使用电路仿真分析您的设计

Updated: 十月 12, 2026

概览

本文介绍如何使用 Altium Designer 中的电路仿真，在设计早期验证构想、快速优化性能，并在投入制造之前探索电路行为。文章解释了什么是混合仿真、Altium Designer 如何支持基于 SPICE 的模拟、数字和混合信号分析，以及从准备项目、运行分析到查看结果的完整仿真流程。此外，文章还介绍了内置示例，并逐步演示一个实际滤波器电路的设置过程，帮助您了解如何在真实设计流程中应用仿真。如果您希望在 Altium Designer 中以更清晰、更有把握的方式评估设计，不妨从本文入手，继续阅读。

- 了解仿真在检查电路行为、调整设计，以及执行在实验台上难以实现或不切实际的测量时有何价值。
- 了解 Altium Designer 如何支持基于 SPICE 的混合信号仿真，涵盖模拟电路、数字电路以及模数混合电路。
- 了解 Altium Designer 中的仿真流程，并通过分步示例学习如何准备原理图并开始运行分析。

使用 AI 深入了解：

电路仿真可让您在投入制造之前探索设计构想。通过仿真，您可以验证概念，并快速、准确地调整电路。电路仿真还让您有机会执行在工作台上可能无法实际完成的测量。

对电子设备的功能进行仿真的主要目的是呈现和分析设计性能。如果没有仿真所提供的能力，即使是最简单的设备设计也难以想象。使用仿真软件，可以在不造成潜在损坏的情况下分析所设计设备的所有工作模式，确定在实际条件下难以测量的参数和特性，并执行原本可能需要昂贵测量设备才能完成的测量。

SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis，集成电路重点仿真程序）最初作为开源软件包开发，因此得到了广泛应用和持续发展。Altium Designer 的混合仿真（MixedSim）技术采用基于 SPICE 算法的改进内核，专为模拟、数字或模数混合设备电路的仿真而设计。它是真正的混合信号仿真器，这意味着它可以分析同时包含模拟和数字器件的电路。它完全兼容 SPICE3f5，并支持多种 PSpice^® 和 LTspice^® 器件模型。

要详细了解 Altium Designer 仿真引擎支持哪些 SPICE 模型，请参阅 “支持的 SPICE 模型”知识库文章。

要使用 Altium Designer 中的混合仿真功能，必须安装 Mixed Simulation 系统扩展。默认情况下，此扩展会随 Altium Designer 一起安装。您也可以手动安装或移除它。

有关管理扩展的更多信息，请参阅 Extending Your Installation 页面（Altium Designer Develop、Altium Designer Agile、Altium Designer）。

要快速上手 Altium Designer 中的仿真，您可以在“共享文档”文件夹中找到一组仿真示例（默认安装位置为 C:\Users\Public\Documents\Altium\AD<Solution/Version>\Examples\Simulation Quick Start）。每个示例都展示了一个实际的仿真应用案例，并附有设置仿真器和解读结果的完整说明。

Altium Designer 可以导入多种格式的原理图，包括 OrCAD^®、LTspice 和 KiCad^®。这些文件通过 Import Wizard 导入，每种文件类型都由 Altium Designer 中安装的相应扩展处理。进一步了解与其他设计工具交互。

Altium Designer 中的仿真流程可分为以下阶段：

验证项目并为仿真做好准备 – 应对待仿真的设计进行验证并做好充分准备，以获得正确的仿真结果。这包括放置带有仿真模型的元件、设置信号源，以及使用探针定义电路中需要关注的点。如果待分析的原理图存在问题，验证过程会提供反馈。
配置并运行仿真 – 仿真可直接从原理图运行，也可以在分析仿真波形时重新运行。快速配置所需的分析类型和要绘制的输出表达式，然后运行仿真。
处理仿真结果 – 仿真结果显示在 SimData 编辑器中。这是一个功能丰富的环境，您可以在其中快速、高效地分析仿真结果，从而评估、调试设计，并最终对设计的运行充满信心。

混合仿真 – 示例指南

下面的可折叠部分将引导您创建可用于仿真的滤波器电路原理图，然后使用该原理图运行一些电路仿真分析。

创建新的设计项目

从主菜单中选择 File » New » Project 命令。
将打开 Create Project 对话框：
1. 在 Locations 列表中，选择您的工作区对应的条目（如果您不使用工作区，则选择 Local Projects 条目）。
2. 在 Project Type 列表中，选择 PCB 类型下的 <Empty> 条目。
3. 在 Project Name 字段中输入 Filter。
4. 根据需要设置对话框右侧的其他选项（例如存储文件夹），然后单击 Create 按钮。
系统将创建一个新项目，该项目条目会显示在 Projects 面板中。
右键单击 Projects 面板中的项目条目，然后从上下文菜单中选择 Add New to Project » Schematic 命令。
将出现新原理图文档的空白图纸。在 Projects 面板中右键单击该文档条目，然后从上下文菜单中选择 Save As 命令，将其保存到硬盘。此时将打开 Save As 对话框，默认将文档保存到与项目文件相同的位置。在 File name 字段中输入 Filter ，然后单击 Save （无需输入扩展名，系统会自动添加）。
由于您向项目添加了新文档，项目文件已发生更改。在 Projects 面板中右键单击项目条目，然后选择 Save 以保存项目更改。

绘制电路

待仿真的滤波器电路如下所示。在本节中，我们将查找所需的元件，设置其元件属性，然后完成原理图连线。

滤波器电路原理图

放置可用于仿真的元件

原理图所需的元件将取自 Altium Designer 默认安装时提供的 Simulation Generic Components 库：
1. 单击设计空间右下角的 Panels 按钮，然后从弹出的菜单中选择 Components，打开 Components 面板。
2. 从面板顶部的下拉列表中选择 Simulation Generic Components 库（如果面板处于紧凑模式）；或者，单击面板左上角的按钮，打开 Categories 窗格并从中选择该库（如果面板处于普通模式）。面板中将显示该库提供的元件列表。
放置运算放大器：
1. 在元件列表中找到 OpAmp with power terminals 元件，右键单击其条目，然后从主菜单中选择 Place 命令。该元件将附着在设计空间中的光标上，但暂时不要放置元件。
  
  您可以使用 Component 面板中的 Search 字段快速查找所需的元件。
2. 当运算放大器附着在光标上时，按 Tab 键打开 Properties 面板，以便在将元件放置到原理图之前编辑其属性。
3. 在 Properties 面板的 General 区域中，将 Designator 更改为 U1。
4. 单击设计空间中的暂停按钮 ()，返回元件放置状态。
5. 在设计空间中单击，放置一个运算放大器实例。
6. 您将继续处于元件放置模式，以便放置更多元件实例。由于此电路只需要一个运算放大器元件实例，因此右键单击以退出元件放置模式。
放置电阻：
1. 在 Components 面板中找到 Resistor 元件，右键单击其条目，然后从主菜单中选择 Place 命令。
2. 当电阻附着在光标上时，按 Tab 键。
3. 在打开的 Properties 面板中，按如下方式更改元件属性：
  - 在 General 区域中，将 Designator 更改为 R1。
  - 在 Parameters 区域中，将 Value 参数的 Value 更改为 100K。
4. 单击设计空间中的暂停按钮 ()，返回元件放置状态。
5. 在设计空间中单击，放置一个电阻实例。
6. 移动光标并在设计空间中单击，放置另一个阻值相同的电阻实例。新实例的位号将自动递增 (R2)。
7. 右键单击以退出元件放置模式。
放置电容：
1. 在 Components 面板中找到 Capacitor 元件，右键单击其条目，然后从主菜单中选择 Place 命令。
2. 当电容附着在光标上时，按 Tab 键。
3. 在打开的 Properties 面板中，按如下方式更改元件属性：
  - 在 General 区域中，将 Designator 更改为 C1。
  - 在 Parameters 区域中，将 Value 参数的 Value 更改为 112p。
4. 单击设计空间中的暂停按钮 ()，返回元件放置状态。
5. 在设计空间中单击，放置一个电容实例。
6. 当电容仍附着在光标上、准备放置另一个电容实例时，按 Tab 键。
7. 在 Properties 面板的 Parameters 区域中，将 Value 参数的 Value 更改为 56p。
8. 单击设计空间中的暂停按钮 ()，返回元件放置状态。
9. 按 Spacebar 以 90° 为步进旋转元件，直到其方向正确。
10. 移动光标并在设计空间中单击，放置另一个电容实例。新实例的位号将自动递增 (C2)。
11. 右键单击以退出元件放置模式。

添加电压源

仿真时需要使用电压源为电路供电。

放置 VDD 电压源：
1. 从主菜单中选择 Simulate » Place Sources » Voltage Source 命令。
2. 当电压源附着在光标上时，按 Tab 键。
3. 在打开的 Properties 面板中，按如下方式更改电压源属性：
  - 在 General 区域中，将 Designator 更改为 VDD，并选择 DC Source 作为电压源的 Stimulus Type。
  - 在 Parameters 区域中，按如下方式更改参数值：
    
    DC Magnitude = 5
    AC Magnitude = 0
    AC Phase = 0
4. 单击设计空间中的暂停按钮 ()，返回电压源放置状态。
5. 在设计空间中单击，放置一个电压源实例。
放置 VSS 电压源：
1. 当电压源仍附着在光标上、准备放置另一个电压源实例时，按 Tab 键。
2. 在打开的 Properties 面板中，按如下方式更改电压源属性：
  - 在 General 区域中，将 Designator 更改为 VSS，并选择 DC Source 作为电压源的 Stimulus Type。
  - 在 Parameters 区域中，按如下方式更改参数值：
    
    DC Magnitude = -5
    AC Magnitude = 0
    AC Phase = 0
3. 单击设计空间中的暂停按钮 ()，返回电压源放置状态。
4. 移动光标并在设计空间中单击，放置另一个电压源实例。
放置正弦电压源：
1. 当电压源仍附着在光标上、准备放置另一个电压源实例时，按 Tab 键。
2. 在打开的 Properties 面板中，按如下方式更改电压源属性：
  - 在 Properties 面板的 General 区域中，将 Designator 更改为 VIN，并选择 Sinusoidal 作为电压源的 Stimulus Type。
  - 在 Properties 面板的 Parameters 区域中，按如下方式更改参数值：
    
    DC Magnitude = 0
    AC Magnitude = 1
    AC Phase = 0
    Offset = 0
    Amplitude = 5
    Frequency = 50K
    Delay = 0
    Dampling Factor = 0
    Phase = 0
3. 单击设计空间中的暂停按钮 ()，返回电压源放置模式。
4. 移动光标并在设计空间中单击，以放置另一个电压源实例。
5. 右键单击以退出元件放置模式。

连接电路

连线是为电路中的各个元件建立连接的过程。本节将按照下图连接电路。

从主菜单中选择 Place » Wire 命令。
将光标移至运算放大器的“+”引脚热点上，光标位置将出现红色连接标记（红色十字）。这表示光标位于元件的有效电气连接点上。
单击以确定导线的起点。
将光标移至 R2 最近的引脚热点上，直到光标变为红色连接标记。
单击以将导线连接到引脚。光标将脱离该导线。
按照下方视频所示，完成电路其余部分的连线。
完成所有导线的放置后，右键单击以退出放置模式。

在设计空间中单击，确定一系列用于定义导线形状的顶点。
如果导线的拐角方向不正确，请按 Spacebar 切换拐角方向。

添加电源端口

放置 GND 电源端口：
1. 从主菜单中选择 Place » Power Port 命令。
2. 当电源端口悬浮在光标上时，按 Tab 键。
3. 在 Properties 面板的 Properties 区域中，设置 Name = GND 和 Style = Power Ground。
4. 单击设计空间中的暂停按钮 ()，返回电源端口放置模式。
5. 如下图所示，放置三个电源端口，分别放置在各电压源元件的“-”引脚上。
  
  如有需要，可按 Spacebar 旋转悬浮的电源端口。
放置 VDD 电源端口：
1. 当电源端口悬浮在光标上时，按 Tab 键，并在 Properties 面板中设置 Name = VDD 和 Style = Bar。
2. 单击设计空间中的暂停按钮 ()，返回电源端口放置模式。
3. 如下图所示，放置两个电源端口。
放置 VSS 电源端口：
1. 当电源端口悬浮在光标上时，按 Tab 键，并在 Properties 面板中设置 Name = VSS 和 Style = Bar。
2. 单击设计空间中的暂停按钮 ()，返回电源端口放置模式。
3. 如下图所示，放置三个电源端口。
4. 右键单击以退出放置模式。

添加网络标签

为输入网络放置网络标签：
1. 从主菜单中选择 Place » Net Label 命令。
2. 当电源端口悬浮在光标上时，按 Tab 键，并设置 Net Name = IN。
3. 单击设计空间中的暂停按钮 ()，返回网络标签放置模式。
4. 单击以将网络标签放置在 VIN 和 R1 之间的导线上。请注意，网络标签的左下角是其热点，此点必须接触导线。
为输出网络放置网络标签：
1. 当电源端口悬浮在光标上时，按 Tab 键，并设置 Net Name = OUT。
2. 单击以将网络标签放置在从运算放大器输出引脚引出的导线上。
3. 右键单击以退出放置模式。
在 Projects 面板中右键单击原理图文档条目，然后从右键菜单中选择 Save，以保存该文档。

准备项目以进行仿真

Altium Designer 允许您直接从原理图运行电路仿真。仿真通过 Simulation Dashboard 面板进行配置和控制。

单击设计空间右下角的 Panels 按钮，然后从出现的菜单中选择 Simulation Dashboard，以打开 Simulation Dashboard 面板。
展开面板的 Verification 可折叠区域，然后单击 Start Verification 按钮。该区域中的 Electrical Rule Check 和 Simulation Models 条目均应显示绿色对勾。
如果检测到任何违规情况，请查找并修复这些问题，然后继续。
展开面板的 Preparation 可折叠区域，确保添加到原理图中的全部三个电压源均显示在 Simulation Sources 列表中并已启用。

有关更多信息，请参阅验证并准备项目以进行仿真页面。

配置分析

设置瞬态分析

瞬态分析生成的输出类似于示波器通常显示的内容，它计算用户指定时间间隔内瞬态输出变量（电压、电流或功率）随时间的变化。

展开 Simulation Dashboard 面板的 Analysis Setup & Run 可折叠区域及其中的 Transient 区域。
确保已选中 Interval 选项 ()，并输入以下值：
- From = 0
- To = 60u
- Step = 100n
为输入信号添加一个新表达式。此表达式将以波形形式输出到仿真结果文档中：
1. 单击 Output Expressions 标题下的 Add 控件，添加一个用于输入新表达式的字段，该表达式将以波形形式输出到仿真结果文档中。
2. 单击所添加字段右侧的按钮，打开 Add Output Expression 对话框，在其中配置输出表达式。
3. 在 Add Output Expression 对话框中，从 Waveform 区域的下拉列表中选择 Node Voltages，然后单击下方列表中的 v(IN) 条目。v(IN) 表达式将添加到对话框的 Expression Y 字段中。
4. 在 Add Output Expression 对话框中单击 Create。该表达式将显示在 Simulation Dashboard 面板中。
为输出信号添加输出表达式：
1. 单击 Simulation Dashboard 面板中的 Add 控件，添加一个用于另一个输出表达式的字段，然后单击所添加字段右侧的按钮。
2. 在 Add Output Expression 对话框中，从 Waveform 区域的下拉列表中选择 Node Voltages，然后单击下方列表中的 v(OUT) 条目。
3. 在 Plot Number 下拉列表中选择 New Plot，以便在仿真结果文档的另一个绘图中绘制此表达式的波形。选择后，下拉列表将显示 2。
4. 在 Add Output Expression 对话框中单击 Create，将该表达式添加到 Simulation Dashboard 面板中。
至此，瞬态分析已配置完成。Simulation Dashboard 面板中的选项应如下图所示。

设置交流扫描分析

交流扫描分析生成的输出用于显示电路的频率响应，通过计算得到小信号交流输出变量随频率的变化关系。交流小信号分析所需的输出通常为传递函数，例如电压增益。

在 Simulation Dashboard 面板中，展开 Analysis Setup & Run 可折叠区域内的 AC Sweep 区域。
选择 Decade 作为扫描的 Type，并输入以下值：
- Start Frequency = 100m
- End Frequency = 1meg
- Points/Dec = 100
为输入信号的幅值（以分贝为单位）添加输出表达式：
1. 单击 Output Expressions 标题下的 Add 控件，添加一个用于新表达式的字段，然后单击所添加字段右侧的按钮。
2. 在 Add Output Expression 对话框中，从 Waveform 区域的下拉列表中选择 Node Voltages，然后单击下方列表中的 v(IN) 条目。
3. 在 Add Output Expression 对话框的 Complex Functions 下拉列表中选择 Magnitude (dB)，然后单击 Create。
为输出信号的幅值（以分贝为单位）添加输出表达式：
1. 单击 Output Expressions 标题下的 Add 控件，添加一个用于新表达式的字段，然后单击所添加字段右侧的按钮。
2. 在 Add Output Expression 对话框中，从 Waveform 区域的下拉列表中选择 Node Voltages，然后单击下方列表中的 v(OUT) 条目。
3. 在 Add Output Expression 对话框的 Complex Functions 下拉列表中选择 Magnitude (dB)，然后单击 Create。
为输入信号的相位（以度为单位）添加输出表达式：
1. 单击 Simulation Dashboard 面板中的 Add 控件，添加一个用于另一个输出表达式的字段，然后单击所添加字段右侧的按钮。
2. 在 Add Output Expression 对话框中，从 Waveform 区域的下拉列表中选择 Node Voltages，然后单击下方列表中的 v(IN) 条目。
3. 在 Add Output Expression 对话框的 Complex Functions 下拉列表中选择 Phase (Deg)。
4. 在 Plot Number 下拉列表中选择 New Plot，然后在 Add Output Expression 对话框中单击 Create。
为输出信号的相位（以度为单位）添加输出表达式：
1. 单击 Simulation Dashboard 面板中的 Add 控件，添加一个用于另一个输出表达式的字段，然后单击所添加字段右侧的按钮。
2. 在 Add Output Expression 对话框中，从 Waveform 区域的下拉列表中选择 Node Voltages，然后单击下方列表中的 v(OUT) 条目。
3. 在 Add Output Expression 对话框的 Complex Functions 下拉列表中选择 Phase (Deg)。
至此，交流扫描分析已配置完成。Simulation Dashboard 面板中的选项应如下图所示。
仿真配置文件 (project_sim_config.simcfg) 将显示在 Projects 面板中项目结构的 Settings\Simulation Documents 文件夹下。在 Projects 面板中右键单击该文档条目，然后从右键菜单中选择 Save As 命令以保存文档。

此时将打开 Save As 对话框，准备将文档保存到硬盘上的项目文件夹中。单击 Save ，以默认名称将文档保存到此默认位置。
在 Projects 面板中右键单击项目文件条目，然后从右键菜单中选择 Save 命令以保存项目文件。

有关更多信息，请参阅配置和运行仿真页面。

运行分析并查看结果

单击 Simulation Dashboard 面板中 Transient 区域标题右侧的 Run 按钮，执行瞬态分析。
仿真成功后，Messages 面板将报告仿真已成功完成。此时可以关闭该面板。
名为 Filter.sdf 的新仿真结果文档将自动在 SimData 编辑器中以文档选项卡的形式打开。其中包含一个 Transient Analysis 图表（由文档底部的选项卡标识），该图表包含两个绘图，每个绘图各包含一条波形，分别为 v(IN) 和 v(OUT)。
单击设计空间顶部的原理图文档选项卡，切换到该文档。
单击 Simulation Dashboard 面板中 交流扫描 区域标题右侧的 Run 按钮，执行交流扫描分析。
关闭 Messages 面板。
包含一个 AC Analysis 图表的仿真结果文档将打开。该图表包含两个绘图区，每个绘图区中有两条波形。
使用测量游标确定 3dB 点：
1. 右键单击 dB(v(OUT)) 波形并选择 Cursor A。
2. 拖动标记，将游标 A 放置在低通区域中（具体位置并不重要，只要位于低通区域内即可）。
3. 再次右键单击 dB(v(OUT)) 波形并选择 Cursor B。
4. 使用 Sim Data 面板辅助定位游标（如果该面板未显示，请单击设计空间右下角的 Panels 按钮，然后从弹出的菜单中选择 Sim Data 以显示该面板）。
5. 观察 Sim Data 面板的 Measurement Cursors 区域中的 B-A Measurement 值，同时单击并拖动游标 B，使 Y（增益）值为 -3。
6. 可以看到， Wave Name B 的 X 值约为 20k，表明该滤波电路的 3dB 点为 20kHz。
7. 要清除游标，请右键单击每个游标标记并选择 Cursor Off。
8. 要清除文档中的筛选，请单击设计空间右下角的 Clear 按钮。
仿真结果文档（Filter.sdf）将显示在 Projects 面板中项目结构的 Generated\Simulation Documents 文件夹下。要保存该文档，请右键单击 Projects 面板中的相应条目，然后从右键菜单中选择 Save As 命令。

Save As 对话框将打开，准备将文档保存到硬盘上项目文件夹的 Simulation 子文件夹中。单击 Save ，以默认名称将文档保存到此默认位置。
单击设计空间顶部的原理图文档标签页，切换到该文档。
在 Simulation Dashboard 面板中，展开 Results 可折叠区域。该区域将列出已执行的仿真运行（本例中为 Transient Analysis 和 AC Analysis）。
要显示先前执行的瞬态分析结果，请单击 Transient Analysis 条目右侧的按钮，然后选择 Show Results。

仿真结果文档将打开，显示瞬态分析结果。
要保存已修改的项目文档和项目本身，请右键单击 Projects 面板中的相应条目，然后从右键菜单中选择 Save 命令。
如果您在已连接的工作区中创建了该项目，请右键单击 Projects 面板中的项目条目，从右键菜单中选择 Save to Server 命令，然后在打开的 Save to Server 对话框中单击 OK 。