构建更佳系统模块设计的秘方——加“香料”SPICE

在设计滤波器时，必须同时考虑电路的频率和时域响应。接下来，我们来看看如何通过NI Multisim验证这些特性：

1. 验证频率响应：图2所示为交流分析的结果。仿真结果表明，截止频率（增益下降3dB时的频率）为20.1kHz，非常接近我们设定的20kHz。可以看出，在该转折频率以外，增益会下降80dB/十倍频程（滤波器传递函数中的每个节点为- 20dB/十倍频程或-6dB/八倍频程）。我们还可以观看到，阻带不像理想滤波器那样连续下降；受运算放大器电压增益损失的影响，增益在1MHz左右开始增加。通过光标，我们可以估测该阻带在700kHz左右。

2.验证时域响应：我们可以用Multisim中的测量工具来考察阶跃响应。函数生成器允许我们输入一个激励值，而示波器则使我们可以观察输出波形，都是在原理图环境中直接进行。这些测量工具模拟的是真实的台式仪器。例如，借助示波器，可以基于波形特性调节时基、分压等参数。借助测量工具，我们也可以实时更改设置，比如函数生成器设定的频率，这样，我们就可以观察，当频率超过20kHz这个点时，信号会衰减多少。

我们可以用图3所示的示波器来测量上升时间、建立时间等特性，不过，我们也可以在Grapher中查看这些数据，这样，我们就可以为图形添加注释或者将其打印出来，以便存档。我们将考察的第一个特性是上升时间（定义为：从最终输出值的10%到90%所经过的时间）；借助光标，我们可以将其确定为19.3us。同时可以看出，建立时间约为92us。这些特性在图4所示图中已经标注出来。（注意：参数TMAX会影响上升时间，在本例中，更改了其默认值）。

3.考虑最差情况：仿真的另一个核心优势在于，它能够考虑非理想的器件值（即容差）。借助蒙特卡洛分析（通过在5%的器件容差范围内对器件值进行排列，可以运行多个交流分析），我们可以看到截止频率在最差情况下会受到什么影响。

有些测量需要比其他测量更多的后处理。例如，如果重复执行的话，像计算上升时间一样的任务可能变得十分乏味、冗长。幸运的是，有些工具可以解决这个问题。NI LabVIEW是一种图形编程语言，我们可以用它来创建定制界面，以在Multisim中实现测量的可视化和分析。该工具可以根据输入和输出波形，自动化计算滤波器设计的上升时间、斜率、过冲和欠冲。通过创建定制工具，设计师可以自动显示精确的特性值，而传统上，这是需要人工后处理的。可以针对大量应用创建定制工具，包括将采集到的真实测量值导入NI Multisim之中（这些测量值含有现实世界的影响，比如噪声），从而实现更高的仿真精度。

总之，对如今的系统设计师来说，如果想法未经验证就付诸实施，其代价将过于高昂。借助现代设计工具，比如ADI滤波器向导和NI Multisim，设计师完全可以消除后顾之忧。工程师可以在原型制作尚未开始之前，就验证并改进电路行为，从而极大地提高了设计效率。最终，使代价高昂的重新设计工作得以减少，上市时间得以缩短，设计性能得以改善。