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在模拟和数字电路的设计与分析中，以集成电路为重点的仿真程序（Simulation Program With Integrated Circuit Emphasis, SPICE）发挥了重要的作用。通过SPICE提供的分析功能，我们能够快速地评价所设计电路的性能指标，从而最大限度地避免设计缺陷。需要特别注意的是，SPICE是基于晶体管级的电路仿真，SPICE的仿真结果与真实硬件环境测试的结果是有差别的，这是因为在SPICE的仿真中电源和地都是理想的，而实际情况并非这样。
例如，在NI公司的Multisim工具、Altium公司的Altium Designer工具、Cadence公司的OrCAD工具中都嵌入了SPICE，进一步增强了软件工具的电路设计和分析能力。
SPICE最早由加州大学伯克利分校开发，1975年改进成为 SPICE2的标准，它使用FORTRAN语言开发。1989年，Thomas Quarles开发出SPICE3，它使用C语言编写，并且增加了窗口系统绘图功能。如图1.2所示，Multisim工具中SPICE提供的分析功能如下所示。
图1.2 Multisim工具中SPICE提供的分析功能
直流工作点分析用于测量包含短路电感和开路电容电路的直流工作点。在测定瞬态初始化条件时，除了已经在瞬态或傅里叶分析设置中使能了Use Initial Conditions参数的情况，直流工作点分析将优先于瞬态分析。同时，直流工作点分析优先于交流小信号、噪声和零级点分析。为了保证测量的线性化，电路中使用非线性的小信号模型。在直流工作点分析中将不考虑任何交流源的干扰因素。
直流扫描分析就是直流转移特性。当输入在一定范围内变化时，输出一个曲线轨迹。通过执行一系列直流工作点分析，设计者可以修改所选定信号源的电压，从而可以得到一个直流传输曲线。
传递函数分析也称为交流小信号分析，它将计算每个电压节点上的直流输入电阻、直流输出电阻和直流增益值。利用传递函数分析可以计算整个电路中直流输入电阻、直流输出电阻和直流增益3个小信号的值。
交流扫描分析在一定的频率范围内计算电路的响应特性。通过交流扫描分析，将得到信号的幅度-频率响应特性和相位-频率响应特性。如果电路中包含非线性器件或元件，在计算频率响应之前，就应该得到此元器件的交流小信号参数。交流扫描分析类似于使用真实的频谱分析仪对电路的频率特性进行分析。
瞬态分析在时域中描述瞬态输出变量的值。在未使能“Use Initial Conditions”参数时，对于固定偏置点，在计算偏置点和非线性元件的小信号参数时，节点初始值也应考虑在内。因此，对于有初始值的电容和电感，也被看作电路的一部分。瞬态分析类似于使用真实的示波器对电路的时域特性进行分析。
基于瞬态分析中最后一个周期的数据完成一个电路的傅里叶分析。在执行傅里叶分析后，系统将自动创建一个数据文件，该文件包含了每一个谐波的幅度和相位信息。
噪声分析是利用噪声谱密度来测量由电阻和半导体器件引入的噪声对电路的影响的。通常，由“V 2 ／Hz”表征测量噪声值。电阻和半导体器件等都能产生噪声，噪声电平取决于频率。电阻和半导体器件产生不同类型的噪声。在噪声分析中，电容、电感和受控源被看作无噪声元器件。
对于交流分析的每一个频率，计算电路中每一个噪声源（电阻或晶体管）的噪声电平。通过将各个均方根值相加，得到它们对输出节点的贡献。
在单输入输出的线性系统中，利用电路的小信号交流传递函数，通过计算传递函数中的极点或零点来分析电路的稳定性。传递函数可以是电压增益（输出与输入电压之比）或阻抗（输出电压与输入电流之比）中的任意一个。
零极点分析可用于对电阻、电容、电感、线性控制源、独立源、二极管、BJT 管、MOSFET管和JFET管的分析，但是不支持传输线。对复杂电路进行零极点分析可能需要耗费大量时间，并且可能找不到全部的极点和零点。因此，一般先将其拆分为较小的电路后再分析零极点会更有效。
蒙特卡罗分析是一种统计模拟方法，它是在给定电路元器件参数容差为统计分布规律的情况下，用一组伪随机数求得元器件参数的随机抽样序列，然后对这些随机抽样的电路进行直流扫描、直流工作点、传递函数、噪声、交流小信号和瞬态分析，并且通过多次的分析结果估算出电路性能的统计分布规律。
在蒙特卡罗分析的基础上可以进行最坏情况（Worst Case）分析。
温度扫描分析是指在一定的温度范围内计算电路参数，以确定电路的温度漂移等性能指标。温度扫描分析时，一般会产生大量的分析数据。
参数扫描分析可以与直流分析、交流分析或瞬态分析配合使用。通过对电路所执行的分析进行参数扫描，便于研究电路参数变化对电路特性的影响。在分析功能上，参数扫描分析与蒙特卡罗分析和温度扫描分析类似，它是按照扫描变量对电路的所有分析执行参数扫描的，其分析结果产生一个数据列表或一组曲线图，同时还可以设置第二个参数扫描分析，但参数扫描分析所收集的数据不包括子电路中的器件。
参数扫描分析至少应与标准分析类型中的一项一起执行，这样就可以观察到不同参数值所对应的曲线。曲线之间的偏离度表明该参数对电路性能的影响程度。
SPICE的基本程序模块包括电路原理图输入程序、激励源编辑程序、电路仿真程序SPICE、输出结果绘图程序、模型参数提取程序，以及包含 SPICE 元器件模型的参数库。SPICE的分析流程如图1.3所示。
图1.3 SPICE的分析流程
注： 本书配套提供的公开教学视频中提供了Multisim 14.0工具中使用SPICE对数字电路执行分析的详细操作过程，请读者观看视频学习。
思考与练习1-3： 请说明SPICE提供的3大基本分析功能，包括______ 、______和______ 。
思考与练习1-4： 请说明在模拟电子电路中直流工作点的重要性。
思考与练习1-5： 请说明瞬态分析和交流扫描分析分别相当于哪种测试仪器。