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2026/1/13 7:34:48
从零开始玩转AD20电路仿真：不接板子也能“点亮”你的电路
你有没有过这样的经历？
辛辛苦苦画完原理图、打样出PCB，结果一通电——芯片冒烟了，运放输出饱和，电源模块自激振荡……回头再改设计，时间已经过去三周。
在模拟电路的世界里，“先做板子试试看”这种做法，代价实在太高。而真正高效的工程师，往往在按下“生成Gerber”按钮之前，就已经用仿真把电路跑了一遍。
Altium Designer 20（简称AD20）虽然主打PCB设计，但它内置的SPICE仿真功能，其实足够让你在不碰烙铁的情况下，提前预判80%以上的基础问题。本文就带你像调试真实电路一样操作AD20仿真，彻底搞懂它怎么用、能干什么、以及哪些坑千万别踩。
为什么要在AD里做仿真？不是有LTspice吗？
没错，LTspice是免费且强大的模拟仿真工具，很多老手都爱用。但它的痛点也很明显：你要手动重建整个电路。
而AD20的最大优势就在于——你的原理图就是仿真电路。只要稍作准备，点一下菜单就能跑仿真，波形直接和你画的节点对应。这意味着：
- 不用手动写网表
- 不需要重复连线
- 修改原理图后仿真自动同步
- 波形标签直接显示你在原理图上命名的网络名
换句话说，AD20把“画图”和“验证”变成了同一件事。这不仅省时间，更重要的是减少了人为错误。毕竟，谁还没抄错过一个电阻值呢？
SPICE到底是个啥？别被术语吓住
我们常听到“SPICE仿真”，听起来很高深，其实你可以把它理解为：给每个电子元件建立数学模型，然后让电脑解方程来预测电路行为。
比如：
- 电阻遵循欧姆定律 $ V = IR $
- 电容电流与电压变化率相关 $ I = C \frac{dV}{dt} $
- 二极管有指数型伏安特性
把这些关系输入电脑，再告诉它电源怎么变化、电路怎么连接，电脑就能算出任意时刻每个点的电压和电流。
AD20用的是基于XSpice 的混合仿真引擎，不仅能处理模拟信号，还能简单模拟数字高低电平，实现一些基本的数模混合分析（比如施密特触发器）。
🔧 小知识：XSpice 是传统SPICE的扩展版本，支持行为建模和代码块（如Verilog-A），更适合现代集成电路仿真。
第一步：让你的原理图“能仿真”
默认情况下，AD里的元器件只是符号，没有仿真能力。要让它们参与计算，必须绑定仿真模型。
怎么加仿真模型？
- 双击元件打开属性窗口
- 点击下方“Add Simulation”
- 选择对应的模型类型
| 元件 | 推荐模型类型 |
|---|---|
| 电阻、电容、电感 | Resistor / Capacitor / Inductor |
| 二极管、三极管 | D (Diode) / BJT / MOSFET |
| 运算放大器 | Ideal Opamp 或 厂商提供模型（如TL072.lib） |
| 电压源 | Voltage Source → 类型选 VSIN/VPULSE/VDC |
✅重点提醒：
- 所有无源器件需确认勾选了“Simulate As”选项（在参数中）
- 数字IC如单片机、逻辑门，默认不支持复杂时序仿真，除非有IBIS或宏模型
- 模型文件（.lib）最好放在项目本地目录，避免路径丢失
必须设置的三项关键配置
1. 接地！必须有GND！
SPICE仿真要求有一个参考电位点，也就是“地”。不管你设计的是浮地系统还是电池供电设备，都必须在原理图中放置一个Power Port → GND，否则仿真会直接报错。
📍 操作路径：Place → Power Port → GND
2. 用对激励源
别再用普通的直流电压源了！仿真要用专用激励源：
| 信号类型 | 使用元件 | 示例参数 |
|---|---|---|
| 直流偏置 | VDC | 3.3V |
| 正弦波 | VSIN | 幅值5V，频率1kHz |
| 脉冲信号 | VPULSE | 高电平3.3V，周期2ms，上升沿1μs |
这些源可以在Simulation Sources.IntLib库中找到（一般默认已加载）。
3. 放置“探针”——Sim View Pin
你想看哪个节点的电压波形？右键该网络 →Place → Sim View Pin。这样在波形查看器中就会自动显示这个节点的数据。
📌 提示：可以给Pin重命名，比如叫Vout，后续分析更清晰。
开始仿真：四种常用分析模式实战解析
点击菜单栏Simulate → Setup，进入仿真配置界面。这里有几种核心分析方式，我们一个个来看实际用途。
✅ 瞬态分析（Transient Analysis）——最常用！
观察电路随时间的变化过程，相当于示波器抓波形。
典型应用场景：
- 看RC滤波后的方波是否变圆
- 观察LDO启动时是否有过冲
- 检查比较器翻转延迟
🔧 关键参数设置建议：
- Start Time: 0
- End Time: 至少包含几个完整周期（如10ms for 1kHz信号）
- Maximum Step Size: ≤ 最小周期的1/50（例如1kHz信号，步长≤20μs）
⚠️ 如果仿真卡住或报“convergence error”，尝试减小步长或启用“Use Initial Conditions”。
✅ 直流工作点分析（DC Operating Point）
计算电路中各节点的静态电压和支路电流，相当于万用表测电压。
有什么用？
- 查看运放输入端是否偏置正确
- 判断BJT是否工作在放大区
- 发现某个MOSFET意外导通
📌 特别适合排查“上电就烧”的问题——可能静态功耗就超标了！
✅ 直流扫描分析（DC Sweep）
让某个电源电压或参数逐步变化，观察输出响应。相当于手动调节电源旋钮记录数据。
举个例子：
你想测试一个稳压电路的输入电压范围，可以设置：
- Source: VIN
- Start: 4V
- Stop: 12V
- Step: 0.5V
仿真结束后，就能看到输出电压如何随输入变化，轻松判断 dropout voltage 是否符合预期。
✅ 交流小信号分析（AC Small Signal）
分析电路的频率响应，画出波特图（增益 vs 频率、相位 vs 频率）。
适用场景：
- 设计低通/高通滤波器时验证截止频率
- 分析运放反馈网络稳定性（相位裕度）
- 测试放大器带宽
📌 注意：必须指定一个AC激励源（如VSIN中的AC幅值），否则无法进行AC分析。
底层指令长这样：
.AC DEC 10 1Hz 1MEG意思是：十倍频程扫描，每段10个点，从1Hz到1MHz。
看懂波形：Waveform Viewer 实战技巧
仿真运行成功后，会弹出Waveform Viewer，这是你分析结果的核心工具。
常用操作技巧：
| 功能 | 操作方法 |
|---|---|
| 添加新信号 | 左侧信号列表勾选即可 |
| 删除信号 | 右键曲线 → Delete Trace |
| 缩放区域 | 按住鼠标左键拖框 |
| 精确读数 | 使用 Cursors（游标）定位时间点 |
| 计算增益 | 输入表达式V(OUT)/V(IN) |
| 做FFT | 使用Math → FFT功能分析谐波成分 |
🎯 实战案例：
假设你设计了一个RC低通滤波器（R=1kΩ, C=100nF），理论截止频率应为约1.6kHz。
通过AC分析绘出幅频曲线，你会发现：
- 在1.6kHz处增益下降到 -3dB
- 相位滞后约45°
完全符合理论预期！
如果发现实际截止频率偏移很大，那就要检查是不是模型参数不对，或者寄生电容影响严重。
常见问题 & 解决方案（避坑指南）
| 问题现象 | 可能原因 | 解决办法 |
|---|---|---|
| 仿真无法启动 | 缺少GND节点 | 加一个Power Port GND |
| 报“Model not found” | 元件没绑定模型或路径错误 | 检查模型路径，使用相对路径保存 |
| 波形一片空白 | 没放Sim View Pin | 给目标网络添加探针 |
| 仿真特别慢 | 步长太大或电路太复杂 | 减小Max Step Size，分模块仿真 |
| 输出一直为0 | 初始条件未设，储能元件“卡住” | 启用Use Initial Conditions或设IC=0 |
| 收敛失败 | 非线性环路震荡 | 尝试添加阻尼电阻（如1MΩ并联在反馈路径） |
💡 秘籍：对于含有LC谐振或开关电源的电路，可在电感两端并联一个大电阻（如1MΩ）帮助收敛，仿真后再移除。
这些电路最适合用AD20仿真来验证
别指望AD20能替代专业的仿真软件，但它足以搞定大多数日常设计任务。以下是几个非常实用的应用场景：
🎯 场景1：运放电路调参
你在做一个跨阻放大器，光电二极管接反向输入端。
用瞬态仿真加个脉冲光信号，立刻能看到输出响应速度；
用AC分析，一眼看出带宽和相位裕度够不够，避免自激。
🎯 场景2：电源上电动态测试
DC-DC模块上电瞬间电流冲击有多大？
用瞬态仿真跑一次，监测输入电流波形，发现峰值达到2A？
赶紧加个软启动电路或缓启动MOS，避免主电源崩溃。
🎯 场景3：传感器信号链验证
热敏电阻+运放构成温度采集前端。
可以用.PARAM定义一个变量RTEMP，然后做DC Sweep扫描其阻值（对应不同温度），观察输出电压是否线性变化。
甚至可以加入噪声源，评估信噪比表现。
🎯 场景4：简单逻辑与时序定性分析
虽然不能做精确时序仿真，但你可以用数字高/低电平源驱动一个555定时器或多谐振荡器，看看输出频率是否大致符合公式计算。
高阶玩法：参数化扫描与表达式运算
AD20支持一定程度的高级控制，比如：
参数化扫描（Parametric Sweep）
定义一个参数.PARAM CVAL=10n，然后将电容值设为{CVAL}，再配合DC或Transient分析做参数扫描，一次性对比多个电容值下的响应差异。
表达式绘图
在Waveform Viewer中输入：
V(OUT) - V(IN)可以查看差分信号；
SQRT(V(OUT)*I(VOUT))估算功率。
虽然不如MATLAB灵活，但对于快速评估已绰绰有余。
仿真 ≠ 替代实测，但能大幅降低试错成本
必须强调一点：仿真是为了减少实物调试的盲目性，而不是完全取代硬件测试。
因为：
- 模型是理想化的（比如忽略了PCB走线电感、分布电容）
- 实际元件存在容差和温漂
- 噪声、干扰、接地环路等现实因素难以完全建模
但只要你用了仿真，至少能做到：
- 确认基本功能可行
- 排除明显的拓扑错误
- 优化关键参数初值
- 提前发现问题方向
当你拿到第一块板子时，心里已经有底了：“这个电路我仿真过，应该不会炸。”
写在最后：现在就是学习AD20仿真的最佳时机
如果你正在学Altium Designer，别只盯着布线规则、封装库管理这些“看得见”的部分。花两小时掌握仿真功能，未来每次设计都能节省三天返工时间。
而且AD20的仿真虽然不如SIMetrix专业，但对于学生、创客、初级工程师来说，够用、易上手、集成度高，完全能满足90%的基础验证需求。
更重要的是，它帮你建立起一种工程思维：
在动手之前，先思考、再验证，最后实现。
这才是从“画图员”迈向“设计师”的关键一步。
如果你已经在用AD做仿真，欢迎在评论区分享你的经验和踩过的坑。下一期我们可以聊聊：如何导入TI/ADI官方SPICE模型并绑定到AD元件？