软件为瞬态分析提供了五种激励信号波形供用户选用。下面介绍这五种信号的波形特点和描述该信号波形时涉及到的参数。其中电平参数针对的是独立电压源。对独立电流源，只需将字母V改为I，其单位由伏特变为安培。在绘制电路图和进行电路模拟的过程中如何具体设置这些信号波形，将在3-10节介绍。
1.脉冲信号(Pulse)
脉冲信号是在瞬态分析中用得较频繁的一种激励信号。描述脉冲信号波形涉及到7个参数。表3-2列出了这些参数的含义、单位及内定值。表3-3给出了不同时刻脉冲信号值与这些参数之间的关系。图3-22为一具体实例。图中给出了该波形对应的参数。


图3-22 脉冲信号波形（例）
表3－2 描述脉冲信号波形的参数
参数    名称    单位    内定值
V1    起始电压    伏特    无内定值
V2    脉冲电压    伏特    无内定值
per    脉冲周期    秒    TSTOP
pw    脉冲宽度    秒    TSTOP
td    延迟时间    秒    0
tf    下降时间    秒    TSTEP
tr    上升时间    秒    TSTEP
注：表中TSTOP是瞬态分析中参数Final Time的设置值；TSTEP是参数Print Step的设置值(见图3-20)。
表3－3脉冲信号电平值与参数的关系
时间    脉冲电平
0    v1
td    v1
td+tr    v2
td+tr+pw    v2
td+tr+pw+tf    v1
td+per    v1
td+per+tr    v2
……    ……
2.分段线性信号（PWL: Piece-Wise Linear）
分段线性信号波形由几条线段组成。因此，为了描述这种信号，只需给出线段转折点的坐标数据即可。图3-23是一个分段线性信号波形实例。图中同时给出了描述该波形的数据。

图3-23 分段线性信号波形（例）
3.调幅正弦信号（SIN: Sinusoidal Waveform）
描述调幅正弦信号涉及6个参数。表3-4列出了这些参数的含义、单位和内定值。表3-5给出了调幅正弦信号波形的变化与这6个参数的关系。图3-24为一具体实例，图中同时给出了该信号波形对应的参数。

图3-24 调幅正弦信号波形(例)
表3－4 描述调幅信号的参数
参数    名称    单位    内定值
voff    偏置值    伏特    无内定值
vampl    峰值振幅    伏特    无内定值
freq    频率    赫兹    1/TSTOP
phase    相位    度    0
df    阻尼因子    1/秒    0
td    延迟时间    秒    0
注：表中TSTOP为瞬态分析中参数Final Time的设置值（见图3-20）。
表3－5 调幅信号波形与参数的关系
时间范围    调幅信号波形
0－td    voff+vampl*sin(2 *phase/360 )
td－TSTOP    voff+vampl*sin(2 *(freg*(TIME-td)+phase/360 ))*exp(-(TIME-td)*df)
说明：此处描述的调幅正弦信号只用于瞬态分析。若阻尼因子与偏置值均为0，则调幅信号成为标准的正弦信号，但是在进行3-6节介绍的AC分析时，本信号并不起作用。
4.调频信号（SFFM: Single-Frequency Frequency-Modulated）
描述调频信号需要5个参数，表3－6列出了这些参数的含义、单位和内定值。调频信号与这些参数之间的关系为：
voff+vampl*sin(2 *fc*TIME+mod*sin(2 *fm*TIME))
图3-25为一个调频信号波形实例。图中同时给出了描述该波形的参数数据。
表3－6 描述调频信号的参数
参数    含义    单位    内定值
voff    偏置电压    伏特    无内定值
vampl    峰值振幅    伏特    无内定值
fc    载频    赫兹    1/TSTOP
fm    调制频率    赫兹    1/TSTOP
mod    调制因子        0
注：表中TSTOP是瞬态特性分析中参数Final Time的设置值（见图3-20）

图3-25 调频信号（例）
5.指数信号(EXP: Exponential Waveform)
图3-26给出了一个指数信号波形实例。描述该信号要有6个参数，如表3-7所示。表3-8列出了不同时刻指数信号电平值与这6个参数的关系。图3-26中所示波形对应的参数如图中所示。由图可见，在时间0－td1这段时间内，信号电平为v1,接着以tc1为时常数，从v1指数变化至v2，直到时刻td2为止。然后又以tc2为时常数，按指数规律变化至v1。
表3-7 描述指数信号的参数
参数    名称    单位    内定值
v1    起始电压    伏特    无内定值
v2    峰值电压    伏特    无内定值
td1    上升（下降）延迟    秒    0
tc1    上升（下降）时常数    秒    TSTEP
td2    下降（上升）延迟    秒    Td1+TSTEP
tc2    下降（上升）时常数    秒    TSTEP
注：表中TSTEP为瞬态分析中参数Print Step的设置值（见图3-20）。
表3-8 指数信号电平值与参数的关系
时间范围    电平值
0-td1    v1
td1-td2    v1+(v2-v1)(1-exp(-(TIME-td1)/tc1)
td2-TSTOP    v1+(v2-v1)((1-exp(-(TIME-td1)/tc1)(1-exp(-(TIME-td2)/tc2))
注：表中TSTOP为瞬态分析中参数Final Time的设置值（见图3-20）。

图3-26 指数信号波形（例）

图3-27 RC电路

3-8-4 例：RC充放电电路瞬态分析
图3-27是一个简单的RC电路，现分析其在脉冲信号作用下的输出瞬态响应。
已知输入脉冲信号参数(见表3-2)为：V1=0v, V2=1v, td=99ns, tr=1ns, tf=1ns, pw=99n, per=200ns 。瞬态分析参数设置(见图3-20)为：Print Step=1ns, Final Time=400ns 。

图3-28 RC电路瞬态分析结果波形
按3-1节介绍的步骤完成瞬态分析后，用第五章介绍的Probe程序显示的输入和输出信号波形如图3-28所示。第五章和第六章将以图3-27电路为例，详细介绍波形显示和分析程序Probe的功能和使用方法。
3－9傅里叶分析(Fourier Analysis)
3-9-1功能
傅里叶分析的作用是在瞬态分析完成后，通过傅里叶积分，计算瞬态分析输出结果波形的直流，基波和各次谐波分量。因此，只有在瞬态分析以后才可能进行傅里叶分析。一般情况下傅里叶分析的采样时间间隔与瞬态分析中的打印时间步长(Print Step)相同。如果该时间步长大于终止时间（Final Time）的1％，则取后者为傅里叶分析时的采样时间间隔。并采用二阶插值的方法，确定每一采样点的信号电平值。
3-9-2傅里叶分析中的参数设置
在图3-20中，“Output Vars”用于确定需对其进行傅里叶分析的输出变量名。该项设置的格式应符合4-5节的规定。
“Number of Harmonics”用于确定傅里叶分析时要计算到多少次谐波。Pspice的内定值是计算直流分量和从基波一直到9次谐波。
“Center Frequency”用于指定傅里叶分析中采用的基波频率，其倒数即为基波周期。在傅里叶分析中，并非对指定输出变量的全部瞬态分析结果均进行分析。实际采用的只是瞬态分析结束前由上述基波周期确定的时间范围的瞬态分析输出信号。由此可见，为了进行傅里叶分析，瞬态分析结束时间不能小于傅里叶分析确定的基波周期。
如前所述，只有瞬态分析以后才可能进行傅里叶分析，但是每次瞬态分析时不一定也要进行傅里叶分析。只有在图3-20中选中“Enabled Fourier”，才能确保瞬态分析以后接着进行傅里叶分析。
3-9-3结果输出
傅里叶分析的结果将自动直接存入.OUT输出文件。分析中不涉及PROBE数据文件。对于图3-1所示的差分对电路，按图3-20的设置，瞬态分析以后进行的傅里叶分析结果如图3-29所示。



图3-29 差分对电路(见图3-1)的傅里叶分析结果