книги / Моделирование аналоговых электронных схем

Подпункт Command File используется для вызова командного файла. По умолчанию используется файл с тем же именем, что и входной файл, но с расширением .CMD.

Log to File используется для создания файла протокола (имя тоже, что и у входного файла, но с расширением .LOG). Этот файл может ис­ пользоваться в качестве командного, если заменить расширение на .CMD.

Format используется для выбора формата, в котором будет созда­ ваться файл данных для программы PROBE (двоичный на ASCII файл) при использовании в задании на моделирование директивы .PROBE/CSDF;

Setup используется для задания типа дисплейного адаптера, имени порта к которому подключён принтер и тип принтера для программы PROBE, а также для сохранения этих данных в файле Probe.dev.

Подпункт главного меню Quit позволяет выйти из системы PSP1CE. Имеет два подпункта: Exit to Dos и Dos Command.

При выборе Exit to Dos, после нажатия на <Enter> переходим в сис­ тему Dos, на экране высвечиваются перечень файлов системы PSPICE. Нажав <Esc>, выходим из системы PSP1CE.

Подпункт Dos Command используется для выполнения команд опе­ рационной системы без выхода из управляющей оболочки Shell. Если вме­ сто команды Dos нажать <Enter>, то вызывается приглашение операцион­ ной системы Dos. Выход из этого режима выполняется набором команды Exit.

1.3. Создание нового файла с заданием на моделирование.

Заданию на моделирование новой схемы присваивается свое ориги­ нальное имя, например, Diod, Filtr, Kwartz и т.д. Входному файлу с этим заданием присваивается имя задания с расширением .cir (diod.cir, filtr.cir, kwartzxir). Пусть система моделирования PSPICE помещена в директорию ,с именем PSP1CE на диске С в главном каталоге.

1.Перемещаясь по каталогу с помощью клавиш <Т>, <А>,выделяе директорию с именем PSPICE. Нажав <Enter>, получаем каталог файлов, составляющих систему PSPICE.

2.Нажатием клавиш <Schft-F4> на экране образуется диалоговое о но с заголовком <Редактор> и снова надпись <Исправить файл>.

3.Ниже в свободную полосу с мигающим курсором вписывается им файла с расширением .cir.

4.После нажатия <Enter>,появляется на экране окно свободное о информации, куда и следует записать текст задания на входном языке сис­ темы PSPICE.

5.По окончании набора текста, нажав <Enter>, имеем на экране ди логовое окно с заголовком <Редактор> <Внесены изменения> <Сохранить> <Не сохранять> <Продолжить работу>.

6.Перемещаясь по списку <<-> или <->>, выбирается желаемый р жим. При выборе <Сохраннть> и нажатии клавиши <Enter> осуществляет­

ся возврат в каталог системы PSP1CE.

Таким образом среди существующих в системе файлов появляется

новый файл с расширением *.cir.

1.4. Загрузка файла.

Перед выполнением анализа вновь созданный файл или файл, соз­ данный ранее и входящий в состав системы PSP1CE, требуется загрузить. Предусматривается следующая последовательность действий при загрузке файла:

1.При выделении файла PS.EXE клавишей <Enter> на экран монит ра вызывается главное меню с выделенным режимом FILES.

2.Клавишей <Enter> вызывается перечень подпунктов режим FILES, где выделен подсказкой подпункт <Current F1LE> (текущий файл).

3.При нажатии < Enter > появляется диалоговая панель с заголовко <Define input F1LE> (определить входной файл) и далее <Current File Naroe> (имя файла), после чего выделяется диалоговая полоса с мигающим курсором. Дальнейшие действия могут иметь один из ниже следующих ва­ риантов:

а) Если имя файла известно точно, то в диалоговой полосе записыв ется имя файла с расширением .cir и нажимается <Enter>. В результате файл загружается, о чем свидетельствует подтверждение Loaded в правом нижнем углу окна. Можно выполнять анализ.

б) Если есть сомнение в точности записи имени файла, то нажимает F4 и на экране появляется перечень всех файлов с расширением .cir. Пере-

"мешаясь вдоль списка (<î>, <1>), выделяется нужный файл и нажатием <Enter> производится его загрузка. Получив сообщение Loaded можно пе­ реходить к пункту главного меню <Analysis>.

1.5. Редактирование ошибок.

При наличии во входном задании ошибок пункт <AnaJysis> будет недоступен для работы (имеет слабый фон подсветки). При этом в нижней части экрана (окна) будет записано: слева - имя входного файла, а справа - сообщение ERROR.

Переходя в режим ERROR пункта главного меню <Current>, можно прочитать номера строк задания, в которых допущены ошибки и их клас­ сификацию. Переход в данный режим можно осуществлять клавишей F6 (действие этой клавиши было описано в разделе 1.1. настоящего описа­ ния).

Для исправления ошибок следует перейти в режим FILES подпункт <Edit> и нажать <Enter>, в результате чего появится текст задания. Подво­ дя курсор к месту ошибки в тексте, производится корректировка и исправ­ ление ошибок. Для завершения работы нажать клавишу <ESO . При этом на экране появится диалоговая панель:

<Save or Discarded edits>

(Сохранить или уничтожить отредактированное)

Если сохранить, то нажимается <S>, в противном случае <D>, а за­ тем <Enter>. Отсутствие ошибок в задании подтверждается сообщением на экране <LOADED>, что также свидетельствует о загрузке файла. Можно переходить к анализу (пункт меню <Analysis>).

1.6. Выполнение анализа.

Перед выполнением анализа входной файл с именем задания и рас­ ширением *.cir следует загрузить в систему согласно пунктам 1.4. и 1.5. настоящего описания.

После загрузки файла с заданием на моделирование переходим к ункту главного меню <Analysis> и нажимаем <Enter>, в результате чего

Пыделяется подпункт <Run PSPICE>.

После нажатия <Enter> выполняются те виды анализа, которые были указаны в задании на моделирование. В левом углу экрана появится сооб­ щение <Loading PSPICE>, что свидетельствует о процессе загрузки систе­ мы, по окончании которого появится окно, где отобразится процесс анали­ за.

По завершении анализа формируются два файла, каждый с именем входного файла. Выходной файл с расширением .out и файл с результата­ ми расчета с расширением .dat.

Выходной файл можно просмотреть, если обратиться в пункт меню <F1LES>, подпункт <Browse Output> и нажать <Enter>.

Результаты анализа отображаются графически на экране монитора, если в задании предусмотрено подключение программы Probe. Подключе­ ние произойдет автоматически, если перед выполнением анализа перейти к пункту меню <PROBE> и выбрать подпункт <Auto-nm>. Если это не сде­ лано, то после окончания анализа следует перейти к пункту <PROBE> и вызвать <Run Probe>. После нажатия <Enter> появится главное диалоговое окно программы PROBE.

1.7.3авершение работы с системой.

После завершения анализа н вывода результатов на дисплей и/или принтер, следует перейти к пункту главного меню <QUIT>, нажать клави­ шу <Enter>. Выбрать подпункт <Exit to DOS> и вновь нажать <Enter>. На экране появится сообщение:

File <имя файла> has been modified Save or Discarded chages?

Вответ на вопрос необходимо ввести <S>, если требуется сохранить,

и<D> в противном случае. Нажав <Enter>, получаем на экране подтвер­ ждение, что файл с именем задания модифицирован и указано с каким именем (т.е. прежнее название файла с расширение .cir).

Модифицированному заданию можно присвоить' новое имя, набрав его в диалоговой полосе. После нажатия <Enter> на экране появится сооб­ щение о создании четырех новых файлов с новым именем задания и рас­ ширением *.cir, *.cfg, *.dat, *.out.

Если модифицированному заданию присвоить изначально выбран­ ное имя, то оно сохранится без создания новых файлов (при создании но­ вых файлов, файлы с первоначальным именем тоже сохраняются).

Далее, нажав любую клавишу переходим в каталог системы PSPICE.

2.Формирование задания на моделирование схемы.

2.1. Структура задания на моделирование.

Задание на моделирование начинается с обязательной первой строки, где записывается имя задания (символами латинского алфавита). Заканчи­ вается задание последней строкой .END. После первой строки задания следуют промежуточные строки описания элементов, компонентов, поря­ док ввода которых значения не имеет.

Под элементами понимаются двухполюсные элементы схемырезисторы, ёмкостные и индуктивные элементы, независимые источники ЭДС и тока.

Под компонентами понимаются многополюсные элементы схемы, такие как транзисторы, операционные усилители и т.п. В каждой строке описывается только один элемент или компонент схемы.

Далее идёт описание макромоделей, затем описание библиотек. По­ сле этого следуют строки описания видов анализа. Каждый вид анализа должен быть записан в одной строке. Последними идут строки с указанием способа отображения результатов расчёта.

Таким образом задание имеет следующую структуру : Имя задания Описание элементов Описание компонентов

♦Описание макромоделей ♦Описание библиотек Описание моделей Описание видов анализа

Описание способа отображения результатов расчёта

.END

♦ - 1) Описание макромоделей и библиотек отсутствуют, если они не используются в задании. 2) Число строк описания элементов, компонентов и макромоделей определяется их числом в схеме.

2.2. Способы записи чисел в системе PSPICE.

В системе PSPICE числа могут быть целыми от 0 до 9990. Использу­ ется описание десятичных чисел с плавающей запятой. Например, 100 в виде 1.Е2,0.000001 в виде 1.Е-6.

Размерность всех величин приняты в основных единицах системы СИ. После указания числа названия размерности могут не указываться. Например, сопротивление резистора 100 Ом записывается в виде числа

100.

Для указания дробных и кратных величин используется масштаби­ рование чисел с помощью следующих суффиксов :

Например, ёмкость конденсатора 1 мкФ можно записать 1UF; запись 1К соответствует числу 1000. Числовые значения параметров элементов могут быть как положительными, Так и отрицательными величинами. Ну­ левые значения параметров компонентов не допускаются.

2.3. Описание имён элементов и компонентов.

Строки описания элементов и компонентов начинаются с имени. Имя может содержать до 8 алфавитно-цифровых символов. Идентифика­ ция производится только по первому символу.

Для элементов первым символом имени будет : R-резистор

С- ёмкостной элемент L- индуктивный элемент

V-независимый источник напряжения 1-независимый источник тока

Например, RI, RLOAD, VGEN и т.п.

Для компонентов первым символом имени будет : Q-биполярный транзистор

D-диод

В-арсенид-галлиевый полевой транзистор ( GaAsFEt ) М-МОП-транзисторы ( MOSFET )

J-полевой транзистор с управляющим р-n переходом (1FET) Е-ИНУН

F-ИТУТ G-ИТУН Н-ИНУТ

К.— взаимная индуктивность или магнитный сердеч­

ник трансформатора

S — ключ, управляющий напряжением

W— ключ, управляющий током Т — линия задержки

X— макромодель

2.4.Описание параметров элементов и компонентов.

После описания имени элемента через пробел указываются узлы подключения. Наличие узла с номером 0 обязательно.

Для элементов R, L, С, К, I сначала указывается узел с большим по­ тенциалом, затем с меньшим :

-для источника тока (I) сначала указывается узел (исток), а затем узел (сток);

-для диодов (D) сначала узел анода, затем катода;

-для биполярных транзисторов (Q) узлы обозначаются в порядке

— коллектор, база, эмиттер;

-для МОП-траязисторов и полевых (М, J) указываются узлы створ-затвор-исток;

-для линии задержки (Т) сначала — два входных узла (А+и А-), затем выходные узлы (В+ и В-);

-для ключей (W) сначала указывается узел, имеющий больший потенциал в разомкнутом состоянии;

-для макромоделей (X) указываются узлы подключения в задан­ ном для каждой макромодели порядке (по директиве .subckt);

После перечисления узлов» указываются параметры элементов, на­ пример :

RI 1 2100

R2 2 3 5K С1 2 3 10U VI 3 4 10V V24 5 100

Особенности описания параметров для переменных источников ЭДС и тока, а также для строк с описанием компонентов схемы будут рассмот­ рены в разделе 3.

2.5. Описание видов анализа и установок.

Использование системы PSPICE позволяет выполнить следующие виды анализа и установок.

2.5.1. Расчёт схемы по постоянному току.

гДля выполнения этого вида анализа не требуется вводить специаль­

ную директиву. В случае транзисторных схем этот вид анализа выполняет­ ся прежде всех других видов анализа. В результате работы программы по­ лучена краткая информация в виде карты узловых потенциалов Ъо постен; янному току.

Полная информация по данному режиму, включая список парамет­ ров линеаризованной схемы в режиме малого сигнала, получается при на­ личии директивы .ОР.

2.5.2. Многовариантный анализ схемы по постоянному току.

Для выполнения анализа используется директива .DC. Этот вид ана­ лиза предусматривает многократный расчёт схемы по постоянному току при определённых значениях напряжения источника ЭДС. Например, если источник ЭДС с именем VI может создавать сигнал от 1В до 10В, то ана­ лиз схемы выполняется при значениях UH=1B, Ul=UH+3, U2=Ul+3, U3=U2+3, где h=3 — шаг изменения напряжения источника. Директива в этом случае имеет вид: .DC VI 1 10 3.

Кроме вариации параметров независимых источников, могут ме­ няться параметры модели.

В этом случае указывается тип компонента, имя модели и в круглых скобках имя варьируемого параметра. После этого указывается его на­ чальное, конечное значения и шаг вариации.

Многовариантный анализ можно выполнять не только при вариации внутренних параметров элементов или компонентов схемы, но и при изме­ нении внешних параметров, например, температуры. Директива в этом случае имеет вид :

.DC TEMP LIST-20 0+20.

Здесь оператором LIST задаётся список варьируемых значений тем­ пературы.

Если после директивы .DC указать DEC или ОСТ, то будет принят логарифмический масштаб декадами или октавами.

2.5.3. Расчёт частотных характеристик.

Выполняется по директиве :

.АС [ LIN] [ ОСТ] [ DEC] < n > < fHA4.> < &онеч.>

При задании этого вида анализа производится расчёт схемы при си­ нусоидальном законе изменения сигнала источника и изменении частоты в

диапазоне от 1*нач- до fkonEH-

Параметр [ LIN ] означает линейный закон изменения частоты по диапазону, п - число частот.

При использовании параметров [ ОСТ ] или [ DEC ] принимается ло­ гарифмический закон изменения частоты октавами ( 8ЛК ) или декадами ( НТК ), где к = 1,...,п.

Для транзисторных схем расчёт частотных характеристик выполня­ ется после расчёта схемы по постоянному току и линеаризации нелиней­ ных параметров схемы. Это делается автоматически. Например, для зада­ ния режима расчёта частотных характеристик в диапазоне частот от 1 кГц до 1 мГц при линейном характере изменения частоты и числе точек п=20, директива имеет вид :

Л С LIN 20 1K1MEG.

2.5.4. Расчёт переходных процессов.

Выполняется по директиве :

.TRAN [ / OP ] <шаг вывода данных> <конечное время> [<начальное время вывода данных> [ максимальный шаг вычислений>]] [ ШС ].

Переходные процессы рассчитываются на интервале 0 £ t £ tK, где t*- заданное конечное время процесса.

Так, при задании директивы :

.TRAN 100nS lUS,

расчёт переходного процесса производится на интервале 0 £ t< 1,0E *6, шаг выдачи результатов расчёта равен 100nS.

Если задать начальное время вывода данных, то результаты расчёта будут выводиться, начиная с этого момента.

Для .TRAN 10nS lUS 500nS результаты будут выводиться с момента t=500 nS.

Если задать максимальный шаг вычислений, то изменяющийся авто­ матически шаг интегрирования не будет превышать этого значения. Если этот параметр не задаётся, то максимальный шаг hMAX не превышает tH/50. Для директивы

.TRAN lmS lOOmS OmS O.lroS,

максимальный шаг интегрирования не будет превышать 0.1mS.

Если в конце директивы .TRAN указать параметр UIC, то расчёт ста­ тического режима работы схемы не производится. В этом случае началь­ ные значения токов, протекающих через индуктивные элементы, и напря­ жений на ёмкостных элементах задаются в описаниях индуктивных и ём­ костных элементов ( раздел 2.4 ).

Например,

С1 2 3 5PF IC = IV

L2 3 4 10МН 1C =0.1

Начальные значения узловых потенциалов указываются по директи­ ве .1C.

При указании суффикса /ОР на печать выводится полная^информа­ ция о статическом режиме работы, например: .TRAN /ОР lmS lOmS UIC.

2.5.6. Расчёт малосигнальных чувствительностей.

Директива имеет вид :

.SENS < выходная переменная >.

Директива выполняется после линеаризации нелинейных параметров схемы и позволяет вычислять частные производные ^выходная перемен­ ная >/дХугде X — параметры схемы и моделей, входящих в схему. В каче­ стве выходной переменной следует, как правило, принимать напряжение на элементах или узловые потенциалы. Если в качестве выходной пере* менной принять ток, то обязательным является его прохождение через ис* точник ЭДС. В качестве X производится перебор всех параметров. Напри* мер, .SENS V(l) V(2) 1(V GEN).

2.5.7. Расчёт малосигнальных передаточных функций.

Вычисляются частные производные вида :

д< выходная переменная >/д< входной источник >.

Вкачестве выходной переменной принимается, как правило, напря­ жение на элементах и узловые напряжения. Если выходной переменной принять ток, то обязательным является прохождение его через источник ЭДС.

Вкачестве входного параметра принимаются входные источники ЭДС или тока.

Вычисления выполняются после линеаризации параметров схемы. Кроме передаточных функций вычисляются входные и выходные сопро­ тивления. Директива имеет вид :

.TF < выходная переменная > < входной источник >.

Например, .TF V(l) VGEN. В этом примере вычисляется производ­ ная dV(l)/dVGEN.

Результаты расчёта выводятся непосредственно без дополнительных директив.

2.5.8. Установка приближённых значений узловых потенциалов.

Эта директива используется для выполнения более эффективного анализа статического режима работы транзисторных схем с целью обеспе­ чения сходимости процесса итераций и сокращения их числа.

Директива имеет вид :

.NODESET V < имя узла > = < значение >. Например, .NODESET V(l)=5 V(2>=4.5