Моделирование Методы моделирования Модели в моделировании Моделирование - Данные Моделирование в экономике Экономическое моделирование Моделирование в Ansys Моделирование в Matlab Моделирование - области применения Моделирование - системы Математическое моделирование Имитационное моделирование Моделирование - практика Софт для моделирование Mechanical Desktop Софт для моделирования Моделирование - софт Simulink IBM MSC Nastran AutoCAD Unigraphics P-cad |
|
Основу системы Design Center составляет программа PSpice, которая является наиболее известной модификацией программы схемотехнического моделирования SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis), разработанной в начале 70-х годов в Калифорнийском университете [35, 49, 55, 72, 79]. Она оказалась очень удачной, с тех пор интенсивно развивается и де-факто стала эталонной программой моделирования аналоговых устройств. Принятые в ней математические модели полупроводниковых приборов используются во многих аналогичных программах (например, Micro-Cap IV, ДИСП-ПК), а формат входного языка SPICE поддерживается большинством пакетов САПР (OrCAD 5, P-CAD 8.5, TangoPRO, Viewlogic, COMPASS, Mentor Graphics и др.). Первая версия программы PSpice для IBM PC создана в 1984 г. корпорацией MicroSim. Эта и последующие версии используют те же алгоритмы, что и SPICE, тот же формат представления входных и выходных данных.
Первая версия PSpice позволяла моделировать исключительно аналоговые устройства. Рассчитывалиcь переходные процессы при действии различных входных сигналов, их спектры, режимы по постоянному току, частотные характеристики, спектральные плотности внутренних шумов и другие характеристики нелинейных и линеаризованных аналоговых устройств. В 1989 г. выпущена версия PSpice 4.0, позволявшая моделировать и смешанные аналого-цифровые устройства. Уже в следующем году создана версия пятого поколения, обеспечившая не только текстовый, но и графический ввод принципиальных схем в среде Windows, и одновременно сменившая название – теперь программа PSpice входит в состав программной системы Design Center. Следующее поколение системы Design Center 6.0 (январь 1994 г.) характеризуется очень интересной возможностью расчета паразитных эффектов, присущих реальной печатной плате, и проведения моделирования с их учетом. В нее также включено средство проектирования программируемых логических матриц. Очередная версия Design Center 6.1 (август 1994 г.) пополнилась модулем параметрической оптимизации. В последней версии 6.2 (апрель–декабрь 1995 г.) реализована возможность разработки печатных плат, как в системах типа P-CAD.
В результате пользователи получили первую на IBM PC систему сквозного проектирования печатных плат. Ее лидирующая позиция укрепляется интеграцией с автотрассировщиком SPECCTRA фирмы Cooper&Chyan Technology.
Имеются версии системы Design Center для ПК IBM PC (процессоры 386, 486, Pentium, операционные системы Microsoft Windows 3.1, Windows 95, Windows NT 3.5, MS-DOS 5.0 и более поздние версии) и рабочих станций типа Sun и HP (операционные системы SunOS 4.12, Solaris 2.3, OpenWindows 3.0 и более поздние версии). Для платформ DOS и MS-Windows имеются лицензии для автономных пользователей (stand-alone) и работы в сети, для Sun и HP9000/700 – только сетевые.
Книга посвящена в основном работе с Design Center 6.2 на платформе Windows, функционирование в среде DOS изложено фрагментарно. Основное внимание уделено проблемам схемотехнического моделирования, в меньшей степени – разработке печатных плат. Материал по синтезу аналоговых фильтров и цифровых устройств здесь не рассматривается. В предлагаемой книге обращено внимание на принципиальные вопросы, возникающие при работе с Design Center, и исчерпывающим образом изложен необходимый справочный материал, который иллюстрируется большим количеством примеров и методических материалов. Знакомство с книгой позволит освоить систему Design Center гораздо быстрее, чем с помощью многотомной фирменной документации, к которой придется обращаться лишь за разъяснениями отдельных сложных случаев.
Данную книгу можно использовать при работе не только с версией 6.2 системы Design Center, но и с более ранними версиями. По мере возможности в тексте указывается, начиная с какой версии справедлива та или иная конструкция. Если таких указаний нет, то изменений после версии 4.0, которой посвящена книга [14], не производилось. Однако в связи с невозможностью указать абсолютно на все нововведения при диагностике ошибок следует обращаться к файлу readme.doc текущей версии Design Center, в котором перечислены ее новые возможности.
Рекомендуется следующая последовательность изучения системы Design Center, в дистрибутив которой включено большое количество примеров.
Сначала имеет смысл загрузить в схемный редактор один из них, например файл example.sch, содержащий схему дифференциального усилителя. После этого, руководствуясь разд. 1.2, провести моделирование, просмотреть его результаты и получить общее представление о системе. Далее рекомендуется прочесть гл. 3, чтобы изучить текстовую форму задания на моделирование для PSpice, составить задания для моделирования простейших примеров, оформляя их в виде текстовых файлов с расширением имени .cir и вызывая последовательно программы PSpice и Probe под управлением DOS или Windows (в зависимости от имеющегося варианта Design Center). Изучение текстового описания схем необходимо для того, чтобы в дальнейшем, освоив ввод схем в графическом виде, можно было диагностировать ошибки. Кроме того, знание текстового формата описания компонентов необходимо для составления и редактирования атрибутов их графических символов, создания новых символов. Техника графического ввода схем и выполнения моделирования с помощью управляющей оболочки под управлением Windows изложена в гл. 2. После этого необходимо изучить разд. 7.2, посвященный программе графического отображения результатов моделирования Probe. Остальные разделы книги прорабатываются по мере надобности. Перед освоением подсистемы проектирования печатных плат PCBoard (гл. 8) целесообразно ознакомиться с основными понятиями и методикой проектирования в системе P-CAD [19].
Материал книги основан на опыте, приобретенном в Московском энергетическом институте при проведении занятий со студентами и сотрудничестве с научно-исследовательскими институтами и предприятиями промышленности. При ее написании переработана и дополнена предыдущая книга [14], посвященная версии PSpice 4.0. Публикация обзорных статей по моделированию устройств электроники [15–17] показала, что интерес к этим проблемам в последнее время появился не только в учебных заведениях, но и на предприятиях промышленности. Автор благодарит всех своих коллег, студентов и читателей за полезные дискуссии.Наконец, особая благодарность моим близким за их долготерпение и поддержку при подготовке книги.
Автор благодарит АООТ “Родник Софт” – официального дилера корпорации MicroSim – за предоставленную возможность познакомиться с последними версиями системы Design Center и автотрассировщика печатных плат SPECCTRA.
Со всеми замечаниями по данной работе просим обращаться по адресу: 113556, Москва, Нахимовский просп., д. 1, корп. 1, АООТ “Родник Софт”; телефон: (095) 113-7001, факс: (095) 316-9754, E-mail: pode@rodnik.msk.su.
Аналого-цифровой интерфейс
Аналого-цифровые интерфейсы предназначены для преобразования аналогового напряжения в логический уровень. Они имитируют входные каскады цифровых ИС. Их схема замещения показана на рис. 6.3, а. Аналого-цифровые интерфейсы не обязательно включать в схему устройства вручную, так как программа PSpice автоматически расщепляет узел интерфейса и включает устройства интерфейса между аналоговым узлом и входным узлом цифрового устройства. Информация о логическом уровне сигнала на выходе интерфейса А/Ц может направляться двояко:– в модуль логического моделирования программы PSpice;
– в файл (позднее этот файл может быть просмотрен визуально или использован в качестве источника цифрового сигнала при логическом моделировании в следующем сеансе).
  Рис. 6.3. Аналого-цифровой (а) и цифро-аналоговый (б) интерфейсы |
При взаимодействии аналоговых и цифровых компонентов в процессе моделирования описание интерфейса А/Ц (digital output: analog-to-digital) имеет формат
Oxxx <+узел интерфейса> <–узел интерфейса> <имя модели А/Ц>
+ DGTLNET=<имя цифрового узла> <имя модели вход/выход>
При записи логических уровней в файл описание интерфейса А/Ц имеет формат
Oxxx <+узел интерфейса> <–узел интерфейса> <имя модели А/Ц>
+ [SIGNAME=<имя цифрового сигнала>]
Приведем примеры:
O12 ANALOG_NODE DIGITAL_GND DOUT_133
+ DGTLNET=DIG_NODE IO_STD
OVCO 17 0 TO_TTL SIGNAME=VCO_OUT; передача данных в файл
Модель аналого-цифрового интерфейса описывается предложением
.MODEL <имя модели А/Ц> DOUTPUT [<параметры модели>]
Параметры модели аналого-цифрового интерфейса приведны в табл. 6.1.
Таблица 6.1
| Идентификатор | Параметр | Значение по умолчанию | Единица измерения | ||||
| RLOAD | Сопротивление нагрузки | 1/GMIN | Ом | ||||
| CLOAD | Емкость нагрузки | 0 | Ф | ||||
| CHGONLY | Флаг преобразования: 0 – преобразование на каждом шаге по времени; 1 – преобразование при наличии изменения входного напряжения (только при записи в файл) | | |||||
| S0NAME | Имя логического состояния “0” | ||||||
| S0VLO | Нижний уровень напряжения логического “0” | В | |||||
| S0VHI | Верхний уровень напряжения логического “0” | В | |||||
| S1NAME | Имя логического состояния “1” | ||||||
| S1VLO | Нижний уровень напряжения логической “1” | В | |||||
| S1VHI | Верхний уровень напряжения логической “1” | В | |||||
| . . . . . | . . . . . . . . . . . | . . . . . | . . . | ||||
| S19NAME | Имя логического состояния “19” | ||||||
| S19VLO | Нижний уровень напряжения логического состояния “19” | В | |||||
| S19VHI | Верхний уровень напряжения логического состояния “19” | В | |||||
| SXNAME | Имя логического состояния, когда напряжение на узле интерфейса находится вне заданных границ | ? | |||||
| FILE | Имя файла цифрового сигнала (только при записи в файл) | | |||||
| FORMAT | Код формата входного файла цифровых сигналов (только при записи в файл) | 1 | |||||
| TIMESTEP | Интервал дискретизации по времени при с записи в файл | 10 | c | ||||
| TIMESCALE | Масштабный коэффициент при расчете интервала времени TIMESTEP (только при записи в файл) | 1 |
Каждому i- му логическому состоянию соответствует определенный диапазон напряжений
SiVL0...SiVHI. До тех пор пока входное напряжение интерфейса А/Ц Vвх
не выходит за его границы, логическое состояние на выходе интерфейса А/Ц не изменяется. В противном случае входное напряжение будет сравниваться с пороговыми уровнями, начиная с S0VLO, пока оно не попадет в какой-нибудь интервал. Если оно не попадает ни в один интервал напряжений, логическому состоянию интерфейса А/Ц по умолчанию присваивается символ “?” (его можно изменить с помощью параметра SXNAME).
При взаимодействии с модулем логического моделирования программы PSpice имена логических состояний должны быть “0”, “1”, “X”, “R”, “F” или “Z” (однако состояние “Z” обычно не используется, так как состояние высокого импеданса не определяет уровень напряжения).
Параметры TIMESCALE, FILE, CHGONLY
и FORMAT используются только при записи цифрового сигнала в файл. Параметр TIMESTEP
определяет точность установления момента времени изменения логического состояния. При расчете переходных процессов в аналоговых цепях время интегрирования не может превышать значение TIMESTEP. По умолчанию этот параметр принимает меньшее из значений 1 нс или 1/DIGFREQ (параметр DIGFREQ устанавливается по директиве .OPTIONS). Моменты времени, в которые записываются значения выборок сигнала, равны целым значениям величин
k = TIMESCALE·TIME/TIMESTEP,
где TIME – текущее время моделирования, k – номер отсчета. По умолчанию TIMESCALE=1. Для экономии машинного времени следует назначать значение параметра TIMESTEP, исходя из скорости изменения напряжения.
При записи дискретизированного сигнала в файл его имя указывается в опции
SIGNAME=<имя файла>
Если эта опция опущена, то в качестве имени файла будет принято имя интерфейса А/Ц Oxxx без первого символа O.
Логическое состояние интерфейса А/Ц можно просмотреть с помощью программы Probe, указывая в качестве имени переменной B(Oxxx), см.
комментарий к интерфейсу Ц/А.
Моделирование входной цепи реального цифрового компонента с помощью линейной RС-цепи, как показано на рис. 6.3, а, не всегда обеспечивает достаточную точность расчетов. Поэтому пользователь должен иметь в своем распоряжении несколько моделей входных цепей логических компонентов, оформляя их в виде макромоделей. В качестве примера на рис. 6.4 представлена нелинейная модель входной цепи логических элементов ТТЛ, к которой подключено стандартное устройство сопряжения типа Oxxx.
 Рис. 6.4. Нелинейная модель входной цепи цифрового компонента |
Библиотека AMB.SLB
| Имя, назначение | Символ | Атрибуты | |||
| ABM, число p (источник ЭДС) |  | REFDES=ABM? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 VALUE {@EXP1 ?EXP2|\n+ @EXP2| ?EXP3|\n + @EXP3| ?EXP4|\n + @EXP4|} EXP1=3.14159265 – константа EXP2= EXP3= EXP4= | |||
| ABM1, Делитель 1:10 (управляемый источник ЭДС) |  | REFDES=ABM1? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 VALUE {@EXP1 ?EXP2|\n+ @EXP2| ?EXP3|\n + @EXP3| ?EXP4|\n + @EXP4|} EXP1=(V(%IN)*100)/1000 EXP2= EXP3= EXP4= | |||
| ABM2, среднее двух напряжений (источник ЭДС) |  | REFDES=ABM2? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 VALUE {@EXP1 ?EXP2|\n+ @EXP2| ?EXP3|\n + @EXP3| ?EXP4|\n + @EXP4|} EXP1=(V(%IN1) EXP2=+V(%IN2))/2.0 EXP3= EXP4= | |||
| ABM3, среднее трех напряжений (источник ЭДС) |  | REFDES=ABM3? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 VALUE {@EXP1 ?EXP2|\n+ @EXP2| ?EXP3|\n + @EXP3| ?EXP4|\n + @EXP4|} EXP1=(V(%IN1) EXP2=+V(%IN2) EXP3=+V(%IN3))/3.0 EXP4= | |||
| ABM/I, число Ö2 (источник тока) |  | REFDES=ABMI? TEMPLATE=G^@REFDES %OUT 0 VALUE {@EXP1 ?EXP2|\n+ @EXP2| ?EXP3|\n + @EXP3| ?EXP4|\n + @EXP4|} EXP1=1.4142136 – константа EXP2= EXP3= EXP4= | |||
| ABM1/I, входное напряжение +100 В, деленное на 1000 (источник тока) |  | REFDES=ABM1I? TEMPLATE=G^@REFDES %OUT 0 VALUE {@EXP1 ?EXP2|\n+ @EXP2| ?EXP3|\n + @EXP3| ?EXP4|\n + @EXP4|} EXP1=(V(%IN)+100)/1000 EXP2= EXP3= EXP4= | |||
| ABM2/I, среднее двух напряжений (источник тока) |  | REFDES=ABM2I? TEMPLATE=G^@REFDES %OUT 0 VALUE {@EXP1 ?EXP2|\n+ @EXP2| ?EXP3|\n + @EXP3| ?EXP4|\n + @EXP4|} EXP1=(V(%IN1)+V(%IN2))/2.0 EXP2= EXP3= EXP4= | |||
| ABM3/I, среднее трех напряжений (источник тока) |  | REFDES=ABM3I? TEMPLATE=G^@REFDES %OUT 0 VALUE {@EXP1 ?EXP2|\n+ @EXP2| ?EXP3|\n + @EXP3| ?EXP4|\n + @EXP4|} EXP1=(V(%IN1) EXP2=+V(%IN2) EXP3=+V(%IN3))/3.0 EXP4= | |||
| ABS, абсолютная величина |  | REFDES=ABS? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 VALUE {ABS(V(%IN))} | |||
| ARCTAN, арктангенс (источник ЭДС) |  | REFDES=ARCTAN? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 VALUE {ATAN(V(%IN))} | |||
| ATAN, арктангенс (источник ЭДС) |  | REFDES=ATAN? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 VALUE {ATAN(V(%IN))} | |||
| BANDPASS, чебышевский полосовой фильтр |  | REFDES=BPASS? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 CHEBYSHEV {V(%IN)} BP (@F0 @F1 @F2 @F3) @RIPPLE @STOP F0=10Hz F1=100Hz F2=300Hz F3=1000Hz RIPPLE=1dB – затухание в полосе пропускания STOP=50dB – затухание в полосе задерживания | |||
| BANDREJ, чебышевский режекторный фильтр |  | REFDES=BPASS? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 CHEBYSHEV {V(%IN)} BR (@F0 @F1 @F2 @F3) @RIPPLE @STOP F0=10Hz F1=100Hz F2=300Hz F3=1000Hz RIPPLE=1dB – затухание в полосе пропускания STOP=50dB – затухание в полосе задерживания | |||
| CONST, источник постоянного напряжения |  | REFDES=CONST? TEMPLATE=V^@REFDES %OUT 0 DC @VALUE VALUE=1.000 – константа | |||
| COS, функция косинус |  | REFDES=COS? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 VALUE {COS(V(%IN))} | |||
| DIFF, вычитание напряжений |  | REFDES=DIFF? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 VALUE {V(%IN2,V(%IN1)} | |||
| DIFFER, дифференци-рующее уст-ройство |  | REFDES=DIFFER? TEMPLATE=C^@REFDES %IN $$U^@REFDES 1 \n V^@REFDES $$U^REFDES 0 0v\n E^@REFDES %OUT 0 VALUE {@GAIN*I(V^@REFDES)} GAIN=1.0 – коэффициент усиления | |||
| EXP, функция экс-понента |  | REFDES=EXP? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 VALUE {EXP(V(%IN))} | |||
| FTABLE, табличное задание передаточной функции в частотной области |  | REFDES=FTABLE? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 FREQ {V(%IN)} @ROW1 ?ROW2|\n+ @ROW2| ?ROW3\|n+ @ROW3| ?ROW4|\n+ @ROW4| ?ROW5|\n+ @ROW5| ROW1=0Hz 0 0 – частота, модуль (в дБ), фаза (в град.) ROW2=10Hz -3 -30 ROW3=20Hz -6 -90 ROW4=30Hz -10 -120 ROW5=40Hz -15 -150 | |||
| GAIN, усилитель |  | REFDES=GAIN? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 VALUE {@GAIN*V(%IN)} | |||
| GLIMIT, усилитель–жесткий ограничитель |  | REFDES=GLIMIT? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 TABLE {@GAIN*V(%IN)} (-1,@LO) (1,@HI) GAIN=1k – коэффициент усиления HI=10 – верхний уровень ограничения LO=0 – нижний уровень ограничения | |||
| HILO, усилитель–ограничитель с характеристи-кой тангенс гиперболический |  | REFDES=LIMIT? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 VALUE {@B+(@A*@TANH)} GAIN=1k – коэффициент усиления HI=10 – верхний уровень ограничения LO=0 – нижний уровень ограничения A=(((@HI)-(@LO))/2) B=(((@HI)+(@LO))/2) V=(@GAIN)*V(%IN)-@B) TANH=(EXP(@V)\n+ -EXP(-@V))\n+ /(EXP(@V)\n+ +EXP(-@V)) | |||
| HIPASS, фильтр верхних частот |  | REFDES=HIPASS? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 CHEBYSHEV {V(%IN)} HP (@FP @FS) @RIPPLE @STOP FP=100Hz FS=10Hz RIPPLE=1dB – затухание в полосе пропускания STOP=50dB – затухание в полосе задерживания | |||
| INTEG, интегратор (источник тока, пропорциональ-ный интегралу входного напряжения) |  | REFDES=INTEG? TEMPLATE=G^@REFDES 0 $$U^@REFDES VALUE {V(%IN)} \n C^@REFDES $$U^REFDES 0 {1/@GAIN} \n R^@REFDES $$U^@REFDES 0 1G\n E^@REFDES %OUT 0 VALUE {V($$U^@REFDES)} ?IC#\n.IC V($$U^@REFDES)=@IC# IC=0v – начальное значение интеграла GAIN=1.0 – коэффициент усиления | |||
| LAPLACE, преобразование Лапласа |  | REFDES=LAPLACE? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 LAPLACE {V(%IN)} {(@NUM)/(@DENOM)} NUM=1 (числитель) DENOM=1+s (знаменатель) | |||
| LIMIT, ограничитель |  | REFDES=LIMIT? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 VALUE {LIMIT(V(%IN), @LO,@HI)} HI=10 – верхний уровень ограничения LO=0 – нижний уровень ограничения | |||
| LOG, натуральный логарифм |  | REFDES=LOG? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 VALUE {LOG(V(%IN))} | |||
| LOG10, десятичный логарифм |  | REFDES=LOG10? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 VALUE {LOG10(V(%IN))} | |||
| LOPASS, фильтр нижних частот |  | REFDES=LOPASS? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 CHEBYSHEV {V(%IN)} LP (@FP @FS) @RIPPLE @STOP FS=100Hz FP=10Hz RIPPLE=1dB – затухание в полосе пропускания STOP=50dB – затухание в полосе задерживания | |||
| MULT, перемножи-тель |  | REFDES=MULT? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 VALUE {V(%IN1)*V(%IN2)}} | |||
| PWR, степенная функция |  | REFDES=PWR? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 VALUE {PWR(V(%IN),@EXP)} EXP=1.0 – показатель степени | |||
| PWRS, степенная функция |  | REFDES=PWRS? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 VALUE {PWR(V(%IN),@EXP)} EXP=1.0 – показатель степени | |||
| SIN, функция синус |  | REFDES=SIN? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 VALUE {SIN(V(%IN))} | |||
| SOFTLIM, мягкий усилитель-ограничитель (с характеристи-кой тангенс гиперболический) |  | REFDES=SLIMIT? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 VALUE {@B+(@A*@TANH)} GAIN=1k – коэффициент усиления HI=10 – верхний уровень ограничения LO=0 – нижний уровень ограничения A=(((@HI)-(@LO))/2) B=(((@HI)+(@LO))/2) V=(@GAIN)*V(%IN)-@B) TANH=(EXP(@V)\n+ -EXP(-@V))\n+ /(EXP(@V)\n+ +EXP(-@V)) | |||
| SQRT, корень квадратный |  | REFDES=SQRT? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 VALUE {SQRT(V(%IN))} | |||
| SUM, суммирование напряжений |  | REFDES=SUM? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 VALUE {V(%IN1)+V(%IN2)} | |||
| TABLE, табличное задание передаточной функции |  | REFDES=TABLE? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 TABLE {V(%IN)} @ROW1 ?ROW2|\n+ @ROW2| ?ROW3\|n+ @ROW3| ?ROW4|\n+ @ROW4| ?ROW5|\n+ @ROW5| ROW1=0v 0v – аргумент, функция ROW2=1v 1v ROW3=2v 4v ROW4=3v 9v ROW5=4v 16v | |||
| TAN, функция тангенс |  | REFDES=TAN? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT 0 VALUE {TAN(V(%IN))} | |||
| EFREQ, табличное задание комплексного коэффициента передачи |  | REFDES=E? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT+ %OUT- FREQ {EXPR} (@TABLE) EXPR=V(%IN+,%IN-) – выражение для входной переменной TABLE=(0,0,0) (1Meg,-10,90) – таблица передаточной функции (частота; модуль, в дБ; фаза, в град.) | |||
| ELAPLACE, задание коэффициента передачи преобразо-ванием Лапласа |  | REFDES=E? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT+ %OUT- LAPLACE {EXPR} (@XFORM) EXPR=V(%IN+,%IN-) – выражение для входной переменной XFORM=1/s – передаточная функция | |||
| EMULT, перемножитель напряжений |  | REFDES=E? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT+ %OUT- VALUE {V(%IN1+,%IN1-)* V(IN2+,%IN2-)} | |||
| ESUM, сумматор напряжений |  | REFDES=E? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT+ %OUT- VALUE {V(%IN1+,%IN1-) +V(IN2+,%IN2-)} | |||
| ETABLE, табличное задание передаточной функции |  | REFDES=E? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT+ %OUT- TABLE EXPR} (@TABLE) EXPR=V(%IN+,%IN-) – выражение для входной переменной TABLE=(-15,-15) (15,15) – таблица передаточной функции | |||
| EVALUE, нелинейная передаточная функция |  | REFDES=E? TEMPLATE=E^@REFDES %OUT+ %OUT- VALUE {EXPR} EXPR=V(%IN+,%IN-) – выражение для передаточной функции | |||
| GFREQ, табличное задание комплексного коэффициента передачи источником тока |  | REFDES=G? TEMPLATE=G^@REFDES %OUT+ %OUT- FREQ {EXPR} (@TABLE) EXPR=V(%IN+,%IN-) – выражение для входной переменной TABLE=(0,0,0) (1Meg,-10,90) – таблица передаточной функции (частота; модуль, в дБ; фаза, в град.) | |||
| GLAPLACE, задание коэффициента передачи источника тока преобразо-ванием Лапласа |  | REFDES=G? TEMPLATE=G^@REFDES %OUT+ %OUT- LAPLACE {EXPR} (@XFORM) EXPR=V(%IN+,%IN-) – выражение для входной переменной XFORM=1/s – передаточная функция | |||
| GMULT, перемножитель напряжений (источник тока) |  | REFDES=G? TEMPLATE=G^@REFDES %OUT+ %OUT- VALUE {V(%IN1+,%IN1-) *V(IN2+,%IN2-)} | |||
| GSUM, сумматор напряжений (источник тока) |  | REFDES=G? TEMPLATE=G^@REFDES %OUT+ %OUT- VALUE V(%IN1+,%IN1-) +V(IN2+,%IN2-)} | |||
| GTABLE, табличное задание передаточной функции источника тока |  | REFDES=G? TEMPLATE=G^@REFDES %OUT+ %OUT- TABLE {EXPR} (@TABLE) EXPR=V(%IN+,%IN-) – выражение для входной переменной TABLE=(-15,-15) (15,15) – таблица передаточной функции | |||
| GVALUE, нелинейная передаточная функция источника тока |  | REFDES=G? TEMPLATE=G^@REFDES %OUT+ %OUT- VALUE {EXPR} EXPR=V(%IN+,%IN-) – выражение для передаточной функции |
Библиотека ANALOG.SLB
| Имя, назначение | Символ | Атрибуты | |||
| C, конденсатор |  | REFDES=С? TEMPLATE=С^@REFDES %1 %2 @VALUE ?IC/IC=@IC/ VALUE=1n – емкость конденсатора IC= – начальное напряжение на конденсаторе | |||
| C_var, переменный конденсатор |  | REFDES=С? TEMPLATE=С^@REFDES %1 %2 {@VALUE*@SET+0.001p} VALUE=1n – максимальная емкость SET=0.5 – масштабный коэффициент изменения емкости | |||
| E, ИНУН |  | REFDES=E? TEMPLATE=E^@REFDES %3 %4 %1 %2 @GAIN GAIN=1 – коэффициент усиления | |||
| E_POLY, нелинейный ИНУН (с нулевой постоянной составляющей) |  | REFDES=E? TEMPLATE=E^@REFDES %3 %4 POLY(@VALUE) %1 %2 0.0 @COEF VALUE=1 – порядок полинома COEF=1 – строка коэффициентов полинома | |||
| F, ИТУТ |  | REFDES=F? TEMPLATE=F^@REFDES %3 %4 %1 %2 @GAIN GAIN=1 – коэффициент усиления | |||
| F_POLY, нелинейный ИTУТ (с ну- левой постоянной составляющей) |  | REFDES=F? TEMPLATE=F^@REFDES %3 %4 POLY(@VALUE) %1 %2 0.0 @COEF VALUE=1 – порядок полинома COEF=1 – строка коэффициентов полинома | |||
| G, ИТУН |  | REFDES=G? TEMPLATE=G^@REFDES %3 %4 %1 %2 @GAIN GAIN=1 – коэффициент пропорциональности | |||
| G_POLY, нелинейный ИТУН (с нулевой постоянной составляющей) |  | REFDES=G? TEMPLATE=F^@REFDES %3 %4 POLY(@VALUE) %1 %2 0.0 @COEF VALUE=1 – порядок полинома COEF=1 – строка коэффициентов полинома | |||
| H, ИНУТ |  | REFDES=H? TEMPLATE=H^@REFDES %3 %4 %1 %2 @GAIN GAIN=1 – коэффициент пропорциональности | |||
| H_POLY, нелинейный ИНУТ (с ну- левой постоянной составляющей) |  | REFDES=H? TEMPLATE=H^@REFDES %3 %4 POLY(@VALUE) %1 %2 0.0 @COEF VALUE=1 – порядок полинома COEF=1 – строка коэффициентов полинома | |||
| L, индуктивность |  | REFDES=L? TEMPLATE=L^@REFDES %1 %2 @VALUE ?IC/IC=@IC/ VALUE=10uH – индуктивность IC= – начальный ток через индуктивность | |||
| R, резистор |  | REFDES=R? TEMPLATE=R^@REFDES %1 %2 @VALUE ?TC/TC=@TC/ VALUE=1k – сопротивление резистора TC= – температурный коэффициент резистора | |||
| R_var, переменное сопротивле-ние |  | REFDES=R? TEMPLATE=R^@REFDES %1 %2 {@VALUE*@SET+.001} VALUE=1k – максимальное сопротивление SET=0.5 – масштабный коэффициент изменения сопротивления | |||
| T, линия передачи без потерь |  | REFDES=T? TEMPLATE=T^@REFDES %A+ %A- %B+ %B- Z0=@Z0 ?TD=/TD=@TD/ ?F/F=@F/ ?NL/NL=@NL/ Z0= – волновое сопротивление линии (Ом) TD= – задержка сигнала в линии (с) F= – частота (Гц) NL= – электрическая длина линии на частоте F (по умолчанию NL=1/4) | |||
| TLOSSY, линия передачи с потерями |  | REFDES=T? TEMPLATE=T^@REFDES %A+ %A- %B+ %B- LEN=@LEN R=@R L=@L G=@G C=@C LEN=1– длина линии (м) R=1 – погонное сопротивление линии (Ом/м) L= 1– погонная индуктивность линии (Гн/м) G=1 – погонная проводимость линии (См/м) C=1 – погонная емкость линии (Ф/м) | |||
| XFRM_LI-NEAR, линейный трансформатор без потерь |  | REFDES=TX? TEMPLATE= K^@REFDES L1^@REFDES L2^@REFDES @COUPLING\n L1^@REFDES %1 %2 @L1_VALUE\n L2^@REFDES %3 %4 @L2_VALUE L1_VALUE= – индуктивность 1-й обмотки L2_VALUE= – индуктивность 2-й обмотки COUPLING= – коэффициент связи |
Библиотека BREAKOUT.SLB
| Имя, назначение | Символ | Атрибуты | |||
| Bbreak, арсенид-галлиевый полевой транзистор с каналом n-типа |  | REFDES=B? AREA= – количество параллельно включенных транзисторов MODEL=Bbreak – имя модели транзистора TEMPLATE=B^@REFDES %D %G %S @MODEL ?AREA/@AREA/ | |||
| Cbreak, конденсатор |  | REFDES=C? VALUE=1n – значение емкости IC= – начальное значение напряжения на конденсаторе MODEL=Cbreak – имя модели конденсатора TEMPLATE=C^@REFDES %1 %2 @MODEL @VALUE ?IC/IC=@IC/ | |||
| Dbreak, диод |  | REFDES=D? AREA= – количество параллельно включенных диодов MODEL=Dbreak – имя модели диода TEMPLATE=D^@REFDES %1 %2 @MODEL ?AREA/@AREA/ | |||
| Dbreak3, два диода с объединенными катодами |  | REFDES=D? AREA= MODEL=Dbreak3 – имя макромодели двух диодов TEMPLATE=X^@REFDES %1 %2 %3 @MODEL | |||
| DbreakCR, варистор |  | REFDES=D? AREA= MODEL=Dbreak – имя модели варистора TEMPLATE=D^@REFDES %1 %2 @MODEL ?AREA/@AREA/ | |||
| DbreakVV, варикап |  | REFDES=D? AREA= MODEL=Dbreak TEMPLATE=D^@REFDES %1 %2 @MODEL ?AREA/@AREA/ | |||
| DbreakZ, стабилитрон |  | REFDES=D? AREA= MODEL=Dbreak TEMPLATE=D^@REFDES %1 %2 @MODEL ?AREA/@AREA/ | |||
| JbreakN, полевой транзистор с каналом n-типа |  | REFDES=J? AREA= MODEL=JbreakN TEMPLATE=J^@REFDES %D %G %S @MODEL ?AREA/@AREA/ | |||
| JbreakP, полевой транзистор с каналом p-типа |  | REFDES=J? AREA= MODEL=JbreakP TEMPLATE=J^@REFDES %D %G %S @MODEL ?AREA/@AREA/ | |||
| Lbreak, индуктивность |  | REFDES=L? VALUE= – значение индуктивности IC= – начальное значение тока через индуктивность MODEL=Lbreak TEMPLATE=L^@REFDES %1 %2 @MODEL @VALUE ?IC/IC=@IC/ | |||
| MbreakN, МОП-транзистор с каналом n-типа |  | REFDES=M? L= W= AD= AS= PD= PS= NRD= NRS= NRG= NRB= M= MODEL=MbreakN TEMPLATE=M^@REFDES %D %G %S %B @MODEL\n+ ?L/L=@L/ ?W/W=@W/... ?M/M=@M/ | |||
| MbreakN3, МОП-транзистор с каналом n-типа (подложка соединена с истоком) |  | REFDES=M? L= W= AD= AS= PD= PS= NRD= NRS= NRG= NRB= M= MODEL=MbreakN TEMPLATE=M^@REFDES %D %G %S %S @MODEL\n+ ?L/L=@L/ ?W/W=@W/... ?M/M=@M/ | |||
| MbreakN4, МОП-транзистор с каналом n-типа |  | REFDES=M? L= W= AD= AS= PD= PS= NRD= NRS= NRG= NRB= M= MODEL=MbreakP TEMPLATE=M^@REFDES %D %G %S %B @MODEL\n+ ?L/L=@L/ ?W/W=@W/... ?M/M=@M/ | |||
| MbreakP, МОП-транзистор с каналом p-типа |  | REFDES=M? L= W= AD= AS= PD= PS= NRD= NRS= NRG= NRB= M= MODEL=MbreakP TEMPLATE=M^@REFDES %D %G %S %B @MODEL\n+ ?L/L=@L/ ?W/W=@W/... ?M/M=@M/ | |||
| MbreakP3, МОП-транзистор с каналом p-типа (подложка соединена с истоком) |  | REFDES=M? L= W= AD= AS= PD= PS= NRD= NRS= NRG= NRB= M= MODEL=MbreakP TEMPLATE=M^@REFDES %D %G %S %S @MODEL\n+ ?L/L=@L/ ?W/W=@W/... ?M/M=@M/ | |||
| MbreakP4, МОП-транзистор с каналом p-типа |  | REFDES=M? L= W= AD= AS= PD= PS= NRD= NRS= NRG= NRB= M= MODEL=MbreakP TEMPLATE=M^@REFDES %D %G %S %B @MODEL\n+ ?L/L=@L/ ?W/W=@W/... ?M/M=@M/ | |||
| POT, потенциометр |  | REFDES=R? VALUE=1k – сопротивление потенциометра SET=0.5 – коэффициент деления сопротивлений TEMPLATE=RT^@REFDES %1 %t {@VALUE*(1-@SET)+0.001}\n RS^@REFDES %t %2 {@VALUE*@SET+0.001} | |||
| QbreakL, биполярный боковой p–n–p-транзистор |  | REFDES=Q? AREA= MODEL=QbreakL TEMPLATE=Q^@REFDES %c %b %e [%s] @MODEL ?AREA/@AREA/ | |||
| QbreakN, биполярный n–p–n- транзистор |  | REFDES=Q? AREA= MODEL=QbreakN TEMPLATE=Q^@REFDES %c %b %e @MODEL ?AREA/@AREA/ | |||
| QbreakN3, биполярный n–p–n-транзистор |  | REFDES=Q? AREA= MODEL=QbreakN TEMPLATE=Q^@REFDES %c %b %e @MODEL ?AREA/@AREA/ | |||
| QbreakN4, биполярный n–p–n-транзистор с выводом подложки |  | REFDES=Q? AREA= MODEL=QbreakN TEMPLATE=Q^@REFDES %c %b %e [%s] @MODEL ?AREA/@AREA/ | |||
| QbreakP, биполярный p–n–p- транзистор |  | REFDES=Q? AREA= MODEL=QbreakP TEMPLATE=Q^@REFDES %c %b %e @MODEL ?AREA/@AREA/ | |||
| QbreakP3, биполярный p–n–p- транзистор |  | REFDES=Q? AREA= MODEL=QbreakP TEMPLATE=Q^@REFDES %c %b %e @MODEL ?AREA/@AREA/ | |||
| QbreakP4, биполярный p–n–p- транзистор с выводом подложки |  | REFDES=Q? AREA= MODEL=QbreakP TEMPLATE=Q^@REFDES %c %b %e [%s] @MODEL ?AREA/@AREA/ | |||
| Rbreak, резистор |  | REFDES=R? VALUE=1k – сопротивление резистора TC= – температурный коэффициент сопротивления TEMPLATE=R^@REFDES %1 %2 @VALUE ?TC/TC=@TC/ | |||
| Sbreak, ключ, управляемый напряжением |  | REFDES=S? MODEL=Sbreak TEMPLATE=S^@REFDES %3 %4 %1 %2 @MODEL\n RS^REFDES %1 %2 1G | |||
| Wbreak, ключ, управляемый током |  | REFDES=W? MODEL=Wbreak TEMPLATE=W^@REFDES %3 %4 VW^REFDES @MODEL\n VW^REFDES %1 %2 0V | |||
| XFRM_NON-LINEAR, трансформатор с магнитным сердечником |  | REFDES=TX? L1_TURNS= – число витков 1-й обмотки L2_TURNS= – число витков 2-й обмотки COUPLING= – коэффициент связи TEMPLATE=K^@REFDES L1^@REFDES L2^@REFDES @COUPLING @MODEL\n L1^@REFDES %1 %1 @L1_TURNS\n L2^@REFDES %3 %4 @L2_TURNS |
Библиотека CONNECT.SLB
| Имя, назначение | Символ | Атрибуты | |||
| CONNECTOR, гнездо |  | REFDES=P? PKGREF=P? PART= GATE=G? | |||
| DB9, 9-контактное гнездо типа D |  | REFDES=P? PKGREF=P? PART= GATE=G? | |||
| DB25, 25-контактное гнездо типа D |  | REFDES=P? PKGREF=P? PART= GATE=G? | |||
| EDGE62, 62-контактный разъем печатного монтажа |  | REFDES=P? PKGREF=P? PART= GATE=G? | |||
| EDGE40, 40-контактный разъем печатного монтажа |  | REFDES=P? PKGREF=P? PART= GATE=G? | |||
| DB25M, вилка 25-штырькового разъема типа D |  | REFDES=P? PKGREF=P? PART= GATE=G? | |||
| male, вилка |  | REFDES=P? PKGREF=P? PART= GATE=G? | |||
| DB9M, гнездо 9-штырькового разъема типа D |  | REFDES=P? PKGREF=P? PART= GATE=G? | |||
| DB25F, гнездо 25-штырькового разъема типа D |  | REFDES=P? PKGREF=P? PART= GATE=G? | |||
| DB9F, 9-контактное гнездо типа D |  | REFDES=P? PKGREF=P? PART= GATE=G? | |||
| DIN5, 5-штырьковое гнездо типа DIN |  | REFDES=P? PKGREF=P? PART= GATE=G? | |||
| DIN96, 96-штырьковое гнездо типа DIN |  | REFDES=P? PKGREF=P? PART= GATE=G? |
Библиотека PORT.SLB
| Имя, назначение | Символ | Атрибуты | |||
| AGND, аналоговая земля |  | LABEL=0 | |||
| EGND, корпус |  | LABEL=0 | |||
| BUBBLE, соединитель |  | LABEL= | |||
| GLOBAL, глобальный соединитель |  | LABEL= | |||
| OFFPAGE, соединитель между страницами |  | LABEL= | |||
| IF_IN, входной порт интерфейса |  | LABEL= | |||
| IF_OUT, выходной порт интерфейса |  | LABEL= | |||
| INTERFACE, порт интерфейса |  | LABEL= | |||
| HI, цифровой порт высокого уровня |  | LABEL=$D_HI | |||
| LO, цифровой порт низкого уровня |  | LABEL=$D_LO | |||
| NC, неподсоединенный цифровой порт |  | LABEL=$D_NC | |||
| X, цифровой порт неопределенного состояния |  | LABEL=$D_X | |||
| EXTERNAL_IN, глобальный соединитель |  | LABEL= EXTERNAL=INPUT | |||
| EXTERNAL_OUT, глобальный соединитель |  | LABEL= EXTERNAL=OUTPUT | |||
| EXTERNAL_BI, глобальный соединитель |  | LABEL= EXTERNAL=BIPUT | |||
| GND_ANALOG, аналоговая земля | | LABEL=0 | |||
| GND_EARTH, корпус | | LABEL=0 |
Библиотека SOURCE.SLB
| Имя, назначение | Символ | Атрибуты | |||
| ISTIM, источник тока для StmEd |  | REFDES=I? TEMPLATE=I^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC|AC @AC| STIMULUS=@STIMULUS DC= – постоянная составляющая тока AC= – амплитуда тока при анализе в частотной области STIMULUS= STIMTYPE=ANALOG | |||
| VSTIM, источник напряжения для StmEd |  | REFDES=V? TEMPLATE=V^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC|AC @AC| STIMULUS=@STIMULUS DC= – постоянная составляющая напряжения AC= – амплитуда напряжения при анализе в частотной области STIMULUS= STIMTYPE=ANALOG | |||
| DigStim, источник цифрового сигнала для StmEd |  | REFDES=DSTM? TEMPLATE=U^@REFDES STIM(%#*OUT,0) %PWR %GND %*OUT @IOMODEL STIMULUS=@STIMULUS STIMULUS= IOMODEL=IO_STIM STIMTYPE=DIGITAL ipin(PWR)$G_DPWR ipin(GND)=$G_DGND | |||
| DigClock, источник цифрового сигнала |  | REFDES=DSTM? TEMPLATE=U^@REFDES STIM(1,1) %PWR %GND %1 @IO_MODEL IO_LEVEL=@IO_LEVEL\n+ 0 @STARTVAL\n+ LABEL=START\n+ +?DELAY/ /@OFFTIME/ @OPPVAL\n+ +@ONTIME @STARTVAL\n+ +@OFFTIME goto START-1 times DELAY= – задержка ONTIME=.5uS OFFTIME=.5uS STARTVAL=0 OPPVAL=1 IO_MODEL=IO_STM IO_LEVEL=0 ipin(PWR)$G_DPWR ipin(GND)=$G_DGND | |||
| FileStim, источник цифрового сигнала, записанного в файле |  | REFDES=DSTM? TEMPLATE=U^@REFDES FSTIM(%#*1) %PWR %GND %*1 @IO_MODEL FILE=“@FileName” IO_LEVEL=@IO_LEVEL ?SigName/SIGNAMES=@SigName/ IO_MODEL=IO_STM IO_LEVEL=0 FileName= – имя файла библиотеки сигналов SigName= – имя сигнала ipin(PWR)$G_DPWR ipin(GND)=$G_DGND | |||
| IAC, простой источник тока в режимах AC, DC |  | REFDES=I? TEMPLATE=I^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC| ?AC|AC @AC| DC=0A – постоянная составляющая напряжения AC= 0A – амплитуда напряжения при анализе в частотной области | |||
| IDC, источник постоянного тока (режим DC) |  | REFDES=I? TEMPLATE=I^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC| DC=0A – постоянная составляющая напряжения | |||
| IEXP, экспоненциальный источник тока |  | REFDES=I? TEMPLATE=I^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC|?AC|AC @AC|\n +EXP @I1 @I2 #TD1 /@TD1/ #TC1/@TC1/ #TD2/@TD2/ #TC2/@TC2/ DC=0A – постоянная составляющая напряжения AC= 0A – амплитуда напряжения при анализе в частотной области I1= – минимальный ток I2= – максимальный ток TD1= – задержка TC1= – постоянная времени переднего фронта TD2= – начало заднего фронта TC2= – длительность импульса | |||
| IPULSE, импульсный источник тока |  | REFDES=I? TEMPLATE=I^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC|?AC|AC @AC|\n +PULSE @I1 @I2 #TD /~TD/ 0/ #TR/@TR/ #TF1/@TF/ #PW/@PW/ #PER/@PER/ DC=0A – постоянная составляющая напряжения AC= 0A – амплитуда напряжения при анализе в частотной области I1= – минимальный ток I2= – максимальный ток TD= – задержка TR= – длительность переднего фронта TF= – длительность заднего фронта PW= – длительность импульса PER= – период повторения | |||
| IPWL_ENH, улучшенный кусочно-линейный источник тока |  | REFDES=I? TEMPLATE=I^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC|?AC|AC @AC| PWL ?TSF|TIME_SCALE_FACTOR=@TSF| ?VSF|VALUE_SCALE_FACTOR=@VSF| ?REPEAT_VALUE|\n+ REPEAT @REPEAT_VALUE|\n+ @FIRST_nPAIRS ?SECOND_nPAIRS|\n+ @SECOND_nPAIRS ?THIRD_nPAIRS|\n+ THIRD_nPAIRS/| ?REPEAT_VALUE|\n+ ENDREPEAT| DC=0A – постоянная составляющая напряжения AC= 0A – амплитуда напряжения при анализе в частотной области TSF= – масштабный множитель по времени VSF= – масштабный множитель по уровню FIRST_nPAIRS= – первые n точек отсчета SECOND_nPAIRS= – вторые n точек отсчета THIRD_nPAIRS= – третьи n точек отсчета REPEAT_VALUE= – количество циклов | |||
| IPWL_FILE, кусочно-линейный источник тока, заданный в файле |  | REFDES=I? TEMPLATE=I^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC|?AC|AC @AC| PWL ?TSF|TIME_SCALE_FACTOR=@TSF| ?VSF|VALUE_SCALE_FACTOR=@VSF| ?REPEAT_VALUE| FILE “@FILE” ?REPEAT_VALUE|\n+ ENDREPEAT| DC=0A – постоянная составляющая напряжения AC= 0A – амплитуда напряжения при анализе в частотной области TSF=– масштабный множитель по времени VSF= – масштабный множитель по уровню FILE= – имя файла REPEAT_VALUE=– количество циклов | |||
| IPWL, кусочно-линейный источник тока |  | REFDES=I? TEMPLATE=I^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC|?AC|AC @AC| PWL @T1 @I1 @T2 @I2 . . . @T8 @I8 DC=0A – постоянная составляющая напряжения AC= 0A – амплитуда напряжения при анализе в частотной области T1= – первый момент времени I1= – первый отсчет тока T2=– второй момент времени I2= . . . . . T8= – восьмой момент времени I8= – восьмой отсчет тока | |||
| ISFFM, источник тока с синусоидальной частотной модуляцией |  | REFDES=I? TEMPLATE=I^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC|?AC|AC @AC|\n+ SFFM @IOFF @IAMPL @FC @MOD @FM DC=0A – постоянная составляющая напряжения AC= 0A – амплитуда напряжения при анализе в частотной области IOFF= – постоянная составляющая тока IAMPL= – амплитуда тока FC= – центральная частота MOD= – индекс частотной модуляции FM= – частота модуляции | |||
| ISIN, источник синусоидального тока |  | REFDES=I? TEMPLATE=I^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC|?AC|AC @AC|\n+ SIN @IOFF @IAMPL @FREQ #TD/@TD/ #DF/@DF/ #PHASE/@PHASE/ DC=0A – постоянная составляющая напряжения AC= 0A – амплитуда напряжения при анализе в частотной области IOFF= постоянная составляющая тока IAMPL= – амплитуда тока FREQ= – частота TD= – задержка DF= – коэффициент затухания PHASE= – начальная фаза | |||
| ISRC, простой источник тока для режимов AC, DC; может быть задана спецификация для режима TRAN |  | REFDES=I? TEMPLATE=I^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC|?AC|AC @AC| ?TRAN|TRAN @TRAN| DC=0A – постоянная составляющая напряжения AC= 0A – амплитуда напряжения при анализе в частотной области TRAN= – имя и параметры сигнала | |||
| STIM1, цифровой сигнал (1 разряд) |  | REFDES=DSTIM? TEMPLATE=U^@REFDES STIM(@WIDTH,@FORMAT)\n+ @DIG_PWR @DIG_GND\n+ %PIN1\n+ @IO_MODEL\n+ IO_LEVEL=@IO_LEVEL\n+ ?TIMESTEP|TIMESTEP=@TIMESTEP\n+| ?COMMAND1| @COMMAND1 |#COMMAND2|\n+ @COMMAND2| . . . @COMMAND16| TIMESTEP= – интервал дискретизации COMMAND1=0s 0 COMMAND2= COMMAND3= . . . . . . . . . . COMMAND16= DIG_PWR= $G_DPWR DIG_GND=$G_DGND IO_MODEL=IO_STM IO_LEVEL=0 WIDTH=1 FORMAT=1 | |||
| STIM4, 4-разрядный цифровой сигнал | | REFDES=DSTIM? TEMPLATE=U^@REFDES STIM(@WIDTH,@FORMAT)\n+ @DIG_PWR @DIG_GND\n+ %PIN0 %PIN1 %PIN2 %PIN3\n+ @IO_MODEL\n+ IO_LEVEL=@IO_LEVEL\n+ ?TIMESTEP|TIMESTEP=@TIMESTEP\n+| ?COMMAND1| @COMMAND1 |#COMMAND2|\n+ @COMMAND2| . . . @COMMAND16| TIMESTEP= – интервал дискретизации COMMAND1=0s 0000 COMMAND2= COMMAND3= . . . . . . . . . . COMMAND16= DIG_PWR= $G_DPWR DIG_GND=$G_DGND IO_MODEL=IO_STM IO_LEVEL=0 WIDTH=4 FORMAT=1111 | |||
| STIM8, 8-разрядный цифровой сигнал | | REFDES=DSTIM? TEMPLATE=U^@REFDES STIM(@WIDTH,@FORMAT)\n+ @DIG_PWR @DIG_GND\n+ %PIN0 %PIN1 %PIN2 ...%PIN7\n+ @IO_MODEL\n+ IO_LEVEL=@IO_LEVEL\n+ ?TIMESTEP|TIMESTEP=@TIMESTEP\n+| ?COMMAND1| @COMMAND1 |#COMMAND2|\n+ @COMMAND2| . . . @COMMAND16| TIMESTEP= – интервал дискретизации COMMAND1=0s 00000000 COMMAND2= COMMAND3= . . . . . . . . . . COMMAND16= DIG_PWR= $G_DPWR DIG_GND=$G_DGND IO_MODEL=IO_STM IO_LEVEL=0 WIDTH=8 FORMAT=11111111 | |||
| STIM16, 16-разрядный цифровой сигнал | | REFDES=DSTIM? TEMPLATE=U^@REFDES STIM(@WIDTH,@FORMAT)\n+ @DIG_PWR @DIG_GND\n+ %PIN0 %PIN1 %PIN2 ...%PIN15\n+ @IO_MODEL\n+ IO_LEVEL=@IO_LEVEL\n+ ?TIMESTEP|TIMESTEP=@TIMESTEP\n+| ?COMMAND1| @COMMAND1 |#COMMAND2|\n+ @COMMAND2| . . . @COMMAND16| TIMESTEP= – интервал дискретизации COMMAND1=0s 0000 COMMAND2= COMMAND3= . . . . . . . . . . COMMAND16= DIG_PWR= $G_DPWR DIG_GND=$G_DGND IO_MODEL=IO_STM IO_LEVEL=0 WIDTH=16 FORMAT=4444 | |||
| VEXP, экспоненци-альный источник напряжения |  | REFDES=V? TEMPLATE=V^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC|?AC|AC @AC|\n +EXP @V1 @V2 #TD1 /@TD1/ #TC1/@TC1/ #TD2/@TD2/ #TC2/@TC2/ DC=0A – постоянная составляющая напряжения AC= 0A – амплитуда напряжения при анализе в частотной области V1= – минимальное напряжение V2= – максимальное напряжение TD1= – задержка TC1= – постоянная времени переднего фронта TD2= – начало заднего фронта TC2= – длительность импульса | |||
| VPULSE, импульсный источник напряжения | | REFDES=V? TEMPLATE=V^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC|?AC|AC @AC|\n +PULSE @V1 @V2 #TD /~TD/ 0/ #TR/@TR/ #TF1/@TF/ #PW/@PW/ #PER/@PER/ DC=0A – постоянная составляющая напряжения AC= 0A – амплитуда напряжения при анализе в частотной области V1= – минимальное напряжение V2= – максимальное напряжение TD= – задержка TR= – длительность переднего фронта TF= – длительность заднего фронта PW= – длительность импульса PER= – период повторения | |||
| VPWL_ENH, улучшенный кусочно-линейный источник напряжения | | REFDES=V? TEMPLATE=V^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC|?AC|AC @AC| PWL ?TSF|TIME_SCALE_FACTOR=@TSF| ?VSF|VALUE_SCALE_FACTOR=@VSF| ?REPEAT_VALUE|\n+ REPEAT @REPEAT_VALUE|\n+ @FIRST_nPAIRS ?SECOND_nPAIRS|\n+ @SECOND_nPAIRS ?THIRD_nPAIRS|\n+ THIRD_nPAIRS/| ?REPEAT_VALUE|\n+ ENDREPEAT| DC=0A – постоянная составляющая напряжения AC= 0A – амплитуда напряжения при анализе в частотной области TSF= – масштабный множитель по времени VSF= – масштабный множитель по уровню FIRST_nPAIRS= – первые n точек отсчета SECOND_nPAIRS= – вторые n точек отсчета THIRD_nPAIRS= – третьи n точек отсчета REPEAT_VALUE= – количество циклов | |||
| VPWL_FILE, кусочно-линейный источник напряжения, заданный в файле | | REFDES=V? TEMPLATE=V^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC|?AC|AC @AC| PWL ?TSF|TIME_SCALE_FACTOR=@TSF| ?VSF|VALUE_SCALE_FACTOR=@VSF| ?REPEAT_VALUE| FILE “@FILE” ?REPEAT_VALUE|\n+ ENDREPEAT| DC=0A – постоянная составляющая напряжения AC= 0A – амплитуда напряжения при анализе в частотной области TSF=– масштабный множитель по времени VSF= – масштабный множитель по уровню FILE= – имя файла REPEAT_VALUE=– количество циклов | |||
| VPWL, кусочно-линейный источник напряжения |  | REFDES=V? TEMPLATE=V^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC|?AC|AC @AC| PWL @T1 @V1 @T2 @V2 . . . @T8 @V8 DC=0A – постоянная составляющая напряжения AC= 0A – амплитуда напряжения при анализе в частотной области T1= – первый момент времени V1= – первый отсчет напряжения T2= – второй момент времени V2= – второй отсчет напряжения . . . . . T8= – восьмой момент времени V8= – восьмой отсчет напряжения | |||
| VSFFM, источник напряжения с синусоидальной частотной модуляцией |  | REFDES=V? TEMPLATE=V^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC|?AC|AC @AC|\n+ SFFM @VOFF @VAMPL @FC @MOD @FM DC=0A – постоянная составляющая напряжения AC= 0A – амплитуда напряжения при анализе в частотной области VOFF= – постоянная составляющая напряжения VAMPL= – амплитуда напряжения FC= – центральная частота MOD= – индекс частотной модуляции FM= – частота модуляции | |||
| VSIN, источник синусои- дального напряжения |  | REFDES=V? TEMPLATE=V^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC|?AC|AC @AC|\n+ SIN @VOFF @VAMPL @FREQ #TD/@TD/ #DF/@DF/ #PHASE/@PHASE/ DC=0A – постоянная составляющая напряжения AC= 0A – амплитуда напряжения при анализе в частотной области VOFF= – постоянная составляющая напряжения VAMPL= – амплитуда напряжения FREQ= – частота TD= – задержка DF= – коэффициент затухания PHASE= – начальная фаза | |||
| VSRC, простой источник напряжения для режимов AC, DC; может быть задана спецификация для режима TRAN | | REFDES=V? TEMPLATE=V^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC|?AC|AC @AC| ?TRAN|TRAN @TRAN| DC=0A – постоянная составляющая напряжения AC= 0A – амплитуда напряжения при анализе в частотной области TRAN= – имя и параметры сигнала |
Библиотека SPECIAL.SLB
| Имя, назначение | Символ | Атрибуты | |||
| CD4000_PWR, источник питания CD4000 |  | REFDES=X? PART=CD4000_PWR MODEL=CD4000_PWR TEMPLATE=X^@REFDES %AGND %VDD %VSS @MODEL PARAMS:VOLTAGE=@VOLTAGE REFERENCE=@REFERENCE VOLTAGE=5V REFERENCE=0V IPIN(AGND)=0 ipin(VDD)= ipin(VSS)=
| | ||
| DIGIFPWR, источник питания аналого-цифрового интерфейса |  | REFDES=X? PART=DIGIFPWR MODEL= DIGIFPWR TEMPLATE=X^@REFDES %AGND %PWR %GND @MODEL PARAMS:VOLTAGE=@VOLTAGE REFERENCE=@REFERENCE VOLTAGE=5V REFERENCE=0V IPIN(AGND)=0 ipin(PWR)= ipin(GND)=
| | ||
| ECL_100K_PWR, источник питания аналого-цифрового интерфейса c ЭС– логикой |  | REFDES=X? PART=DECL_100K_PWR MODEL= DECL_100K_PWR TEMPLATE=X^@REFDES %AGND %VEE %VCC1 %VCC2 %VTT @MODEL PARAMS:VEE=@VEE VCC1=@VCC1 VCC2=@VCC2 VTT=@VTT VEE=-4.5V VCC1=0V VCC2=0V VTT=-2V IPIN(AGND)=0 ipin(VEE)= ipin(VCC1)= ipin(VCC2)= ipin(VTT)=
| | ||
| ECL_10K_PWR, источник питания аналого-цифрового интерфейса c ЭС–логикой |  | REFDES=X? PART=DECL_10K_PWR MODEL= DECL_10K_PWR TEMPLATE=X^@REFDES %AGND %VEE %VCC1 %VCC2 %VTT @MODEL PARAMS:VEE=@VEE VCC1=@VCC1 VCC2=@VCC2 VTT=@VTT VEE=-5.2V VCC1=0V VCC2=0V VTT=-2V IPIN(AGND)=0 ipin(VEE)= ipin(VCC1)= ipin(VCC2)= ipin(VTT)=
| | ||
| IC1, назначение начального значения потенциала узла |  | REFDES=IC? VALUE=0 TEXT=IC= TEMPLATE=.IC V([%+])=@VALUE | |||
| IC2, назначение начального значения разности потенциалов двух узлов |  | REFDES=IC? VALUE=0 TEXT=IC= TEMPLATE=.IC V(%+,%-)=@VALUE | |||
| IPROBE, измеритель тока ветви |  | REFDES=V? BIASVALUE= TEXT=IC= TEMPLATE=V^@REFDES %+ %_ 0 | |||
| NODESET1, начальное приближение потенциала узла |  | REFDES=NS? VALUE=0 TEXT=NODESET= TEMPLATE=.NODESET V([ %+]) =@VALUE | |||
| NODESET2, начальное приближение разности потенциалов двух узлов |  | REFDES=NS? VALUE=0 TEXT=NODESET= TEMPLATE=.NODESET V( %+,%-) =@VALUE | |||
| OPTPARAM, спецификация от 1 до 8 оптимизируемых параметров |  | REFDES=PM? NAME1= – имя 1-го параметра ENABLE=Y – разрешение вариации 1-го параметра INITIAL1= – начальное значение 1-го параметра CURVAL1= – текущее значение 1-го параметра LOVAL1= – минимальное значение 1-го параметра HIVAL1= – максимальное значение 1-го параметра TOL1= – разброс 1-го параметра NAME2= – имя 2-го параметра . . . . . TOL8= – разброс 8-го параметра | |||
| PARAM, спецификация от 1 до 3 предварительно задаваемых параметров |  | REFDES=PM? TEMPLATE=.PARAM @NAME1=@VALUE1 #NAME2/@NAME2=@VALUE2/ ?NAME3/@NAME3=@VALUE3/ NAME1= – имя 1-го параметра VALUE1= – значение 1-го параметра NAME2= – имя 2-го параметра VALUE2= – значение 2-го параметра NAME3= – имя 3-го параметра VALUE3= – значение 3-го параметра | |||
| PRINT1, вывод на печать по директиве .PRINT потенциала одного узла |  | REFDES=PRINT? ANALYSIS= TEMPLATE=.PRINT ?ANALYSIS|@ANALYSIS|~ANALYSIS |TRAN| V([%1]) | |||
| PRINTDGTLCHG, вывод на печать по директиве .PRINT выходной переменной цифрового устройства |  | REFDES=PRINT? ANALYSIS= TEMPLATE=.PRINT/DGTLCHG ?ANALYSIS|@ANALYSIS|~ANALYSIS |TRAN| %1 | |||
| UNKNOWN, неизвестный символ |  | REFDES=*?? TEMPLATE=*X^@refdes is a result of an unknown symbol | |||
| VECTOR, векторный маркер для сохранения состояний цифровых узлов |  | REFDES=VEC? TEMPLATE=.VECTOR %#*1 ?FILE=“FILE” ?POS/POS=@POS/ ?RADIX/RADIX=@RADIX/ ?SIGNAMES/SIGNAMES=@SIGNAMES/ ?BIT/BIT=@BIT/ POS= FILE= RADIX= BIT= SIGNAMES= | |||
| VIEWPOINT, точка просмотра напряжения |  | BIASVALUE= | |||
| WATCH1, метка переменной, включаемой в директиву .WATCH (1-я форма) |  | REFDES=WATCH? TEMPLATE=.WATCH ?ANALYSIS|@ANALYSIS| ~ANALYSIS |TRAN| V([%1]) ?LO|@LO,@HI| ANALYSIS= LO= HI= | |||
| VPRINT1, вывод потенциала узла по директиве .PRINT |  | REFDES=PRINT? TEMPLATE=~AC|~DC/~TRAN! ?PRINT*\n @PRINT* TRAN V([%1])!/ |?TRAN| ?PRINT/\n @PRINT/DC V([%1])| ?AC/?PRINT|AC ?MAG|\n+ VM([%1])| ?PHASE|\n+ VP([%1])| . . . PART=VPRINT1 PRINT=.PRINT DC= AC= TRAN= MAG= PHASE= REAL= IMAG= DB= | |||
| VPRINT2, вывод разности потенциалов узлов по директиве .PRINT |  | REFDES=PRINT? TEMPLATE=~AC|~DC/~TRAN! ?PRINT*\n @PRINT* TRAN V([%1],[%2])!/ |?TRAN| ?PRINT/\n @PRINT/DC V([%1],[%2])| ?AC/?PRINT|AC ?MAG|\n+ VM([%1],[%2])| ?PHASE|\n+VP([%1])|... PART=VPRINT2 PRINT=.PRINT DC= AC= TRAN= MAG= PHASE= REAL= IMAG= DB= | |||
| VPLOT1, вывод потенциала узла по директиве .PLOT |  | REFDES=PLOT? TEMPLATE=~AC|~DSC/~TRAN! ?PRINT*\n @PRINT* TRAN V([%1])!/ |?TRAN| ?PRINT/\n @PRINT/DC V([%1])| ?AC/?PRINT|AC ?MAG|\n+ VM([%1])| ?PHASE|\n+ VP([%1])| . . . PART=VPLOT1 PRINT=.PLOT DC= AC= TRAN= MAG= PHASE= REAL= IMAG= DB= | |||
| IPRINT, вывод тока ветви по директиве .PRINT |  | REFDES=PRINT? TEMPLATE=V^@REFDES %1 %2 0V\n ~AC|~DC/~TRAN! ?PRINT*\n @PRINT* TRAN I(V^@REFDES)!/ |?TRAN| ?PRINT/\n @PRINT/DC I(V^@REFDES)| ?AC/?PRINT|AC ?MAG|\n+ IM(V^@REFDES)| ?PHASE|\n+ IP(V^@REFDES)| . . . PART=IPRINT PRINT=.PRINT DC= AC= TRAN= MAG= PHASE= REAL= IMAG= DB= | |||
| IPLOT, вывод тока ветви по директиве .PLOT |  | REFDES=PLOT? TEMPLATE=V^@REFDES %1 %2 0V\n ~AC|~DC/~TRAN! ?PRINT*\n @PRINT* TRAN I(V^@REFDES)!/ |?TRAN| ?PRINT/\n @PRINT/DC I(V^@REFDES)| ?AC/?PRINT|AC ?MAG|\n+ IM(V^@REFDES)| ?PHASE|\n+ IP(V^@REFDES)| . . . PART=IPLOT PRINT=.PLOT DC= AC= TRAN= MAG= PHASE= REAL= IMAG= DB= | |||
| INCLUDE, задание имени файла, включаемого в задание на моделирование |  | REFDES=IN? TEMPLATE=.INCLUDE “@FILENAME” FILENAME= – имя подключаемого файла | |||
| LIB, задание имени просматривае-мых библиотечных файлов |  | REFDES=LIB? TEMPLATE=.LIB “@FILENAME” FILENAME= – имя файла библиотеки математических моделей | |||
| TITLEBLK, основная надпись на принци-пиальных схемах (может быть русифицирована) |  | Revision= PageTitle=Mixed Analog/Digital PageNO=1 PageCount=1 PageSize=A CompanyName=MicroSim Corporation Line1=20 Fairbanks Line2=Irvine, CA 92718 Line3=714-770-3022 RevText=Revision: Date=January 1, 2000 PageText=Page of SizeText=Page Size: |
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. СООБЩЕНИЯ ПРОГРАММЫ PSpice
Приведем краткую сводку важнейших сообщений программы PSpice и их перевод.
Информационные сообщения
Bias point calculated – завершен расчет режима по постоянному току.
Calculating bias point – рассчитывается режим по постоянному току.
Calculating of DC (AC, Transient) finished – завершен расчет передаточных функций по постоянному току (расчет в частотной области, переходных процессов).
Circuit has errors ... run aborted, see output file for details – в схеме имеются ошибки, выполнение программы прекращено, см. подробности в выходном файле с расширением .OUT.
Computing impulse response for <...> is non-causal. It should be delayed by at least <...> sec – в указанном компоненте не выполняется принцип причинности; необходимо ввести задержку не менее чем на <...> секунд.
Library file has changed since index file was created – после создания индексного файла файл библиотеки изменился.
Making new index file for library file – создание индексного файла для библиотечного файла.
No errors – в схеме нет ошибок.
Only xx columns can be printed at one listing – на одном листе можно печатать только xx
колонок.
PSpice aborted – выполнение программы PSpice прекращено.
Reading and checking circuit – чтение входного файла и проверка схемы.
This evaluation copy of xxx has past its expiration date – просрочено время пользования демонстрационной (evaluation) версией.
Two library files used by this circuit have the same index file – два файла библиотеки имеют один и тот же индексный файл.
Ошибки при моделировании
All terminals are grounded in the circuit – в схеме заземлены выводы всех компонентов.
Bad characters in func name – неверный символ в имени функции.
Bad digital data format – неверен формат цифровых данных.
Bad logic state – неверное логическое состояние.
Bad expression – ошибочное выражение.
Can't find parameter index – не найден индекс параметра.
Can' t use LIST with DEC or OCT sweeps – при вариации в масштабе DEC или OCT ключевое слово LIST недопустимо.
Character 'xx' not allowed – указанные символы недопустимы.
Convergence problem in Power supplies cut back to ... – возникла проблема сходимости режима по постоянному току при наращивании напряжения питания.
Coupling coefficient out of range: 0
CPU Time limit exceeded – превышено ограничение на время работы центрального процессора.
Duplicate Name: xx – указанное имя компонента встречается дважды.
Expression must fit on one line – выражение должно размещаться на одной строке.
Expression too complicated – выражение очень сложное.
File name too long – имя файла слишком длинное.
Filter order too high – порядок фильтра очень большой.
Func expansion too large – выражение функции очень велико.
Illegal name to func – недопустимое имя функции.
Invalid analysis type – неверен тип анализа.
Invalid global parameter name – неверное имя глобального параметра.
Invalid filter type – неверен тип фильтра.
Invalid Range – неверен диапазон.
Invalid Option – неверна опция.
Laplace expression for filter too large – выражение для передаточной функции фильтра слишком длинное.
Less then 2 connection at node xx – к указанному узлу подключено менее двух компонентов.
Less than two states defined for DINPUT model – в модели DINPUT указано менее двух логических состояний.
Missing or missmatched ( ) – пропущены или не согласованы скобки.
Model type unknown – тип модели неизвестен.
Must be 'I' or 'V' – должен быть компонент типа I или V.
Must be a voltage source name – должно быть имя источника напряжения.
Mutual inductance out of range – недопустимое значение взаимной индуктивности.
No model had tolerances (.MC or .WCASE ignored) – режимы .MC или .WCASE игнорируются, так как ни в одной модели компонента не указан разброс параметров.
No more than 10 args allowed – недопустимо более 10 аргументов.
Node xx is not present in the circuit file – в схеме отсутствует узел с указанным именем.
Node xx is floating -–указанный узел “плавающий”.
Node Table Overflow – таблица узлов переполнена.
Not valid for .WCASE (.MC) – не может использоваться при наличии директивы .WCASE (.MC).
Number of harmonics must be less then xx
– количество гармоник превышает указанный предел.
Only A-Z permitted – разрешены только символы A–Z.
Only one circuit allowed per file xx when using Parallel Analog/Digital Simulation – при выполнении аналого-цифрового моделирования во входном файле может быть описание только одной схемы.
Only one .PROBE and .PROBE/CSDF allowed per circuit file – в файле схемы может быть только одна директива .PROBE или .PROBE/CSDF.
Only one .TEMP value allowed with .STEP – при наличии директивы .STEP в директиве .TEMP можно указать значение только одной температуры.
Pivot not in DC – при итерационном расчете режима по постоянному току нет ведущего элемента при решении системы линейных уравнений.
Resistor has zero value – резистор имеет нулевое сопротивление.
Symbol Table Overflow – таблица символов переполнена.
Subcircuits xx is undefined – указанная подсхема не определена.
Text value must fit on one line – текстовая переменная должна размещаться на одной строке.
Time must not be negative – время должно быть положительным.
Time must be increasing – время должно увеличиваться.
The circuit matrix is singular and can't be solved. The diagonal entry fit xx is 0 – не может быть найдена обратная матрица для сингулярной матрицы схемы. Диагональный элемент матрицы равен нулю.
There are no devices in this circuit – в схеме нет компонентов.
Too many inductors – слишком много индуктивностей.
Too many parameters (limit=49) – слишком много параметров (максимальное значение равно 49).
Too many PWL corners – в описании функции PWL слишком много точек излома.
Transient Analysis must be at least 1/frequency second long.
Fourier analysis aborted – длительность переходного процесса должна быть по крайней мере больше периода первой гармоники спектра. Преобразование Фурье невозможно.
Transfer function too complicated – передаточная функция очень сложная.
Unable to finish bias point calculation (DC Analyses, AC Analyses, Transient Analyses) – невозможно завершить расчет по постоянному току (или другие виды анализа).
Unable to create mailbox to communicate with digital simulator – невозможно создать буферный блок для передачи данных цифровому моделировщику.
Undefined parameter – неопределенный параметр.
Value may not be 0 – значение не может быть равным нулю.
Values must be monotonic increasing – значения должны увеличиваться монотонно.
Voltage loop involving <имя компонента> – указанный компонент входит в состав контура из источников напряжения (см. ниже).
Voltage source and/or inductor loop involving. You may break the loop by addind a series resistance – источники напряжения и/или индуктивности образуют замкнутый контур. Его можно разорвать включением последовательного сопротивления.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ВЫХОДНОЙ ФАЙЛ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ
Приведем основные фрагменты выходного файла band.out из примера разд. 3.4.1. В начале повторяется содержание файлов задания на моделирование, которое здесь опустим, а далее приведена информация о моделях компонентов и результаты моделирования.
BANDPASS FILTER
(Заглавие схемы)
**** RESISTORS (модели всех резисторов)
NAME NODES MODEL VALUE TC1 TC2 TCE
(Имя) (Узлы) (Модель) (Значение) (Температурные коэффициенты)
RG IN 10 1.00E+03
R1 2 1 MRES 4.50E+03 1.00E-02 0.00E+00 0.00E+00
R2 1 0 MRES 1.30E+03 1.00E-02 0.00E+00 0.00E+00
R3 2 3 1.00E+02
R4 4 0 MRES 2.00E+02 1.00E-02 0.00E+00 0.00E+00
RK1 5 0 2.31E+03
RK2 6 0 2.31E+03
RLOAD 9 0 1.00E+02
**** INDEPENDENT SOURCES (независимые источники)
NAME NODES DC VALUE AC VALUE AC PHASE
(Имя) (Узлы) (Режим DC) (Режим AC, модуль и фаза)
VS 2 0 6.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 degrees
VIN 10 0 0.00E+00 1.00E+00 0.00E+00 degrees
TRANSIENT: SIN
(Переходные процессы, источник типа SIN)
Offset 0.00E+00 (Постоянная составляющая)
Amplitude 5.00E-02 (Амплитуда)
Freq 3.60E+07 (Частота)
Delay 0.00E+00 (Задержка)
Damping 0.00E+00 (Затухание)
Phase 0.00E+00 (Начальная фаза)
**** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS (биполярные транзисторы)
NAME C B E S MODEL AREA
Q1 3 1 4 0 KT315A 1.00E+00
**** TEMPERATURE-ADJUSTED VALUES TEMPERATURE = -37.000 DEG C
(Температурно-зависимые параметры, температура -37
**** RESISTORS (резисторы)
NAME VALUE
(Имя) (Сопротивление)
R1 1.620E+03
R2 4.680E+02
R4 7.200E+01
**** BJT MODEL PARAMETERS (параметры модели биполярного транзистора)
NAME BF ISE VJE CJE RE RB
BR ISC VJC CJC RC RBM
IS ISS VJS CJS
KT315A 3.83E+01 4.14E-12 8.58E-01 8.06E-12 0.00E+00 0.000E+00
4.50E-01 0.00E+00 8.58E-01 1.60E-11 0.00E+00 0.00E+00
1.22E-20 0.00E+00 8.58E-01 0.00E+00
**** CURRENT MODEL PARAMETERS FOR DEVICES REFERENCING MRES
R1 R2 R4
R 1.0000E+00 1.0000E+00 1.0000E+00
**** DC TRANSFER CURVES TEMPERATURE = -37.000 DEG C
MONTE CARLO NOMINAL
(Передаточная функция по постоянному току при номинальных значениях случайных параметров)
VS V(1,4) I(R3) IB(Q1)
5.000E-01 1.121E-01 1.361E-12 3.817E-11
5.500E+00 8.253E-01 4.088E-03 2.600E-04
1.050E+01 8.596E-01 1.488E-02 9.709E-04
1.550E+01 8.752E-01 2.470E-02 1.885E-03
2.050E+01 8.854E-01 3.368E-02 2.953E-03
**** SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE = -37.000 DEG C
MONTE CARLO NOMINAL
(Карта узловых потенциалов по постоянному току)
NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE
(Имя) (Напряжение) (Имя) (Напряжение) (Имя) (Напряжение) (Имя) (Напряжение)
( 1) 1.2284 ( 2) 6.0000 ( 3) 5.4803 ( 4) .3973
( 5) 0.0000 ( 6) 0.0000 ( 9) 0.0000 ( 10) 0.0000
( IN) 0.0000
VOLTAGE SOURCE CURRENTS (Токи источников напряжения)
NAME CURRENT
(Имя) (Ток)
VS -8.142E-03
VIN 0.000E+00
TOTAL POWER DISSIPATION 4.89E-02 WATTS
(Общая потребляемая мощность)
**** SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS
(Малосигнальные характеристики)
V(3)/VS = 7.781E-01 (Передаточная функция)
INPUT RESISTANCE AT VS = 3.669E+02 (Входное сопротивление)
OUTPUT RESISTANCE AT V(3) = 1.000E+02 (Выходное сопротивление)
**** DC SENSITIVITY ANALYSIS TEMPERATURE = -37.000 DEG C
MONTE CARLO NOMINAL
(Функция чувствительности по постоянному току)
DC SENSITIVITIES OF OUTPUT VBE(Q1) (Чувствительность выходного напряжения VBE(Q1) по постоянному току)
ELEMENT ELEMENT ELEMENT NORMALIZED
NAME VALUE SENSITIVITY SENSITIVITY
(VOLTS/UNIT) (VOLTS/PERCENT)
(Имя (Значение (Чувствительность, (Нормированная
элемента) параметра) В/ед. изм.) чувствительность, В/%)
RG 1.000E+03 0.000E+00 0.000E+00
R1 1.620E+03 -3.132E-05 -5.073E-04
. . .
VS 6.000E+00 1.063E-02 6.376E-04
VIN 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
Q1
RB 3.000E+00 1.516E-04 4.549E–06
BF 3.838E+01 9.363E-05 3.594E–05
. . .
**** AC ANALYSIS TEMPERATURE = -37.000 DEG C
MONTE CARLO NOMINAL
(Расчет уровня внутреннего шума)
FREQ INOISE ONOISE
(Частота) (Вх. шум) (Вых. шум)
1.600E+07 5.514E-08 1.490E-10
1.700E+07 4.943E-08 1.632E-10
1.800E+07 4.449E-08 1.790E-10
. . .
*** OPERATING POINT INFORMATION TEMPERATURE = -37.000 DEG C
MONTE CARLO NOMINAL
**** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS
(Параметры линеаризованной модели транзистора)
NAME Q1
MODEL KT315A
IB .21E-04
IC 5.20E-03
VBE 8.31E-01
VBC -4.25E+00
VCE 5.08E+00
BETADC 1.62E+01
GM 2.09E-01
RPI 8.61E+01
RX 0.00E+00
RO 6.40E+05
CBE 2.26E-10
CBC 8.85E-12
CBX 0.00E+00
CJS 0.00E+00
BETAAC 1.80E+01
FT 1.41E+08
**** FOURIER ANALYSIS TEMPERATURE = -37.000 DEG C
MONTE CARLO NOMINAL
(Спектральный анализ)
FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE V(9)
(Спектральные компоненты напряжения V(9))
DC COMPONENT = 3.065800E-06
(Постоянная составляющая)
HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED
NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)
(Номер (Частота, (Амплитуда (Нормирован- (Фаза, (Нормированная
гармоники) Гц) спектра) ная амплитуда) град.) фаза, град.)
1 3.600E+07 6.503E-03 1.000E+00 -4.969E+00 0.000E+00
2 7.200E+07 1.036E-05 1.593E-03 1.152E+02 1.202E+02
3 1.080E+08 1.180E-05 1.814E-03 8.382E+01 8.878E+01
4 1.440E+08 6.456E-06 9.928E-04 1.879E+01 2.376E+01
5 1.800E+08 1.321E-05 2.031E-03 2.880E+01 3.376E+01
6 2.160E+08 3.721E-06 5.723E-04 4.638E+01 5.135E+01
7 2.520E+08 4.957E-06 7.622E-04 -1.222E+02 -1.172E+02
8 2.880E+08 1.244E-06 1.912E-04 1.641E+02 1.691E+02
9 3.240E+08 3.742E-06 5.754E-04 -8.227E-01 - 4.146E+00
TOTAL HARMONIC DISTORTION = 3.495378E-01 PERCENT
(Коэффициент гармоник, %)
**** SORTED DEVIATIONS OF V(9) TEMPERATURE = -37.000 DEG C
MONTE CARLO SUMMARY
(Статистический анализ напряжения V(9))
Mean Deviation = 583.8000E-06 (Среднее значение)
Sigma = 664.1100E-06 (Среднеквадратичное отклонение)
RUN MAX DEVIATION FROM NOMINAL
(Номер ( Максимальное отклонение от номинального значения)
испытания)
Pass 3 1.6134E-03 (2.43 sigma) higher at F = 30.0000E+06
( 102.66% of Nominal)
Pass 5 600.3200E-06 ( .90 sigma) higher at F = 32.0000E+06
( 100.61% of Nominal)
Pass 2 340.6000E-06 ( .51 sigma) higher at F = 31.0000E+06
( 100.43% of Nominal)
Pass 4 219.1200E-06 ( .33 sigma) lower at F = 32.0000E+06
( 99.779% of Nominal)
JOB CONCLUDED (Задание завершено)
**** JOB STATISTICS SUMMARY
(Статистика выполнения задания)
NUNODS NCNODS NUMNOD NUMEL DIODES BJTS JFETS MFETS GASFETS
10 10 10 21 0 1 0 0 0
NDIGITAL NSTOP NTTAR NTTBR NTTOV IFILL IOPS PERSPA
0 15 42 45 41 3 76 80.000
NUMTTP NUMRTP NUMNIT DIGTP DIGEVT DIGEVL MEMUSE
1353 467 4566 0 0 0 74296
SECONDS ITERATIONS
(Время, с) (Число итераций)
MATRIX SOLUTION .77 16
MATRIX LOAD 5.00
READIN .38
SETUP .06
DC SWEEP .22 106
BIAS POINT .06 56
AC and NOISE .71 41
TRANSIENT ANALYSIS 23.34 4566
OUTPUT 3.24
MONTE CARLO 1.70
OVERHEAD .06
TOTAL JOB TIME 29.77
Биполярный транзистор
В программе PSpice используется схема замещения биполярного транзистора в виде адаптированной модели Гуммеля–Пуна, которая по сравнению с исходной моделью позволяет учесть эффекты, возникающие при больших смещениях на переходах [4, 25, 33, 45, 47, 53]. Эта модель автоматически упрощается до более простой модели Эберса–Молла, если опустить некоторые параметры. Эквивалентные схемы этих моделей для n–p–n-структуры изображены на рис. 4.4. Параметры полной математической модели биполярного транзистора приведены в табл. 4.2.Таблица 4.2
| Имя параметра | Параметр | Значение по умолчанию | Единица измерения | ||||
| IS | Ток насыщения при температуре 27 | 10 | А | ||||
| BF | Максимальный коэффициент усиления тока в нормальном режиме в схеме с ОЭ (без учета токов утечки) | 100 | |||||
| BR | Максимальный коэффициент усиления тока в инверсном режиме в схеме с ОЭ | 1 | |||||
| NF | Коэффициент неидеальности в нормальном режиме | 1 | |||||
| NR | Коэффициент неидеальности в инверсном режиме | 1 | |||||
| ISE (C2) * | Ток насыщения утечки перехода база–эмиттер | 0 | А | ||||
| ISC (C4) * | Ток насыщения утечки перехода база–коллектор | 0 | А | ||||
| IKF (IK) * | Ток начала спада зависимости BF от тока коллектора в нормальном режиме |  | А | ||||
| IKR* | Ток начала спада зависимости BR от тока эмиттера в инверсном режиме | | А | ||||
| NE* | Коэффициент неидеальности перехода база–эмиттер | 1,5 | |||||
| NC* | Коэффициент неидеальности коллекторного перехода | 1,5 | |||||
| NK | Коэффициент, определяющий множитель Qb | 0,5 | | ||||
| ISS | Обратный ток p–n-перехода подложки | 0 | A | ||||
| NS | Коэффициент неидеальности перехода подложки | 1 | |||||
| VAF (VA) * | Напряжение Эрли в нормальном режиме | | В | ||||
| VAR (VB) * | Напряжение Эрли в инверсном режиме | | В | ||||
| RC | Объемное сопротивление коллектора | 0 | Ом | ||||
| RE | Объемное сопротивление эмиттера | 0 | Ом | ||||
| RB | Объемное сопротивление базы (максимальное) при нулевом смещении перехода база–эмиттер | 0 | Ом | ||||
| RBM* | Минимальное сопротивление базы при больших токах | RB | Ом | ||||
| IRB* | Ток базы, при котором сопротивление базы уменьшается на 50% полного перепада между RB и RBM | | А | ||||
| TF | Время переноса заряда через базу в нормальном режиме | 0 | с | ||||
| TR | Время переноса заряда через базу в инверсном режиме | 0 | с | ||||
| QCO | Множитель, определяющий заряд в эпитаксиальной области | 0 | Кл | ||||
| RCO | Сопротивление эпитаксиальной области | 0 | Ом | ||||
| VO | Напряжение, определяющее перегиб зависимости тока эпитаксиальной области | 10 | В | ||||
| GAMMA | Коэффициент легирования эпитаксиальной области | 10 | - | ||||
| XTF | Коэффициент, определяющий зависимость TF от смещения база–коллектор | 0 | |||||
| VTF | Напряжение, характеризующее зависимость TF от смещения база–коллектор | | В | ||||
| ITF | Ток, характеризующий зависимость TF от тока коллектора при больших токах | 0 | А | ||||
| PTF | Дополнительный фазовый сдвиг на граничной частоте транзистора  | 0 | град. | ||||
| CJE | Емкость эмиттерного перехода при нулевом смещении | 0 | пФ | ||||
| VJE (PE) | Контактная разность потенциалов перехода база–эмиттер | 0,75 | В | ||||
| MJE (ME) | Коэффициент, учитывающий плавность эмиттерного перехода | 0,33 | |||||
| CJC | Емкость коллекторного перехода при нулевом смещении | 0 | Ф | ||||
| VJC (PC) | Контактная разность потенциалов перехода база–коллектор | 0,75 | В | ||||
| MJC (MC) | Коэффициент, учитывающий плавность коллекторного перехода | 0,33 | |||||
| CJS (CCS) | Емкость коллектор–подложка при нулевом смещении | 0 | Ф | ||||
| VJS (PS) | Контактная разность потенциалов перехода коллектор–подложка | 0,75 | В | ||||
| MJS (MS) | Коэффициент, учитывающий плавность перехода коллектор-подложка | 0 | - | ||||
| XCJC | Коэффициент расщепления емкости база–коллектор | 1 | |||||
| FC | Коэффициент нелинейности барьерных емкостей прямосмещенных переходов | 0,5 | |||||
| EG | Ширина запрещенной зоны | 1,11 | эВ | ||||
| XTB | Температурный коэффициент BF и BR | 0 | | ||||
| XTI(PT) | Температурный коэффициент IS | 3 | | ||||
| TRE1 | Линейный температурный коэффициент RE | 0 |  | ||||
| TRE2 | Квадратичный температурный коэффициент RE | 0 |  | ||||
| TRB1 | Линейный температурный коэффициент RB | 0 | | ||||
| TRB2 | Квадратичный температурный коэффициент RB | 0 | | ||||
| TRM1 | Линейный температурный коэффициент RBM | 0 | | ||||
| TRM2 | Квадратичный температурный коэффициент RBM | 0 | | ||||
| TRC1 | Линейный температурный коэффициент RC | 0 | | ||||
| TRC2 | Квадратичный температурный коэффициент RC | 0 | | ||||
| KF | Коэффициент, определяющий спектральную плотность фликкер–шума | 0 | |||||
| AF | Показатель степени, определяющий зависимость спектральной плотности фликкер–шума от тока через переход | 1 | |||||
| T_MEASURED | Температура измерений |  | |||||
| T_ABS | Абсолютная температура | | |||||
| T_REL_GLOBAL | Относительная температура | | |||||
| T_REL_LOCAL | Разность между температурой транзистора и модели-прототипа | |
* Для модели Гуммеля–Пуна.
Примечания. 1. В круглых скобках в левой графе таблицы указаны альтернативные обозначения параметров. Параметр RB для модели Эберса–Молла имеет смысл объемного сопротивления базы, не зависящего от тока базы. Остальные параметры имеют одинаковый смысл для моделей Эберса–Молла и Гуммеля–Пуна.
  Рис. 4.4. Схема замещения биполярного n–p–n-транзистора: а - модель Гуммеля–Пуна; б - передаточная модель Эберса–Молла |
Статический режим транзистора. Режим описывается следующими соотношениями (см.рис. 4.4, а):
Ib = Ibe1/BF + Ibe2 + Ibc1/BR + Ibc2;
Ic = Ibe1/Qb–Ibc1/Qb–Ibc1/BR–Ibc2;
Ibe1 =IS[exp(Vbe/(NF·Vt)) – 1];
Ibe2 =ISE[exp(Vbe/(NE·Vt)) – 1];
Ibc1 =IS[exp(Vbc/(NR·Vt)) – 1];
Ibc2 =ISC[exp(Vbc/(NC·Vt) – 1];
Qb =Q1[1 + (1 + 4Q2)
Q1=1/(1-Vbc/VAF-Vbe/VAR), Q2=Ibe1/IKF+Ibc1/IKR;
Is =ISS [exp(Vjs/(NS·Vt)) – 1].
На рис 4.4 приняты обозначения: Ib
– ток базы; Ic – ток коллектора; Ibe1 – ток коллектора в нормальном режиме; Ibc1 – ток коллектора в инверсном режиме; Ibe2, Ibc2 – составляющие тока перехода база–эмиттер, вызванные неидеальностью перехода; Is
– ток подложки; Vbe, Vbc
–
напряжения на переходе внутренняя база–эмиттер и внутренняя база–коллектор; Vbs – напряжение внутренняя база–подложка; Vbn – напряжение внутренняя база–подложка для режима квазинасыщения; Vbx – напряжение база–внутренний коллектор; Vce – напряжение внутренний коллектор–внутренний эмиттер; Vjs – напряжение внутренний коллектор–подложка для NPN транзистора, напряжение внутренняя подложка–коллектор для PNP транзистора или напряжение внутренняя база–подложка для LPNP транзистора.
Объемное сопротивление базы Rb
характеризуется двумя составляющими. Первая составляющая RB определяет сопротивление вывода базы и сопротивление внешней области базы, которое не зависит от тока базы Ib. Вторая составляющая RBM характеризует сопротивление активной области базы, находящейся непосредственно под эмиттером; это сопротивление зависит от тока Ib. Объемное сопротивление базы Rb определяется следующими выражениями в зависимости от значения параметра IRB
Rb =
где
Замечание. В программе PSpice токи, втекающие в транзистор, считаются положительными. Поэтому в активном нормальном режиме в n–p–n-структуре (рис. 4.4) Ic>0, Ib>0, Ie<0. Для структуры p–n–p все напряжения и токи имеют противоположный знак.
Динамические свойства переходов. Они учтены включением в модель емкостей коллектора, эмиттера и подложки, которые имеют диффузионные и барьерные составляющие. Емкость перехода база–эмиттер равна сумме диффузионной (Ctbe) и барьерной (Cjbe) составляющих:
Cbe = Ctbe + Cjbe,
где Ctbe = tf·Gbe; Gbe = dIbe/dVbe – дифференциальная проводимость перехода база–эмиттер в рабочей точке по постоянному току;
tf =TF[1+XTF(3x
-2x )exp(Vbc/(1,44VTF))], x=Ibe1/(Ibe1+ITF);
Емкость перехода база-коллектор расщепляется на две составляющие:
емкость между внутренней базой и коллектором Cbc,
Cbc = Ctbc
+ XCJC·Cjbc,
где Cbct = TR·Gbc, Gbc=dIbc1/dVbc;
и емкость между внешним выводом базы и коллектором Cbx,
Емкость коллектор-подложка равна
Режим квазинасыщения. Этот режим характеризуется прямым смещением перехода внутренняя база–коллектор, в то время как переход наружная база–коллектор остается смещенным в обратном направлении. В расширенной модели Гуммеля–Пуна этот эффект моделируется с помощью дополнительного управляемого источника тока Iepi и двух нелинейных емкостей, заряды которых на рис. 4.4,а
обозначены Qo и Qw. Эти изменения вносятся в модель, если задан параметр RCO [59 ]:
где
Температурная зависимость. Эта зависимость параметров элементов эквивалентной схемы биполярного транзистора устанавливается с помощью следующих выражений:
IS(T)=IS·exp[EG(T)/Vt(T) (T/Tnom–1)] (T/Tnom)
ISE(T)=(ISE/ bf)·exp[EG(T)/(NE·Vt(T)) (T/Tnom–1)] (T/Tnom)
ISC(T)=(ISC/ bf)·exp[EG(T)/(NC·Vt(T)) (T/Tnom–1)] (T/Tnom)
ISS(T)=(ISS/bf) ·exp[EG(T)/(NS·Vt(T)) (T/Tnom–1)] (T/Tnom)
BF(T)=BF·bf, BR(T)=BR·bf, bf=(T/Tnom)
RE(T)=RE [1+TRE1(T–Tnom)+TRE2 (T–Tnom)
RB(T)=RB [1+TRB1(T–Tnom)+TRB2 (T–Tnom)
RBM(T)=RBM [1+TRM1(T–Tnom)+TRM2(T–Tnom)
RC(T)=RC[1+TRC1(T–Tnom)+TRC2 (T–Tnom)
VJE(T)=VJE·T/Tnom–3Vt ·ln(T/Tnom) –EG(Tnom) ·T/Tnom+EG(T);
VJC(T)=VJC·T/Tnom–3Vt ·ln(T/Tnom) –EG(Tnom) ·T/Tnom+EG(T);
VJS(T)=VJS·T/Tnom–3Vt ·ln(T/Tnom) –EG(Tnom)·T/Tnom+EG(T);
CJE(T)=CJE{1+MJE [0,0004(T–Tnom)+1–VJE(T)/VJE]};
CJC(T)=CJC{1+MJC [0,0004(T–Tnom)+1–VJC(T)/VJC]};
CJS(T)=CJS{1+MJS [0,0004(T–Tnom)+1–VJS(T)/VJS]};
KF(T)=KF·VJC(T)/VJC, AF(T)=AF·VJC(T)/VJC.
Зависимость EG от температуры описана в разд. 4.2.
Линейная схема замещения биполярного транзистора. Схема приведена на рис. 4.5. В нее дополнительно включены источники флюктуационных токов. Тепловые шумы IшRB, IшRC
и IшRE , создаваемые резисторами Rb, RC и RE, имеют спектральные плотности
S
Источники тока Iшb, Iшc, характеризующие дробовой и фликкер–шумы в цепях базы и коллектора, имеют соответственно спектральные плотности:
Sb = 2qIb
+ KF·Ib
Рис. 4.5. Линейная схема замещения биполярного транзистора с включением источников шума |
IS=IS·Area, ISE=ISE·Area, ISC=ICS·Area, ISS=ISS·Area, IKF=IKF·Area, IKR=IKR·Area, IRB=IRB·Area, ITF=ITF·Area, CJC=CJC·Area, CJE=CJE·Area, CJS=CJS·Area, RBB=RBB/Area, RE=RE/Area, RC=RC/Area, QCO=QCO·Area.
Значение Area указывается в задании на моделирование при включении транзистора в схему, по умолчанию Area=1.
В качестве примера приведем список параметров модели Гуммеля-Пуна биполярного транзистора КТ316Д
.model KT316D NPN(IS=2.75f XTI=3 EG=1.11 VAF=96 BF=136.5
+ NE=2.496 ISE=12.8pA IKF=97.23m XTB=1.5 VAR=55 BR=.66
+ NC=2 ISC=15.5p IKR=.12 RB=70.6 RC=8.4 CJC=4.1pF VJC=.65
+ MJC=.33 FC=.5 VJE=.69 CJE=1.16pF MJE=.33 TR=27.8n
+ TF=79.0p ITF=.151 VTF=25 XTF=2)
Цифро-аналоговый интерфейс
Цифро-аналоговый интерфейс предназначен для преобразования логического уровня выходных сигналов цифровых компонентов (“0”, “1”, “X”, “R”, “F” или “Z”) в аналоговое напряжение, как показано на рис. 6.3, б. Эти устройства включают на входе аналоговых компонентов. Аналоговое напряжение образуется с помощью источника опорного напряжения и делителя на резисторах, сопротивления которых изменяются программно в соответствии с логическим уровнем цифрового сигнала. Информация о логическом уровне сигнала может быть получена из двух источников:– в процессе расчета временной диаграммы логических устройств с помощью программы PSpice;
– из файла, который создан предварительно вручную или образован в результате моделирования в предыдущем сеансе работы с программой.
В связи с этим цифро-аналоговый интерфейс описывается двояко. При взаимодействии аналоговых и цифровых компонентов в процессе моделирования его описание имеет вид (digital input: digital-to-analog):
Nxxx <узел интерфейса> <–узел источника опорного напряжения>
+ <+узел источника опорного напряжения> <имя модели Ц/А>
+ DGTLNET=<имя цифрового узла> <имя модели вход/выход>
+ [IS=<начальное состояние>]
При управлении из файла описание цифро-аналогового интерфейса имеет формат
Nxxx <узел интерфейса> <–узел источника опорного напряжения>
+ <+узел источника опорного напряжения> <имя модели Ц/А>
+ [SIGNAME=<имя цифрового сигнала>]
+ [IS=<начальное состояние>]
Например
N1 ANALOG DIGITAL_GND U_REF DIN_133 DGTLNET=13 IO_STD
N2 7 15 16 FROM_TTL ; Данные передаются из файла, имя которого
; указано в модели FROM_TTL
Модель цифро-аналогового интерфейса описывается предложением
.MODEL <имя модели Ц/А> DINPUT [<параметры модели>]
Параметры модели цифро-аналогового интерфейса приведены в табл. 6.2.
Таблица 6.2
|
Идентификатор |
Параметр |
Значение по умолчанию |
Единица измерения |
|
CLO |
Емкость между выходным узлом и “землей” |
0 |
Ф |
|
CHI |
Емкость между выходным узлом и источником питания |
0 |
Ф |
|
SONAME |
Имя состояния логический “0” |
||
|
SOTSW |
Время переключения в состояние “0” |
|
с |
|
SORLO |
Сопротивление между выходным узлом и "землей" в состоянии “0” |
Ом |
|
|
SORHI |
Сопротивление между выходным узлом и источником питания в состоянии “0” |
Ом |
|
|
S1NAME |
Имя состояния логическая “1” |
||
|
S1TSW |
Время переключения в состояние “1” |
с |
|
|
S1RLO |
Сопротивление между выходным узлом и “землей” в состоянии “1” |
Ом |
|
|
S1RHI |
Сопротивление между выходным узлом и источником питания в состоянии “1” |
Ом |
|
|
S19NAME |
Имя логического состояния “19” |
||
|
S19TSW |
Время переключения в состояние “19” |
с |
|
|
S19RLO |
Сопротивление между выходным узлом и “землей” в состоянии “19” |
Ом |
|
|
S19RHI |
Сопротивление между выходным узлом и источником питания в состоянии “19” |
Ом |
|
|
FILE |
Имя файла с цифровыми сигналами ( только при чтении из файла) |
||
|
FORMAT |
Код формата входного файла (только при чтении из файла) |
1 |
|
|
TIMESTEP |
Интервал времени между соседними отсчетами цифрового сигнала в файле (только при чтении из файла) |
10 |
с |
DGTLNET=<имя цифрового узла> <имя модели вход/выход>
указывает имя цифрового узла, к которому подсоединен интерфейс Ц/А, и имя модели входного/выходного сопротивления соответствующего цифрового компонента (см. ниже).
Начальное логическое состояние управляющего цифрового узла в момент времени t=0 определяется режимом схемы по постоянному току. Изменение этого состояния при необходимости производится с помощью необязательной опции
IS=<начальное состояние>
Параметры модели FILE, FORMAT и TIMESTEP
используются только при управлении из файла. При этом управление производится цифровым сигналом, имя которого указано в необязательной опции
SIGNAME=<имя цифрового сигнала>
В ее отсутствие управление осуществляется сигналом, имя которого образовано символами xxx, находящимися справа от префикса N имени цифро-аналогового интерфейса Nxxx.
На рис. 6.3, б изображена схема замещения выходного каскада цифровых ИС. Сопротивления резисторов изменяются в соответствии с логическим уровнем управляющего цифрового узла. При его изменении сопротивления резисторов плавно изменяются по экспоненциальному закону с постоянной времени, которая определяется длительностью переключения, указанной в модели DINPUT. Эти сопротивления рассчитываются по формулам
RLO=R
где R
К управляющему цифровому узлу не должны подключаться какие-либо аналоговые компоненты, так как в противном случае между ними автоматически будет включен аналого-цифровой интерфейс и цифровой узел отсоединится.
В процессе моделирования логические состояния управляющего цифрового узла получают имена “0”, “1”, “X”, “R”, “F” и “Z”. Моделирование прерывается, если хотя бы одно из этих состояний не указано в перечне спецификаций SnNAME, SnTSW, SnRLO
и SnRHI.
Логическое состояние входного цифрового сигнала можно просмотреть с помощью программы Probe на аналоговом экране, указывая в качестве имени переменной B(Nxxx). Значение B(Nxxx) равно 0.0, если текущее состояние есть S0NAME, равно 1.0 в состоянии S1NAME и т.д. до 19.0. Однако логические состояния входных цифровых узлов удобнее выводить на цифровой экран программы Probe.
Цифровые компоненты
Цифровые компоненты (примитивы) задаются по форматуUxxx <тип> [(<список параметров>*)]
+ <+узел источника питания> <–узел источника питания>
+ <список узлов>*
+ <имя модели динамики> <имя модели вход/выход>
+ [MNTYMXDLY=<выбор значения задержки>]
+ [IO_LEVEL=<уровень модели интерфейса>]
Параметр <тип> указывает тип логического устройства (их перечень приведен ниже, например AND, NOR); в круглых скобках указываются значения одного или более параметров через запятую (например, для схемы И указывается количество входов). После списка узлов подключения логического устройства следуют имена двух моделей. Первая модель описывает динамические свойства устройства, вторая – характеристики входных и выходных сопротивлений.
Модели динамики имеют следующие ключевые слова:
| Имя модели динамики | Тип компонента | ||
| UADC | Аналого-цифровой преобразователь | ||
| UDAC | Цифро-аналоговый преобразователь | ||
| UIO | Модель входа/выхода цифрового устройства | ||
| UGATE | Стандартный вентиль | ||
| UTGATE | Вентиль с тремя состояниями | ||
| UBTG | Двунаправленный переключающий вентиль | ||
| UEFF | Триггер с динамическим управлением | ||
| UGFF | Триггер с потенциальным управлением | ||
| UDLY | Цифровая линия задержки | ||
| UPLD | Программируемые логические матрицы | ||
| UROM | Постоянное запоминающее устройство | ||
| URAM | Оперативное запоминающее устройство |
Модели вход/выход имеют ключевое слово UIO (разд. 6.2.3).
Параметр MNTYMXDLY позволяет конкретному индивидуальному устройству назначить минимальное, типичное или максимальное значение времени задержки, указанное в спецификации модели его динамики:
0 – значение задержки, заданное параметром DIGMNTYMX директивы .OPTIONS (по умолчанию параметр равен 2);
1 – минимальное значение;
2 – типичное значение;
3 – максимальное значение;
4 – расчет наихудшего случая (минимум/максимум).
Параметр IO_LEVEL указывает тип цифро-аналогового и аналого-цифрового интерфейса данного цифрового устройства:
0 – в соответствии со значением параметра DIGIOLVL
директивы .OPTIONS (по умолчанию он равен 1);
1 – интерфейс AtoD1/DtoA1;
2 – интерфейс AtoD2/DtoA2;
3 – интерфейс AtoD3/DtoA3;
4 – интерфейс AtoD4/DtoA4.
Запаздывание сигнала в примитивах цифровых устройств определяется в двух моделях: динамики и вход/выход.
Модель динамики определяет задержки распространения и такие временные ограничения, как время установки (setup) и удерживания (hold). Модель вход/выход задает входные и выходные сопротивления и емкости и время переключения.
Когда выход примитива соединяется с другим примитивом, общее время задержки распространения первого примитива равно сумме времени установления напряжения на его нагрузке и времени распространения сигнала, указанного в модели динамики. Время установления напряжения на нагрузке (loading delay) рассчитывается по формуле
где R
или DRVL в зависимости от логического уровня на выходе; C
Когда цифровой примитив подключен к аналоговому устройству, задержка распространения уменьшается на величину, равную времени переключения, заданного в модели вход/выход.
Минимальная длительность сигнала на входе цифрового примитива, необходимая для изменения его логического состояния, должна превышать время задержки, приведенное в модели динамики (это ограничение не относится к цифровым линиям задержки). Более короткие входные импульсы не вызовут на выходе никакого эффекта.
Приведем описание смешанной цепи на рис. 6.2, а:
Analog/Digital Interface Example
.OPT ACCT LIST LIBRARY EXPAND RELTOL=.001
.LIB DIG.LIB
VSIN 1 0 SIN(0 5v 1MEG)
U1 STIM(1, 1) $G_DPWR $G_DGND 2 IO_STD TIMESTEP = 10ns
+ (0C, 1)
+ LABEL=BEGIN
+ (1C,0) (2C,1) (3C,X) (4C,0) (5C,Z)
+ 6C GOTO BEGIN –1 TIMES
X1 1 2 3 133LA3
RL 3 0 25k
CL 3 0 5pF
.TRAN 5ns 500ns
.PRINT TRAN V(1) D(2) V(3)
.PROBE
.END
Здесь имеется обращение к библиотечному файлу моделей цифровых отечественных компонентов dig.lib, фрагменты которого приведены в Приложении 5.
Обратим внимание, что цифровые ИС, даже простейшие, для которых имеются примитивы, представлены в библиотеке в виде макромоделей, имена которых совпадают с обозначением по ЕСКД (правда, в латинской транскрипции). Это позволяет пользователю не задумываться о правилах описания каждой конкретной ИС, предоставляя это разработчикам библиотек моделей.
Информация об автоматически включаемых в схему макромоделях устройств сопряжения, их именах и именах новых цифровых узлов помещается в выходном файле с расширением .out:
**** Generated AtoD and DtoA Interfaces ****
* Analog/Digital interface for node 1
* Moving X1.U1:IN1 from analog node 1 to new digital node 1$AtoD
X$1_AtoD1 1 1$AtoD AtoD
* Analog/Digital interface for node 3
* Moving X1.U1:OUT1 from analog node 3 to new digital node 3$DtoA
X$3_DtoA1 3$DtoA 3 DtoA
* Analog/Digital interface power supply subckt
X$DIGIFPWR 0 DIGIFPWR
В качестве примера расчета переходных процессов приведем фрагмент выдачи данных в табличной форме по директиве .PRINT:
TIME V(1) D(2) V(3)
0.000E+00 0.000E+00 1 3.551E+00
5.000E-09 1.570E-01 1 3.551E+00
1.000E-08 3.139E-01 0 3.551E+00
1.500E-08 4.704E-01 0 3.551E+00
2.000E-08 6.264E-01 1 3.551E+00
2.500E-08 7.820E-01 1 3.551E+00
3.000E-08 9.369E-01 X 3.551E+00
3.500E-08 1.091E+00 X 3.266E+00
Перейдем теперь к описанию цифровых компонентов различных типов, сгруппировав их по следующим категориям:
– многоразрядные АЦП и ЦАП;
– вентили;
– триггеры;
– программируемые логические матрицы;
– устройства памяти;
– источники постоянных логических сигналов;
– линии задержки;
– функциональное описание цифровых устройств.
6.4.1. Многоразрядные АЦП и ЦАП
Многоразрядные АЦП задаются по формату
Uxxx ADC(
+ <модель динамики> <модель вход/выход>
+ [MNTYMXDLY=<выбор значения задержки>]
+ [IO_LEVEL=<уровень модели интерфейса>]
Имена узлов перечисляются в <списке узлов> в следующем порядке (рис. 6.5):
<+узел источника питания>, <–узел источника питания>, <аналоговый вход>, <опорное напряжение>, <"земля">, <сигнал разрешения>, <сигнал преобразования>, <сигнал переполнения>,
Смысл остальных параметров такой же, что и для интерфейса А/Ц типа Oxxx.
 Рис. 6.5. Аналого-цифровой преобразователь |
.MODEL <имя модели> UADC [(параметры)]
Параметры этой модели приведены в табл. 6.4 (значение по умолчанию – 0, единица измерения – с).
Таблица 6.4
|
Идентификатор |
Параметр |
|
TPCSMN |
Время задержки запуска – запаздывание между передними фронтами импульсов разрешения и запуска, минимальное значение |
|
TPCSTY |
То же, типичное значение |
|
TPCSMX |
То же, максимальное значение |
|
TPSDMN |
Время цикла кодирования – интервал времени между передним фронтом импульса запуска и переходом выходного сигнала в новое состояние, минимальное значение |
|
TPSDTY |
То же, типичное значение |
|
TPSDMX |
То же, максимальное значение |
|
TPDSMN |
Запаздывание заднего фронта сигнала запуска относительно момента перехода выходного сигнала в новое состояние, минимальное значение |
|
TPDSMTY |
То же, типичное значение |
|
TPDSMX |
То же, максимальное значение |
Временная диаграмма АЦП показана на рис. 6.6. Выходной сигнал АЦП равен ближайшему целому выражения
где m – количество разрядов.
Если это выражение больше 2
Сигнал (импульс) разрешения (convert pulse) может иметь любую, в том числе и нулевую длительность. Если время цикла кодирования tpsd=0, то m разрядов данных и разряд переполнения, не принимая неопределенного состояния, сразу принимают новое значение. Между узлами <опорное напряжение> и <“земля”> включается резистор с сопротивлением, равным 1/GMIN.
 Рис. 6.6. Переходные процессы в АЦП |
Приведем пример описания 4-разрядного АЦП
U3 ADC(4) $G_DPWR $G_DGND1 10 0 conv stat over
+ out3 out2 out1 out0 DINAM IO_ADC
.MODEL DINAM UADC(
+ tpcsmn=5ns, tpcsty=8ns, tpcsmx=10ns,
+ tpsdmn=16ns, tpsdty=20ns, tpsdmx=22ns,
+ tpdsmn=4ns, tpdsty=5ns, tpdsmx=6ns)
.MODEL IO_ADC UIO(drvh=50 drvl=50)
Многоразрядный ЦАП задается по формату
Uxxx DAC(
+ <модель вход/выход>
+ [MNTYMXDLY=<выбор значения задержки>]
+ [IO_LEVEL=<уровень модели интерфейса>]
Имена узлов перечисляются в <списке узлов> в следующем порядке (рис. 6.7):
<+узел источника питания>, <–узел источника питания>, <аналоговый выход>, <опорное напряжение>, <“земля”>,
 Рис. 6.7. Цифро-аналоговый преобразователь |
Модель динамики ЦАП имеет вид
.MODEL <имя модели> UDAC [(параметры)]
Параметры этой модели приведены ниже (значение по умолчанию – 0, единица измерения – с):
|
Идентификатор |
Параметр |
|
TSWMN |
Время установления (от момента изменения входного кода до момента достижения выходным напряжением уровня 0,9 установившегося значения), минимальное значение |
|
TSWTY |
То же, типичное значение |
|
TSWMX |
То же, максимальное значение |
V(<опорное напряжение>, <“земля”>)
Опорное напряжение определяет диапазон выходного аналогового напряжения. Между узлом источника опорного напряжения и “землей” включается сопротивление, равное 1/GMIN.
Если какой-либо разряд входного цифрового сигнала не определен, выходное напряжение равно половине разности двух напряжений. Одно из них представляет собой выходное напряжение ЦАП, если все не определенные состояния “X” заменить на “1”, второе – если эти состояния заменить на логический “0”. При изменении состояний всех разрядов выходное напряжение линейно изменяется в течение интервала преобразования, как показано на рис. 6.8.
 Рис. 6.8. Переходные процессы в ЦАП |
Вентили подразделяются на элементарные и сложные. Элементарные вентили имеют один или несколько входов и только один выход. Сложные вентили (сборки) содержат в одном корпусе несколько простых вентилей (рис. 6.9). Кроме того, вентили подразделяются на два типа: стандартные вентили и вентили с тремя состояниями. Вентили с тремя состояниями управляются сигналами разрешения. Когда этот сигнал имеет уровень “0”, выходной сигнал вентиля имеет неопределенный уровень “X” при высоком выходном сопротивлении Z.
 Рис. 6.9. Стандартные вентили и их сборки |
Стандартные вентили
перечислены в табл. 6.5.
Таблица 6.5
|
Тип |
Параметр |
Порядок перечисления выводов |
Функциональное назначение |
|
BUF |
Нет |
Вх., вых. |
Буфер |
|
INV |
Нет |
Вх., вых. |
Инвертор |
|
AND |
N |
Вх.1, вх.2,..., вых. |
Логическое И |
|
NAND |
N |
Вх.1, вх.2,..., вых. |
Логическое И–НЕ |
|
OR |
N |
Вх.1, вх.2,..., вых. |
Логическое ИЛИ |
|
NOR |
N |
Вх.1, вх.2,..., вых. |
Логическое ИЛИ–НЕ |
|
XOR |
Нет |
Вх.1, вх.2, вых. |
Исключающее ИЛИ |
|
NXOR |
Нет |
Вх.1, вх.2, вых. |
Исключающее ИЛИ–НЕ |
|
BUFA |
L |
Вх.1, вх.2,..., вых.1, вых.2,... |
Сборка буферов |
|
INVA |
L |
Вх.1, вх.2,..., вых.1, вых.2,... |
Сборка инверторов |
|
ANDA |
N, L |
Вх.1, вх.2,..., вых.1, вых.2,... |
Сборка логики И |
|
NANDA |
N, L |
Вх.1, вх.2,..., вых.1, вых.2,... |
Сборка логики И–НЕ |
|
ORA |
N, L |
Вх.1, вх.2,..., вых.1, вых.2,... |
Сборка логики ИЛИ |
|
NORA |
N, L |
Вх.1, вх.2,..., вых.1, вых.2,... |
Сборка логики ИЛИ–НЕ |
|
XORA |
L |
Вх.1, вх.2,..., вых.1, вых.2,... |
Сборка логики исключающее ИЛИ |
|
NXORA |
L |
Вх.1, вх.2,..., вых.1, вых.2,... |
Сборка логики исключающее ИЛИ–НЕ |
|
AO |
N, L |
Вх.1, вх.2,..., вых. |
Сборка логики И–ИЛИ |
|
OA |
N, L |
Вх.1, вх.2,..., вых. |
Сборка логики ИЛИ–И |
|
AOI |
N, L |
Вх.1, вх.2,..., вых. |
Сборка логики И–ИЛИ–НЕ |
|
OAI |
N, L |
Вх.1, вх.2,..., вых. |
Сборка логики ИЛИ–И–НЕ |
Модель динамики вентилей имеет формат
.MODEL <имя модели> UGATE [(параметры)]
Параметры моделей вентилей типа UGATE приведены ниже (значение по умолчанию – 0, единица измерения – с):
|
Идентификатор |
Параметр |
|
TPLHMN |
Задержка при переходе от низкого уровня к высокому, минимальное значение |
|
TPLHTY |
То же, типичное значение |
|
TPLHMX |
То же, максимальное значение |
|
TPHLMN |
Задержка при переходе от высокого уровня к низкому, минимальное значение |
|
TPHLTY |
То же, типичное значение |
|
TPHLMX |
То же, максимальное значение |
Вентили с тремя состояниями
перечислены в табл. 6.6.
Таблица 6.6
|
Тип |
Параметр |
Порядок перечисления выводов |
Функциональное назначение |
|
BUF3 |
Нет |
Вх., разр., вых. |
Буфер |
|
INV3 |
Нет |
Вх., разр., вых. |
Инвертор |
|
AND3 |
N |
Вх.1, вх.2,..., разр., вых. |
Логика И |
|
NAND3 |
N |
Вх.1, вх.2,..., разр., вых. |
Логика И–НЕ |
|
OR3 |
N |
Вх.1, вх.2,..., разр., вых. |
Логика ИЛИ |
|
NOR3 |
N |
Вх.1, вх.2,..., разр., вых. |
Логика ИЛИ–НЕ |
|
XOR3 |
Нет |
Вх.1, вх.2, разр., вых. |
Исключающее ИЛИ |
|
NXOR3 |
Нет |
Вх.1, вх.2, разр., вых. |
Исключающее ИЛИ–НЕ |
|
BUF3A |
L |
Вх.1, вх.2,..., разр., вых.1, вых.2, ... |
Сборка буферов |
|
INV3A |
L |
Вх.1, вх.2,..., разр., вых.1, вых.2, ... |
Сборка инверторов |
|
AND3A |
N, L |
Вх.1, вх.2,..., разр., вых.1, вых.2, ... |
Сборка элементов логики И |
|
NAND3A |
N, L |
Вх.1, вх.2,..., разр., вых.1, вых.2, ... |
Сборка элементов логики И–НЕ |
|
OR3A |
N, L |
Вх.1, вх.2,..., разр., вых.1, вых.2, ... |
Сборка элементов логики ИЛИ |
|
NOR3A |
N, L |
Вх.1, вх.2,..., разр., вых.1, вых.2, ... |
Сборка элементов логики ИЛИ–НЕ |
|
XOR3A |
N, L |
Вх.1, вх.2,..., разр., вых.1, вых.2, ... |
Сборка элементов исключающее ИЛИ |
|
NXOR3A |
N, L |
Вх.1, вх.2,..., разр., вых.1, вых.2, ... |
Сборка элементов исключающее ИЛИ–НЕ |
Модель динамики этих вентилей имеет формат
.MODEL <имя модели> UTGATE [(параметры)]
Параметры моделей вентилей типа UTGATE приведены в табл. 6.7 (значение по умолчанию – 0, единица измерения – с):
Таблица 6.7
|
Идентификатор |
Параметр |
|
TPLHMN |
Задержка при переходе от низкого уровня к высокому, минимальное значение |
|
TPLHTY |
То же, типичное значение |
|
TPLHMX |
То же, максимальное значение |
|
TPHLMN |
Задержка при переходе от высокого уровня к низкому, минимальное значение |
|
TPHLTY |
То же, типичное значение |
|
TPHLMX |
То же, максимальное значение |
|
TPLZMN |
Задержка при переходе от низкого уровня к уровню Z, минимальное значение |
|
TPLZTY |
То же, типичное значение |
|
TPLZMX |
То же, максимальное значение |
|
TPHZMN |
Задержка при переходе от высокого уровня к уровню Z, минимальное значение |
|
TPHZTY |
То же, типичное значение |
|
TPHZMX |
То же, максимальное значение |
|
TPZLMN |
Задержка при переходе от уровня Z к низкому уровню, минимальное значение |
|
TPZLTY |
То же, типичное значение |
|
TPZLMX |
То же, максимальное значение |
|
TPZHMN |
Задержка при переходе от уровня Z к высокому уровню, минимальное значение |
|
TPZHTY |
То же, типичное значение |
|
TPZHMX |
То же, максимальное значение |
Двунаправленные вентили. Двунаправленный вентиль представляет собой пассивное устройство, которое соединяет или разъединяет два узла (версия Design Center 6.1 и более поздние). Коммутация этих узлов определяется логическим состоянием входного управляющего узла. Устройства типа NBTG соединяют два узла при подаче на вход логической “1” и разъединяют при подаче “0”. Устройства типа PBTG соединяют два узла при подаче на вход логического “0” и рассоединяют при подаче “1”. Эти устройства не имеют параметров, модель их динамики имеет вид
.MODEL <имя модели> UBTG
Параметры DRVH и DRVL модели вход/выход используются для управления ячейками запоминания заряда, сигналы с которых передаются через двунаправленные вентили. Если двунаправленный вентиль соединен с цепью, к которой подключен хотя бы один вход устройства, в модели вход/выход которого имеется параметр INLD со значением больше нуля, или выход устройства, в модели которого параметр OUTLD больше нуля, то эта цепь будет моделироваться как ячейка запоминания заряда.
Двунаправленные вентили имеют стандартный формат записи. Приведем пример
U4 NBTG $G_DPWR $G_DGND GATE SD1 SD2
+ BTG1 IO_BTG
.MODEL BTG1 UBTG
6.4.3. Триггеры
Триггеры имеют динамическое и потенциальное управление. Каждый компонент может содержать один или несколько триггеров в корпусе, у которых общими являются сигналы установки, сброса и тактовой синхронизации (рис. 6.10).
 Рис. 6.10. Триггеры: а – JK-триггер с отрицательным фронтом срабатывания и низким уровнем сигналов установки и сброса; б – D-триггер с положительным фронтом срабатывания и низким уровнем сигналов установки и сброса; в – синхронный двухтактный RS-триггер; г – синхронный однотактный D-триггер |
Таблица 6.8
|
Тип |
Параметры |
Порядок перечисления выводов |
Функциональное назначение |
|
Триггеры с динамическим управлением |
|||
|
JKFF |
Количество триггеров |
S, R, C, J1, J2, ..., K1, K2, ..., Q1, Q2, ...,  |
JK-триггер с отрицательным фронтом срабатывания и низким уровнем сигнала установки и сброса |
|
DFF |
Количество триггеров |
S, R, C, D1, D2, ..., Q1, Q2, ..., |
D-триггер с положительным фронтом срабатывания и низким уровнем сигнала установки и сброса |
|
Триггеры с потенциальным управлением |
|||
|
SRFF |
Количество триггеров |
S, R, G, S1, S2, ..., R , R , ..., Q1, Q2,..., |
Двухтактный синхронный RS-триггер |
|
DLTCH |
Количество триггеров |
S, R, G, D1, D2, ..., Q1, Q2, ..., |
Однотактный синхронный D-триггер |
Модели динамики триггеров с динамическим управлением имеют формат
.MODEL <имя модели> UEFF [(параметры)]
Параметры модели триггеров с динамическим управлением типа UEFF приведены в табл. 6.9 (значение по умолчанию – 0, единица измерения – с).
Таблица 6.9
|
Идентификатор |
Параметр |
|
TPPCQLHMN |
Задержка перехода “0” |
|
TPPCQLHTY |
То же, типичное значение |
|
TPPCQLHMX |
То же, максимальное значение |
|
TPPCQHLMN |
Задержка перехода “1” |
|
TPPCQHLTY |
То же, типичное значение |
|
TPPCQHLMX |
То же, максимальное значение |
|
TWPCLMN |
Максимальная длительность сигнала “0” на входе S/R, минимальное значение |
|
TWPCLTY |
То же, типичное значение |
|
TWPCLMX |
То же, максимальное значение |
|
TPCLKQLHMN |
Задержка перехода “0” |
|
TPCLKQLHTY |
То же, типичное значение |
|
TPCLKQLHMX |
То же, максимальное значение |
|
TPCLKQHLMN |
Задержка перехода “1” |
|
TPCLKQHLTY |
То же, типичное значение |
|
TPCLKQHLMX |
То же, максимальное значение |
|
TWCLKLMN |
Минимальная длительность сигнала “0” на входе С/ |
|
TWCLKLTY |
То же, типичное значение |
|
TWCLKLMX |
То же, максимальное значение |
|
TWCLKHMN |
Минимальная длительность сигнала “1” на входе С/ |
|
TWCLKHTY |
То же, типичное значение |
|
TWCLKHMX |
То же, максимальное значение |
|
TSUDCLKMN |
Время подготовки к работе по входам J/K/D перед действием фронта синхроимпульса С/ |
|
TSUDCLKTY |
То же, типичное значение |
|
TSUDCLKMX |
То же, максимальное значение |
|
TSUPCCLKHMN |
Длительность сигнала “1” на входах S/R при действии фронта синхроимпульса С/ |
|
TSUPCCLKHTY |
То же, типичное значение |
|
TSUPCCLKHMX |
То же, максимальное значение |
|
THDCLKMN |
Длительность сигнала на входе J/K/D после действия фронта синхроимпульса С/ |
|
THDCLKTY |
То же, типичное значение |
|
THDCLKMX |
То же, максимальное значение |
Косая черта “/” означает “или”; например, запись S/R означает сигнал S или R.
Модель динамики триггеров с потенциальным управлением имеет формат
.MODEL <имя модели> UGFF [(параметры)]
Параметры моделей триггеров с потенциальным управлением типа UGFF приведены в табл. 6.10 (значение по умолчанию – 0, единица измерения – с).
Таблица 6.10
|
Идентификатор |
Параметр |
|
TPPCQLHMN |
Задержка перехода “0” |
|
TPPCQLHTY |
То же, типичное значение |
|
TPPCQLHMX |
То же, максимальное значение |
|
TPPCQHLMN |
Задержка перехода “1” |
|
TPPCQHLTY |
То же, типичное значение |
|
TPPCQHLMX |
То же, максимальное значение |
|
TWPCLMN |
Минимальная длительность сигнала “0” на входе S/R, минимальное значение |
|
TWPCLTY |
То же, типичное значение |
|
TWPCLMX |
То же, максимальное значение |
|
TPGQLHMN |
Задержка перехода “0” |
|
TPGQLHTY |
То же, типичное значение |
|
TPGQLHMX |
То же, максимальное значение |
|
TPGQHLMN |
Задержка перехода “1” |
|
TPGQHLTY |
То же, типичное значение |
|
TPGQHLMX |
То же, максимальное значение |
|
TPDQLHMN |
Задержка перехода “0” |
|
TPDQLHTY |
То же, типичное значение |
|
TPDQLHMX |
То же, максимальное значение |
|
TPDQHLMN |
Задержка перехода “1” |
|
TPDQHLTY |
То же, типичное значение |
|
TPDQHLMX |
То же, максимальное значение |
|
TWGHMN |
Минимальная длительность сигнала “1” на входе G, минимальное значение |
|
TWGHTY |
То же, типичное значение |
|
TWGHMX |
То же, максимальное значение |
|
TSUDGMN |
Время подготовки к работе по входам S/R/D перед действием фронта синхроимпульса G, минимальное значение |
|
TSUDGTY |
То же, типичное значение |
|
TSUDGMX |
То же, максимальное значение |
|
TSUPCGHMN |
Длительность сигнала “1” на входах S/R при действии фронта синхроимпульса G, минимальное значение |
|
TSUPCGHTY |
То же, типичное значение |
|
TSUPCGHMX |
То же, максимальное значение |
|
THDGMN |
Длительность сигнала на входе S/R/D после действия фронта синхроимпульса G, минимальное значение |
|
THDGTY |
То же, типичное значение |
|
THDGMX |
То же, максимальное значение |
По умолчанию в начальный момент времени выходные состояния триггеров приняты неопределенными (состояния X). Они остаются таковыми до подачи сигналов установки или сброса либо перехода триггера в определенное состояние. В Design Center 6.1 появилась возможность установить определенное начальное состояние с помощью параметра DIGINITSTATE
директивы .OPTIONS.
В моделях триггеров имеются параметры, характеризующие минимальные длительности сигналов установки и сброса и минимальную длительность импульсов. Если эти параметры больше нуля, то в процессе моделирования измеренные значения длительностей импульсов сравниваются с заданными данными и при наличии слишком коротких импульсов на экран выдаются предупреждающие сообщения (Warning messages), которые также передаются в программу Probe и заносятся в выходной файл с расширением .out.
6.4.4. Программируемые логические матрицы
Программируемые логические матрицы (ПЛМ, PLA – Programmable Logic Arrays) имеют ряд входов, которые формируют столбцы матрицы, и ряд выходов, образующих строки [10]. Каждый выход (строка) управляется одним логическим элементом. Совокупность управляющих сигналов составляет программу для ПЛМ, которая определяет, какие входы соединяются с логическими элементами. В состав примитивов ПЛМ входят только однотипные вентили (И, ИЛИ, И–НЕ и т. п.), поэтому реальные ИС ПЛМ составляются из нескольких примитивов в виде макромоделей.
Программа ПЛМ вводится в задание на моделирование двояко:
1) предварительно записывается в файл в формате JEDEC, имя файла указывается в описании примитива конкретной ПЛМ;
2) данные программы включаются непосредственно в описание ПЛМ (с использованием конструкции DATA=...), что менее удобно.
Однако при использовании библиотек, в которых ПЛМ оформлены в виде макромоделей, пользователю не нужно разбираться в деталях их моделей – достаточно указать имя модели ПЛМ, список узлов включения и с помощью опции TEXT указать имя JEDEC-файла, содержащего описание программы ПЛМ, как показано на следующем примере:
X1 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 IN8 IN9 IN10 IN11 IN12 IN13 IN14
+ OUT1 OUT2 OUT3 OUT4
+ PAL14H4
+ TEXT: JEDEC_FILE = "myprog.jed"
Здесь в схему включена ПЛМ типа PAL14H4, программируемая из файла “myprog.jed.
Примитивы ПЛМ вводятся в задание на моделирование предложением (рис. 6.11):
Uxxx <тип ПЛМ> (<количество входов>,<количество выходов>)
+ <+узел источника питания> <–узел источника питания>
+ <входной узел>* <выходной узел>*
+ <имя модели динамики> <имя модели вход/выход>
+ [FILE=<имя файла>]
+ [DATA=<флаг системы счисления>$<данные программы>$]
+ [MNTYMXDLY=<выбор значения задержки>]
+ [IO_LEVEL=<уровень модели интерфейса>]
 Рис. 6.11. Программируемая логическая матрица |
PLAND – матрица логики И;
PLOR – матрица логики ИЛИ;
PLXOR – матрица логики исключающее ИЛИ;
PLNAND – матрица логики И–НЕ;
PLNOR – матрица логики ИЛИ–НЕ;
PLNXOR – матрица логики исключающее ИЛИ–НЕ;
PLANDDC – матрица логики И, содержащая для каждого входа столбцы прямого и дополнительного кода;
PLORC – матрица логики ИЛИ, содержащая для каждого входа столбцы прямого и дополнительного кода;
PLXORC – матрица логики исключающее ИЛИ, содержащая для каждого входа столбцы прямого и дополнительного кода;
PLNANDC – матрица логики И–НЕ, содержащая для каждого входа столбцы прямого и дополнительного кода;
PLNORC – матрица логики ИЛИ–НЕ, содержащая для каждого входа столбцы прямого и дополнительного кода;
PLNXORC – матрица логики исключающее ИЛИ, содержащая для каждого входа столбцы прямого и дополнительного кода.
После ключевого слова FILE указывается имя файла
в формате JEDEC, в котором записана программа ПЛМ. Оно может быть указано как текстовая константа (и тогда заключается в кавычки " ") или как текстовое выражение (заключается между вертикальными черточками | |).
Если приведена опция FILE, то любые данные, приведенные после опции DATA, игнорируются. Способ адресации, принятый в файле JEDEC для расположения данных, определяется параметрами модели динамики.
Флаг системы счисления
принимает значения:
B – двоичная система счисления;
O – восьмеричная система счисления (бит старшего разряда расположен по младшему адресу);
X – шестнадцатиричная система счисления (бит старшего разряда расположен по младшему адресу).
Данные программы помещаются между знаками доллара $ и могут располагаться как слитно, так и разделяться одним или несколькими пробелами. Поток данных начинается с нулевого адреса, по которому программируется соединение первого входа с вентилем, управляющим первым выходом. Наличие “0” означает, что вход не подсоединен к вентилю, а “1” – наличие такого соединения (изначально все входы не подсоединены ни к каким выходам). Данные по следующему адресу управляют соединением дополнения первого входа к вентилю, управляющему первым выходом (только для ПЛМ с прямыми и дополнительными входами), или второго входа, подключенного к вентилю, управляющему первым выходом. Каждые дополнительные “1” или “0” программирует соединение следующего входа или его дополнения с вентилем, управляющим первым выходом, до тех пор, пока не переберут все входы (и их дополнения). Последующие данные программируют соединения входов со вторым выходом и т. д.
Модель динамики ПЛМ имеет формат
.MODEL <имя модели динамики> UPLD [(параметры модели динамики)]
Параметры этой модели приведены в табл. 6.11.
Таблица 6.11
|
Идентификатор |
Параметр |
Значение по умолчанию |
Единица измерения |
|
TPLHMN |
Время задержки на выход при переключении “0” |
0 |
с |
|
TPLHTY |
То же, типичное значение |
0 |
с |
|
TPLHMX |
То же, максимальное значение |
0 |
с |
|
TPHLMN |
Время задержки на выход при переключении “1” |
0 |
с |
|
TPHLTY |
То же, типичное значение |
0 |
с |
|
TPHLMX |
То же, максимальное значение |
0 |
с |
|
OFFSET |
Адрес данных, управляющих подключением первого входа к первому выходу (в файле JEDEC) |
0 |
|
|
COMPOFFSET |
Адрес данных, управляющих подключением дополнения первого входа к первому выходу (в файле JEDEC) |
1 |
|
|
INSCALE |
Количество адресов для программирования изменения состояния каждого входа (в файле JEDEC) |
1 |
|
|
OUTSCALE |
Количество адресов в файле JEDEC для программирования изменения состояния каждого выхода (вентиля) |
2 |
Приведем пример декодера 3-8 (рис. 6.12). Входные узлы обозначим IN1 (старший разряд), IN2, IN3 (младший разряд). Если все входы находятся в состоянии “0”, выход OUT1=“1”. Если IN1 и IN2 – в состоянии “1”, а IN3 – в состоянии “1”, OUT2=“1” и т. д. Данные программы для удобства чтения записаны в виде массива. В комментариях сверху от программы указаны имена входных узлов, находящихся в состоянии “1” – true (T) и “0” – false (F, дополнительный код); в комментариях в конце строк указаны имена выходных узлов, управляемых вентилем.
UDECODE PLANDC(3,8) ; 3 входа, 8 выходов
+ $G_DPWR $G_DGND ; Узлы источника питания и “земли”
+ IN1 IN2 IN3 ; Входы
+ OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 OUT5 OUT6 OUT7 OUT8 ; Выходы
+ PLD_MDL ; Имя модели динамики ПЛМ
+ IO_STD ; Имя модели вход/выход ПЛМ
+ DATA=B$ ; Данные программы ПЛМ
* IN1 IN2 IN3
* TF TF TF
+ 01 01 01 ; OUT1
+ 01 01 10 ; OUT2
+ 01 10 01 ; OUT3
+ 01 10 10 ; OUT4
+ 10 01 01 ; OUT5
+ 10 01 10 ; OUT6
+ 10 10 01 ; OUT7
+ 10 10 10 $ ; OUT8
.MODEL PLD_MDL UPLD(...) ; Определение модели динамики ПЛМ
 Рис. 6.12. Декодер 3-8, реализованный на ПЛМ |
Запоминающие устройства (ЗУ) подразделяются на постоянные ЗУ (ROM, Read Only Memories) и оперативные ЗУ (RAM, Random Access Read–Write Memories).
Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ).
Существует два способа записи данных в ПЗУ для последующего моделирования:
1) обычно данные предварительно записываются в файл в формате Intel Hex и перед началом моделирования они из него считываются;
2) данные записываются непосредственно в описание ПЗУ c помощью конструкции DATA=...
Модель ПЗУ (рис. 6.13) задается по формату
Uxxx ROM (<количество адресных входов>,<количество выходов>)
+ <+узел источника питания> <–узел источника питания>
+ <вход разрешения чтения>
+ <старший разряд адреса> . . . <младший разряд адреса>
+ <старший разряд выхода> . . . <младший разряд выхода>
+ <имя модели динамики> <имя модели вход/выход>
+ [FILE=<имя файла>]
+ [DATA=<флаг системы счисления>$<данные программы>$]
+ [MNTYMXDLY=<выбор значения задержки>]
+ [IO_LEVEL=<уровень модели интерфейса>]
 Рис. 6.13. Постоянное запоминающее устройство |
в формате Intel Hex, в котором записаны данные ПЗУ. Оно может быть указано как текстовая константа (и тогда заключается в кавычки " ") или как текстовое выражение (заключается между вертикальными черточками | |). Если приведена опция FILE, то любые данные, приведенные после опции DATA, игнорируются.
Флаг системы счисления
принимает значения:
B – двоичная система счисления;
O – восьмеричная система счисления (бит старшего разряда расположен по младшему адресу);
X – шестнадцатиричная система счисления (бит старшего разряда расположен по младшему адресу).
Данные программы помещаются между знаками доллара $ и могут располагаться как слитно, так и разделяться одним или несколькими пробелами. Поток данных начинается с нулевого адреса, по которому размещается первый разряд данных. Следующий бит относится ко второму разряду данных, и так до тех пор, пока не будут определены состояния всех разрядов по этому адресу. После этого перечисляются данные по следующему адресу и т. д.
Модель динамики ПЗУ имеет формат:
.MODEL <имя модели динамики> UROM [(параметры модели динамики)]
Параметры этой модели приведены в табл. 6.12 (значение по умолчанию – 0, единица измерения – с).
Таблица 6.12
|
Идентификатор |
Параметр |
|
TPADHMN |
Время выборки адреса при переключении входных данных “0” |
|
TPADHTY |
То же, типичное значение |
|
TPADHMX |
То же, максимальное значение |
|
TPADLMN |
Время выборки адреса при переключении входных данных “1” |
|
TPADLTY |
То же, типичное значение |
|
TPADLMX |
То же, максимальное значение |
|
TPEDHMN |
Время выборки разрешения при переключении выходов “Z” |
|
TPEDHTY |
То же, типичное значение |
|
TPEDHMX |
То же, максимальное значение |
|
TPEDLMN |
Время выборки разрешения при переключении выходов “Z” |
|
TPEDLTY |
То же, типичное значение |
|
TPEDLMX |
То же, максимальное значение |
|
TPEDHZMN |
Время выборки разрешения при переключении выходов “1” |
|
TPEDHZTY |
То же, типичное значение |
|
TPEDHZMX |
То же, максимальное значение |
|
TPEDLZMN |
Время выборки разрешения при переключении выходов “O” |
|
TPEDLZTY |
То же, типичное значение |
|
TPEDLZMX |
То же, максимальное значение |
 Рис. 6.14. Переходные процессы в ПЗУ |
Приведем пример ПЗУ 8
UMULTIPLY ROM (8, 8) ; Модель ПЗУ 256
+ $G_DPWR $G_DGND ; Узлы источника питания и “земли”
+ ENABLE ; Вход разрешения чтения
+ AIN3 AIN2 AIN1 AIN0 ; Первые 4 бита адреса
+ BIN3 BIN2 BIN1 BIN0 ; Вторые 4 бита адреса
+ OUT7 OUT6 OUT5 OUT4 OUT3 OUT2 OUT1 OUT0 ; Выходы
+ ROM_MDL ; Имя модели динамики
+ IO_STD ; Имя модели вход/выход
+ DATA=X$
* Данные в двоичном коде:
* 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
+ 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ; A=0
+ 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F ; A=1
+ 00 02 04 06 08 0A 0C 0E 10 12 14 16 18 1A 1C 1E ; A=2
+ 00 03 06 09 0C 0F 12 15 18 1B 1E 21 24 27 2A 2D ; A=3
+ 00 04 08 0C 10 14 18 1C 20 24 28 2C 30 34 38 3C ; A=4
+ 00 05 0A 0F 14 19 1E 23 28 2D 32 37 3C 41 46 4B ; A=5
+ 00 06 0C 12 18 1E 24 2A 30 36 3C 42 48 4E 54 5A ; A=6
+ 00 07 0E 15 1C 23 2A 31 38 3F 46 4D 54 58 62 69 ; A=7
+ 00 08 10 18 20 28 30 38 40 48 50 58 60 68 70 78 ; A=8
+ 00 09 12 1B 24 2D 36 3F 48 51 5A 63 6C 75 7E 87 ; A=9
+ 00 0A 14 1E 28 32 3C 46 50 5A 64 6E 78 82 8C 96 ; A=A
+ 00 0B 16 21 2C 37 42 4D 58 63 6E 79 84 8F 9A A5 ; A=B
+ 00 0C 18 24 30 3C 48 54 60 6C 78 84 90 9C A8 B4 ; A=C
+ 00 0D 1A 27 34 41 4E 5B 68 75 82 8F 9C A9 B6 C3 ; A=D
+ 00 0E 1C 2A 38 46 54 62 70 7E 8C 9A A8 B6 C4 D2 ; A=E
+ 00 0F 1E 2D 3C 48 5A 69 78 87 96 A5 B4 C3 D1 E1$ ; A=F
.MODEL ROM_MDL UROM (...)
Оперативные запоминающие устройства (ОЗУ).
Обычно в начальный момент времени в ОЗУ устанавливаются произвольные данные по всем адресам. Существует два способа записи начальных данных в ОЗУ при моделировании:
1) данные предварительно записываются в файл в формате Intel Hex и перед началом моделирования из него считываются;
2) данные записываются непосредственно в описание ОЗУ c помощью конструкции DATA=...
Модель ОЗУ (рис. 6.15) задается по формату
Uxxx RAM (<количество адресных входов>,<количество выходов>)
+ <+узел источника питания> <–узел источника питания>
+ <вход разрешения чтения> <вход разрешения записи>
+ <старший разряд адреса> . . . <младший разряд адреса>
+ <старший разряд входа данных>... <младший разряд входа данных>
+ <старший разряд выхода> . . . <младший разряд выхода>
+ <имя модели динамики> <имя модели вход/выход>
+ [FILE=<имя файла>]
+ [DATA=<флаг системы счисления>$<данные программы>$]
+ [MNTYMXDLY=<выбор значения задержки>]
+ [IO_LEVEL=<уровень модели интерфейса>]
 Рис. 6.15. Оперативное запоминающее устройство |
в формате Intel Hex, в котором записаны данные ЗУ. Оно может быть указано как текстовая константа (и тогда заключается в кавычки " ") или как текстовое выражение (заключается между вертикальными черточками | | ). Если приведена опция FILE, то любые данные, приведенные после опции DATA, игнорируются.
Флаг системы счисления
принимает значения:
B – двоичная система счисления;
O – восьмеричная система счисления (бит старшего разряда расположен по младшему адресу);
X – шестнадцатиричная система счисления (бит старшего разряда расположен по младшему адресу).
Данные программы помещаются между знаками доллара $ и могут располагаться как слитно, так и разделяться одним или несколькими пробелами. Поток данных начинается с нулевого адреса, по которому размещается первый разряд данных. Следующий бит относится ко второму разряду данных, и так до тех пор, пока не будут определены состояния всех разрядов по этому адресу.
После этого перечисляются данные по следующему адресу и т. д., как и в ПЗУ.
Модель ОЗУ состоит из двух секций записи и считывания данных, которые имеют различные выводы для подачи сигналов разрешения, различные выводы для записи и считывания данных и общие выводы адреса (рис. 6.15).
При записи данных в ОЗУ
необходимо сначала подать сигналы на адресные входы и входы данных и не изменять их в течение определенного времени – времени установления
Для чтения из ОЗУ на вход разрешения чтения необходимо подать “1”, а состояния узлов выходных данных изменяются от состояния высокого импеданса Z до соответствующего состояния спустя некоторое время
 Рис. 6.16. Переходные процессы в ОЗУ: а - запись, б - чтение |
В модели ОЗУ ничто не препятствует одновременно установить “1” на входах разрешения чтения и записи, хотя в большинстве реальных ОЗУ это не допускается. Новые считанные данные посылаются на выходы данных после перехода сигнала разрешения записи из “1” в “0”.
Модель динамики ОЗУ имеет формат
.MODEL <имя модели динамики> URAM [(параметры модели динамики)]
Параметры этой модели приведены в табл. 6.13 (значение по умолчанию – 0, единица измерения – с).
Таблица 6.13
|
Идентификатор |
Параметр |
|
TPADHMN |
Время выборки адреса при переключении выходов “0” |
|
TPADHTY |
То же, типичное значение |
|
TPADHMX |
То же, максимальное значение |
|
TPADLMN |
Время выборки адреса при переключении выходов “1” |
|
TPADLTY |
То же, типичное значение |
|
TPADLMX |
То же, максимальное значение |
|
TPERDHMN |
Время выборки разрешения при переключении выходов “Z” |
|
TPERDHTY |
То же, типичное значение |
|
TPERDHMX |
То же, максимальное значение |
|
TPERDLMN |
Время выборки разрешения при переключении выходов “Z” |
|
TPERDLTY |
То же, типичное значение |
|
TPERDLMX |
То же, максимальное значение |
|
TPERDHZMN |
Время выборки разрешения при переключении выходов “1” |
|
TPERDHZTY |
То же, типичное значение |
|
TPERDHZMX |
То же, максимальное значение |
|
TPERDLZMN |
Время выборки разрешения при переключении выходов “0” |
|
TPERDLZTY |
То же, типичное значение |
|
TPERDLZMX |
То же, максимальное значение |
|
TSUDEWMN |
Время установления данных относительно переднего фронта сигнала разрешения, минимальное значение |
|
TSUDEWTY |
То же, типичное значение |
|
TSUDEWMX |
То же, максимальное значение |
|
TSUAEWMN |
Время установления адреса относительно переднего фронта сигнала разрешения, минимальное значение |
|
TSUAEWTY |
То же, типичное значение |
|
TSUAEWMX |
То же, максимальное значение |
|
TWEWHMN |
Длительность сигнала разрешения при записи “1”, минимальное значение |
|
TWEWHTY |
То же, типичное значение |
|
TWEWHMX |
То же, максимальное значение |
|
TWEWLMN |
Длительность сигнала разрешения при записи “0”, минимальное значение |
|
TWEWLTY |
То же, типичное значение |
|
TWEWLMX |
То же, максимальное значение |
|
THDEWMN |
Время удержания входных данных относительно заднего фронта сигнала разрешения записи, минимальное значение |
|
THDEWTY |
То же, типичное значение |
|
THDEWMX |
То же, максимальное значение |
|
THAEWMN |
Время удержания адреса по отношению к заднему фронту сигнала разрешения записи, минимальное значение |
|
THAEWTY |
То же, типичное значение |
|
THAEWMX |
То же, максимальное значение |
6.4.6. Прочие устройства
Источники постоянных логических сигналов. Эти компоненты имеют выходы, но не имеют входов. Логический уровень выходного сигнала равен “1” для источников типа PULLUP и “0” для источников типа PULLDN.
Внутренние сопротивления источников задаются при описании модели вход/выход. Модель динамики эти источники не имеют. Приведем их описание:
|
Тип |
Параметр |
Порядок перечисления выводов |
Функциональное назначение |
|
PULLUP |
Количество источников логического сигнала “1” |
Вых.1, вых.2, ... |
Матрица источников |
|
PULLDN |
Количество источников логического сигнала “0” |
Вых.1, вых.2, ... |
Матрица источников |
U4 PULLUP(2) $G_DPWR $G_DGND ; Два источника “1”
+ PIN0 PIN1 R2K
U5 PULLDN(4) $G_DPWR $G_DGND ; Четыре источника “0”
+ BUS0, BUS1, BUS2, BUS3 R50
.MODEL R2K UIO (drvh=2K)
.MODEL R50 UIO (drvl=50)
Цифровые линии задержки. Они осуществляют задержку входного сигнала любой длительности (заметим, что вентили не пропускают импульсы, длительность которых меньше времени задержки). Линии задержки имеют тип DLYNE, в списке узлов после перечисления узлов подключения источника питания указываются <узел входа> и <узел выхода>.
Модель динамики линии задержки имеет форму
.MODEL <имя модели> UDLY [(параметры)]
Линия задержки имеет следующие параметры (значение по умолчанию – 0, единица измерения – с):
|
Идентификатор |
Параметр |
|
DLYMN |
Минимальная задержка |
|
DLYTY |
Типичная задержка |
|
DLYMX |
Максимальная задержка |
Демонстрация основных возможностей
 Рис. 1.1. Экран графического редактора Schematics |
Прежде чем переходить к систематическому изложению правил работы с Design Center, проиллюстрируем основные этапы моделирования на простейшем примере амплитудного детектора (рис. 1.1).
Графический редактор Schematics.
Позволяет создавать чертежи принципиальных схем в среде Windows и передавать управление другим программам (PSpice, Probe, StmEd, Parts, Polaris и Optimizer). Моделируемая схема может состоять из следующих типовых компонентов: резисторы, конденсаторы, индуктивности, трансформаторы (в том числе с магнитными сердечниками), диоды (включая стабилитроны и варикапы), биполярные, полевые и МОП-транзисторы, ключи, управляемые током и напряжением, линии передачи с потерями, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, цифровые элементы (вентили, триггеры, устройства контроля, запоминающие устройства и программируемые логические матрицы). Кроме того, из этих компонентов можно создать макромодели или иерархические структуры более сложных компонентов и устройств.
Графический редактор вызывается щелчком кнопки мыши по пиктограмме Psched (см. нижнюю часть рис. 1.1). В процессе его загрузки подключаются библиотеки графических символов и экран редактора приобретает вид, показанной на рис. 1.1. Редактор Schematics управляется с помощью системы ниспадающих меню и пиктограмм. Имеется встроенная помощь для получения краткой информации об основных правилах работы. Обратим внимание, что на схему можно наносить символы кириллицы – это открывает возможность выпуска технической документации по ЕСКД.
В верхней части экрана располагается горизонтальное меню, состав пунктов которого зависит от выбранного режима редактирования (редактирование принципиальных электрических схем либо редактирование символов, т. е. условных графических обозначений компонентов). Изучение основных команд редактора Schematics не займет много времени, особенно если имеется опыт работы с распространенными системами P-CAD или OrCAD.
Вначале нужно выбрать курсором команду File, после чего в ниспадающем меню выбрать строку New (или щелкнуть по пиктограмме
Символы компонентов наносятся на схему по команде Draw/Get New Part (или выбором пиктограммы
Позиционные обозначения компонентов проставляются автоматически (с возможностью редактирования), а имена цепей – вручную по команде Edit/Label. Однако достаточно проставить имена не всех цепей, а только тех, на которые будут сделаны ссылки при моделировании и графическом отображении результатов. Неименованным цепям по умолчанию присваиваются имена вида $N_0001, на которые делать ссылки достаточно неудобно. Однако, как будет указано ниже, при использовании специальных маркеров именовать цепи не обязательно – достаточно маркером пометить цепь или вывод компонента и на график будет выведена соответствующая характеристика.
Графический редактор Schematics позволяет именовать компоненты на схеме так, как это принято по ЕСКД, например транзисторы всех типов можно именовать как V1, V2 ... В то же время в текстовом задании на моделирование биполярные транзисторы автоматически получат префикс Q (например, Q_V1), полевые – префикс M (например, M_V7) и т. д., как это требуется по правилам PSpice.
 Рис. 1.2. Панель редактирования атрибутов компонента |
На рис. 1.2 в качестве примера приведен список атрибутов независимого источника синусоидального напряжения, который характеризуется величиной ЭДС при расчете режима по постоянному току (DC), комплексной амплитудой (AC) при анализе частотных характеристик и параметрами синусоидального сигнала (постоянная составляющая voff, амплитуда vampl, частота freq и т.
п.), применяемого при расчете переходных процессов.
Подготовка схемы к моделированию.
Для подготовки схемы к моделированию необходимо с помощью редактора Schematics под управлением пункта Analysis горизонтального меню выполнить три этапа.
1. Сначала по команде Analysis/Electrical Rule Check проверяется наличие в схеме неподсоединенных (плавающих) выводов компонентов, совпадающих позиционных обозначений и других ошибок. Полнота проверки тем больше, чем больше информации о типах компонентов и их выводов занесено в библиотеку символов. При обнаружении ошибок на экран выводится информационное сообщение и перечень ошибок с указанием координат.
2. Далее задаются директивы моделирования по команде Analysis/Setup (или нажатием пиктограммы
AC Sweep – расчет характеристик линеаризованной схемы в частотной области и уровня ее внутреннего шума;
Load/Save Bias Points – запоминание/чтение режима схемы по постоянному току;
DC Sweep – расчет режима по постоянному току при вариации входного напряжения, тока или температуры;
Monte Carlo/Worst Case – статистический анализ по методу Монте-Карло и расчет наихудшего случая;
Digital Setup – установка параметров цифровых устройств (тип задержек, тип аналого-цифрового интерфейса, установка начальных состояний триггеров);
Options – задание параметров, контролирующих точность результатов моделирования и характер вывода данных в текстовый файл результатов моделирования .out;
Parametric – задание варьируемых параметров;
Sensitivity – расчет малосигнальных чувствительностей в режиме по постоянному току;
Temperature – установка температуры (по умолчанию 27
Transfer Function – расчет малосигнальных передаточных функций по постоянному току;
Transient – расчет переходных процессов и спектральный анализ по Фурье.
В качестве примера на рис. 1.3 изображена панель задания параметров директив расчета переходных процессов и спектрального анализа.
 Рис. 1.3. Установка параметров директив моделирования переходных процессов |
По команде Setup задаются не все возможные директивы программы PSpice. Остальные директивы задаются с помощью атрибутов, присваиваемых на схеме специальным символам, при этом каждой директиве соответствует отдельный символ. Например, на рис. 1.1 помещен символ PARAMETERS, задающий директиву определения глобальных параметров .PARAM, и специальный символ OPTPARAM, задающий перечень варьируемых параметров и их начальные значения для программы PSpice Optimizer.
3. В заключение по команде Analysis/Create Netlist
создаются список соединений схемы и задание на моделирование, которые заносятся в три файла с расширениями имен .als, .net, .cir. На рис. 1.4 приведены эти файлы для схемы, изображенной на рис. 1.1.
|
Файл ampldet.net (список соединений) |
Файл ampldet.als (список соответствий) |
|
* Schematics Netlist * R_R3 0 4 {R} R_R2 0 2 1k R_R1 2 $N_0001 3k R_R4 0 5 100k C_C4 3 5 50nF C_C1 1 2 1uF C_C3 0 4 1u C_C2 3 $N_0001 25nF V_V1 1 0 AC 1 +SIN 0 0.1 10kHz 0 0 0 L_L1 3 $N_0001 {LK} Q_Q1 3 2 4 KT312B D_D1 5 0 KD220A V_V2 $N_0001 0 9V |
* Schematics Aliases * .ALIASES R_R3 R3(1=0 2=4 ) R_R2 R2(1=0 2=2 ) R_R1 R1(1=2 2=$N_0001 ) R_R4 R4(1=0 2=5 ) C_C4 C4(1=3 2=5 ) C_C1 C1(1=1 2=2 ) C_C3 C3(1=0 2=4 ) C_C2 C2(1=3 2=$N_0001 ) V_V1 V1(+=1 -=0 ) L_L1 L1(1=3 2=$N_0001 ) Q_Q1 Q1(c=3 b=2 e=4 ) D_D1 D1(1=5 2=0 ) V_V2 V2(+=$N_0001 -=0 ) .ENDALIASES |
* D:\MSIM62\EXAMPLES\WORK1\AMPLDET.SCH
* Schematics Version 6.2a - May 1995
* Fri Jan 05 08:58:15 1996
.WATCH TRAN V([5])
.INC "AMPLDET.par"
.PARAM LK=10mH
** Analysis setup **
.ac DEC 101 100 100k
.STEP LIN TEMP -50 100 10
.tran/OP 10us 1ms
.four 10kHz 12 V([3])
.OP
* From [SCHEMATICS NETLIST] section of msim.ini:
.lib D:\MSIM62\LIB\RUS.LIB
.lib D:\MSIM62\LIB\nom.lib
.INC "AMPLDET.net"
.INC "AMPLDET.als"
.probe
.END
Рис. 1.4. Пример файлов описания схемы и задания на моделирование
Замечание. Из перечисленных выше пунктов обязательно выполнить только п. 2 – установку параметров моделирования. Остальные пункты выполняются автоматически после запуска режима моделирования. Однако их имеет смысл выполнять автономно в следующих случаях:
– при отладке сложных схем;
– при внесении изменений в текстовые библиотеки моделей компонентов, потому что текстовые файлы описания схемы автоматически обновляются после запуска режима моделирования только при наличии изменений в схеме.
 Рис. 1.5. Экран программы PSpice |
Графический постпроцессор Probe. Программа Probe выводит на экран графики результатов моделирования, производит их математическую обработку и выводит на экран в табличной форме их важнейшие характеристики, наносит на графики поясняющие надписи и позволяет получать жесткие копии результатов моделирования в графической форме.
Математические преобразования над графиками заключаются в выполнении арифметических операций, вычислении различных функций, взятии интегралов, расчете спектров, измерении параметров формы графиков, построении зависимостей любой характеристики графика от любого варьируемого параметра схемы.
 Рис. 1.6. Многооконный экран |
Важнейшее свойство программы Probe – возможность обработки графиков и построение зависимостей любых характеристик схемы от варьируемых параметров. Так, на рис. 1.7 построены зависимости полосы пропускания и резонансной частоты избирательного усилителя (рис. 1.1) от температуры. Эти характеристики рассчитываются с помощью целевых функций, записанных в файл msim.prb. Приведем пример целевой функции для расчета полосы пропускания по уровню -3 дБ:
Bandwidth(1,db_level) = x2-x1
{
1|Search forward level(max-db_level,p) !1
Search forward level(max-db_level,n) !2;
}
 Рис. 1.7. Характеристики многовариантных расчетов |
Для переключения в режим построения зависимостей характеристик от варьируемого параметра выполняется команда Plot/X Axis Settings/Performance (пиктограмма
Чтобы избежать ввода длинных имен целевых и других функций используются макрокоманды, определяемые по команде Trace/Macro. Введем, например, макрокоманду B= Bandwidth(Vdb(3),3), тогда для расчета полосы пропускания напряжения в узле 3 достаточно по команде Trace/Add указать имя макрокоманды B. Отметим, что если в обычном режиме построения графиков (не выполняя команду Plot/X Axis Settings/Performance) указать имя целевой функции или макрокоманды, то ее значение отображается на поле графика в текстовом виде, как на рис. 1.6.
Замечание. В программе Probe имеется возможность оперативного вывода на экран графиков текущих результатов моделирования (эта возможность появилась в Design Center 6.1). Для этого в меню Analysis в режиме Probe Setup выбирается опция Monitor Waveforms – после начала моделирования автоматически запустится программа Probe и будут выведены графики переменных, помеченных маркерами или указываемых по команде Trace/Add. Графики выводятся на экран порциями в соответствии с размером кэш-памяти компьютера.
 Рис. 1.8. Экран редактора сигналов StmEd |
Диод
Схема замещения полупроводникового диода (рис. 4.1) состоит из идеального диода, изображенного в виде нелинейного зависимого источника тока I(V), емкости p–n-перехода C и объемного сопротивления RS [1, 33]. Параметры математической модели диода (см. разд. 3.2.6) приведены в табл. 4.1.Таблица 4.1
| Имя параметра | Параметр | Значение по умолчанию | Единица измерения | ||||
| IS | Ток насыщения при температуре 27 | 10 | А | ||||
| RS | Объемное сопротивление | 0 | Ом | ||||
| N | Коэффициент инжекции | 1 | |||||
| ISR | Параметр тока рекомбинации | 0 | А | ||||
| NR | Коэффициент эмиссии для тока ISR | 2 | |||||
| IKF | Предельный ток при высоком уровне инжекции |  | А | ||||
| TT | Время переноса заряда | 0 | с | ||||
| CJO | Барьерная емкость при нулевом смещении | 0 | Ф | ||||
| VJ | Контактная разность потенциалов | 1 | В | ||||
| M | Коэффициент лавинного умножения | 0,5 | |||||
| EG | Ширина запрещенной зоны | 1,11 | эВ | ||||
| FC | Коэффициент нелинейности барьерной емкости прямосмещенного перехода | 0,5 | |||||
| BV | Обратное напряжение пробоя (положительная величина) | | В | ||||
| IBV | Начальный ток пробоя, соответствующий напряжению BV (положительная величина) | 10 | А | ||||
| NBV | Коэффициент неидеальности на участке пробоя | 1 | |||||
| IBVL | Начальный ток пробоя низкого уровня | 0 | А | ||||
| NBVL | Коэффициент неидеальности на участке пробоя низкого уровня | 1 | |||||
| XTI | Температурный коэффициент тока насыщения | 3 | |||||
| TIKF | Линейный температурный коэффициент IKF | 0 |  | ||||
| TBV1 | Линейный температурный коэффициент BV | 0 | | ||||
| TBV2 | Квадратичный температурный коэффициент BV | 0 |  | ||||
| TRS1 | Линейный температурный коэффициент RS | 0 | | ||||
| TRS2 | Квадратичный температурный коэффициент RS | 0 | | ||||
| KF | Коэффициент фликкер-шума | 0 | |||||
| AF | Показатель степени в формуле фликкер-шума | 1 | |||||
| T_MEASURD | Температура измерений | | |||||
| T_ABS | Абсолютная температура | | |||||
| T_REL_GLOBAL | Относительная температура | | |||||
| T_REL_LOCL | Разность между температурой диода и модели-прототипа | |
 Рис. 4.2. ВАХ идеального диода |
 Рис. 4.1. Нелинейная модель полупроводникового диода |
Зависимость
аппроксимирует ВАХ диода при положительном напряжении на переходе V. Здесь
Ток диода при отрицательном напряжении на переходе
где
– абсолютная температура p–n-перехода. Вид ВАХ диода показан на рис. 4.2.
Емкость перехода C
равна
где
Линеаризованная схема замещения диода. Схема приведена на рис. 4.3, а. Ее можно дополнить источниками шумовых токов, как показано на рис. 4.3, б. В диоде имеются следующие источники шума: объемное сопротивление RS, характеризующееся тепловым током
– текущая частота.
 Рис. 4.3. Линеаризованная схема замещения диода (а) с включением источников внутреннего шума (б) |
IS(T) = IS·exp{EG(T)/[N·Vt(T)]T/Tnom–1)}(T/Tnom)
ISR(T)=ISR·exp{EG(T)/[N·Vt(T)](T/Tnom–1)}(T/Tnom)
IKF(T)=IKF [1+TIKF (T–Tnom)];
BV(T)=BV [1+TBV1(T–Tnom)+TBV2(T–Tnom)
RS(T)=RS [1+TRS1(T–Tnom)+TRS2(T–Tnom)
VJ(T) = VJ·T/Tnom–3Vt(T)ln(T/Tnom) –EG(Tnom)T/Tnom+EG(T);
CJO(T)= CJO{1+M[0,0004 (T–Tnom)+1–VJ(T)/VJ]};
KF(T) = KF·VJ(T)/VJ, AF(T) = AF·VJ(T)/VJ;
EG(T) = EGo –
aT
где EG(Tnom) - ширина запрещенной зоны при номинальной температуре (1,11 эВ для кремния; 0,67 эВ для германия; 0,69 эВ для диодов с барьером Шотки при температуре 27
Приведенные выше выражения описывают диоды с p–n-переходом, включая и стабилитроны. Диоды с барьером Шотки также характеризуются этими зависимостями, но они обладают пренебрежимо малым временем переноса TT~0 и более чем на два порядка большими значениями тока диода I
[33]. При этом ток насыщения определяется зависимостью IS = = K·T·exp(-
Скалярный множитель Area. Указываемый при включении диода в схему (разд. 3.2.6), он позволяет в программе PSpice определить эквивалентный диод, характеризующий параллельное включение нескольких одинаковых приборов или прибор, занимающий большую площадь. С его помощью изменяются значения параметров IS, IRS, IBV, IBVL, RS и CJO
IS=IS·Area, ISR=ISR·Area, IBV=IBV·Area, IBVL=IBVL·Area, RS=RS/Area, CJO=CJO·Area.
По умолчанию скалярный множитель Area=1.
В качестве примера приведем описание параметров модели диода Д104А
.model D104A D (IS=5.81e-12 RS=8.1 N=1.15 TT=8.28nS
+ CJO=41.2pF VJ=0.71 M=0.33 FC=0.5 EG=1.11 XTI=3)
Директивы моделиpования
Программа PSpice рассчитывает следующие характеристики электронных цепей:– режим цепи по постоянному току в “рабочей точке”;
– режим по постоянному току при вариации источников постоянного напряжения или тока, температуры и других параметров цепи;
– чувствительность характеристик цепи к вариации параметров компонентов в режиме по постоянному току;
– малосигнальные передаточные функции в режиме по постоянному току;
– характеристики линеаризованной цепи в частотной области при воздействии одного или нескольких сигналов;
– спектральная плотность внутреннего шума;
– переходные процессы при воздействии сигналов различной формы;
– спектральный анализ;
– статистические испытания по методу Монте-Карло в любых режимах.
Кроме того, производится многовариантный анализ любых характеристик при вариации температуры или любого параметра схемы. С помощью модуля Optimizer выполняется параметрическая оптимизация (см. разд. 7.4).
Каждому виду расчета соответствует определенная директива. Большинство директив задается с помощью панели меню команды Analysis/Setup программы Schematics (рис. 2.16). Для таких директив в скобках после их названия (см. ниже) указываются имена кнопок на этой панели. Остальные директивы вводят в задание на моделирование, размещая на схеме специальные символы из библиотеки special.slb (см. Приложение 1). Приведем описание всех директив, систематизируя их по разделам. С математической реализацией алгоритмов моделирования можно познакомиться в [1, 26].
Функциональное описание цифровых устройств
При составлении моделей сложных цифровых компонентов удобно применять следующие примитивы:Logic Expression – составление логических выражений (примитив LOGICEXP);
Pin-to-Pin Delay – задание задержек распространения сигналов (примитив PINDLY);
Constraint Cheker – правила проверки временных соотношений, таких, как минимальное время установки/сброса, минимальная длительность импульсов и т. п. (примитив CONSTRAINT). При нарушении этих ограничений в процессе моделирования выдаются предупреждающие соотношения (в PSpice 4 в этих целях использовались два отдельных примитива WDTHCK и SUHDCK).
6.5.1. Логические выражения
Примитив LOGICEXP задается по формату
Uxxx LOGICEXP (<количество входов>,<количество выходов>)
+ <+узел источника питания> <–узел источника питания>
+ <входной узел 1> . . . <входной узел n>
+ <выходной узел 1> . . . <выходной узел n>
+ <имя модели динамики> <имя модели вход/выход>
+ [IO_LEVEL=<уровень модели интерфейса>]
+ [MNTYMXDLY=<выбор значения задержки>]
+ LOGIC:
+ <логическое назначение>*
Логическое назначение записывается двояко:
<номер выходного узла> = {<логическое выражение >}
<промежуточная переменная> = {<логическое выражение >}
Каждый упомянутый в спецификации выходной узел должен иметь одно логическое выражение. Назначенные один раз промежуточные переменные могут использоваться в последующих логических выражениях. Промежуточным переменным присваиваются имена по тем же правилам, что именам узлов.
Логические выражения заключаются в фигурные скобки { }. Они записываются на одной или более строках, строки продолжения имеют символ “+” в первой позиции. Приведем перечень логических операторов в порядке их старшинства:
~ – логическое отрицание;
& – логическое И;
^ – логическое исключающее ИЛИ;
| – логическое ИЛИ.
В качестве операндов могут быть:
– входные узлы;
– предварительно определенные временные переменные;
– предварительно определенные выходные узлы;
– логические константы “0”, “1”, “X”, “R”, “F”.
При записи выражений можно применять круглые скобки для группирования операндов. Все эти логические выражения могут использоваться также и в программе Probe.
Модель динамики примитива LOGICEXP имеет такой же формат, как стандартные вентили:
.MODEL <имя модели> UGATE [(параметры)]
Логические выражения вычисляются в процессе моделирования в порядке их следования. Задержка появления сигналов на выходных узлах определяется в модели динамики. Внутренние обратные связи в логических выражениях не допускаются, однако внешние обратные связи по-прежнему возможны.
Приведем пример описания логики функционирования арифметико-логического устройства 74181. Временные задержки будут заданы ниже с помощью примитивов PINDLY и CONSTRAINT:
U74181 LOGICEXP( 14, 8) DPWR DGND
+ A0BAR A1BAR A2BAR A3BAR B0BAR B1BAR B2BAR
+ B3BAR S0 S1 S2 S3 M CN LF0BAR LF1BAR LF3BAR
+ LAEQUALB LBAR LGBAR LCN+4
+ D0_GATE IO_STD
+
+ LOGIC:
*
*Промежуточные переменные
*
+ I31 = { ~((B3BAR & S3 & A3BAR) | (A3BAR & S2 & ~B3BAR)) }
+ I32 = { ~((~B3BAR & S1) | (S0 & B3BAR) | A3BAR) }
+
+ I21 = { ~((B2BAR & S3 & A2BAR) | (A2BAR & S2 & ~B2BAR)) }
+ I22 = { ~((~B2BAR & S1) | (S0 & B2BAR) | A2BAR) }
+
+ I11 = { ~((B1BAR & S3 & A1BAR) | (A1BAR & S2 & ~B1BAR)) }
+ I12 = { ~((~B1BAR & S1) | (S0 & B1BAR) | A1BAR) }
+
+ I01 = { ~((B0BAR & S3 & A0BAR) | (A0BAR & S2 & ~B0BAR)) }
+ I02 = { ~((~B0BAR & S1) | (S0 & B0BAR) | A0BAR) }
+
+ MBAR = {~M}
+ P = { I31 & I21 & I11 & I01 }
*
* Выходные переменные
*
+ LF3BAR = { (I31 & ~I32) ^
+ ~( (I21 & I11 & I01 & Cn & MBAR) | (I21 & I11 & I02 & MBAR ) |
+ ( I21 & I12 & MBAR) | (I22 & MBAR) ) }
+
+ LF2BAR = { (I21 & ~I22) ^
+ ~( (I11 & I01 & Cn & MBAR) | (I11 & I02 & MBAR ) | ( I12 & MBAR) | )}
+
+ LF1BAR = { (I11 & ~I12) ^~( (Cn & I01 & MBAR) | (I02 & MBAR) ) }
+
+ LF0BAR = { I01 & ~I02) ^~(MBAR & Cn) }
+
+ LGBAR = { ~( I32 | (I31 & I22) | (I31 & I21 & I12) | (I31 & I22 & I11 & I02) ) }
+
+ LCN+4 = { ~LGBAR | (P & Cn) }
+ LPBAR = { ~P }
+ LAEQUALB = { LF3BAR & LF2BAR & LF1BAR & LF0BAR }
6.5.2. Задание задержек распространения
Примитив PINDLY позволяет назначить задержки распространения сигналов сложным устройствам. Один единственный примитив PINDLY позволяет моделировать временные соотношения и выходные характеристики целой интегральной схемы, имеющей в своем составе, в частности, тристабильные вентили. Кроме того, в описание примитива PINDLY допускается включить спецификации контроля длительностей импульсов SETUP, HOLD, WIDTH, FREQ и GENERAL, которые используются в примитиве CONSTRAINT (см. ниже).
Примитив PINDLY задается по формату
Uxxx PINDLY (<количество путей>,
+ <количество входов разрешения> <количество дополнит. узлов>)
+ <+узел источника питания> <–узел источника питания>
+ <входной узел 1> . . . <входной узел n>
+ [<узел разрешения 1> . . . < узел разрешения n>]
+ [<внутренний узел 1> . . . < внутренний узел n>]
+ <выходной узел 1> . . . <выходной узел n>
+ <имя модели вход/выход>
+ [ IO_LEVEL=<уровень модели интерфейса>]
+ [ MNTYMXDLY=<выбор значения задержки>]
+ [ BOOLEAN:
+ <булевское назначение>*]
+ PINDLY:
+ <назначение задержек>*
+ [TRISTATE:
+ ENABLE LO | HI <узел разрешения>
+ <назначение задержек>*]
+ [ SETUP_HOLD: <спецификация времен установки/удержания>]
+ [ WIDTH: <спецификация ширины импульса>]
+ [ FREQ: <спецификация частоты повторения>]
+ [ GENERAL: <общая спецификация>]
Здесь приняты следующие обозначения:
<количество путей> – количество путей распространения сигналов от входных к выходным узлам; при этом количество входов путей должно быть равно количеству выходов. С каждым путем вход–выход ассоциируется задержка, вычисляемая по определенным правилам;
<количество входов разрешения> – спецификация тристабильных узлов, имеющихся в примитиве (может быть равным нулю). Тристабильные узлы используются в секциях TRISTATE;
<количество внутренних узлов> – внутренние узлы используются в выражениях, определяющих задержки, но они не входят в пути вход–выход (может быть равным нулю).
Проиллюстрируем взаимосвязь различных узлов на примере следующего примитива (рис. 6.17):
U1 PINDLY(4, 0, 3) $G_DPWR $G_DGND
+ IN1 IN2 IN3 IN4
+ REF1 REF2 REF3
+ OUT1 OUT2 OUT3 OUT4
+ IO_MODEL D0_GATE
+ PINDLY:
+ . . . .
 Рис. 6.17. Правила назначения задержек |
Секция BOOLEAN. С помощью <булевского назначения> определяются промежуточные переменные, которые могут быть использованы в <определении задержки>. Секция BOOLEAN может быть включена на любой строке в описании примитива PINDLY. Выражение <булевское назначение> имеет вид
<булевская переменная> = { <булевское выражение> }
Имя <булевская переменная> составляется по тем же правилам, что имя узла.
Выражение <булевское выражение> принимает значение TRUE (логическая “1”) или FALSE (логический “0”). Подобно всем остальным выражением оно должно быть заключено в фигурные скобки { }. Перечислим булевские операторы в порядке убывания их старшинства:
|
Оператор |
Название |
|
~ |
Логическое отрицание |
|
== |
Равно |
|
!= |
Не равно |
|
& |
Логическое И |
|
^ |
Логическое исключающее ИЛИ |
|
| |
Логическое ИЛИ |
– предварительно определенные <булевские переменные>;
– функции дополнительных узлов (см. ниже);
– функции изменений (см. ниже);
– <булевские константы> TRUE и FALSE.
Дополнительно операторы “==“ и “!=“ могут быть применены к логическим значениям <входные узлы> и <логические константы>. Это позволяет проанализировать логические состояния узлов, например, выражение CLEAR==1 принимает значение TRUE, если узел CLEAR имеет значение логической “1”, и FALSE – в противоположном случае.
Управляющие функции используются для определения изменений состояний <внутренних узлов> или <выходных узлов>. Все управляющие функции принимают логические значения и поэтому могут входить в состав <булевских выражений>. Приведем список этих функций и их аргументов:
CHANGED (<узел>,<интервал времени>)
CHANGED_LH (<узел>,<интервал времени>)
CHANGED_HL (<узел>,<интервал времени>)
Функция CHANGED принимает значение TRUE, если указанный <узел> изменял свое состояние из 0 в 1 на указанном <интервале времени>, предшествующем текущему моменту времени, в противном случае – FALSE.
Аналогично функция CHANGED_LH принимает значение TRUE, если указанный <узел> изменял свое состояние на указанном <интервале времени>, предшествующем текущему моменту времени, в противном случае – FALSE. Отметим, что CHANGED_LH контролирует только самое последнее изменение.
Наконец, функция CHANGED_HL принимает аналогичные значения, контролируя переходы из “1” в “0”.
Если <интервал времени> задать равным нулю, то рассматриваемые функции примут значение TRUE, если в данный момент времени состояние узла изменяется. Это дает возможность разбивать модель цифровых компонентов на две части: первая моделирует логику функционирования с нулевыми задержками, а вторая учитывает реальные задержки.
Функции изменений предназначены для контроля за изменением состояний <выходных узлов>, для которых вычисляются <выражения для задержек>. Подобно дополнительным функциям они принимают значения логического “0” или “1”. Однако в отличие от них они не имеют аргументов и просто фиксируют изменение состояний выходных узлов в текущий момент времени. Они имеют вид
TRN_pn
Здесь p – значение предыдущего состояния, а n – нового состояния. Логические значения состояний обозначаются символами L (низкий уровень), H (высокий уровень) Z (большое выходное сопротивление) и $ (любой уровень). Так, например, функция TRN_H$ контролирует переход из состояния логическая “1” в любое другое состояние.
Замечание. Функции TRN_pZ и TRN_Zn
принимают значение TRUE, только если они используются в секции TRISTATE, описываемой ниже. Хотя выходные узлы устройств с открытым коллектором переходят в состояние высокого импеданса Z (вместо H), в справочниках обычно приводятся значения задержек TPLH и TPHL. Поэтому в математических моделях устройств с открытым коллектором необходимо использовать функции TRN_LH и TRNHL, а в тристабильных устройствах – TRN_LZ, TRN_HZ, TRN_ZL и TRN_ZH.
Секция PINDLY. Ключевое слово PINDLY отмечает начало секции, содержащей одно или несколько <назначений задержек>, которые имеют формат
<выходной узел>* = { <выражение для задержек> }
Каждый <выходной узел>, перечисленный в спецификации примитива, должен иметь одно выражение для определения задержек. Причем несколько выходных узлов могут иметь общее <выражение для задержек> (на рис. 6.17 <выражение для задержек> обозначено как “Правило”), тогда в левой части назначения задержек помещается список их имен, разделяемых пробелами или запятыми.
<Выражение для задержек> заключается в фигурные скобки и может располагаться на нескольких строках. Это выражение имеет три значения задержек: минимальное, типичное и максимальное. В простейшем случае <выражение для задержек> представляет собой <значение задержек> вида
DELAY(
где
Для спецификации неизвестной величины используется –1. Например, DELAY(20ns, –1,35ns) задает минимальную задержку 20 нс, устанавливаемую программой по умолчанию типичную задержку и максимальную задержку 35 нс.
В более сложных <выражениях для задержек> используются функции CASE вида
CASE
(
<булевское выражение>,< выражение для задержек>, ;Правило 1
<булевское выражение>,< выражение для задержек>, ;Правило 2
. . .
<выражение для задержек> ;Задержки по умолчанию
)
Аргументами функции CASE являются пары <булевское выражение>, <выражение для задержек>, замыкаемые финальным <выражением для задержек>, определяющим значение задержки по умолчанию. При вычислении функции CASE вычисляются <булевские выражения> в порядке их следования до тех пор, пока не будет получен результат TRUE. После этого задержкам присваиваются значения из соответствующего выражения. Если ни одно из выражений не имеет значения TRUE, задержкам присваиваются значения из последнего выражения.
Приведем пример:
. . .
+ BOLEAN:
+ CLOCK = { CHANGED_LH( CLK, 0 ) }
+ PINDLY:
+ QA QB QC QD = {
+ CASE (
+ CLOCK & TRN_LH, DELAY(–1, 13ns, 24ns),
+ CLOCK & TRN_HL, DELAY(–1, 18ns, 27ns),
+ CHANGED_HL(CLBAR,0), DELAY(–1,20ns,28ns),
+ DELAY(–1, 20ns, 28ns) ; По умолчанию
+ )
+ }
В этом примере рассматривается четырехразрядный счетчик. Вводится булевская переменная CLOCK, которая принимает значение TRUE, когда дополнительный узел CLK изменяет свое состояние из “0” в “1” в текущий момент времени. Четыре выхода QA, ..., QD имеют одно и то же правило определения задержек. Функция CASE позволяет назначить разные задержки в процессе счета или обнуления. Первые два правила определяют задержки в процессе счета (CLK изменяется из состояния “0” в “1”). Первое правило применяется при изменении состояний выходов из “0” в “1”, второе – из “1” в “0”. Третье правило непосредственно определяет задержки, когда изменяется состояние узла CLRBAR.
Секция TRISTATE содержит одно или более <назначений задержек>. В отличие от секции PINDLY здесь состояния выходных узлов контролируются с помощью специальных узлов разрешения (enable). Непосредствено после ключевого слова TRISTATE указываются имена узлов разрешения и их полярность с помощью ключевого слова ENABLE по формату
ENABLE HI <узел разрешения> ; Разрешение в состоянии “1”
ENABLE LO <узел разрешения> ; Разрешение в состоянии “0”
Указанный <узел разрешения> управляет назначениям всех выходных узлов текущей секции. Отметим, что <выражения для задержек> в секции TRISTATE может содержать функции изменений, связанных с состоянием высокого импеданса, например TRN_ZL и TRN_HZ.
Приведем пример, демонстрирующий применение узлов разрешения для контролирования более чем одного выхода. Здесь также показано, что некоторые выходы могут быть обычными (PINDLY), а другие тристабильными (значения задержек опущены):
U1 PINDLY(3, 1, 2) $G_DPWR $G_DGND
+ IN1 IN2 IN3
+ ENA
+ REF1 REF2
+ OUT1 OUT2 OUT3
+ IO_MODEL
+ TRISTATE:
+ ENABLE LO = ENA
+ OUT1 = {
+ CASE (
+ CHANGED (REF1, 0) & TRN_LH, DELAY(. . .),
+ CHANGED (REF2, 0) DELAY(. . .),
+ TRN_ZL, DELAY(. . .),
+ . . .
+ )
+ }
+ OUT3 = {
+ CASE (
+ TRN_LZ, DELAY(. . .),
+ TRN_HZ, DELAY(. . .),
+ . . .
+ )
+ }
+ PINDLY:
+ OUT2 = {
+ CASE (
+ CHANGED (REF1, 0), DELAY(. . .),
+ . . .
+ )
+ }
 Рис. 6.18. Управление задержками с помощью узлов разрешения |
Функционирование примитива PINDLY. Состояния выходных узлов примитива PINDLY изменяются при изменении состояний любого входного узла или узла разрешения. Каждому входному узлу соответствует выходной узел. Сначала определяются состояния внутренних переменных в секции BOOLEAN, затем вычисляются <выражения для задержек> в секциях PINDLY или TRISTATE. После этого изменившееся состояние входного узла присваивается соответствующему ему выходному узлу с задержкой.
Приведем пример реального счетчика 74LS160A:
ULS160ADLY PINDLY (5,0,10) DPWR DGND
+ RCO QA QB QC QD ; Входы
+ CLK LOADBAR ENT CLRBAR ; Внутренние узлы
+ RCO_O QA_O QB_O QC_O QD_O ; Выходы
+ IO_LS MNTYMXDLY = {MNTYMXDLY} IO_LEVEL = {IO_LEVEL}
+
+ BOOLEAN:
+ CLOCK = { CHANGED_LH (CLK, 0) }
+ CNTENT = { CHANGED (ENT, 0) }
+
+ PINDLY:
+ QA_O QB_O QC_O QD_O = {
+ CASE (
+ CLOCK & TRN_LH, DELAY( -1, 13NS, 24NS),
+ CLOCK & TRN_HL, DELAY( -1, 18NS, 27NS),
+ CHANGED_HL ( CLRBAR, 0), DELAY( -1, 20NS, 28NS),
+ DELAY( -1, 20NS, 28NS) ; По умолчанию
+ )
+ }
+ RCO_O = {
+ CASE (
+ CNTENT, DELAY( -1, 9NS, 14NS),
+ CLOCK & TRN_LH, DELAY( -1, 20NS, 35NS),
+ CLOCK & TRN_HL, DELAY( -1, 18NS, 35NS),
+ DELAY( -1, 20NS, 35NS) ; По умолчанию
+ )
+ }
6.5.3. Контроль временных соотношений
Примитив CONSTRAINT выполняет проверку соблюдения временных соотношений в процессе моделирования. Контролируется минимальное время установки/сброса, минимальная длительность импульсов, частота переключений и предусмотрен общий механизм проверки условий, формулируемых пользователем. Примитив CONSTRAINT только сообщает о нарушении временных сообщений и не изменяет логические состояния узлов и задержки. Он задается по формату
Uxxx CONSTRAINT ( <количество входов> )
+ <+узел источника питания> <–узел источника питания>
+ <входной узел 1> . . . <входной узел n>
+ <имя модели вход/выход>
+ [ IO_LEVEL=<уровень модели интерфейса>]
+ [ BOOLEAN: <булевское назначение> * ] ...
+ [ SETUP_HOLD: <спецификация времен установки/удержания>] ...
+ [ WIDTH: <спецификация ширины импульса> ] ...
+ [ FREQ: <спецификация частоты повторения> ] ...
+ [ GENERAL: <общая спецификация> ] ...
Секция BOOLEAN содержит одно или несколько <булевских назначений> вида
<булевская переменная> = { <булевское выражение> }
Секции BOOLEAN могут включаться в любом порядке при описании примитива CONSTRAINT. Синтаксис <булевских выражений> такой же, что и в примитиве PINDLY, за исключением того, что не могут быть использованы функции изменений.
Секция SETUP_HOLD выполняет проверку времен установки/сброса, она имеет формат
+ SETUP_HOLD:
+ CLOCK <определение типа перехода>=<входной узел>
+ DATA (<кол-во входов данных>)=<входной узел j>...< входной узел k>
+ [ SETUPTIME=<значение интервала времени>]
+ [ HOLDTIME=< значение интервала времени
> ]
+ [ RELEASETIME = < значение интервала времени > ]
+ [ WHEN { <булевское выражение> } ]
+ [ MESSAGE=“<текст дополнительного сообщения>“]
+ [ ERRORLIMIT=<значение> ]
+ [ AFFECTS_ALL | AFFECTS_NONE |
+ AFFECTS (#OUTPUTS)=<список выходных узлов>]
CLOCK задает узел, относительно которого выполняется измерение длительности времен установки/удержания/отпускания. Параметр <определения типа перехода> принимает значения LH или HL, он указывает, от какого фронта импульса (0
DATA определяет перечень узлов, для которых выполняется измерение времен установки/удержания.
SETUPTIME определяет минимальное время, в течение которого все узлы, перечисленные в разделе DATA, должны находиться в неизменном состоянии до момента начала отсчета времен установки/удержания. <
значение интервала времени > должно быть неотрицательной константой или выражением (в секундах). Некоторые устройства имеют различные требования к времени установки в зависимости от состояния входных данных (“0” или “1”) в момент начала отсчета. В таком случае вместо SETUPTIME применяется одна из форм
SETUPTIME_LO=<значение интервала времени>]
SETUPTIME_HI=<значение интервала времени>]
HOLDTIME определяет минимальное время, в течение которого все узлы, перечисленные в разделе DATA, должны находиться в неизменном состоянии после момента начала отсчета времен установки/удержания. <
значение интервала времени > должно быть неотрицательной константой или выражением (в секундах). Некоторые устройства имеют различные требования к времени установки в зависимости от состояния входных данных (“0” или “1”) в момент начала отсчета. В таком случае вместо HOLDTIME применяется одна из форм
HOLDTIME_LO=<значение интервала времени>]
HOLDTIME_HI=<значение интервала времени>]
RELEASETIME содержит спецификацию времени восстановления – минимального интервала времени стабильного состояния, предшествующего переключению. Если время восстановления зависит от направления переключения входных данных, то вместо RELEASETIME применяется одна из форм
RELEASETIME _LH=<значение интервала времени>]
RELEASETIME _HL=<значение интервала времени>]
Разница между проверкой времени восстановления и установления состоит в том, что при контроле времени восстановления не разрешается одновременное изменение CLOCK/DATA. Поэтому, если даже время удержания HOLDTIME явно не задано, оно считается больше нуля. Это свойство позволяет задать значения времени восстановления непосредственно в тексте описания модели. По этой причине время восстановления обычно задается отдельно, независимо от спецификаций SETUPTIME или HOLDTIME.
Проверка времен установления/удержания/восстановления начинается после того, как наступило заданное изменение состояния узла CLOCK (LH или HL). В этот момент времени вычисляется логическое выражение WHEN. Если оно принимает значение TRUE, то выполняются все проверки, имеющие ненулевые значения интервалов времени.
WIDTH содержит спецификацию минимальной длительности импульса следующего вида:
+ WIDTH
+ NODE=<входной узел>
+ [ MIN_HI=< значение интервала времени
> ]
+ [ MIN_LO=< значение интервала времени
> ]
+ [ WHEN { <булевское выражение> } ]
+ [ MESSAGE=“<текст дополнительного сообщения>“]
+ [ ERRORLIMIT=<значение> ]
+ [ AFFECTS_ALL | AFFECTS_NONE |
+ AFFECTS (#OUTPUTS)=<список выходных узлов>]
Переменная NODE указывает входной узел, для которого проводится контроль длительности импульса. MIN_HI задает минимальное время, в течение которого входной узел должен находиться в состоянии “1”, а MIN_LO – в состоянии “0”. Если значение MIN_HI не указано, то оно считается равным нулю, что означает отсутствие ограничений на минимальную длительность импульсов.
FREQ содержит спецификацию допустимой частоты переключений:
+ FREQ
+ NODE=<входной узел>
+ [ MINFREQ=< значение частоты
> ]
+ [ MAXFREQ=< значение частоты
> ]
+ [ WHEN { <булевское выражение> } ]
+ [ MESSAGE=“<текст дополнительного сообщения>“]
+ [ ERRORLIMIT=<значение> ]
+ [ AFFECTS_ALL | AFFECTS_NONE |
+ AFFECTS (#OUTPUTS)=<список выходных узлов>]
Переменная NODE указывает входной узел, для которого проводится контроль частоты переключений. MINFREQ задает минимальное частоту переключений, а MAXFREQ – максимальную.
При моделировании выводятся предупреждающие сообщения, когда период переключений больше/меньше значений 1/<значение частоты>.
GENERAL содержит спецификацию проверок, формулируемых пользователем
+ GENERAL
+ WHEN { <булевское выражение> }
+ MESSAGE=“<текст дополнительного сообщения>“
+ [ ERRORLIMIT=<значение> ]
+ [ AFFECTS_ALL | AFFECTS_NONE |
+ AFFECTS (#OUTPUTS)=<список выходных узлов>]
Переменная WHEN задает правило контроля в виде булевского выражения. Текст сообщения об ошибки задается с помощью переменной MESSAGE.
Общие замечания. Спецификации контроля SETUP_HOLD, WIDTH, FREQ, GENERAL могут располагаться в тексте примитива CONSTRAINT в любом порядке. Более того, спецификация каждого типа может встречаться несколько раз. Каждая спецификация может содержать предложение WHEN, тогда проверка выполняется, если указанное в нем <булевское выражение> истинно. Проверка GENERAL содержит предложение WHEN всегда. Все проверки содержат встроенные соообщения об ошибках. Дополнительные сообщения можно вывести с помощью спецификации MESSAGE.
Все проверки имеют необязательный параметр ERRORLIMIT, определяющий максимальное количество ошибок. По умолчанию оно принимается равным значению глобальной переменной DIGERRDEFAULT (см. директиву .OPTIONS), обычно 20. Значение этого параметра, равное нулю, интерпретируется как бесконечное значение. В случае, когда количество ошибок данного типа превышает максимальное, сообщения об ошибках больше не выводятся на экран программы PSpice и в выходной файл .out.
Если в процессе моделирования общее количество ошибок превышает значение глобального параметра DIGERRLIMIT (см. директиву .OPTIONS), моделирование прекращается. По умолчанию значение DIGERRLIMIT устанавливается равным бесконечности.
Приведем пример примитива CONSTRAINT из текста модели счетчика 74LS160A, демонстрирующий возможности осуществления всех проверок с помощью одного примитива:
ULS160ACON CONSTRAINT (10) DRR DGND
+ CLK ENP ENT CLBAR LOADBAR A B C D EN
+ IO_LS
+ FREQ:
+ NODE = CLK
+ MAXFREQ = 25MEG
+ WIDTH:
+ NODE = CLK
+ MIN_LO = 25NS
+ MIN_HI = 25NS
+ WIDTH:
+ NODE = CLRBAR
+ MIN_LO = 20NS
+ SETUP_HOLD:
+ DATA(1) = LOADBAR
+ CLOCK LH = CLK
+ SETUPTIME = 20NS
+ HOLDTIME = 3NS
+ WHEN = { CLRBAR!='0 }
+ SETUP_HOLD:
+ DATA(2) = ENP ENT
+ CLOCK LH = CLK
+ SETUPTIME = 20NS
+ HOLDTIME = 3NS
+ WHEN = { CLRBAR!= '0 & (LOADBAR!= '0 ^ CHANGED (LOADBAR,0))
+ & CHANGED(EN,20NS) }
+ SETUP_HOLD:
+ DATA(4) = A B C D
+ CLOCK LH = CLK
+ SETUPTIME = 20NS
+ HOLDTIME = 3NS
+ WHEN = { CLRBAR!= '0 & (LOADBAR!='1 ^ CHANGED(LOADBAR,0)) }
+ SETUP_HOLD:
+ DATA(1) = CLRBAR
+ CLOCK LH = CLK
+ RELEASETIME_LH = 25NS
Генератор Ван-дер-Поля
Рассмотрим методику моделирования динамических систем, заданных дифференциальными уравнениями, на примере генератора Ван-дер-Поля:
Для применения программы PSpice к решению этого уравнения синтезируем электрическую цепь, подчиняющуюся этому же уравнению. Эта задача решается неоднозначно. Проще всего установить аналогию с параллельным колебательным LC-контуром, к которому подключен нелинейный управляемый источник тока G
(рис. 3.22). Выберем в качестве переменной x
ток через индуктивность
Уравнение такого контура относительно переменной x
имеет вид
 |
Отсюда вытекают условия эквивалентности этого уравнения уравнению генератора Ван-дер-Поля
Последовательно с индуктивностью L на рис. 3.22 включен источник напряжения VL с нулевой ЭДС, чтобы иметь возможность током через него управлять источником тока G (по правилам PSpice допускается управление только разностью потенциалов любых узлов цепи и токами через независимые источники напряжения). Приведем задание на моделирование уравнения Ван-дер-Поля:
Van-der-Pole Oscillator
.OPTIONS RELTOL=1e–4
.PARAM EPS=1
L 2 0 1 IC=0.2A
C 1 0 1
VL 1 2 DC=0
G 0 1 VALUE={EPS*(1–I(VL)*I(VL))*V(1)}
.TRAN 1ms 100s SKIPBP
.WATCH TRAN I(VL) V(1)
.PROBE
.END
 |
Обратим внимание, что в директиве .TRAN ключевое слово SKIPBP отменяет расчет режима по постоянному току. Начальное значение тока через индуктивность установлено равным IL(0)=0,2 A. Еще одна особенность задания – директива .WATCH, с помощью которой в процессе расчета переходного процесса на экран программы PSpice выводятся текущие значения переменных I(VL) и V(1), т. е. x и dx/dt. По результатам моделирования с помощью программы Probe построен фазовый портрет генератора – зависимость производной dx/dt
от x (рис. 3.23).
Генераторы цифровых сигналов
Генераторы цифровых сигналов можно задать тремя способами.1. Определение формы цифрового сигнала в задании на моделирование по формату (устройства STIM)
Uxxx STIM(<количество сигналов>,<формат>)
+ <+узел источника питания> <–узел источника питания>
+ <список узлов>*
+ <имя модели вход/выход>
+ [IO_LEVEL=<номер макромодели интерфейса вход/выход>]
+ [STIMULUS=<имя воздействия>]
+ [TIMESTEP=<шаг по времени>]
+ <команды описания формы сигнала>*
Переменная <количество сигналов> определяет количество выходов генератора, равное количеству генерируемых разных цифровых сигналов.
Переменная <формат> – это спецификация формата переменной <данные>, в котором представлены логические уровни сигналов генератора. Эта переменная представляет собой последовательность цифр, общее число которых равно значению переменной <количество сигналов>. Каждая цифра принимает значения 1, 3 или 4, что означает двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную систему счисления.
Подключение источника питания задается номерами узлов <+узел источника питания>, <–узел источника питания>.
Замечание. В PSpice 4 нельзя было создать несколько источников питания, поэтому номера узлов их подключения не указывались при описании генераторов цифровых сигналов и других цифровых устройств. Начиная с версии Design Center 5.0 появилась такая возможность, в связи с этим был изменен формат описания цифровых компонентов – добавлены номера узлов подключения источников питания <+узел источника питания> <–узел источника питания>. Для преобразования библиотек моделей цифровых компонентов PSpice 4 в новый формат предназначена специальная программа digconv.exe.
Номера подключения выходов генератора к схеме задаются <списком узлов>.
Имя модели вход/выход задается параметром <имя модели вход/выход>, как для любого цифрового устройства.
STIMULUS – необязательный параметр, обозначающий имя сигнала;
IO_LEVEL – необязательный параметр для выбора одной из четырех макромоделей интерфейса вход/выход (по умолчанию 0);
TIMESTEP – необязательный параметр для задания периода квантования (или шага). При задании моментов времени номером шага (имеют суффикс “С”) он умножается на величину шага. По умолчанию устанавливается TIMESTEP=0. Этот параметр не принимается во внимание, если заданы абсолютные значения моментов времени (имеют суффикс “S”).
Параметр <описание формы сигнала> представляет собой произвольную комбинацию одной или нескольких следующих строк:
LABEL=<имя метки>
REPEAT FOREVER
REPEAT
ENDREPEAT
FILE=<имя файла>
Каждая цифра переменной <данные> представляет собой логический уровень соответствующего выходного сигнала, который представлен в системе счисления 2m, где m – соответствующая цифра переменной <формат>.
Количество узлов в <списке узлов> должно быть равно значению переменной <количество сигналов>.
Переменная
Переменная <данные> состоит из символов “0”, “1”, “X”, “R”, “F” или “Z”, интерпретируемых в заданном формате.
Переменная
Переменная <имя метки> используется при организации цикла с помощью оператора перехода GOTO, который передает управление на строку, следующую за оператором LABEL=<имя метки>.
REPEAT FOREVER – начало бесконечно повторяющегося цикла (эквивалентно конструкции REPEAT –1 TIMES).
REPEAT
ENDREPEAT – конец цикла REPEAT.
FILE – указание имени файла, в котором находится описание одного или нескольких входных сигналов.
Приведем пример:
USIGNAL STIM(2,11) $G_DPWR $G_DGND 1 2 IO_STM
+ TIMESTEP=1ns
+ 0C 00 ; В момент времени t=0 состояния обоих узлов равны "0"
+ LABEL=M
+ 1C 01 ; При t=1 нс состояние узла 1 равно "0, узла 2 - "1"
+ 2C 11 ; При t=2 нс состояние обоих узлов равны "1"
+ 3С GOTO M 3 TIMES; В момент времени t=3 нс переход на
+ ; метку M и выполняется первая инструкция без
+ ; дополнительной задержки. Цикл повторяется 3 раза
2. Считывание временной диаграммы цифрового сигнала из файла (устройства FSTIM). Устройства FSTIM задаются по формату:
Uxxx FSTIM(<количество выходов>)
+ <+узел источника питания> <–узел источника питания>
+ <список узлов>*
+ <имя модели вход/выход>
+ FILE=<имя файла сигналов>
+ [IO_LEVEL=<номер макромодели интерфейса вход/выход>]
+ [STIMULUS=<имя воздействия>]
Параметр <количество выходов> определяет количество узлов, к которым подключаются сигналы. Остальные параметры имеют тот же смысл, что в п. 1. Обратим внимание, что задание с помощью параметра FILE имени файла, в котором описаны сигналы, обязательно.
Файл цифрового сигнала может быть получен путем редактирования файла результатов моделирования или составлен вручную с помощью любого текстового редактора.
Файл цифрового сигнала имеет две секции:
1) заголовок (header), содержащий список имен сигналов;
2) список значений сигнала (transitions), содержащий на одной или более строках моменты времени изменений сигналов и колонки их значений.
Приведем сначала пример файла цифровых сигналов:
* Заголовок: содержит имена сигналов
CLOCK, RESET, IN1, IN2; имена 4-х сигналов
*Начало описания сигналов; отделяется от заголовка пустой строкой
0 0000 ; двоичные коды сигналов
10ns 1100
20ns 0101
30ns 1110
40ns 0111
Заголовок имеет следующий формат:
[TIMESCALE=<значение>]
<имя сигнала 1>...<имя сигнала n>...
OCT(<3-й бит сигнала>...<1-й бит сигнала>)...
HEX(<4-й бит сигнала>...<1-й бит сигнала>)...
Имена сигналов могут разделяться запятыми или пробелами. Они располагаются на одной или нескольких строках, но строки продолжения не имеют в начале знака “+”. Максимальное количество сигналов 255, на одной строке могут размещаться не более 300 символов. Имена сигналов перечисляются в том же порядке, в котором их значения приводятся во временных диаграммах.
Если перед именем сигнала не указывается название системы счисления, он считается двоичным. Имена сигналов, записанных в восьмеричном коде, предваряются кодом OCT и группируются по 3 сигнала (имена групп сигналов заключаются в круглые скобки). Шестнадцатеричные сигналы имеют код HEX и группируются по 4 сигнала.
Приведем еще один пример файла сигналов:
Clock Reset In1 In2
HEX(Addr7 Addr6 Addr5 Addr4) HEX(Addr3 Addr2 Addr1 Addr0)
ReadWrite
0 0000 00 0 ; Для наглядности между группами
10n 1100 4E 0 ; можно включать пробелы
20n 0101 4E 1
30n 1110 4E 1
40n 0111 FF 0
Здесь в начале приведены имена четырех двоичных сигналов, затем две группы сигналов, задаваемых в шестнадцатеричном виде, и затем еще один бинарный сигнал.
В последующем списке значений сигналов даны 7 колонок, соответствующих приведенным в заголовке сигналам.
Список значений имеет формат:
<время> <значение сигнала>*
Список значений отделяется от заголовка пустой строкой. Моменты времени и список значений сигналов должны быть разделены по крайней мере одним пробелом. Для моментов времени изменений сигналов указываются их абсолютные значения (в секундах), например 25ns, 1.2E-9, 5.8, или приращение относительно предыдущего момента времени. Признак приращения – знак “+” перед значением момента времени, например +5ns. Каждое значение сигнала соответствует одиночному бинарному сигналу или группе сигналов, имена которых помещены в группы с указателями системы счисления OCT или HEX. Общее количество значащих цифр в значениях сигналов должно быть равно общему количеству бинарных сигналов и групп сигналов, помеченных символами OCT и HEX. Разряды данных сигнала могут принимать следующие значения:
|
Двоичные |
Восьмеричные |
Шестнадцатиричные |
|
|
Логические/цифровые |
0, 1 |
0...7 |
0...F |
|
Неопределенные |
X |
X |
X |
|
Высокого импеданса |
Z |
Z |
Z |
|
Передний фронт |
R |
R |
R |
|
Задний фронт |
F |
F |
- |
Приведем примеры генераторов цифровых сигналов типа FSTIM.
1. Пусть имеется файл dig1.stm, в котором описана временная диаграмма сигнала IN1. Тогда в задание на моделирование можно включить следующее описание генератора:
U1 FSTIM(1) $G_DPWR $G_DGND
+ IN1 IO_STM FILE=DIG1.STM
2. Пусть имеется файл flipflop.stm следующего содержания:
J K PRESET CLEAR CLOCK
0 0 0 010
10ns 0 0 111
. . . . .
В задание на моделирование включим описание генератора сигнала
U2 FSTIM(4) $G_DPWR $G_DGND
+ CLK PRE J K
+ IO_STM
+ FILE=FLIPFLOP.STM
+ SIGNAMES = CLOCK PRESET
В этом примере первым двум узлам CLK и PRE соответствуют сигналы CLOCK и PRESET из файла сигналов, это соответствие устанавливается с помощью опции SIGNAMES. Последним узлам J и K соответствуют одноименные сигналы из файла сигналов, поэтому их имена нет необходимости включать в опцию SIGNAMES. Сигнал CLEAR в данном примере не используется (но на него можно сослаться в другом генераторе FSTIM).
Графический постпроцессор Probe
Общие сведения о программе Probe.
Результаты моделирования, полученные с помощью программы PSpice, заносятся в файлы данных (имеют расширения имени .dat или .txt). Перечень переменных, данные которых заносятся в этот файл, устанавливается по команде Analysis/Probe Setup программы Schematics. Программа Probe не только отображает графики полученных результатов, но и может выполнять их обработку, включая сложные арифметические и алгебраические вычисления, взятие интегралов, преобразование Фурье, измерение параметров импульсов, частотных характеристик и т. п. При моделировании аналого-цифровых устройств графики переходных процессов в цифровой и аналоговой части схемы выводятся на одном экране с одинаковым масштабом по времени. На графики можно наносить произвольные надписи и графические символы и выводить их на принтер или плоттер.
При вводе переменных в программе Probe соблюдаются следующие правила. Символы в верхнем и нижнем регистрах не различаются, за исключением суффиксов m=10
Кроме того, в программе Probe пользуются следующими суффиксами для простановки единиц размерности на осях координат:
V - вольты; d - градусы;
А - амперы; s - секунды;
W - ватты; H - герцы.
В программе Probe также определено, что W=V·A, V=W/A, A=W/V. Так что если построить график выражения V(5)*ID(M13), то ось ординат автоматически будет размечена в ваттах.
Вызов программы. Программа Probe вызывается автоматически после завершения моделирования, одновременно с началом моделирования (см. разд. 2.2) или автономно из оболочки Windows.
В верхней части экрана программы Probe помещается имя файла данных, на следующей строке – горизонтальное меню команд, а ниже – набор пиктограмм для быстрого вызова наиболее употребительных подкоманд (табл. 7.2), пиктограммы впервые появились в версии Design Center 6.2.
После выбора команды из меню команд вниз разворачивается подменю со списком подкоманд, ряд которых имеет опции для ее настройки, устанавливаемые в диалоговых окнах. Выбор пункта меню осуществляется с помощью клавиатуры или манипулятора мышь. При использовании клавиатуры для выбора пункта горизонтального меню нажимается клавиша Alt и одновременно клавиша с буквой, подчеркнутой в имени команды (см. рис. 1.7). Для вызова команды из выпадающего меню просто нажимается клавиша с подчеркнутой буквой.
Таблица 7.2
|
Пиктограмма |
Эквивалентная команда |
Пиктограмма |
Эквивалентная команда |
 |
File/ Open |
 |
Trace/Add |
 |
File/Append |
 |
Trace/Eval Goal Function |
 |
Немедленный вывод на принтер |
 |
Tools/Label/Text |
 |
Edit/Cut |
 |
Tools/Cursor/Display |
 |
Edit/Copy |
 |
Tools/Cursor/Peak |
 |
Edit/Past |
 |
Tools/Cursor/Trough |
 |
View/In |
 |
Tools/Cursor/Slope |
 |
View/Out |
 |
Tools/Cursor/Min |
 |
View/Area |
 |
Tools/Cursor/Max |
 |
View/Fit |
 |
Tools/Cursor/Point |
 |
Plot/X Axis Settings/Linear (Log) |
 |
Tools/Cursor/Search Commands |
 |
Plot/X Axis Settings/Fourier |
 |
Tools/Cursor/Next Transition |
 |
Plot/X Axis Settings/Performance Analysis |
 |
Tools/Cursor/Previous Transition |
  |
Plot/Y Axis Settings/Linear (Log) |
 |
Tools/Options/Mark Data Points |
Таблица 7.3
|
“Горячие” клавиши |
Эквивалентные команды меню |
|
Ctrl+F12 |
File/Open |
|
Ctrl+Shift+F12 |
File/Open |
|
Alt+F4 |
File/Exit |
|
Ctrl+X |
Edit/Cut |
|
Ctrl+C |
Edit/Copy |
|
Ctrl+V |
Edit/Paste |
|
Del |
Edit/Delete |
|
Insert |
Trace/Add |
|
Ctl+Y |
Plot/Add Y Axis |
|
Shift+Ctrl+Y |
Plot/Delete Y Axis |
|
Ctrl+N |
View/Fit |
|
Ctrl+I |
View/In |
|
Ctrl+O |
View/Out |
|
Ctrl+A |
View/Area |
|
Ctrl+P |
View/Previous |
|
Ctrl+L |
View/Redraw |
|
Shift+Ctrl+C |
Toois/Cursor/Toggle |
|
Shift+Ctrl+P |
Tools/Cursor/Peak |
|
Shift+Ctrl+T |
Tools/Cursor/Trough |
|
Shift+Ctrl+M |
Tools/Cursor/Min |
|
Shift+Ctrl+X |
Tools/Cursor/Max |
|
Shift+Ctrl+S |
Tools/Cursor/Slope |
|
Shift+Ctrl+N |
Tools/Cursor/Next Transition |
|
Shift+Ctrl+R |
Tools/Cursor/Previous Transition |
Краткое описание команд программы Probe приведено в табл. 7.4.
Таблица 7.4
|
Команда |
Назначение |
||
|
Меню File |
|||
|
Open... (Ctrl+F12) |
Открытие нового окна построения графиков и загрузка файла данных с результатами моделирования. Если в файле данных имеется несколько секций, выбор одной из них производится на панели диалога |
||
|
Append |
Добавление к текущему окну данных из файла (при этом загружаются данные из той же секции, которая открыта в текущем окне: DC, AC или Transient) |
||
|
Close |
Закрытие текущего окна (если данные из текущего файла используются в других окнах, выводится предупреждающее сообщение) |
||
|
Print... (Ctrl+Shift+F12) |
Вывод твердой копии одного или нескольких активных окон |
||
|
Page Setup... |
Настройка параметров страницы: |
||
|
Margins |
Размеры четырех полей в дюймах |
||
|
Plots Per Page |
Количество графиков на странице |
||
|
Orientation |
Горизонтальная (Landscape) или вертикальная (Portrait) ориентация |
||
|
Cursor Information |
Ориентация расположения информации относительно курсора (Top, Bottom, Left, Right, None) |
||
|
Draw Border |
Заключение графика в рамку |
||
|
Draw Plot Title |
Вывод заголовка графика |
||
|
Header and Footer |
Вывод текущей даты, времени и номера страницы |
||
|
Set Default |
Сохранение информации Header and Footer для установки по умолчанию |
||
|
Reset Default |
Задание типа принтера по умолчанию |
||
|
Log Commands... |
Включение/выключение режима составления файла протокола команд (расширение имени .cmd) |
||
|
Run Commands... |
Выполнение файла протокола команд |
||
|
Printer Select... |
Установка параметров принтера: разрешающая способность, размер бумаги, горизонтальное (Landscape) или вертикальное (Portrait) расположение изображения на бумаге |
||
|
Exit ( Alt+F4) |
Завершение работы |
||
|
Файл 1, ... , Файл 4 |
Список последних четырех загруженных файлов |
||
|
Меню Edit |
|||
|
Cut (Ctrl+X) |
Удаление выбранного объекта (объектов) из текущего окна. Удаленные объекты заносятся в окно буфера обмена и могут быть использованы по команде Past для переноса из одного окна в другое. Если выбрать курсором имя графика, например V(5), и выполнить команду Cut, то вставив содержимое буфера обмена в текстовый редактор типа Notepad, получим таблицу отсчетов графика в текстовом виде |
||
|
Copy (Ctrl+C) |
Копирование выбранного объекта (объектов) в текущее окно (см. команду Cut) |
||
|
Past (Ctrl+V) |
Размещение одной или нескольких копий содержимого буфера обмена |
||
|
Delete (Del) |
Удаление выбранного графика или метки. Проще всего выбрать объект щелчком мыши и удалить нажатием клавиши Del. Для удаления нескольких объектов они выбираются щелчком мыши при нажатой клавише Shift |
||
|
Modify Object ... |
Разрешение модификации выбранного объекта – имени переменной графика или метки в виде текста или эллипса |
||
|
Modify Title ... |
Разрешение модификации заголовка текущего окна |
||
|
Меню Trace |
|||
|
Add... (Insert) |
Добавление графиков одной или нескольких аналоговых или цифровых переменных в текущее окно. Имена переменных выбираются из списка доступных переменных, помещенных в файл данных. Допускается выполнение математических преобразований |
||
|
Macro... |
Определение макрокоманд. Введенные макрокоманды помещаются в файл msim.prb и выводятся на экран в виде списка, доступного для редактирования |
||
|
Eval. Goal Function... |
Вычисление целевых функций (или выражений, содержащих целевые функции) одного или нескольких графиков из одной секции файла данных .dat. При необходимости вычислить целевые функции при многовариантном анализе выполняется команда Performance Analysis |
||
|
Меню Plote |
|||
|
X Axis Settings... |
Задание диапазонов значений по оси X, выбор линейной или логарифмической шкалы, выполнение преобразования Фурье или построение зависимости от варьируемого параметра: |
||
|
Data Range |
Автоматическая установка диапазона значений (Auto Range) или по указанию пользователя (User Defined) |
||
|
Scale |
Установка линейной (Linear) или логарифмической (Log) шкалы |
||
|
Use Data |
Установка диапазона переменных по оси X для вычисления преобразования Фурье и других функций, таких, как s(x), AVG(x), RMS(x), MIN(x) и MAX(x) (Restricted) или отмена этого ограничения (Full) |
||
|
Processing Options |
Вычисление преобразования Фурье (Fourier) или построение зависимости от варьируемой переменной (Performance Analysis) |
||
|
Axis Variable ... |
Выбор переменной, откладываемой по оси X |
||
|
Y Axis Settings... |
Задание диапазонов значений по оси Y, выбор линейной или логарифмической шкалы |
||
|
Add Y Axis (Ctrl+Y) |
Добавление еще одной оси Y на график |
||
|
Delete Y Axis (Shift+Ctrl+Y) |
Удаление выбранной оси Y |
||
|
Add Plot |
Добавление нового окна графиков в верхней части текущего окна |
||
|
Delete Plot |
Удаление текущего окна (помеченого символом SEL>>) |
||
|
Unsync Plot |
Задание собственной оси X для каждого окна |
||
|
Digital Size... |
Размер окна построения временных диаграмм логических устройств: |
||
|
|
Percentage of Plot to be Digital |
Задание размера окна для построения временных диаграмм в процентах (по умолчанию 33%) |
|
|
|
Length of Digital Trace Name |
Длина отображаемого на экране имени цифрового сигнала |
|
|
AC... |
Загрузка данных анализа AC |
||
|
DC... |
Загрузка данных анализа DC |
||
|
Transient... |
Загрузка данных анализа Transient |
||
|
Меню View |
|||
|
Fit (Ctrl+N) |
Изменение масштаба изображения так, чтобы на полном экране разместились все графики |
||
|
In (Ctrl+I ) |
Увеличение масштаба изображения в 2 раза (центр поля зрения указывается курсором) |
||
|
Out (Ctrl+O) |
Уменьшение масштаба изображения в 2 раза (центр поля зрения указывается курсором) |
||
|
Area (Ctrl+A ) |
Вывод на весь экран окаймленной части изображения |
||
|
Previous (Ctrl+P) |
Возвращение к предыдущему масштабу изображения |
||
|
Redraw ( Ctrl+L) |
Перечерчивание экрана |
||
|
Pan–New Center |
Расположение схемы симметрично относительно точки расположения курсора без изменения масштаба |
||
|
Меню Tools |
|||
|
Label |
Нанесение на графики текстовых и графических символов: |
||
|
Text |
Текст |
||
|
Line |
Отрезок линии |
||
|
Poly-line |
Линейно-ломаная линия |
||
|
Arrow |
Стрелка |
||
|
Box |
Прямоугольник |
||
|
Circle |
Окружность |
||
|
Ellips |
Эллипс |
||
|
Mark |
Вывод на экран координат точки, помеченной курсором в режиме Tools/Cursor |
||
|
Cursor |
Выбор координат определенных точек на графиках с помощью электронного курсора: |
||
|
Display (Ctrl+Shift+C) |
Включение/выключение режима электронного курсора |
||
|
Peak (Ctrl+Shift+P) |
Перемещение курсора к следующему локальному максимуму на графике |
||
|
Trough (Ctrl+Shift+T) |
Перемещение курсора к следующему локальному минимуму на графике |
||
|
Slope (Ctrl+Shift+L) |
Перемещение курсора к следующей точке с максимальной по модулю производной |
||
|
Min (Ctrl+Shift+M) |
Перемещение курсора к точке с минимальным значением Y |
||
|
Max (Ctrl+Shift+X) |
Перемещение курсора к точке с максимальным значением Y |
||
|
Point (Ctrl+Shift+I) |
Перемещение курсора к точке следующего отсчета |
||
|
Search Command (Ctrl+Shift+S) |
Ввод одной или нескольких команд поиска |
||
|
Next Transition (Ctrl+Shift+N) |
Перемещение курсора к точке следующего изменения состояния на временной диаграмме |
||
|
Previous Transition (Ctrl+Shift+R) |
Перемещение курсора к точке предыдущего изменения состояния на временной диаграмме |
||
|
Simulation Messages... |
Открытие окна с сообщениями программы моделирования |
||
|
Display Control... |
Сохранение конфигурации текущего окна программы Probe для последующего построения |
||
|
Copy to Clipboard... |
Копирование содержания текущего окна в буфер обмена |
||
|
Options... |
Установка дополнительных параметров программы Probe: |
||
|
Display Status Line |
Видимая/невидимая строка состояний |
||
|
Mark Data Points |
Отображение на графиках точек отсчетов |
||
|
Display Evaluation |
Включение/выключение режима отображения результатов расчета целевых функций в дополнительных окнах |
||
|
Display Statistics |
Включение/выключение режима отображения на экране результатов статистических испытаний |
||
|
Number of Histogram Divisions |
Количество градаций при построении гистограмм |
||
|
Use Symbols |
Разрешение нанесения на графики специальных значков (Auto – при необходимости различить большое количество графиков, Never – никогда, Always – всегда) |
||
|
Trace Color Scheme |
Выбор цвета раскраски графиков |
||
|
Use Scrollbars |
Разрешение прокрутки графиков |
||
|
Auto-Update Interval |
Выбор режима обновления графиков |
||
|
Reset |
Установка конфигурации по умолчанию |
||
|
Save |
Сохранение текущей настройки в файле msim.ini |
||
|
Меню Window |
|||
|
New |
Открытие нового окна |
||
|
Close |
Закрытие текущего окна |
||
|
Arrange... |
Упорядочение размещения открытых окон |
||
|
1 <заголовок окна> |
Список открытых окон |
||
|
. . . . |
|||
|
[9 <заголовок окна>] |
|||
|
[Дополнительные окна] |
|||
|
Меню Help |
|||
|
|
|||
|
About Probe... |
Вывод номера версии программы и ее регистрационного номера |
||
Обсудим основные фазы работы с программой Probe.
1. Загрузка. Программа Probe загружается под управлением Schematics или автономно. В последнем случае после появления основного экрана программы по команде File/Open загружается файл данных с результатами моделирования. При моделировании нескольких режимов предлагается выбрать один из них (рис. 7. 4). Если в выбранном режиме проводился многовариантный анализ (варьировалась температура или другой параметр, выполнялся статистический анализ по Монте-Карло), на панели Available Sections приводится их перечень и предлагается выбрать одну или несколько секций (рис. 7.5). По умолчанию устанавливается режим All – выбор всех секций; для выбора одной или нескольких секций нажимается кнопка None (ничего) и затем курсором помечают нужные строки и нажимают кнопку OK. Нажатие кнопки Cancel возвращает в предыдущее меню без выбора какой-нибудь секции.
 Рис. 7.4. Выбор режима моделирования |
 Рис. 7.5. Панель выбора секции данных |
 Рис. 7.6. Диалоговая панель сообщения об ошибках |
 Рис. 7.7. Сообщения об ошибках моделирования |
|
Тип сообщения |
Текст сообщения |
Диагностика ошибки |
|
FATAL (фатальные) |
ZERO DELAY, OSCILLATION |
Ошибка расчета режима по постоянному току |
|
SERIUS (серьезные) |
PERSISTENT HAZARDS, VOLTAG OUT OF RANGE |
Ошибка расчета переходного процесса |
|
WARNING (предупреждения) |
SETUP, HOLD, RELEASE, . . . |
Предупреждения об ошибках, не нарушающих расчет переходных процессов |
|
INFO (информационные) |
GENERAL |
Сообщения информационного характера |
2. Построение графиков. Поcле выбора команды Trace/Add (или щелчком по пиктограмме
Analog – аналоговые переменные;
Digital – цифровые переменные;
Voltages – напряжения;
Currents – токи;
Alias Names – псевдонимы;
Internal Subcircuit Nodes – внутренние узлы макромоделей (только напряжения);
Goal Functions – целевые функции.
 Рис. 7.8. Окно выбора переменных |
На экран выводится координатная сетка графика, по горизонтальной оси которого откладывается независимая переменная, соответствующая выбранному режиму, например Time (эта переменная изменяется в последующем по желанию пользователя). На экране может располагаться несколько окон, в каждом из которых строится несколько графиков. Активное окно (в котором в данный момент строятся графики) помечается слева символами “SEL>>”. В каждом окне может быть от 1 до 3 осей Y с разными масштабами.
Укажем на особенности построения графиков аналоговых и цифровых переменных.
Аналоговые переменные
На одном графике можно поместить несколько кривых, которые на цветном мониторе выделяются цветом, а при выводе на черно-белый монитор, принтер или графопостроитель – различными значками. Формат переменных такой же, как в программе PSpice (п. 3.3.5), за небольшими исключениями:
1) не допускается выводить падение напряжения на компонентах в форме V(<имя>) или Vxy(<имя>), необходимо указывать имена (номера) узлов, например V(5) или V(21,3). Однако по-прежнему допустима форма Vx(<имя>), например VE(Q1) – потенциал эмиттера транзистора Q1; V1(R5) – потенциал вывода 1 резистора R5; V(C5:2) – потенциал вывода 2 конденсатора С5;
2) по формату B(Kxxx) выводится магнитная индукция сердечника трансформатора (в гауссах) и по формату H(Kxxx) – напряженность магнитного поля (в эрстедах), где Kxxx – имя магнитного сердечника;
3) при выводе спектральной плотности напряжения выходного шума вместо имени переменной ONOISE следует указать V(ONOISE), аналогично при выводе спектральной плотности напряжения входного шума вместо INOISE указывается V(INOISE), а при выводе спектральной плотности тока входного шума – I(INOISE);
4) в дополнение к напряжениям и токам доступны варьируемые переменные. В режиме DC это имя варьируемого источника напряжения или тока. В режиме AC – частота, имеющая имя “Frequency”. В режиме TRAN – время “Time”.
В строке можно указать имя одной или нескольких переменных или выражений. При вводе имени только одной переменной на оси Y автоматически проставляются единицы измерений в соответствии с типом переменной. Например, в режиме AC при построении графика модуля напряжения V(1) ось Y получит размерность в вольтах, фазы этого напряжения VP(1) – в градусах, а группового времени запаздывания VG(1) – в секундах.
На график можно вывести не только значения отдельных переменных, но и математические выражения, в которых допускаются следующие операции:
+, –, *, / – арифметические операции;
ABS(x) – |x|, абсолютное значение x;
SGN(x) – знак числа x (+1 при x>0, 0 при х=0 и –1 при x<0);
SQRT(x) –
EXP(x) – exp(x), экспонента числа х;
LOG(x) – ln(x), натуральный логарифм x;
LOG10(x) – log(x), десятичный логарифм x;
M(x) – модуль комплексной переменной x;
P(x) – фаза комплексной переменной x (в градусах);
R(x) – действительная часть комплексной переменной x;
IMG(x) – мнимая часть комплексной переменной x;
G(x) – групповое время запаздывания комплексной переменной x (в секундах);
PWR(x,y) – |x|
SIN(x) – sin(x), синус x (x в радианах);
COS(x) – cos(x), косинус x (x в радианах);
TAN(x) – tg(x), тангенс x (x в радианах);
ATAN(x), ARCTAN(x) – acrtg(x), арктангенс x (x в радианах);
d(y) – производная от переменной y по переменной, откладываемой по оси X;
s(y) – интеграл от переменной y по переменной, откладываемой по оси X;
AVG(y) – текущее среднее значение переменной y;
AVG(y,d) – текущее среднее значение переменной y на отрезке оси X длины d;
RMS(y) – текущее среднеквадратическое отклонение переменной y;
DB(x) – значение переменной x в децибелах;
MIN(х) – минимальное значение вещественной части переменной x;
MAX(x) – максимальное значение вещественной части переменной x.
Например, можно вывести графики переменных V(5), V(INOISE) или выражений SIN(V(5))/7.536, V(3,5)*I(D2), RMS(V(R1)*I(R1)).
Математические выражения могут редактироваться в процессе их ввода в командной строке или после обнаружения программой Probe ошибки. Текст вставляется в отмеченное курсором место и удаляется клавишами Del и Backspace. Нажатие клавиш Shift+Home выделяет часть строки, начиная от начала строки до первого символа перед курсором, Shift+End – от конца строки до первого символа после курсора. Выделенные части удаляются клавишей Del.
В режиме AC программа Probe поддерживает вычисления с комплексными числами и по умолчанию без добавления какого-либо суффикса выводит модуль результата. Если при этом выражение чисто действительное, например P(V(5)/V(1)), то результат может быть и отрицательным. Если же выражение комплексное, например V(5)/V(1), то выводится его модуль, который всегда неотрицательный. При добавлении суффикса DB модуль выводится в децибелах, суффикса P – выводится фаза в градусах (в этом единственное отличие от разд. 3.3.5), G – групповое время запаздывания, R или I – действительная или мнимая часть. Например, для построения графиков модуля и фазы комплексного сопротивления указываются выражения типа V(10)/I(RG) и VP(10)–IP(RG).
При задании переменной, выводимой на график, можно использовать имя переменной уже построенного графика.
Пусть построен график напряжения V(3), тогда спецификация переменной второго графика в виде #1*5 приведет к построению графика функции V(3)*5, где #1 – номер первого графика. При этом при попытке удалить первый график программа проверит, не входит ли его переменная в выражения для других графиков, и выдаст предупреждающее сообщение. При подтверждении удаления будут удалены все эти графики и нумерация графиков изменится.
При построении графиков можно также пользоваться определенными ранее макросами (см. ниже). Пусть, например, определен макрос
NORM(A)=(A - MIN(A))/(MAX(A) - MIN(A)).
Тогда задание выражения NORM(V(3)) вызовет построение нормированного графика переменной V(3).
Для вычисления производных и интегралов простых переменных (не выражений) используется укороченная запись без заключения переменных в круглые скобки. Например, запись dV(3) эквивалентна d(V(3)), а sIC(Q3) эквивалентна s(IC(Q3)).
Для одновременного построения двух и более графиков их переменные перечисляют на одной строке, разделяя их пробелом или запятой. Например, задание строки V(3) V(7),IC(Q3), RMS(I(VIN)) приведет к построению сразу четырех графиков (их можно построить и по очереди).
Еще одна особенность команды Trace/Add
связана c многовариантными расчетами. Если в меню выбора секций отмечено несколько вариантов, то при задании только имени переменной, например V(5), будет построено семейство графиков для каждого варианта. Указание же номера варианта n c добавлением к имени переменной суффикса @n, например V(5)@2, выведет на экран график только указанного n-го варианта. Номера вариантов можно указывать и в выражениях. Так, согласно выражению V(4,5)@2-V(4,5)@1 будет построен график разности напряжений V(4,5) во втором и первом вариантах. Если в выражении хотя бы для одной переменной не указан номер варианта @n, например V(4)-V(5)@2, то будет построено семейство графиков.
Файлы данных .dat, полученные от разных прогонов программы PSpice, средствами DOS можно объединить в один файл.
Например, команда
COPY/B test1.dat+test2.dat+test3.dat test.dat
объединит 3 файла данных в один файл test.dat. Тогда при загрузке его в программу Probe можно строить семейства зависимостей.
Цифровые переменные
 Рис. 7.9. Обозначения логических состояний |
Всего можно вывести до 75 временных диаграмм, однако одновременно на экране помещается меньшее их количество. Размер окна построения цифровых сигналов зависит от количества окон на аналоговом экране, его первоначальные размеры устанавливаются по команде Plot/Digital Size/Percentage of Plot to be Digital. Знак + в верхней и (или) нижней части экрана показывает, что часть графиков находится вне экрана.
Имя переменной, вводимой по запросу команды Trace/Add, может быть именем цифрового узла или булевым выражением, содержащим имена таких узлов. Шина (многоразрядное число) формируется в виде заключенного в фигурные скобки списка цифровых узлов, разделенных пробелами или запятыми, например
{ D3 D2 D1 D0 }
В начале списка помещается старший разряд шины, в конце – младший.
Шины могут с помощь логических и арифметических операторов образовывать выражения. В выражениях для цифровых сигналов и для шин допустимы следующие операции (их старшинство убывает сверху вниз):
{ } – объединение в группу;
~ – логическое отрицание;
* / – умножение и деление (только для шин);
+ – – сложение и вычитание (только для шин);
& – логическое И;
^ – логическое исключающее ИЛИ;
| – логическое ИЛИ.
Результат арифметических или логических операций с двумя шинами представляется в виде шины с достаточным количеством разрядов.
Результат арифметических или логических операций с шиной и цифровым сигналом представляется в виде шины с тем же количеством разрядов.
В записи операций с цифровыми сигналами могут содержаться следующие логические константы:
'0 – сигнал низкого уровня;
'1 – сигнал высокого уровня;
'F – нарастающий фронт;
'R – спадающий фронт;
'X – неопределенное состояние;
'Z – состояние высокого импеданса.
Выражения с шинами могут содержать многоразрядные числа, записываемые в виде текстовой переменной в форме r'ddd, где r – указатель системы счисления (x, h, d, o или b), ddd – последовательность цифр в указанной системе счисления. Приведем примеры:
x'3FFFF – шестнадцатеричная;
h'5a – шестнадцатеричная;
d'79 – десятичная;
o'177400 – восьмеричная;
b'100110 – двоичная.
Многоразрядное число эквивалентно определению шины, которая содержит столько сигналов, сколько необходимо разрядов для представления этого числа в двоичном коде. Например, число d'11 эквивалентно шине {'1 '0 '1 '1}.
Логические переменные вводятся в одной строке по формату
<описание цифрового сигнала> [; [<имя графика>] [;<указатель системы счисления>]]
Здесь <указатель системы счисления> применяется только при операциях с шинами. Он принимает значения H или X для шестнадцатеричной, D – для десятичной, O – для восьмеричной и B – для двоичной системы счисления. По умолчанию без его указания шина представляется в шестнадцатеричной системе. Параметр <имя графика> обозначает имя, выводимое на экране слева от графика; по умолчанию в качестве имени графика отображается выражение, заданное при его вводе.
Имена графиков могут выравниваться по правой или левой границе. По умолчанию устанавливается правая привязка. Для ее изменения в секции Probe файла конфигурации msim.ini включается строка
DGTLNAMELEFTJUSTIFY=ON.
3. Макросы. По команде Trace/Macro открывается окно для создания новых и редактирования существующих макросов (рис. 7.10).
 Рис. 7.10. Окно редактирования макросов |
Макрос имеет стандартную форму
<имя макроса>[(аргумент[,аргумент]*)] = <определение>
Аргументы, если они есть, описываются непосредственно вслед за именем макроса в круглых скобках без пробелов (квадратные скобки, как обычно, не указываются). Макросы могут содержать ссылки на другие макросы, однако рекурсивные вызовы не допускаются. Приведем несколько примеров макросов:
SUB(A,B) = A–B
F1(A) = 10*A
F2(A,B) = SIN(A*F1(B))
PI = 3.14159
YR(x,y)=(R(x)*R(y)+Img(x)*Img(y))/(y*y)
Введенные в этом окне макроcы по команде Save или Save To записываются в текстовый файл с расширением имени .prb, который может также редактироваться с помощью любого текстового редактора. Описание одного макроса, включая его имя, аргументы и определение, должно располагаться на одной строке длиной не более 80 символов. Строка, начинающаяся со “*”, воспринимается как комментарий. Комментарии можно помещать также в конце строк после “;”. Пустые строки игнорируются.
4. Целевые функции. По команде Trace/Eval Goal Function (или щелчком мыши по пиктограмме
Значения целевых функций отображаются на экране двояко. Eсли в меню Tools/Options не включена опция Display Evaluation, то значение целевой функции помещается в изображенном на рис. 7.11 окне.
 Рис. 7.11. Результаты расчета целевой функции при выключенной опции Display Evaluation |
 Рис. 7.12. Результаты расчета целевой функции при включении параметра Display Evaluation |
Имя_целевой_функции(1, 2,..., N, параметр1,..., параметрM)=выражение
{
1|Команды_поиска_и_выделения_точек_для_выражения_1;
2|Команды_поиска_и_выделения_точек_для_выражения_2;
. . . . . . . . . . . . . .
N|Команды_поиска_и_выделения_точек_для_выражения_N;
}
Здесь приняты следующие обозначения.
Имя_целевой_функции состоит из алфавитно-цифровых символов (A– Z, 0– 9) и символа подчеркивания (_), но не может начинаться с цифры. Длина имени не более 50 символов, строчные и прописные буквы не различаются. Это имя указывается в командной строке Trace/Add.
Аргументы выражения (1, 2, ..., N)
– первые N аргументов ассоциируются с N командами поиска и выделения точек. Аргумент 1 ассоциируется с командами, помещенными после символов 1|, и т. д. При вводе в командной строке целевой функции эти аргументы заменяются именами переменных и выражениями по правилам, принятым в Probe.
Список параметров (параметр1, ..., параметрM) помещается вслед за аргументами выражения. Параметры используются при определении целевой функции и представляют собой алфавитно-цифровые переменные (A– Z, 0– 9), которые могут включать в себя символы подчеркивания (_), но не могут начинаться с цифры. При вводе целевой функции указываются численные значения этих параметров.
Выражение – математическое выражение, описывающее операции с выделенными точками. В результате определяется число, откладываемое по оси Y графика. Выражения составляются по обычным правилам программы Probe за небольшими исключениями. Выражение может включать в себя символы арифметических операций +, –, *, /, (, ) и функции одного аргумента ABS, SGN, SIN, SQRT... Отличия от правил составления выражений программы Probe состоят в следующем.
1. Вместо обычных переменных PSpice, например V(4), I(R2), в выражениях приводятся координаты выделенных точек x1, y3...
2. Добавлена одна функция MPAVG, вычисляющая среднее значение по оси Y между двумя выделенными точками
MPAVG(p1,p2[,диапазон])
Здесь p1, p2 – координаты выделенных точек по оси X, например x1, x3, ограничивающих диапазон усреднения. Необязательный параметр диапазон уточняет интервал диапазона усреднения. Величина диапазона усреднения, средняя точка которого совмещена со средней точкой между p1 и p2, умножается на значение этого параметра; по умолчанию он равен 1.
Приведем пример расчета величины выброса первого импульса. Отметим точкой 1 первое пересечение с положительной производной уровня 50% от амплитуды импульса, точкой 2 отметим следующее пересечение уровня 50% с отрицательной производной, точкой 3 – следующее пересечение этого уровня с положительной производной:
SLEV(50%,P)!1 SLEV(50%,N)!2 SLEV(50%,P)!3
Максимум первого импульса пометим точкой 4, который будем отыскивать начиная от точки 1:
S/x1/(x1,x2)MAX!4
Здесь x1, x2 – координаты по оси X отмеченных выше точек 1 (!1) и 2 (!2). Затем вычислим величину выброса в процентах от амплитуды импульса. Для этого используем функцию MPAVG для расчета среднего значения нижней и верхней части импульса
overshoot = ((y4 - MPAVG(x1,x2,0.5))/(MPAVG(x1,x2,0.5)) -
+ MPAVG(x2,x3,0.5)))*100
3. Нельзя использовать функции нескольких переменных, таких, как d( ), s( ), AVG( ), RMS( ), MIN( ) и MAX( ).
4. Нельзя использовать функции комплексных переменных M( ), P( ), R( ), IMG( ), G( ).
Команды_поиска_и_выделения_точек_для_выражения_N
– комбинация одной или нескольких команд поиска, в которых имеются ссылки на одну или несколько выделенных точек. Описание команд поиска Search_commands приведено ниже в меню Cursor. Дадим их примеры:
Полная форма:
search forward for peak !1 search backward for trough !2;
Краткая форма:
sfpe!1 sbtr!2;
Замечание. Каждое выражение для команд поиска и выделения точек заканчивается символом “;”.
Выделенные точки – отмечаются как !n, где n – произвольное число, назначаемое для идентификации точки. Выражение !n может быть помещено после завершения любой команды поиска.
Продолжения строк – любая строка (за исключением строк комментариев) может быть перенесена на следующую строку без указания каких-либо специальных символов. Любая строка, начинающаяся с символа * в первой позиции, считается комментарием.
Приведем ряд примеров.
Пример 1. Целевая функция для расчета задержки распространения сигнала имеет вид
prop_delay(1,2) = x2 - x1
{
1|sf/b/#3#le(3,p)!1;
2|sf/b/#3#le(3,p)!2;
}
Ее вызов по команде Trace/Add может иметь вид
prop_delay(v(4),v(5))
Здесь V(4) и V(5) – колебания, между которыми измеряется запаздывание.
Пример 2. Целевая функция для измерения длительности импульса имеет вид
pulsewidth(1,NPTS) = x2 - x1
{
1|sf/b/#NPTS#le(3,p)!1 sf#NPTS#le(3,n)!2;
}
Ее вызов по команде Trace/Add может иметь вид
pulsewidth(sqrt(v(4)),3)
Пример 3. Целевая функция для расчета первого выброса импульса имеет вид
overshoot(1) = ((y4 – MPAVG(x1,x2,0.5))/(MPAVG(x1,x2,0.5)) –
+ MPAVG(x2,x3,0.5)))*100
{
1|slev(50%,p)!1 slev(50%,n)!2 slev(50%,p)!3
s/x1/(x1,x2)max!4
}
Ее вызов по команде Trace/Add может иметь вид
overshoot(v(out))
Пример 4. Полоса пропускания АЧХ по уровню –3 дБ измеряется с помощью целевой функции
Bandwidth(1,db_level) = x2-x1
{
1|Search forward level(max–db_level,p) !1
Search forward level(max–db_level,n) !2;
}
Ее вызов может иметь вид
Bandwidth(Vdb(5))
Сначала определяется частота, на которой частотная характеристика пересекает уровень max-db_level с положительной производной, затем – с отрицательной производной, их разность равна искомой ширине полосы пропускания. Обратим внимание, что уровень напряжения V задается в децибелах, для чего к его имени добавляется суффикс db.
Замечание. Не следует слепо полагаться на результаты расчетов целевых функций. Дело в том, что при составлении выражения для целевой функции имеется в виду вполне определенная форма колебаний, однако в результате моделирования с помощью PSpice может быть получено по разным причинам колебание совершенно другой формы, что может исказить результаты расчетов. Поэтому рекомендуется проверять результаты расчетов целевых функций, визуально анализируя графики исследуемых зависимостей.
 Рис. 7.13. Задание имени файла целевой функции |
5. Электронный курсор. Координаты точек на графиках считываются с помощью двух электронных курсоров. Дисплей переключается в режим считывания координат по команде Tools/Cursor/Display (или щелчком по пиктограмме
Первый курсор перемещается вдоль выбранной кривой с помощью клавиш 4 и 6 (или
Манипулятор мышь также может управлять курсорами: левая кнопка управляет первым курсором, правая – вторым. Нажатие кнопки перемещает электронный курсор к ближайшей по оси X точке на выбранном графике. Если график при данном значении X имеет несколько значений Y, то электронный курсор переключается в точку Y, ближайшую к положению курсора мыши. С помощью мыши можно также выбрать график, отмечая курсором его имя. Однако точность позиционирования электронного курсора при управлении с клавиатуры выше.
При наличии на экране семейства кривых перемещение курсора в конец одного графика приведет к его перескоку в начало следующего.
В меню Cursor имеются команды управления положением курсора: Peak, Trough, Slope, Min, Max, Point и Search Commands. Эти команды изменяют положение того курсора, который с помощью функциональных клавиш или мыши перемещался последним. Если до их выполнения оба курсора не перемещались, то эти команды изменяют положение первого курсора. Большинство команд перемещает курсор только в одном направлении, совпадающем с направлением его последнего перемещения. Если курсор был неподвижен, то он перемещается вперед. Исключение составляют команды поиска Search Commands, которые могут изменить направление поиска, и команды Min и Max, которые не обращают внимание на направление перемещения по умолчанию. За исключением команд Min и Max остальные команды перемещают курсор от его текущего положения в направлении, заданном по умолчанию. Приведем определения этих команд.
Peak (
Trough (
Slope (
Min (
Max (
Point (
Search Commands (
Приведем сначала несколько примеров команд поиска:
1) Search backward for peak – поиск следующего пика в обратном направлении;
2) sbpe – сокращенная форма предыдущей команды;
3) Search forward #4# (1n,5n) for 5:level(3,positive) – поиск вперед пятого пересечения уровня 3 В по оси Y (положительное значение), причем должно иметься по крайней мере 4 последовательные точки данных, имеющих это же или большее значение на отрезке времени от 1 до 5 нс по оси X;
4) sf#4#(1n,5n)5:le(3,p) – сокращенная форма предыдущей команды.
Команды поиска имеют следующий формат (квадратные скобки [ ] обозначают необязательные аргументы, строчные и прописные буквы не различаются):
Search [направление] [/начальная_точка/] [#последующие_точки#]
+ [(диапазон X)[,(диапазон Y)]] [FOR] [повторение:]<условие>
Входящие сюда аргументы имеют следующий смысл (их можно записывать сокращенно, указывая только строчные буквы в приведенных ниже определениях):
[направление] – Forward (вперед) или Backward (назад). Определяет направление поиска. Ключевое слово “Forward” означает поиск в направлении возрастания координаты X (обычно это движение слева направо, а при инверсии оси X по команде X Axis Settings/User Defined – в обратном направлении). По умолчанию устанавливается направление Forward;
[/начальная_точка/] – начальная точка, от которой начинается поиск, задается следующими ключевыми словами:
^ – первая точка диапазона поиска по оси X;
Begin – первая точка диапазона поиска по оси X;
$ – последняя точка диапазона поиска по оси X;
End – последняя точка диапазона поиска по оси X;
xn – номер точки, например x1 (только при использовании целевых функций Goal Functions при выполнении команды Performance Analysis меню X Axis Settings);
[#последующие_точки#] – задание количества последовательного выполнения заданных условий. По умолчанию равно единице. Применение зависит от конкретных условий. Приведем пример: обычно пик определяется как точка, слева и справа от которой имеется по одной точке с меньшим значением Y. Если задать параметр [#последующие_точки#] равным 2 и в качестве <условия> принять PEak, то пик будет определяться как точка, слева и справа от которой имеются по две точки с меньшим значением Y;
[(диапазон X[,диапазон Y])] – задание диапазона поиска по осям X, Y. Каждый диапазон может задаваться абсолютными значениями координат граничных точек или их относительными значениями в процентах от полного диапазона изменения переменных. По умолчанию оба диапазона устанавливаются равными диапазону изменения каждой переменной на видимой части графика. Приведем примеры:
(1n,200n) – по оси X установлен диапазон от 1 до 200 нс, по оси Y по умолчанию принят полный диапазон;
(1.5n,20e-9,0,1m) – указаны диапазоны по обеим осям;
(5m,1,10%,90%) – указаны диапазоны по обеим осям;
(0%,100%,1,3) – полный диапазон по оси X и ограниченный диапазон по оси Y;
(,,1,3) – полный диапазон по оси X и ограниченный диапазон по оси Y;
(x1,x2) – диапазон по оси X ограничен точками x1 и x2 (только при использовании целевых функций Goal Functions при выполнении команды Performance Analysis меню X Axis Settings);
(,30n) – диапазон по оси X ограничен только сверху;
[повторение:] – задание количества выполнения заданных далее условий.
Например, конструкция “2:Level” устанавливает, что необходимо найти второе пересечение уровня;
<условие> – задание одного из перечисленных ниже условий. Если это условие не выполняется, то курсор не перемещается. Каждое условие задается по крайней мере двумя символами, например условие LEvel сокращенно записывается как LE. Приведем перечень условий:
LEvel<(значение[знак])> – задание уровня, значение которого представляет собой абсолютное значение или относительное значение в процентах от полного диапазона по оси Y, заданную точку, величину в децибелах относительно Min или Max, отношение уровня к Min или Max, относительное значение уровня в децибелах и обычных единицах. Приведем примеры задания значения уровня в ключевых словах LEVEL(значение), используемых в командах поиска при определении целевой функции Goal Function:
– числа, например 1e5, 100n, 1...,
– проценты, например 50%,
– отмеченные точки, например y1, y2...,
– значение в децибелах относительно максимального или минимального значения переменной, например
max–3db или –3db – на 3 дБ ниже максимальной границы,
min+3db или 3db – на 3 дБ выше минимальной границы,
– значение, отсчитываемое от максимального или минимального значения диапазона, например
max-3 – максимальная граница минус 3,
min+3 – минимальная граница плюс 3,
– значение, отсчитываемое от текущего значения переменной, в децибелах, например,
.-3db – на 3 дБ меньше последнего значения,
.+3db – на 3 дБ больше последнего значения,
– относительное значение, например
.-3 – последнее значение минус 3,
.+3 – последнее значение плюс 3.
Ключевое слово [знак] принимает значения Positive (положительное), Negative (отрицательное) или Both (знакопеременное). По умолчанию принимается значение Both.
По команде LEVEL определяется следующая точка пересечения графиком заданного уровня путем интерполяции данных моделирования. Считается, что наступило событие пересечения уровня, если по крайней мере [#последующие_точки#]-1 точек данных, следующих за точкой пересечения уровня, расположены по ту же сторону уровня, что и первая точка.
SLope[(знак)] – построение касательной к графику. По этой команде определяется следующий максимальный наклон графика при поиске в заданном направлении. Наклон графика может иметь положительную или отрицательную крутизну в зависимости от параметра (знак), принимающего значения Positive, Negative или Both. По умолчанию этот параметр принимает значение Positive. Если ряд точек, число которых задано параметром [#последующие_точки#], имеют нулевой наклон или наклон противоположного знака, то дальнейшее выполнение команды прекращается.
PEak – поиск ближайшего “пика”. Количество точек с меньшим значением Y по обеим сторонам “пика” должно быть не меньше, чем значение параметра [#последующие_точки#].
TRough – поиск ближайшей впадины. Количество точек с большим значением Y по обеим сторонам впадины должно быть не меньше, чем значение параметра [#последующие_точки#].
MAx – определение максимального значения графика в заданной области изменения X. Если имеется несколько максимумов с равными значениями Y, определяется ближайший в заданном направлении. На определение максимума параметры [#последующие_точки#] и [повторение:] влияния не оказывают.
MIn – определение минимального значения графика в заданной области изменения X. Если имеется несколько минимумов с равными значениями Y, определяется ближайший в заданном направлении. На определение минимума параметры [#последующие_точки#] и [повторение:] влияния не оказывают.
XValue<(значение)> – производится поиск первой точки на графике, имеющей заданное значение переменной X. Приведем примеры заданий значения X, используемых в командах поиска при определении целевой функции Goal Function:
– числа, например 1e5, 100n, 1...,
– проценты, например 50%,
– отмеченные точки, например x1, x2... (используются только при задании целевых функций Goal Functions в режиме Performance Analysis),
– значение, отсчитываемое от максимального или минимального значения диапазона, например
max–3 – максимальная граница минус 3,
min+3 – минимальная граница плюс 3,
– относительное значение, например
. –3 – последнее значение минус 3,
.+3 – последнее значение плюс 3.
Определяется первая точка на графике, имеющая заданное значение X. Параметры задания направления [#последующие_точки#], [(диапазон X[,диапазон Y])] и [повторение:] на ее определение влияния не оказывают.
 Рис. 7.14. Задание расчета преобразования Фурье |
После щелчка по клавише OK производится вычисление быстрого преобразования Фурье (БПФ) всех функций, графики которых выведены на экран дисплея. Отметим, что в программе PSpice имеется специальная директива .FOUR для расчета спектра процесса по последнему периоду его реализации, т. е. спектра процесса в стационарном или близком к стационарному режиме; при этом результаты расчета амплитуды и фазы спектра выводятся в табличной форме. Спектр процесса представляет собой комплексную величину, модуль, фаза, действительная и мнимая части которой выводятся на экран программы Probe. Если на экран выведен график частотной характеристики, то рассчитывается обратное преобразование Фурье (т. е. импульсная характеристика). Перед вычислением БПФ программа Probe интерполирует отсчеты переменных так, чтобы количество отсчетов было кратно степени 2. Масштабирование спектра производится таким образом, чтобы получить те же результаты, что и при выполнении директивы .FOUR. Так, в результате расчета спектра гармонического сигнала с амплитудой 1 В будет построен график спектра в виде импульса с амплитудой 1 В, причем амплитуда импульса не зависит от длительности интервала анализа T. Разрешающая способность по частоте равна 1/T. Если, например, T=100 мкс, то разрешающая способность равна 10 кГц.
Установка границ диапазона переменных по оси X (т. е. интервала анализа для вычисления преобразования Фурье) выполняется по команде Use Data/Restricted (см. рис. 7.14).
7. Изменение имени переменной, откладываемой по оси X. По умолчанию по оси X откладывается независимая переменная. Изменение ее имени производится в меню Plot по команде X Axis Settings с помощью опции Axis Variable. Имя переменной вводится по приглашению программы по тем же правилам, что и в режиме Trace/Add. Команда очень полезна, так как позволяет построить зависимость любой переменной, откладываемой по оси Y, от любой переменной, откладываемой по оси X (так, например, построен показанный на рис. 3.23 фазовый портрет динамической системы).
8. Параметрические зависимости. Графики изменения заданной характеристики цепи от варьируемого параметра строятся при выборе опции Performance Analysis команды X Axis Settings меню Plot (вызывается также щелчком мыши по пиктограмме
1) иметь несколько секций в файле данных, передаваемых программе Probe. Каждая секция содержит данные одного варианта анализа программы PSpice при выполнении директив .STEP, .TEMP или .MC;
2) в текстовый файл msim.prb заранее записать необходимые целевые функции.
В этом режиме по оси X откладывается переменная, изменяющаяся при переходе от одной секции данных к другой; это может быть имя варьируемого параметра, температура или номер варианта при статистических испытаниях по методу Монте-Карло. Например, на рис. 1.7 построена зависимость от температуры ширины полосы пропускания и резонансной частоты усилителя.
9. Нанесение меток на графики. По команде Tools/Label на графики аналоговых переменных наносятся метки в виде текстовых и графических символов, которые представляют собой отрезки линий, линейно-ломаные линии, стрелки, прямоугольники, окружности и эллипсы. Метки наносятся с помощью мыши. Методика нанесения всех меток одинакова: сначала в определенной точке поля графика щелчком левой кнопки мыши фиксируется начальный элемент метки и относительно него наносится остальная часть текстовой или графической метки. Например, при нанесении линии сначала фиксируется ее начало, затем перемещается и фиксируется ее окончание, соединенное с начальной точкой “резиновой” нитью. Повторный щелчок кнопкой мыши фиксирует метку. Нажатие правой кнопки мыши или клавиши Esc отменяет нанесение метки. Все операции с метками, за исключением редактирования заголовка графика, выполняются на текущем активном графическом окне. С помощью мыши можно, не прерывая процесс создания метки, сделать активным другое окно, переместив в его поле курсор мыши и нажав левую кнопку. Однако метки нельзя наносить в графическом окне построения цифровых сигналов. Метки можно наносить также вне пределов видимой части графика, они будут видны после изменения масштаба по осям ординат. Выбранные щелчком мыши метки можно перемещать и удалять. Метки наносятся с помощью следующих команд.
Text – ввод текста. Содержание текста вводится в специальном окне по приглашению “Enter text label” и после нажатия Enter переносится в нужное место на поле графика с помощью мыши или функциональных клавиш.
Line – проведение отрезка линии, соединяющей две точки, по приглашению программы в строке сообщений “Place the cursor at the start of the line”.
Poly-line – проведение линейно-ломаных линий, заданных точками излома. Ввод таких объектов завершается нажатием Esc, и они при выполнении команд сдвига и удаления воспринимаются как единое целое.
Arrow – нанесение на график отрезка линии со стрелкой на конце. Точка привязки совмещена с началом отрезка, а стрелка перемещается вместе с курсором до момента фиксации.
Box – нанесение прямоугольника по заданным точкам противоположных углов.
Circle – нанесение окружности по заданному центру и произвольной точке на окружности.
Ellipse – нанесение эллипса с указанием его угла наклона, точки центра и длины большой и малой полуосей. По приглашению программы в командной строке вводится значение угла наклона эллипса в градусах:
Enter the inclination of the ellipse: 0.0
Точкой привязки эллипса служит его центр, отмечаемый по приглашению
Place the cursor at the center of the ellipse.
Stretch the ellipse as necessary.
В результате перемещения курсора в двух направлениях эллипс принимает необходимые размеры.
Mark – вывод на экран координат последней точки, помеченной курсором.
10. Сохранение атрибутов экрана. По команде Tools/Display Control сохраняются атрибуты экрана дисплея для последующей регенерации экрана графиков. К этим атрибутам относятся количество окон на экране, выбор линейного или логарифмического масштаба по осям X и Y, наличие графиков цифровых сигналов и т. д. По умолчанию атрибуты экрана записываются в файл с именем текущей схемы и расширением .prb, однако их можно записать в другой файл, указывая его имя в командной строке вызова программы Probe.
Идеальные ключи
Ключи, управляемые напряжением или током, используются при расчете переходных процессов.Ключ, управляемый напряжением, описывается предложением
Sxxx <+узел> <–узел> <+управляющий узел> <–управляющий узел> <имя модели>
Здесь <+узел> и <–узел> – номера узлов, к которым подсоединен ключ; <+управляющий узел>, <–управляющий узел> – номера узлов, разность потенциалов которых управляет ключом.
Параметры ключа задаются по директиве
.MODEL <имя модели> VSWITCH (VON=<значение> VOFF=<значение>
+ RON=<значение> ROFF=<значение>)
Параметры модели ключа, управляемого напряжением, приведены в табл. 3.11.
Таблица 3.11
| Обозначение | Параметр | Размерность | Значение по умолчанию | ||||
| VON | Напряжение замыкания ключа | В | 1 | ||||
| VOFF | Напряжение размыкания ключа | В | 0 | ||||
| RON | Сопротивление замкнутого ключа | Ом | 1 | ||||
| ROFF | Сопротивление разомкнутого ключа | Ом | 10 |
Если VON>VOFF, то ключ замкнут при управляющем напряжении V
>VOFF. Сопротивление ключа описывается следующими выражениями:
при VON>VOFF
при VON
Здесь
L
Спектральная плотность тока теплового шума ключа равна S
Ключ, управляемый током независимого источника напряжения, описывается предложением
Wxxx <+узел> <–узел> <имя управляющей ветви> <имя модели>
Здесь <имя управляющей ветви> – имя источника напряжения (его ЭДС может быть равна нулю), ток через который управляет ключом. Параметры ключа задаются по директиве
.MODEL <имя модели> ISWITCH (ION=<значение> IOFF=<значение>
+ RON=<значение> ROFF=<значение>)
Смысл этих параметров такой же, как для ключа, управляемого напряжением, только параметр ION по умолчанию равен 1 мА. Приведем пример описания ключа, управляемого током
VCONT 4 2 0
W1 6 3 VCONT SW
.MODEL SW ISWITCH (ION=50MA IOFF=45MA)
Ключ, управляемый во времени, реализуется путем подключения к ключу, управляемому током или напряжением, источника переменного во времени сигнала.
Компаратор напряжения
Компараторы напряжений так же, как и операционные усилители, представляются в программе PSpice с помощью макромоделей. Стандартная макромодель компаратора напряжений, поддерживаемая программой Parts, приведена на рис. 5.5 [9, 46]. |
Существуют два вида компараторов: со средней точкой, подключенной к "земле", как показано на рис. 5.5, и с несимметричным выходным каскадом, когда узел 6 подключается к источнику отрицательного напряжения (т.е. к узлу 4). В обеих моделях используется выходной каскад на биполярном транзисторе с открытым коллектором.
Параметры макромодели оцениваются в программе Parts по следующим паспортным данным:
– напряжение источников питания;
– максимальные положительное и отрицательное значения входного синфазного напряжения (для компараторов, в которых синфазные напряжения отсчитываются относительно "земли");
– входной ток смещения;
– коэффициент усиления напряжения на низкой частоте;
– сопротивление нагрузки;
– мощность потребления;
– время задержки, спада и фронта для заданных значений амплитуды импульса входного напряжения и перевозбуждения входного напряжения (времена фронта и спада определяются по уровням 10 и 90% от максимального значения выходного напряжения).
Кварцевый резонатор
Простейшая эквивалентная схема кварцевого резонатора представлена на рис. 5.14. [74]. С ее помощью моделируется как последовательный, так и параллельный резонанс, частоты которых определяются выражениями
 Рис. 5.14. Эквивалентная схема кварцевого резонатора |
Добротность резонатора равна
где f
В качестве примера приведем описание макромодели кварцевого резонатора с частотой параллельного резонанса 100 кГц и добротностью Q=25 000:
.subckt QR100K 1 2
LK 1 3 LQR 600
.model LQR IND (L=1 TC2=5E-8)
CK 4 2 0.0042217pF
rk 3 4 15K
C0 1 2 2.5pF
.ends
Обратим внимание на большую эквивалентную индуктивность LK, которая имеет квадратичный температурный коэффициент TC2 для имитации линейной зависимости нестабильности резонансной частоты от температуры.
Параметры эквивалентных схем отечественных кварцевых резонаторов приведены в табл. 5.2.
Таблица 5.2
| Тип | Диапазон частот, МГц | Q | r | С | f | L | С | ||||||||
| РГ-01 | 0,05...0,22 | 75 000 | 1700 | 15 | 0,05 | 1,015 | 9,9800 | ||||||||
| РГ-02 | 0,22...0,80 | 100 000 | 550 | 6 | 0,25 | 35,01 | 0,0120 | ||||||||
| РВ-15 | 0,13...0,75 | 150 000 | 375 | 10 | 0,5 | 17,90 | 0,0057 | ||||||||
| РГ-27 | 0,50...0,75 | 45 000 | 400 | 4 | 0,5 | 5,730 | 0,0177 | ||||||||
| РГ-06 | 0,75...1,8 | 60 000 | 200 | 5 | 1,0 | 1,910 | 0,0133 | ||||||||
| РВ-17 | 0,84...1,8 | 125 000 | 375 | 3 | 1,8 | 4,145 | 0,00189 | ||||||||
| РГ-07 | 1,80...8,0 | 200 000 | 40 | 5 | 1,8 | 0,707 | 0,01106 | ||||||||
| РГ-05 | 5,0...30 | 120 000 | 25 | 5 | 5 | 0,0955 | 0,01061 | ||||||||
| РВ-11 | 4,5...30 | 150 000 | 12 | 4 | 10 | 0,0286 | 0,00886 | ||||||||
| РВ-59 | 5,0...30 | 150 000 | 10 | 3,5 | 20 | 0,01194 | 0,00530 | ||||||||
| РГ-05 | 30...100 | 30 000 | 60 | 2 | 30 | 0,00955 | 0,00295 | ||||||||
| РВ-11 | 30...100 | 125 000 | 45 | 1,65 | 50 | 0,01790 | 0,00057 | ||||||||
| РВ-59 | 30...100 | 125 000 | 40 | 1,25 | 75 | 0,01061 | 0,00042 | ||||||||
| РВ-19 | 100...150 | 90 000 | 55 | 1,4 | 100 | 0,00788 | 0,00032 | ||||||||
| РВ81 | 150...300 | 90 000 | 45 | 2 | 250 | 0,00258 | 0,00016 |
Параметры эквивалентной схемы Q, r
Магнитный сердечник
В программе PSpice используется модель магнитного сердечника, предложенная Джилсом и Атертоном [52]. Она основана на известных представлениях о движении доменных границ магнитных материалов. С ее помощью удается отразить все основные характеристики гистерезиса, такие, как кривая начальной намагниченности, намагниченность насыщения, коэрцитивная сила, остаточная намагниченность и динамические потери на гистерезис.Существуют две разновидности этой модели – LEVEL=1 и LEVEL=2. Их параметры приведены в табл. 4.9.
Таблица 4.9
| Имя параметра | Параметр | Размерность | Значение по умолчанию | ||||
| LEVEL | Индекс модели | 2 | |||||
| AREA | Площадь поперечного сечения магнитопровода | см | 0,1 | ||||
| PATH | Средняя длина магнитной силовой линии | см | 1 | ||||
| GAP | Ширина воздушного зазора | см | 0 | ||||
| PACK | Коэффициент заполнения сердечника | 1 | |||||
| MS | Намагниченность насыщения | А/м | 500·10 | ||||
| A | Параметр формы безгисте- резисной кривой намагничивания | А/м | 10 | ||||
| C | Постоянная упругого смещения доменных границ | 0,1 | |||||
| K | Постоянная подвижности доменов | А/м | 10 | ||||
| ALPHA | Параметр магнитной сваязи доменов | 10 | |||||
| GAMMA | Параметр демпфирования доменов (для LEVEL=1) | 1/с | 0 |
Параметры AREA, PATH, GAP и PACK определяются геометрическими размерами сердечника, остальные – свойствами магнитного материала. Основная особенность модели LEVEL=1 – учет частотных свойств магнитных материалов. Модель LEVEL=2 обеспечивает достаточную точность для ферритовых сердечников и сердечников из молибденовых пермаллоев, а также может быть использована для моделирования ферромагнетиков аморфной структуры. В последующих версиях PSpice модель LEVEL=1 использоваться не будет, так как модель LEVEL=2 усовершенствована и обеспечивает большую точность моделирования. Поэтому программа Parts в системе Design Center 6.2 создает модели LEVEL=2. При использовании моделей из старых версий, в кторых по умолчанию назначался параметр LEVEL=1, в версии Design Center 6.2 его нужно явно указать в директиве .MODEL.
Краткое описание модели магнитного сердечника. Магнитный материал, состоящий из множества доменов, находящихся в равновесном состоянии, имеет идеальную (безгистерезисную) кривую намагничивания. Безгистерезисная кривая получается в том случае, когда в дополнение к постоянной составляющей на магнитный материал воздействует сильное переменное поле с амплитудой, постепенно убывающей до нуля. Эта кривая соответствует минимальной энергии доменов и моделируется уравнением
Man(Hэф)= MS·F(Hэф/A), (1)
где
Hэф = H + ALPHA·Man,
Man – безгистерезисная намагниченность, MS – намагниченность насыщения, Hэф – эффективная напряженность поля, для модели LEVEL=2 полагают ALPHA=0.
Заметим, что кривая начальной намагниченности магнитных материалов всегда лежит ниже безгистерезисной кривой, как показано на рис. 4.12; в области насыщения они сливаются. Безгистерезисная кривая представляет собой как бы "хребет" кривой гистерезиса.
 Рис. 4.12. Петля гистерезиса (1), начальная (2) и безгистерезисная (3) кривые намагничивания |
безгистерезисная намагниченность Man
соответствует такому состоянию, который материал мог бы достичь, если домены могли свободно перемещаться. Однако реально домены такой свободой не обладают из-за наличия потенциальных барьеров в промежуточных переходных состояниях. Границы доменов остаются неподвижными до тех пор, пока не накопится достаточный магнитный потенциал для скачкообразного изменения положения границ (скачки Баркгаузена). Для этого требуется некоторая удельная энергия на единицу объема материала, что аналогично эффекту "сухого трения". Уравнение магнитного материала в этом случае имеет вид
где M – намагниченность материала;
при dH/dt>0, и
Это справедливо при необратимом движении доменов. Величина Man рассчитывается из выражения (1). При перемагничивании проявляются эффекты упругого смещения границ доменов, так что намагниченность уже не может описываться уравнением (2). В предположении сферического прогиба доменной границы теоретическая зависимость дифференциальной магнитной проницаемости ферромагнетика принимает вид
Решение системы уравнений (1), (3) позволяет рассчитать кривую гистерезиса магнитного сердечника без воздушного зазора.
Влияние воздушного зазора. Если ширина воздушного зазора мала по сравнению с другими размерами сердечника, можно предположить, что все силовые линии магнитного поля пересекают зазор без изменения направления и что краевые эффекты малы. В таком случае справедливо соотношение
H·L + Hз·Lз = nI, (4)
где H – напряженность поля в сердечнике; L=PATH – средняя длина магнитопровода; Hз – напряженность поля в зазоре; Lз=GAP – длина зазора; nI –произведение числа витков катушки сердечника на протекающий по ним ток. Предположим, что намагниченность в воздушном зазоре пренебрежимо мала, так что Bз=Hз (т.е. магнитная проницаемость
H·L + Bз·Lз = nI.
Предлагается графический метод решения составленной системы уравнений, который заключается в следующем:
1) с помощью уравнений (1), (3) рассчитывается кривая B–H без учета зазора;
2) для построения кривой B–H с учетом зазора для каждого текущего значения H проводится линия с наклоном -L/Lз (при Lз=0 вертикальная прямая);
3) находится точка пересечения этой линии с кривой B–H, построенной без учета зазора (точка a на рис. 4.13). Ордината точки пересечения определяет магнитную индукцию сердечника B с учетом наличия зазора (точка a' на рис. 4.13).
Этот метод численно реализован в программе PSpice.
 Рис. 4.13. Петля гистерезиса без учета (1) и с учетом (2) воздушного зазора |
определяются из дифференциального уравнения:
Напомним, что ЭДС самоиндукции E=-dФ/dt= –S·dB/dt
, где S=AREA·PACK – эффективная площадь поперечного сечения магнитопровода. Напряженность поля H связана с током в катушке сердечника I соотношением H=nI/L. Поэтому в уравнении (5) производная dM(t)/dt
определяется приложенным к обмотке сердечника напряжением, намагниченность в статическом режиме M(H)
определяется из уравнений (1) – (3), в результате чего находится скорректированное значение намагниченности M(t)
с учетом частотнозависимых потерь.
Система единиц. В программе PSpice рассчитывается зависимость намагниченности M от H, а перед построением кривой гистерезиса B–H
с помощью программы Probe производится расчет магнитной индукции B=
в А/м, магнитная индукция B в гауссах, напряженность магнитного поля H
в эрстедах [ 1 Э =
Определение параметров модели магнитного сердечника по экспериментальным данным. Расчет параметров модели магнитного сердечника LEVEL=2 по экспериментальным данным возможна с помощью программы Parts (разд. 7.3). Приведем здесь методику ручной настройки модели сердечника по экспериментальным данным с помощью программ PSpice и Probe. Настройка производится в несколько этапов.
1. Сначала подбирают параметры A и ALPHA модели, обеспечивая совпадение теоретических (т.е. рассчитанных с помощью программы PSpice) и экспериментальных безгистерезисных кривых намагничивания. Безгистерезисные кривые обычно не приводятся в справочных данных, поэтому их необходимо экспериментально измерить [12].
Угол наклона безгистерезисной кривой при H=0 примерно равен углу наклона кривой гистерезиса B–H в точке пересечения с осью абсцисс. Из уравнения (1) следует, что угол наклона кривой гистерезиса при H=Hc равен (рис. 4.12)
tg
Намагниченность насыщения MS определяется на основе магнитной индукции B' на участке насыщения (рис. 4.12):
MS = B'/0,01257 – H',
где H' – напряженность поля, при котором измерена индукция B'.
 Рис. 4.14. Зависимость формы безгистерезисной кривой (К=0) от параметров А (а) и ALPHA (б) |
2. Далее экспериментально измеряют или берут из справочных данных начальную кривую намагничивания и петлю гистерезиса и повторяют моделирование при K и C, не равных нулю.
Сначала подбором константы C получают требуемое значение начальной магнитной проницаемости
При этом учитывают, что параметр С равен отношению магнитных проницаемостей
Рис. 4.15. Зависимость начальной кривой намагничивания от параметра K |
Значение K влияет на ширину петли гистерезиса. При подборе K следует обеспечить правильное значение коэрцитивной силы Hc (рис. 4.12).
Для точной подгонки экспериментальных и теоретических кривых гистерезиса, в частности, для обеспечения заданного значения остаточной магнитной индукции Br, следует снова слегка проварьировать параметры A и ALPHA. В отсутствии экспериментальных безгистерезисных кривых подбор параметров модели магнитного сердечника производится в той же последовательности, но занимает большее время.
3. Учет зависимости потерь в магнитном материале от частоты предусматривается в модели LEVEL=1. Для идентификации параметра GAMMA полагают сначала ее равной верхней граничной частоте материала и моделируют кривую гистерезиса при заданной частоте сигнала. Затем подбором GAMMA добиваются совпадения ширины кривой B–H экспериментальным данным. При этом имеют в виду, что увеличение GAMMA уменьшает потери в сердечнике.
Оригинальная методика идентификации параметров моделей ферромагнетиков по экспериментальным данным приведена в статье [11]. В частности, в ней приведены параметры модели аморфного магнитного материала 84КХСР, используемого для изготовления витых магнитопроводов высокочастотных импульсных трансформаторов источников вторичного электропитания
MS=500·10
Пример. Приведем для иллюстрации пример задания на моделирование сердечника Б14 на феррите M2000-НМ1 с помощью PSpice. Начальная кривая намагничивания и петля гистерезиса рассчитывается с помощью следующего задания:
Demonstration of inductor B-H curve
I1 0 1 SIN ( 0 0.2 250 0 0 0)
L1 1 0 20
K1 L1 0.9999 M2000
R1 1 0 500
.model M2000 CORE (LEVEL=1 MS=334e3 ALPHA=2.3e-2
+ A=4050 K=166 C=0.05 AREA=0.064 PATH=2.25)
.tran 1u 5m SKIPBP
.probe
.END
После завершения моделирования с помощью программы PSpice вызывают графический постпроцессор Probe, по оси X откладывают переменную в эрстедах, выполняя последовательность команд Plot/X Axis Settings/Axis Variable (для выбора имени переменной H(K1) из списка доступных переменных нужно включить опцию Internal Subcircuit Nodes). По оси Y выводят график функции B(K1) в гауссах (см.п. 3.2.1 и разд. 7.2), выполняя команду Trace/Add.
Многовариантный анализ
Вариация параметров (Parametric) назначается по директиве .STEP, имеющей следующие разновидности:.STEP [ LIN ] <имя варьируемого параметра> <начальное значение>
+ <конечное значение> <шаг приращения параметра>
.STEP [ OCT ] [ DEC ] <имя варьируемого параметра>
+ <начальное значение> <конечное значение> <количество точек>
.STEP <имя варьируемого параметра> LIST <значение>*
На каждом шаге вариации параметров по очереди выполняются все виды анализа характеристик цепи, задаваемых директивами .DC, .AC, .TRAN и др. Варьироваться могут все параметры всех моделей компонентов и глобальные параметры за исключением:
– параметров L и W МОП-транзистора (разрешается варьировать аналогичные параметры LD и WD);
– температурных коэффициентов TC1, TC2 резисторов и других компонентов.
Приведем примеры
.STEP VIN -.8 .8 .2
.STEP LIN I2 5mA -2mA -0.1mA
.STEP RES RMOD(R) 0.9 1.1 0.05
.STEP TEMP LIST 0 20 27 50 80
.STEP PARAM VPOWER 4 6 0.2
Ключевое слово PARAM в последнем примере указывает, что после него следует имя глобального параметра, определенного ранее по директиве .PARAM.
Дадим пояснения, как с помощью директивы .STEP организовать многовариантный анализ.
Например, многовариантный анализ переходных процессов при изменении амплитуды A гармонического сигнала реализуется следующим образом:
.PARAM A=0
VSIGNAL 1 0 SIN(0 {A} 1kHz)
.STEP PARAM A LIST 1 2 5 10
.TRAN 0.1ms 5ms
Обратим внимание, что при вариации глобальных параметров их необходимо предварительно объявить по директиве .PARAM.
Изменение сопротивления резистора (и параметров других пассивных компонентов) осуществляется двояко. Во-первых, с помощью глобального параметра
.PARAM P=1
R1 2 0 {P}
.STEP PARAM P 15,45,10
Во-вторых, используя модель резистора
.MODEL RMOD RES(R=15)
R1 2 0 RMOD 1
.STEP RES RMOD(R) 15,45,10
Здесь RMOD – имя модели резистора, RES – тип модели, R – имя варьируемого параметра.
В связи с тем что многовариантный анализ производится также с помощью директив .TEMP, .MC, .WCASE и .DC, в одном задании на моделирование вместе с директивой .STEP разрешается помещать только одну из них. Две директивы .STEP в одном задании не допускаются.
Вариация температуры (Temperature) производится по директиве
.TEMP <температура>*
Здесь указывается список значений температуры (по шкале Цельсия), для которых следует выполнить все указанные в задании директивы анализа характеристик. Если указано несколько значений температуры, то все виды анализа проводятся для каждой температуры. Если директива .TEMP не приведена, а в директиве .OPTIONS не указано другого значения температуры, то расчеты проводятся для номинальной температуры Tnom = 27
Модель арсенид-галлиевого полевого транзистора
Арсенид-галлиевые полевые транзисторы (GaASFET) имеют эквивалентную схему, изображенную на рис. 4.7,а. Существуют четыре разновидности математического описания этой модели, предложенные Куртисом (Curtice) [39–40], Рэйтеоном (Raytheon) [78–79], модель TriQuit [56] и модель Паркера-Скеллерна (Parker–Skellern) [59]. Модель Куртиса дает удовлетворительные результаты лишь при расчете статического режима, в то время как остальные модели отражают и динамические характеристики арсенид-галлиевого транзистора. Параметры четырех математических моделей приведены ниже:| Имя параметра | Параметр | Значение по умолчанию | Единица измерения | ||||
| LEVEL | Тип модели: 1 – модель Куртиса, 2 – модель Рэйтеона, 3 – модель TriQuit, 4 – модель Паркера–Скеллерна | 1 | |||||
| VT0 | Барьерный потенциал перехода Шотки | –2,5 | В | ||||
| VBI | Контактная разность потенциалов | 1,0 | В | ||||
| ALPHA | Константа, определяющая ток Idrain (Level=1–3) | 2,0 | 1/В | ||||
| B | Параметр легирования (Level=2) | 0,3 | 1/В | ||||
| BETA | Коэффициент пропорциональности в выражении для тока стока | 0,1 | А/В | ||||
| LAMBDA | Параметр модуляции длины канала | 0 | 1/В | ||||
| GAMMA | Параметр статической обратной связи (для Level=3) | 0 | |||||
| DELTA | Параметр выходной обратной связи (для Level=3, 4) | 0 | (А·В) | ||||
| Q | Показатель степени (для Level=3, 4) | 2 | |||||
| RG | Объемное сопротивление области затвора | 0 | Ом | ||||
| RD | Объемное сопротивление области стока | 0 | Ом | ||||
| RS | Объемное сопротивление области истока | 0 | Ом | ||||
| CGD | Емкость затвор–сток при нулевом смещении | 0 | Ф | ||||
| CGS | Емкость затвор–исток при нулевом смещении | 0 | Ф | ||||
| CDS | Емкость сток–исток при нулевом смещении | 0 | Ф | ||||
| IS | Ток насыщения p–n-перехода затвор–канал | 10 | А | ||||
| TAU | Время переноса носителей заряда (Level=1–3) | 0 | с | ||||
| M | Коэффициент лавинного умножения перехода затвора (Level=1–3) | 0,5 | |||||
| N | Коэффициент неидеальности | 1 | | ||||
| FC | Коэффициент нелинейности барьерной емкости прямосмещенного перехода затвора | 0,5 | |||||
| VBI | Контактная разность потенциалов p–nперехода затвора | 1 | В | ||||
| EG | Ширина запрещенной зоны | 1,11 | эВ | ||||
| XTI | Температурный коэффициент тока IS | 0 | | ||||
| VDELTA | Напряжение, входящее в выражения для емкостей переходов (для Level=2 и 3) | 0,2 | В | ||||
| VMAX | Максимальное напряжение, входящее в выражения для емкостей переходов (для Level=2 и 3) | 0,5 | В | ||||
| VTOTC | Температурный коэффициент VTO | 0 | В/ | ||||
| BETATCE | Температурный коэффициент BETA | 0 | %/ | ||||
| TRG1 | Линейный температурный коэффициент RG | 0 | 1/ | ||||
| TRD1 | Линейный температурный коэффициент RD | 0 | 1/ | ||||
| TRS1 | Линейный температурный коэффициент RS | 0 | 1/ | ||||
| KF | Коэффициент, определяющий спектральную плотность фликкер–шума | 0 | |||||
| AF | Показатель степени, определяющий зависимость спектральной плотности фликкер–шума от тока через переход | 1 | |||||
| T_MEASURED | Температура измерений | | |||||
| T_ABS | Абсолютная температура | | |||||
| T_REL_GLOBAL | Относительная температура | | |||||
| T_REL_LOCAL | Разность между температурой транзистора и модели-прототипа | |
Специфические параметры модели уровня Level=4
|
ACGAM |
Коэффициент модуляции емкости |
0 |
|
|
HFETA |
Параметр обратной связи VGS на высокой частоте |
0 |
|
|
HFE1 |
Коэффициент модуляции HFGAM напряжением VGD |
0 |
1/В |
|
HFE2 |
Коэффициент модуляции HFGAM напряжением VGS |
0 |
1/В |
|
HFGAM |
Параметр обратной связи VGD на высокой частоте |
0 |
|
|
HFG1 |
Коэффициент модуляции HFGAM напряжением VSG |
0 |
1/В |
|
HFG2 |
Коэффициент модуляции HFGAM напряжением VDG |
0 |
1/В |
|
IBD |
Ток пробоя перехода затвора |
0 |
А |
|
LFGAM |
Параметр обратной связи на низкой частоте |
0 |
|
|
LFG1 |
Коэффициент модуляции LFGAM напряжением VSG |
0 |
1/В |
|
LFG2 |
Коэффициент модуляции LFGAM напряжением VDG |
0 |
1/В |
|
MXI |
Параметр напряжения насыщения |
0 |
|
|
MVST |
Параметр подпороговой модуляции |
0 |
1/В |
|
P |
Показатель степени |
2 |
|
|
TAUD |
Время релаксации тепловых процессов |
0 |
с |
|
TAUG |
Время релаксации параметра обратной связи GAM |
0 |
с |
|
VBD |
Потенциал пробоя перехода затвора |
1 |
В |
|
VST |
Подпороговый потенциал |
0 |
В |
|
XC |
Фактор уменьшения емкости разряда |
0 |
|
|
XI |
Параметр, определяющий точку излома потенциала насыщения |
1000 |
|
|
Z |
Параметр точки излома характеристики транзистора |
0,5 |
|
Рис. 4.7. Нелинейная (а) и линейная (б) схемы замещения арсенид–галлиевого полевого транзитора |
1) Ток затвора равен
Ig = Igs + Igd.
Для моделей LEVEL=1–3
Igs=IS [exp(Vgs/(N·Vt)) –1];
Igd=IS [exp(Vgd/(N·Vt)) –1].
Для моделей LEVEL=4
где
2) Ток стока и истока
Id = Idrain – Igd, Is
= –Idrain – Igs.
Ток Idrain в модели Куртиса (LEVEL=1) в нормальном режиме (Vds
В модели Рэйтеона (LEVEL=2) в нормальном режиме:
где полиномиальная аппроксимация гиперболического тангенса имеет вид
Для модели TriQuit (LEVEL=3) в нормальном режиме
где
Idso = BETA·(Vgs – Vto)
Vto = VTO – GAMMA·Vds.
В инверсном режиме (Vds<0) токи стока и истока в приведенных выше соотношениях меняются местами.
Динамический режим. Емкость перехода исток–сток равна Cds=CDS (рис. 4.7, а).
В модели LEVEL=1 емкости Cgs, Cgd определяются выражениями:
емкость затвор–исток равна
емкость затвор–сток равна
В модели LEVEL=2 и 3 эти емкости определяются выражениями:
где
Линейная схема замещения транзистора. Схема приведена на рис. 4.7, б, где дополнительно включены источники флюктуационных токов. Тепловые шумы Iш
и RG, имеют спектральные плотности S
Источник тока Iшd, характеризующий дробовой и фликкер-шум, имеет спектральную плотность S
Температурные эффекты описываются зависимостями:
IS(T)=IS·exp[EG/(Vt·N) ·(T/Tnom–1)] ·(T/Tnom)
VBI(T)=VBI·T/Tnom–3Vt(T)ln(T/Tnom) –EG(Tnom)·T/Tnom+EG(T);
CGS(T)=CGS{1+M[0,0004(T–Tnom)+1–VBI(T)/VBI]};
CGD(T)=CGD{1+M[0,0004 (T–Tnom)+1–VBI(T)/VBI]};
VTO(T)=VTO+VTOTC·(T–Tnom);
BETA(T)=BETA·1,01
RG(T)=RG(1+TRG1(T–Tnom));
RD(T)=RD(1+TRD1(T–Tnom));
RS(T)=RS(1+TRS1(T–Tnom));
KF(T)=KF·VBI(T)/VBI, AF(T)=AF·VBI(T)/VBI.
Скалярный коэффициент Area позволяет учесть параллельное соединение однотипных транзисторов, для чего в приведенной выше модели изменяются следующие параметры:
IS=IS·Area, BETA=BETA·Area, RD=RD/Area, RS=RS/Area,
CGS=CGS·Area, CGD=CGD·Area, CDS=CDS·Area.
Значение Area указывается в задании на моделирование при включении транзистора в схему (п. 3.2.6), по умолчанию Area=1.
Модель вход/выход
Модели вход/выход, ассоциируемые с каждым цифровым компонентом, имеют тип UIO и задаются по формату.MODEL <имя модели вход/выход> UIO [<параметры модели>]
Параметры модели вход/выход приведены в табл. 6.3.
Таблица 6.3
| Идентификатор параметра | Параметр | Значение по умолчанию | Единица измерения | ||||
| INLD | Входная емкость | 0 | Ф | ||||
| OUTLD | Выходная емкость | 0 | Ф | ||||
| DRVH | Выходное сопротивление высокого уровня | 50 | Ом | ||||
| DRVL | Выходное сопротивление низкого уровня | 50 | Ом | ||||
| DRVZ | Выходное сопротивление утечки цепи, моделируемой как цепь хранения заряда | 250 кОм | Ом | ||||
| INR | Входное сопротивление утечки цепи, моделируемой как цепь хранения заряда | 30 кОм | Ом | ||||
| TSTOREMN | Минимальное время сохранения заряда цепи, моделируемой как цепь хранения заряда | 1 мс | с | ||||
| AtoD1 | Имя макромодели интерфейса А/Ц первого уровня | AtoDDefault | |||||
| DtoA1 | Имя макромодели интерфейса Ц/А первого уровня | DtoADefault | |||||
| AtoD2 | Имя макромодели интерфейса А/Ц второго уровня | AtoDDefault | |||||
| DtoA2 | Имя макромодели интерфейса Ц/А второго уровня | DtoADefault | |||||
| AtoD3 | Имя макромодели интерфейса А/Ц третьего уровня | AtoDDefault | |||||
| DtoA3 | Имя макромодели интерфейса Ц/А третьего уровня | DtoADefault | |||||
| AtoD4 | Имя макромодели интерфейса А/Ц четвертого уровня | AtoDDefault | |||||
| DtoA4 | Имя макромодели интерфейса Ц/А четвертого уровня | DtoADefault | |||||
| TSWLH1 | Время переключения 0 | 0 | с | ||||
| TSWLH2 | Время переключения 0 | 0 | с | ||||
| TSWLH3 | Время переключения 0 | 0 | с | ||||
| TSWLH4 | Время переключения 0 | 0 | с | ||||
| TSWHL1 | Время переключения 1 | 0 | с | ||||
| TSWHL2 | Время переключения 1 | 0 | с | ||||
| TSWHL3 | Время переключения 1 | 0 | с | ||||
| TSWHL4 | Время переключения 1 | 0 | с | ||||
| TPWRT | Пороговое значение длительности импульса | Равно минимальной задержке | с | ||||
| DIGPOWER | Имя макромодели источника питания | DIGIFPWR |
Входная и выходная емкости INLD, OUTLD принимаются во внимание при расчете времен задержки. Выходные сопротивления цифровых устройств задаются параметрами DRVH, DRVL модели вход/выход UIO (рис. 6.3, а). Выходное сопротивление компонента, находящегося в состоянии “1”, обозначается как DRVH, в состоянии “0” – DRVL. В программе PSpice выходные сопротивления компонентов принимают значения в диапазоне от DIGDRVF (Forcing strength) до DIGDRVZ (Z strength), который в логарифмическом масштабе разбивается на 64 уровня (максимальному сопротивлению DIGDRVZ присваивают код 0, а минимальному DIGDRVF – код 63). По умолчанию DIGDRVF=2 Ом, DIGDRVZ=20 кОм; их значения переназначаются по директиве .OPTIONS. В конфликтных ситуациях, когда к одному узлу подключаются вентили с разными выходными сопротивлениями, логический уровень узла устанавливается вентилем с минимальным выходным сопротивлением, код которого больше кодов остальных сопротивлений в заданное число раз. Это отношение кодов сопротивлений задается параметром DIGOVRDRV
директивы .OPTIONS, который по умолчанию равен 3. Когда имеется несколько вентилей с близкими выходными сопротивлениями и разными логическими уровнями, узлу присваивается неопределенное состояние X.
Времена переключения выходных каскадов цифровых ИС задаются параметрами TSWLHn, TSWHLn (трудности их определения по справочным данным заключаются в том, что обычно приводятся значения общего времени переключения всей ИС).
Макромодели интерфейсов составляются пользователями и включаются в библиотечный файл. Эти модели отражают характер входных/выходных сопротивлений цифровых компонентов с разной степенью подробности. Модели, имеющиеся в стандартной библиотеке интерфейсов программы PSpice, приведены ниже:
|
IO_LEVEL |
Определение |
|
0 |
Текущее значение параметра DIGIOLVL директивы .OPTIONS (по умолчанию равно 1) |
|
1 |
Основная (простейшая) модель, имеющая логические состояния 0, 1, X, R и F (AtoD1/DtoA1) |
|
2 |
Основная (простейшая) модель без промежуточного состояния X (AtoD2/DtoA2) |
|
3 |
Сложная модель с промежуточным состоянием X (AtoD3/DtoA3) |
|
4 |
Сложная модель без промежуточных состояний X, R и F (AtoD4/DtoA4) |
Сложные модели точнее имитируют нелинейности входных сопротивлений цифровых ИС, однако требуют больших вычислительных затрат.
Имена макромоделей интерфейсов указываются с помощью параметров AtoD1, DtoA1, ..., AtoD4, DtoA4. Выбор уровня модели интерфейса для каждого конкретного цифрового устройства производится с помощью параметра IO_LEVEL
(см. ниже).
Схемы замещения простейших интерфейсов первого уровня показаны на рис. 6.3. В текстовом виде они записываются следующим образом.
Макромодель стандартного ТТЛ-интерфейса А/Ц первого уровня имеет вид:
.subckt AtoD_STD A D DPWR DGND
+ params: CAPACITANCE=0
*
O0 A DGND DO74 DGTLNET=D IO_STD
C1 A DGND {CAPACITANCE=0.1pF}
.ends
*
.model DO74 doutput (
+ s0name="X" s0vlo=0.8 s0vhi=2.0
+ s1name="0" s1vlo=-1.5 s1vhi=0.8
+ s2name="R" s2vlo=0.8 s2vhi=1.4
+ s3name="R" s3vlo=1.3 s3vhi=2.0
+ s4name="X" s4vlo=0.8 s4vhi=2.0
+ s5name="1" s5vlo=2.0 s5vhi=7.0
+ s6name="F" s6vlo=1.3 s6vhi=2.0
+ s7name="F" s7vlo=0.8 s7vhi=1.4 )
*
.model IO_STD uio (drvh=96.4 drvl=104
+ AtoD1="AtoD_STD" AtoD2="AtoD_STD_NX"
+ AtoD3="AtoD_STD_E" AtoD4="AtoD_STD_NX_E"
+ DtoA1="DtoA_STD" DtoA2="DtoA_STD_NX"
+ DtoA3="DtoA_STD_E" DtoA4="DtoA_STD_NX_E"
+ tswhl1=1.373ns tswlh1=3.382ns
+ tswhl2=1.346ns tswlh2=3.424ns
+ tswhl3=1.511ns tswlh3=3.517ns
+ tswhl4=1.487ns tswlh4=3.564ns )
Макромодель стандартного ТТЛ-интерфейса Ц/А первого уровня имеет вид:
.subckt DtoA_STD D A DPWR DGND
+ params: DRVL=0 DRVH=0 CAPACITANCE=0
*
N1 A DGND DPWR DIN74 DGTLNET=D IO_STD
C1 A DGND {CAPACITANCE=0.1pF}
.ends
*
.model DIN74 dinput (
+ s0name="0" s0tsw=3.5ns s0rlo=7.13 s0rhi=389 ; 7ohm, 0.09v
+ s1name="1" s1tsw=5.5ns s1rlo=467 s1rhi=200 ; 140ohm, 3.5v
+ s2name="X" s2tsw=3.5ns s2rlo=42.9 s2rhi=116 ; 31.3ohm, 1.35v
+ s3name="R" s3tsw=3.5ns s3rlo=42.9 s3rhi=116 ; 31.3ohm, 1.35v
+ s4name="F" s4tsw=3.5ns s4rlo=42.9 s4rhi=116 ; 31.3ohm, 1.35v
+ s5name="Z" s5tsw=3.5ns s5rlo=200K s5rhi=200K )
Более сложная модель интерфейса А/ Ц первого уровня имеет схему замещения, показанную на рис. 6.4. Ее текстовое описание имеет вид:
.subckt AtoD_STD_E A D DPWR DGND
+ params: CAPACITANCE=0
*
O0 A DGND DO74 DGTLNET=D IO_STD
C1 A DGND {CAPACITANCE=0.1pF}
D0 DGND a D74CLMP
D1 1 2 D74
D2 2 DGND D74
R1 DPWR 3 4k
Q1 1 3 A 0 Q74; подложку соединить с DGND
.ends
.model D74 D (IS=1e-16 RS=25 CJO=2pf)
.model D74CLMP D (IS=1e-15 RS=2 CJO=2pf)
.model Q74 NPN (ISE=1e-16 ISC=4e-16 BF=49 BR=.03 CJE=1pf
+ CJC=.5pf CJS=3pf VJE=0.9v VJC=0.8v VJS=0.7v MIE=0.5
+ MJC=0.33 MJS=0.33 TF=0.2ns TR=10ns RB=50 RC=20)
Моделирование
Подготовка к моделированию и само моделирование проводятся под управлением пункта меню Analysis в несколько этапов.1. Простановка позиционных обозначений. Перед моделированием схемы всем ее компонентам (резисторам, конденсаторам, диодам и т. п.) необходимо присвоить уникальные имена, так называемые позиционные обозначения (Reference Designator) по команде Tools/Annotate. На панели диалога команды (рис. 2.15) в пункте Function выбирается один из трех режимов:
Package and Assign Reference Designators – упаковка отдельных символов в физически существующие корпуса компонентов, которая заключается в назначении позиционных обозначений компонентов, простановке номеров секций и указании типов корпусов в соответствии с данными панели Set Values;
Assign Reference Designators Only
– назначение только позиционных обозначений компонентов без проведения их упаковки;
 Рис. 2.15. Автоматическая простановка позиционных обозначений и упаковка схемы |
Undo Packaging – удаление всех атрибутов, проставленных в процессе обратной корректировки схемы по команде Tools/Back Annotate.
Заметим, что по команде Options/Auto-Naming
можно включить режим автоматической простановки позиционных обозначений компонентов при нанесении их символов на схему (нажать выключатель Enable Auto-Naming), задав их начальный номер Starting Designator.
В разделе Set Values for задаются параметры:
All Except User-Assigned – автоматическая простановка позиционных обозначений, имен секций и типов корпусов за исключением тех, что проставлены пользователем;
Only Unpackaged – простановка позиционных обозначений, имен секций и типов корпусов, которые еще не назначены;
All – простановка позиционных обозначений, имен секций и типов корпусов всем компонентам (с переопределением существующих).
2. Проверка схемы. По команде Analysis/Electrical Rule Check проверяется наличие в схеме неподсоединенных (плавающих) выводов компонентов, совпадающих позиционных обозначений и др. Полнота проверки тем больше, чем больше информации о типе компонентов и их выводов занесено в библиотеку символов.
При обнаружении ошибок на экран выводится информационное сообщение. Перечень ошибок просматривается по команде File/Current Errors.
 Рис. 2.16. Панель выбора режима моделирования |
При выполнении некоторых видов анализа (например, при спектральном анализе, статистическом анализе по методу Монте-Карло, расчете уровня шума) необходимо указывать имена выходных переменных, в качестве которых могут быть потенциалы и разности потенциалов узлов и токи ветвей. При записи выходных переменных можно пользоваться всеми правилами программы PSpice, однако ссылки на имена узлов цепи (имена проводников) возможны, только если они обозначены на схеме по команде Edit/Label. Поэтому удобно указывать потенциалы выводов компонентов по формату
V(<полное имя вывода>)
 Рис. 2.17. Установка параметров директив расчета частотных характеристик и уровня шума |
Обратим внимание, что по команде Setup
задаются не все возможные директивы программы PSpice. Остальные директивы (.LIB, .INC и др.) задаются с помощью атрибутов, присваиваемых на схеме специальным символам, каждой директиве – отдельный символ. Например, на рис. 1.1 помещен символ PARAMETERS директивы .PARAM, которая задает параметр LK и присваивает ему начальное значение 10mH.
4. Создание списка соединений. По команде Analysis/Create Netlist создаются список соединений схемы и задание на моделирование, которые заносятся в файлы с расширениями .net, .als и .cir.
При наличии ошибок в схеме или директивах моделирования выводится информационное сообщение, а список ошибок просматривается по команде File/Current Errors. Файл списка соединений и любые другие файлы просматриваются и редактируются по команде Analysis/Examine Netlist с помощью текстового редактора NOTEPAD.
5. Запуск программы моделирования PSpice.
Моделирование текущей схемы начинается после запуска команды Analysis/Simulate (или после нажатия клавиши F11 либо пиктограммы
6. Вызов программы построения графиков Probe.
Графики результатов моделирования просматриваются с помощью программы Probe, которая вызывается автоматически после завершения моделирования, если в меню команды Analysis/Probe Setup включена опция Auto Run Option:Automatically Run Probe After Simulation. Построение графиков в процессе моделирования выполняется при выборе опции Auto Run Option:Monitor Waveforms. Автономный вызов Probe выполняется командой Analysis/Run Probe или нажатием клавиши F12. В некоторых случаях, например при моделировании схемы большого размера или выполнении статистического моделирования, файл данных .dat приобретает очень большие размеры. Для его уменьшения рекомендуется включить опцию Data Collection:At Markers Only
команды Analysis/Probe Setup - тогда в этот файл заносятся данные только о переменных, отмеченных маркером.
Программу Probe можно вызвать в отдельном окне и одновременно просматривать графики результатов и принципиальную схему анализируемого устройства, как показано на рис. 1.6.В многооконном режиме, когда на экране одновременно (или поочередно) находятся окна графического редактора Schematics и программы Probe, удобно пользоваться маркерами (команды Markers). По этим командам специальными значками на схеме помечаются цепи или выводы компонентов, потенциалы или токи которых нужно вывести на экран программы Probe. Маркеры можно нанести на схему как до, так и после завершения моделирования. В последнем случае необходимо дополнительно выполнить команду Show All (вывести на экран графики всех отмеченных переменных) или Show Selected
(вывести на экран только графики выбранных переменных). Ввод маркеров завершается нажатием правой кнопки мыши. После этого выводится экран программы Probe с построенными графиками. Если окна Probe не видно, то нажатием клавиш Alt+Tab перелистывают открытые окна до появления нужного.
МОП-транзисторы
В программе PSpice полевые транзисторы с изолированным затвором (МОП-транзисторы, MOSFET) описываются шестью разными системами уравнений, выбор которых определяется параметром LEVEL, принимающим значения 1, 2, 3, 4, 5 и 6 [4, 7, 30, 33, 37, 43, 54, 59, 73, 76, 77, 82]. Модель первого уровня (LEVEL=1) используется в тех случаях, когда не предъявляются высокие требования к точности моделирования вольт-амперных характеристик транзистора, в частности при моделировании МОП-транзисторов с коротким или узким каналом. Модели второго (LEVEL=2) и третьего (LEVEL=3) уровней учитывают более тонкие физические эффекты. Параметры модели четвертого – шестого уровней (LEVEL=4–6) рассчитываются по справочным данным с помощью специальной программы идентификации [73]. Структура МОП-транзистора приведена на рис. 4.8. Все модели имеют одну и ту же эквивалентную схему, изображенную на рис. 4.9, а. Рис. 4.8. Структура МОП-транзистора с каналом n-типа |
  Рис. 4.9. Нелинейная (а) и линейная (б) схемы замещения МОП-транзистора с каналом n-типа |
Параметры модели МОП-транзистора уровней 1–4 приведены в табл. 4.5 (параметры моделей более редко использующихся уровней 5–6 даны в [59]).
| Имя параметра | Уровень модели LEVEL | Параметр | Значение по умолчанию | Единица измерения | |||||
| LEVEL | Индекс модели | 1 | | ||||||
| L | 1–4 | Длина канала | DEFL | м | |||||
| W | 1–4 | Ширина канала | DEFW | м | |||||
| LD | 1–3 | Длина области боковой диффузии | 0 | м | |||||
| WD | 1–3 | Ширина области боковой диффузии | 0 | м | |||||
| VTNOM | 1–3 | Пороговое напряжение при нулевом смещении подложки Vbs=0 | 1 | В | |||||
| KP | 1–3 | Параметр удельной крутизны | 2·10 | А/В | |||||
| GAMMA | 1–3 | Коэффициент влияния потенциала подложки на пороговое напряжение | вычисляется |  | |||||
| PHI | 1–3 | Поверхностный потенциал сильной инверсии | 0,6 | В | |||||
| LAMBDA | 1, 2 | Параметр модуляции длины канала | 0 | 1/В | |||||
| RD | 1–4 | Объемное сопротивление стока | 0 | Ом | |||||
| RS | 1–4 | Объемное сопротивление истока | 0 | Ом | |||||
| RG | 1–4 | Объемное сопротивление затвора | 0 | Ом | |||||
| RB | 1–4 | Объемное сопротивление подложки | 0 | Ом | |||||
| RDS | 1–4 | Сопротивление утечки сток–исток |  | Ом | |||||
| RSH | 1–4 | Удельное сопротивление диффузионных областей истока и стока | 0 | Ом/кв. | |||||
| IS | 1–4 | Ток насыщения p–n-перехода сток-подложка (исток–подложка) |  | А/м | |||||
| JS | 1–4 | Плотность тока насыщения перехода сток (исток) –подложка | 0 | ||||||
| JSSW | 1–4 | Удельная плотность тока насыщения (на длину периметра) | 0 | А/м | |||||
| PB | 1–4 | Напряжение инверсии приповерхностного слоя подложки | 0,8 | В | |||||
| PBSW | 1–4 | Напряжение инверсии боковой поверхности p–n-перехода | PB | В | |||||
| N | 1-4 | Коэффициент неидеальности перехода подложка–сток | 1 | ||||||
| CBD | 1–4 | Емкость донной части перехода сток-подложка при нулевом смещении | 0 | Ф | |||||
| CBS | 1–4 | Емкость донной части перехода исток-подложка при нулевом смещении | 0 | Ф | |||||
| CJ | 1–4 | Удельная емкость донной части p–n-перехода сток (исток) –подложка при нулевом смещении (на площадь перехода) | 0 | Ф/м | |||||
| CJSW | 1–4 | Удельная емкость боковой поверхности перехода сток (исток) –подложка при нулевом смещении (на длину периметра) | 0 | Ф/м | |||||
| MJ | 1-4 | Коэффициент, учитывающий плавность перехода подложка-сток (исток) | 0,5 | ||||||
| MJSW | 1–4 | Коэффициент наклона боковой поверхности перехода подложка–сток (исток) | 0,3 | ||||||
| FC | 1–4 | Коэффициент нелинейности барьерной емкости прямосмещенного перехода подложки | 0,5 | ||||||
| CGSO | 1–4 | Удельная емкость перекрытия затвор–исток (за счет боковой диффузии) | 0 | Ф/м | |||||
| CGDO | 1–4 | Удельная емкость перекрытия затвор–сток на длину канала (за счет боковой диффузии) | 0 | Ф/м | |||||
| CGBO | 1–4 | Удельная емкость перекрытия затвор–подложка (за счет выхода затвора за пределы канала) | 0 | Ф/м | |||||
| TT | 1–4 | Время переноса заряда через p–n-переход | 0 | с | |||||
| NSUB | 1–3 | Уровень легирования подложки | нет | 1/см | |||||
| NSS | 2,3 | Плотность медленных поверхностных состояний на границе кремний-подзатворный оксид | нет | 1/см | |||||
| NFS | 2,3 | Плотность быстрых поверхностных состояний на границе кремний-подзатворный оксид | 0 | 1/см | |||||
| TOX | 1–3 | Толщина оксида | вычисляется | м | |||||
| TPG | 2,3 | Легирование затвора (+1 – примесью того же типа, каки для подложки; –1 – примесью противоположного типа; 0 – металл) | +1 | ||||||
| XJ | 2,3 | Глубина металлургического перехода областей стока и истока | 0 | м | |||||
| UO | 1–3 | Подвижность носителей тока в инверсном слое канала | 600 | см | |||||
| UCRIT | 2 | Критическая напряженность вертикального поля, при которой подвижность носителей уменьшается в два раза | 10 | В/см | |||||
| UEXP | 2 | Эмпирическая константа, определяющая подвижность носителей | 0 | ||||||
| VMAX | 2,3 | Mаксимальная скорость дрейфа носителей | | м/с | |||||
| NEFF | 2 | Эмпирический коэффициент коррекции концентрации примесей в канале | 1 | ||||||
| XQC | 2,3 | Доля заряда канала, ассоциированного со стоком | 0 | ||||||
| DELTA | 2,3 | Коэффициент влияния ширины канала на пороговое напряжение | 0 | ||||||
| THETA | 3 | Kоэффициент модуляции подвижности носителей под влиянием вертикального поля | 0 | 1/В | |||||
| ETA | 3 | Параметр влияния напряжения сток–исток на пороговое напряжение (статическая обратная связь) | 0 | ||||||
| KAPPA | 3 | Параметр модуляции длины канала напряжением сток–исток | 0,2 | ||||||
| KF | 1–4 | Коэффициент, определяющий спектральную плотность фликкер–шума | 0 | ||||||
| AF | 1–4 | Показатель степени, определяющий зависимость спектральной плотности фликкер–шума от тока через переход | 1 | ||||||
| T_MEASURED | 1–4 | Температура измерений |  | ||||||
| T_ABS | 1–4 | Абсолютная температура | | ||||||
| T_REL_GLOBAL | 1–4 | Относительная температура | | ||||||
| T_REL_LOCAL | 1–4 | Разность между температурой транзистора и модели-прототипа | |
По умолчанию, если параметр LEVEL не указан при описании модели, используется модель МОП-транзистора первого типа.
Параметры, характерные только для модели МОП-транзистора четвертого типа, приведены в табл. 4.6.
Таблица 4.6
|
Имя параметра |
Параметр |
Единица измерения |
|
DL |
Уменьшение эффективной длины канала |
|
|
DW |
Уменьшение эффективной ширины канала |
|
|
TOX |
Толщина оксида затвора |
|
|
VFB |
Напряжение плоских зон |
В |
|
PHI |
Контактная разность потенциалов инверсного слоя перехода |
В |
|
K1 |
Коэффициент влияния подложки |
 |
|
K2 |
Коэффициент разделения заряда обедненной области между стоком и истоком |
|
|
ETA |
Коэффициент, отражающий зависимость порогового напряжения от смещения подложка–сток |
|
|
X2E |
Чувствительность уровня индуцированного слоя к смещению на подложке |
В |
|
X3E |
Чувствительность уровня индуцированного слоя к смещению на стоке при Vds=Vdd |
В |
|
MUZ |
Подвижность носителей при нулевом смещении |
см |
|
X2MZ |
Чувствительность подвижности носителей к смещению на подложке при Vds=0 |
см |
|
UO |
Коэффициент, отражающий изменение подвижности от напряженности вертикального поля |
В |
|
X2UO |
Чувствительность критической подвижности носителей к смещению на подложке |
В |
|
U1 |
Коэффициент, определяющий степень насыщения скорости носителей от напряжения на стоке |
|
|
X2U1 |
Чувствительность максимальной скорости носителей к напряжению смещения на подложке |
|
|
X3U1 |
Чувствительность максимальной скорости носителей к напряжению смещения на стоке при Vds=Vdd |
|
|
MUS |
Подвижность носителей при нулевом смещении на подложке и Vds=Vdd |
см |
|
X2MS |
Чувствительность подвижности носителей к смещению на подложке при Vds=0 |
см |
|
X3MS |
Чувствительность подвижности носителей к смещению на стоке при Vds=Vdd |
см |
|
NO |
Коэффициент наклона проходной характеристики в субпороговом режиме при нулевом смещении на подложке |
|
|
NB |
Чувствительность коэффициента наклона проходной характеристики в субпороговом режиме к смещению на подложке |
|
|
ND |
Чувствительность коэффициента наклона проходной характеристики в субпороговом режиме к смещению на стоке |
|
|
TEMP |
Температура, при которой измерены параметры транзистора |
|
|
VDD |
Коэффициент влияния напряжения смещения |
|
|
XPART |
Флаг, определяющий распределение зарядов между стоком и истоком (при XPART=0 устанавливается соотношение зарядов сток-исток, равное 40/60, при XPART=1 – соотношение 0/100) |
|
|
WDF |
Ширина переходов стока и истока по умолчанию |
м |
|
DELL |
Уменьшение ширины переходов стока и истока по умолчанию |
м |
Здесь Vdd – напряжение, при котором проводятся измерения (обычно оно равно напряжению питания).
При включении МОП-транзистора в схему можно указать значения необязательных параметров (см. табл. 4.7).
Таблица 4.7
|
Обозначение |
Параметр |
Значение по умолчанию |
Размерность |
|
L |
Длина канала DEFL |
м |
|
|
W |
Ширина канала DEFW |
м |
|
|
AD |
Площадь диффузионной области стока DEFAD |
м |
|
|
AS |
Площадь диффузионной области истока DEFAS |
м |
|
|
PD |
Периметр диффузионной области стока |
0 |
м |
|
PS |
Периметр диффузионной области истока |
0 |
м |
|
NRD |
Удельное относительное сопротивление стока |
1 |
|
|
NRS |
Удельное относительное сопротивление истока |
1 |
|
|
NRG |
Удельное относительное сопротивление затвора |
0 |
|
|
NRB |
Удельное относительное сопротивление подложки |
0 |
|
|
M |
Масштабный коэффициент |
1 |
|
В последующем описании моделей МОП-транзисторов используются следующие физические константы:
EPS0=8,86·10
EPSox=3,9·EPS0 – диэлектрическая проницаемость оксида;
EPSsil=11,7·EPS0 – диэлектрическая проницаемость кремния;
q=1,60·10
k=1,38·10
Vt=kT/q – температурный потенциал p–n-перехода.
Приведем далее соотношения, общие для всех моделей МОП-транзистора:
крутизна управления по затвору KP=UO·Cox;
крутизна проходной характеристики МОП-транзистора Beta=0,5·KP·W/L;
удельная емкость окисла Cox=EPSox/TOX;
коэффициент влияния потенциала подложки на пороговое напряжение
поверхностный потенциал
PHI=2Vt·ln(Na/Ni),
где Na=10
– собственная концентрация носителей, определяемая уравнением
Ni
Fp=
VTNOM=Vi
Vbi=Ws-10
Ws=Wg-(Fp+3,25+0,5·EG),
где Vbi, Ws – ширина запрещенных зон подложки и неметаллического оксида,
Eg=1,16-0,000702·T
Leff=L-2·LD – эффективная длина канала;
Weff=W-2·WD – эффективная ширина канала;
CGBO=Cox·Leff – удельная емкость перекрытия затвор–подложка;
CGDO=Cox·Ldd – удельная емкость перекрытия затвор–сток;
CGSO=Cox·Lds – удельная емкость перекрытия затвор–исток, где Ldd и Lds – длины боковых поверхностей диффузии в областях стока и истока; очевидно, что для большинства транзисторов CGDO=CGSO;
CJSW=CJ·LD – удельная емкость боковой поверхности перехода;
CBS=CJ·AS – емкость перехода исток-подложка при нулевом смещении;
CBD=CJ·AD – емкость перехода сток-подложка при нулевом смещении.
Пользователь может задать значения CBS и CBD либо AS и AD. Если эти параметры не заданы, то они приравниваются нулю.
Параметры электрических схем замещения KP, GAMMA, PHI и пр. рассчитываются по приведенным выше формулам через физические параметры NSUB, TOX и др., если в описании модели МОП-транзистора с помощью директивы .MODEL отсутствует какой-либо параметр.
Статический режим МОП-транзистора. Модели всех типов характеризуются нулевым током затвора Ig=0 и током подложки
Ib = Ibs + Ibd,
где Ibs и Ibd – токи переходов подложка-исток и подложка–сток,
Ibs = Iss·[exp(Vbs/(N·Vt))-1],
Ibd = Ids·[exp(Vbd/(N·Vt))-1].
При задании нулевого значения одного из параметров JS, AS или AD принимают Iss=Ids=IS, в противном случае Iss=AS·JS+PS·JSSW, Ids=AD·JS+PD·JSSW. Ток стока Id=Ibd–Idrain, ток истока Is=Ibs+Idrain.
Ток Idrain определяется следующими соотношениями.
1. Для модели LEVEL=1 в нормальном режиме (Vds
где Beta=0,5·KP·W/L – крутизна проходной характеристики МОП-транзистора;
Пороговое напряжение положительно (отрицательно) в режиме обогащения и отрицательно (положительно) в режиме обеднения для транзистора с n-каналом (p-каналом).
Для области обратного смещения (Vds < 0)
где Vto = VTNOM+GAMMA·
Параметр LAMBDA характеризует наклон выходной характеристики транзистора в области насыщения. В соответствии с рис. 4.10 он определяется из уравнения
 Рис. 4.10. К определению параметра LAMBDA |
где Vd1=Vto+1 В, Vd2=Vto+3 В при Vgs=Vto+1 В.
Крутизна МОП-транзистора KP определяется в основном подвижностью носителей, толщиной и материалом подзатворного диэлектрика. Поскольку в модели первого уровня параметры технологического процесса игнорируются, задание значений TOX и UO не изменяет значение KP. По умолчанию KP=20 мкА/В
Параметры VTO, GAMMA и KP определяются из экспериментальных данных (рис. 4.11) по формулам
Аналитическая зависимость GAMMA от параметров материала приведена выше.
 Рис. 4.11. К определению параметров VTNOM, GAMMA и KP |
Коэффициент
Влияние ширины канала учитывается с помощью коэффициента
ETA=1+0,25
Температурная зависимость напряжения порога учитывается с помощью коэффициента
XN=1+q·10
+ 0,25·[(PHI+Vds-Vbs)/
+ (PHI-Vbs)/
Выражения для тока стока Idrain здесь не приводятся из-за их сложности [33, 82].
3. Для модели LEVEL=3 используются полуэмпирические уравнения статических характеристик МОП-транзистора. Пороговое напряжение полагается равным
Vto = VTNOM-
где
Fs – коэффициент, учитывающий влияние геометрии прибора на укорочение канала;
Fn=0,5·DELTA·
XN=1+0,5·(GAMMA·Fs·
+ q·10
Эффективная подвижность носителей с учетом напряженности поля в канале равна
где
Напряжение насыщения определяется по формуле
VDsat =
где параметр
Fb = Fn+0,5·GAMMA·Fs/
Эффективная длина канала определяется соотношением
Leff =
где
A=KAPPA·(Vds-VDsat) ·
Ток Idrain определяется из выражений
3. Для уровня LEVEL=4 используется модель BSIM (Berkeley Short-channel IGFET Model) – короткоканальная модель полевого транзистора с изолированным затвором, разработанная в Калифорнийском университете (г. Беркли). По сравнению с моделью первого уровня учитываются следующие эффекты [76]:
– зависимость подвижности носителей от вертикального поля;
– насыщение скорости носителей;
– зависимость порогового напряжения от напряжения стока;
– распределение заряда обедненной области между стоком и истоком;
– неоднородное легирование для транзисторов, изготовленных с применением ионной имплантации%
– модуляция длины канала;
– подпороговая проводимость;
– зависимость всех параметров от геометрии транзистора.
В модели BSIM ток стока представляется суммой токов сильной и слабой инверсии (подпороговый режим):
Idrain = Idrain
Это позволяет обеспечить непрерывность первых производных и за счет этого значительно улучшить сходимость расчета статического режима по сравнению с моделями 2- и 3-го уровня.
В режиме сильной инверсии пороговое напряжение определяется выражением
Vto = VFB + PHI + K1
Параметр K1 сходен с параметром GAMMA в модели первого уровня. Параметры К1, К2 совместно моделируют неоднородность легирования. Параметр ETA частично моделирует уменьшение длины канала и порогового напряжения из-за статической индукции.
Ток стока в режиме сильной инверсии определяется следующими соотношениями.
В режиме отсечки (Vgs
В линейной области (Vgs>Vto и 0
где
Непривычный вид формулы для параметра a
связан с тем, что применена дробно-полиномиальная аппроксимация хорошо известной трансцендентной зависимости a=2/3·[(Vds+PHI-Vbs)
В режиме насыщения (Vgs>Vto и Vds
где
носителей,
VDsat = (Vgs - Vto)/(a
Составляющая тока стока за счет слабой инверсии равна
где
Показатель степени 1,8 выбран экспериментально для наилучшей совместимости с составляющей тока сильной инверсии. Параметры подпорогового режима N0, NB и ND определяют коэффициент наклона подпороговой характеристики
n = N0 + NB·Vbs + ND·Vds.
Параметры VFB, PHI, K1 и K2 считаются не зависимыми от режима по постоянному току. Остальные параметры рассчитываются по формулам
U
U
где Vdd – напряжение питания, при котором измерялись параметры транзистора.
Зависимость параметра
Динамические свойства МОП-транзистора. Они учтены включением в модель емкости обедненного слоя подложка– исток Cbs и емкости обедненного слоя подложка– сток Cbd. Эти емкости складываются из емкости данной поверхности и боковой поверхности переходов. Если параметры CBS и CBD не заданы (по умолчанию они полагаются равными нулю), то эти емкости рассчитываются по формулам
Cbs = AS·CJ·Cbsj+PS·CJSW·Cbss+TT·Gbs;
Cbd = AD·CJ·Cbdj+PD·CJSW·Cbds+TT·Gds.
В противном случае (т.е. при заданных абсолютных значениях CBS и CBD)
Cbs = CBS·Cbsj+PS·CJSW·Cbss+TT·Gbs;
Cbd = CBD·Cbdj+PD·CJSW·Cbds+TT·Gds,
где Gbs=dIbs/dVbs, Gds=dIbd/dVbd – дифференциальные проводимости в окрестности рабочей точки.
Скалярные множители, отражающие зависимость барьерных емкостей от напряжений смещения, рассчитываются следующим образом:
при Vbs
Cbsj = (1-Vbs/PB)
Cbss = (1-Vbs/PBSW)
при Vbs>FC·PB
Cbsj = (1-FC)
Cbss = (1-FC)
при V
Cbdj = (1-Vbd/PB)
Cbds = (1-Vbd/PBSW)
при Vbd>FC·PB
Cbdj = (1-FC)
Cbds = (1-FC)
Емкости затвор– исток, затвор– сток и затвор– подложка рассчитываются по формулам Cgs=CGSO·W, Cgd=CGDO·W, Cbd=CGBO·L.
Температурные зависимости параметров элементов эквивалентной схемы МОП-транзистора учитываются с помощью следующих выражений:
IS(T)=IS·exp{[EG(Tnom) ·T/Tnom-EG(T)]/Vt};
JS(T)=JS·exp{[EG(Tnom) ·T/Tnom-EG(T)]/Vt};
JSSW(T)=JSSW·exp{[EG(Tnom) ·T/Tnom-EG(T)]/Vt};
PB(T)=PB·T/Tnom-3Vt·ln(T/Tnom)-EG(Tnom) ·T/Tnom+EG(T);
PBSW(T)=PBSW·T/Tnom-3Vt·ln(T/Tnom)-EG·T/Tnom+EG(T);
PHI(T)=PHI·T/Tnom-3Vt·ln(T/Tnom)-EG(Tnom) ·T/Tnom+EG(T);
EG(T) = 1,16-0,000702·T
CBD(T)=CBD{1+MJ [0,0004 (T-Tnom)+1-PB(T)/PB]};
CBS(T)=CBS{1+MJ [0,0004(T-Tnom)+1-PB(T)/PB]};
CJ(T)=CJ{1+MJ [0,0004 (T-Tnom)+1-PB(T)/PB]};
CJSW(T)=CJSW{1+MJSW [0,0004 (T-Tnom)+1-PB(T)/PB]};
KP(T)=KP(T/Tnom)
KF(T)=KF·PB(T)/PB; AF(T)=AF·PB(T)/PB,
где Tnom – номинальная температура, при которой измерены параметры транзистора; T – текущая температура.
Линейная схема замещения МОП-транзистора. На рис. 4.9, б она приведена с источниками внутренних шумов. Тепловые шумы Iш
и RD, имеют спектральные плотности S
Источник тока Iшd, характеризующий дробовой и фликкер-шум, имеет спектральную плотность
S
где Gm = dIdrain/dVgs
– дифференциальная проводимость в рабочей точке по постоянному току; Kchan=(Leff)
В качестве примера приведем описание модели МОП-транзистора IRF140, используя модель третьего типа
.model IRF140 NMOS (LEVEL=3 GAMMA=0 DELTA=0 ETA=0
+ THETA=0 KAPPA=0 VMAX=0 XJ=0 TOX=100n UO=600
+ PHI=.6 RS=46.07m KP=20.83u W=1.1 L=2u VTO=3.691
+ RD=8.065m RDS=400K CBD=2.329n PB=.8 MJ=.5 FC=.5
+ CGSO=2.208n CGDO=773.2p RG=1.927 IS=12.11f)
Обратим внимание, что при включении этого МОП-транзистора в описание схемы на входном языке программы PSpice (см. п. 3.2.6) нельзя указывать значения параметров L, W, AD, AS, PD, PS, NRD и NRS, так как часть из них уже приведена по директиве .MODEL, а для остальных использованы значения по умолчанию.
Параметры модели LEVEL=1 типичного КМОП-транзистора с кремниевым затвором при длине канала 3 мкм приведены в табл. 4.8.
Таблица 4.8
|
Параметр |
Обозначение |
n-канал |
p-канал |
|
Уровень легирования, Атом/см |
Na |
10 |
10 |
|
Толщина оксида, мкм |
TOX |
0,04 |
0,04 |
|
Работа выхода материал-кремний, В |
Fms |
-0,6 |
-0,1 |
|
Подвижность в канале, см |
 |
700 |
300 |
|
Топологическая длина канала, мкм |
L |
3 |
3 |
|
Глубина переходов стока и истока, мкм |
XJ |
0,6 |
0,6 |
|
Поддиффузия стока и истока, мкм |
LD |
0,15 |
0,15 |
|
Удельная емкость перекрытия на единицу ширины, пФ/мкм |
Cox |
0,35·10 |
0,35·10 |
|
Подгонка порогов: |
|
||
|
тип примеси |
Фосфор |
Фосфор |
|
|
эффективная глубина легирования, мкм |
Xi |
0,3 |
0,3 |
|
эффективная поверхностная концентрация, Атом/см |
Nsi |
2·10 |
0,9·10 |
|
Пороговое напряжение, В |
Vto |
0,7 |
-0,7 |
|
Степень легирования поликремнияя, Атом/см |
Nd |
10 |
10 |
|
Удельное сопротивление поликремния, Ом/кв. |
NRG |
20 |
20 |
|
Емкости сток–подложка, исток–подложка при нулевом смещении, пФ/мкм |
CJ |
8·10 |
2·10 |
|
Показатель степени |
MJ |
0,5 |
0,5 |
|
Показатель степени |
MJSW |
0,5 |
0,5 |
|
Удельная емкость исток-периферия, сток–периферия при нулевом смещении, пФ/мкм |
CJSW |
5·10 |
1,5·10 |
|
Плотность поверхностных состояний, Атом/см |
Qss/q |
10 |
10 |
где Qb – заряд обедненного слоя подложки.
В заключение сравним модели МОП-транзистора. На практике чаще всего используется модель первого уровня LEVEL=1. Она применяется в грубых расчетах, когда не требуется высокая точность. Отметим ее основные достоинства и недостатки:
– наименьшее время вычислений из всех моделей благодаря простоте уравнений;
– не учитывается зависимость подвижности носителей от электрического поля;
– не рассматривается подпороговый режим;
– не учитывается зависимость порогового напряжения от параметров L, W и Vds,;
– все емкости рассчитываются упрощенно,
– не учитывается неоднородность легирования.
Модель LEVEL= 2 основана на более точных теоретических построениях, однако ряд ее параметров трудно оценить по экспериментальным данным. При этом модель достаточно сложна, требует больших затрат на моделирование и возникают проблемы сходимости метода Ньютона–Рафсона при расчете режима по постоянному току.
Полуэмпирическая модель LEVEL=3 требует меньших вычислительных затрат и ее рекомендуется использовать для практических расчетов мощных вертикальных МОП-транзисторов с коротким каналом. Ее недостаток состоит в сложности оценки параметров математической модели по экспериментальным данным (но все равно это проще, чем для модели LEVEL=2).
Модель LEVEL=4 (BSIM1) основана на физике работы транзисторов с малыми размерами и рассчитана на получение параметров моделей изготовленных образцов с помощью специальной программы, управляющей работой тестера полупроводниковых приборов.
Модели LEVEL=5 и 6 (BSIM3) более точно описывают субмикронные МОП-транзисторы и непрерывно модифицируются. Из них модель LEVEL=6 предпочтительнее [59].
Нелинейные резисторы, конденсаторы и индуктивности
В качестве другого примера макромоделей рассмотрим нелинейные резисторы, конденсаторы и индуктивности, управляемые напряжением [81]. Основная идея создания нелинейной проводимости, например емкости С
Умножение на управляющее напряжение производится с помощью ИТУТ, как показано на рис. 5.16, б.
 Рис. 5.16. Макромодель нелинейной емкости (а) и схема ее замещения (б) |
Ниже приведем описание модели нелинейной емкости на входном языке программы PSpice:
.subckt CNEL 1 2 3 4 5
ENEL 3 6 POLY(2) (1,2) (4,5) 0 0 0 0 1
FOUT 4 5 VS 1
Rin 1 2 1MEG
VS 0 6 0
.ends CNEL
Ток через эталонную емкость C
с нулевой ЭДС, отражается на выходных зажимах псевдоемкости. Нелинейный резистор и нелинейная индуктивность реализуются аналогично.
Независимые источники сигналов
Стандартные сигналыНезависимые источники напряжения (V) и тока (I) стандартного вида описываются предложениями
Vxxx <+узел> <–узел> [[ DC ] <значение>] [AC <модуль> [<фаза>]]
+ [ STIMULUS=<имя сигнала> ] [ спецификация сигнала ]
Ixxx <+узел> <–узел> [[DC] <значение>] [AC <модуль> [<фаза>]]
+ [STIMULUS=<имя сигнала>] [спецификация сигнала ]
После ключевого слова STIMULUS указывается имя сигнала, созданного с помощью программы StmEd. При анализе переходных процессов можно использовать один из стандартных сигналов с помощью конструкции <спецификация сигнала>, имеющий вид
PULSE <параметры> – импульсный сигнал;
SIN <параметры> – синусоидальный сигнал;
EXP <параметры> – сигнал экспоненциальной формы;
PWL <параметры> – кусочно-линейный сигнал;
SFFM <параметры> – гармонический сигнал с синусоидальной частотной модуляцией.
Источники могут использоваться во всех видах анализа. По умолчанию все параметры принимают нулевые значения. Параметр DC определяет постоянную составляющую источника напряжения или тока. Для режима AC задаются модуль и фаза (в градусах) источника гармонического сигнала. Приведем примеры:
IBIAS 13 0 2.3MA
VAC 2 3 AC .001
VACPHS 2 3 AC .001 90
I3 26 77 DC 0.002 AC 1 SIN(.002 0.05 1.5MEG)
При анализе переходных процессов задаются следующие виды временных зависимостей.
Экспоненциальная функция
задается списком параметров
EXP (
и описывается выражением
График этой функции приведен на рис. 3.5, а назначение ее параметров объясняется в табл. 3.12.
Таблица 3.12
| Обозначение | Параметр | Размерность | Значение по умолчанию | ||||
y | Начальное значение | B или A | | ||||
| y | Максимальное значение | B или A | |||||
| t | Начало переднего фронта | с | 0 | ||||
t | Постоянная времени переднего фронта | c | TSTEP * | ||||
| t | Начало заднего фронта | с | t | ||||
t | Постоянная времени заднего фронта | с | TSTEP |
* TSTEP – шаг по времени вывода на печать результатов расчетов переходных процессов (задается в директиве .TRAN).
 |
V1 3 4 EXP ( 0.02 2NS 20NS 40NS 20NS)
Импульсная функция (рис. 3.6) задается списком параметров
PULSE (
Смысл ее параметров объясняется в табл. 3.13.
Таблица 3.13
|
Обозначение |
Параметр |
Размерность |
Значение по умолчанию |
|
y |
Начальное значение |
B или A |
|
|
y |
Максимальное значение |
B или A |
|
|
t |
Начало переднего фронта |
с |
0 |
|
t |
Длительность переднего фронта |
с |
TSTEP* |
t |
Длительность заднего фронта |
с |
TSTEP |
 |
Длительность плоской части импульса |
с |
TSTOP** |
|
T |
Период повторения |
с |
TSTOP |
** TSTOP – конечное время анализа переходного процесса (параметры TSTEP и TSTOP задаются в директиве .TRAN).
 |
задается списком параметров
PWL [ TIME_SCALE_FACTOR=<значение> ]
+ [ VALUE_SCALE_FACTOR=<значение> ]
+ (точки_отсчета)*
В секции (точки_отсчета) помещаются следующие данные:
FILE <имя файла> – чтение координат точек из файла;
REPEAT FOR
REPEAT FOREVER (точки_отсчета)* ENDREPEAT – бесконечное повторение.
PWL представляет собой кусочно-линейную функцию y(t).
Соседние точки соединяются прямыми линиями (рис. 3.7). Максимальное количество точек для IBM PC составляет 3995.
 |
Приведем примеры.
1) Ступенчатое напряжение – 10 периодов по 1 мкс:
.PARAM N=1
.STEP PARAM N 1,5,1
V1 1 0 PWL
+ TIME_SCALE_FACTOR=1e-6; Время задано в миллисекундах
+ REPEAT FOR 10
+ (.25, 0) (.26, {N}) (.99, {N}) (1,0)
+ ENDREPEAT
2) Считывание сигнала из файла :
V2 1 0 PWL FILE triangle.in
В текстовом файле файле triangle. in содержатся значения отсчетов, например
(1ms, 1) (2ms, 0) (3ms, 1) (4ms, 0)
Синусоидальная функция
задается списком параметров
SIN (
и описывается выражением
Eе параметры описаны в табл. 3.14.
Таблица 3.14
|
Обозначение |
Параметр |
Размерность |
Значение по умолчанию |
|
y |
Постоянная составляющая |
B или A |
|
y |
Амплитуда |
B или A |
|
|
f |
Частота |
Гц |
1/TSTOP |
|
t |
Задержка |
с |
0 |
|
d |
Коэффициент затухания |
1/с |
0 |
|
j |
Фаза |
град. |
0 |
 Рис. 3.8. Незатухающая (а) и затухающая (б) синусоидальные функции |
задается списком параметров
SFFM (
и описывается выражением
Eе параметры приведены в табл. 3.15.
Таблица 3.15
|
Обозначение |
Параметр |
Размерность |
Значение по умолчанию |
|
y |
Постоянная составляющая |
B или A |
- |
|
y |
Амплитуда |
B или A |
- |
|
f |
Частота несущей |
Гц |
1/TSTOP |
|
m |
Индекс частотной модуляции |
- |
0 |
f |
Частота модуляции |
Гц |
1/TSTOP |
В связи с тем что программа PSpice имеет довольно бедный набор встроенных источников стандартных сигналов, интересно обсудить возможность генерации сигналов произвольной формы y(t).
В этих целях можно использовать генератор цифровых сигналов (разд. 6.3), логические состояния которого при подключении к аналоговой части схемы автоматически преобразуются в импульсное электрическое напряжение, которое может служить источником сигнала. При необходимости импульсное напряжение сглаживается аналоговым фильтром.
Форма цифрового сигнала задается двояко:
1) путем задания дискретных отсчетов
2) путем предварительной записи отсчетов
Второй способ предпочтительнее при формировании длинных отрезков реализаций сигналов сложной формы, в частности случайных сигналов. Отметим, что формируемые таким образом импульсные сигналы имеют постоянное значение на интервале между дискретными отсчетами:
В Design Center 6.1 появилась возможность считывать координаты аналогового кусочно-линейного сигнала PWL из файла [21] (см. выше).
3.2.4. Зависимые источники сигналов
Зависимые источники напряжения и тока могут быть как линейными, так и нелинейными. Существует четыре их разновидности:
v = е(v) – источник напряжения, управляемый напряжением (ИНУН);
i = f(i) – источник тока, управляемый током (ИТУТ);
i = g(v) – источник тока, управляемый напряжением (ИТУН);
v = h(i) – источник напряжения, управляемый током (ИНУТ).
Линейные управляемые источники
описываются зависимостями v=e·v, i=f·i, i=g·v, v=h·i, где e, f, g и h – коэффициенты передачи.
В описании нелинейных зависимых источников y=y(x
Здесь x
При одномерном управлении (n=1) допускается следующая форма полинома y(x):
При n=2 полином приобретает вид
Рассмотрим подробно все четыре типа зависимых источников.
Источник напряжения, управляемый напряжением
(ИНУН), задается предложениями:
линейный источник
Exxx <+узел> <–узел> <+управляющий узел>
+ <–управляющий узел> <коэффициент передачи>
нелинейный источник
Exxx <+узел> <–узел>
+ POLY(
+ <коэффициент полинома>*
Например, линейный источник ELIN=
ELIN 1 2 10 11 2.5
Нелинейный источник ENONLIN=
ENONLIN 50 51 POLY(2) (3,0) (4,6) 0.0 13.6 0.2 0.005
 |
(ИТУТ), задается следующим образом:
линейный источник
Fxxx <+узел><–узел> <имя управляющего источника напряжения>
+ <коэффициент передачи>
нелинейный источник
Fxxx <+узел> <–узел>
+ POLY(
+ <коэффициент полинома>*
Управляющим током служит ток независимого источника напряжения. Например, линейный источник тока
F1 2 1 V4 7.5
Нелинейный источник тока
FNONLIN 10 11 POLY(2) VC1 VC2 0.01 13.6 0.2 0.005 0.001
Источник тока, управляемый напряжением
(ИТУН), задается предложениями:
линейный источник
Gxxx <+узел> <–узел> <+управляющий узел> <–управляющий узел>
+ <коэффициент передачи>
нелинейный источник
G <+узел> <–узел>
+ POLY(
+ <коэффициент полинома>*
Источник напряжения, управляемый током
(ИНУТ), задается следующим образом:
линейный источник
Hxxx <+узел> <–узел> <имя управляющего источника напряжения>
+<коэффициент передачи>
нелинейный источник
Hxxx <+узел> <–узел>
+ POLY(
+ <коэффициент полинома>*
Замечание. В связи с тем что в описаниях линейных управляемых источников не допускается использование параметров и функций, в этих целях можно воспользоваться зависимыми источниками с нелинейными передаточными функциями (см. 3.2.5).
Одно из применений нелинейных зависимых источников – генерация амплитудно-модулированных сигналов. В качестве примера на рис. 3.10, а
показана схема создания источника радиоимпульсов, а на рис. 3.10, б – эпюры напряжений, полученные в результате выполнения следующего задания на моделирование:
RADIOSIGNAL
VSIN 1 0 SIN(0 1 100)
VPULSE 2 0 PULSE(0 1 0 0.25 0.25 0.5 1)
GSIGNAL 0 3 POLY(2) (1,0) (2,0) 0 0 0 0 1
R1 1 0 1MEG
R2 2 0 1MEG
R3 3 0 1MEG
.TRAN 0.01 1.6
.PROBE V(1) V(2) V(3)
.END
 |
Наличие зависимых источников позволяет моделировать не только электрические принципиальные схемы, но и функциональные схемы динамических систем с обратными связями, а также решать системы дифференциальных уравнений.
Рассмотрим в качестве примера усилитель постоянного тока с квадратором в цепи обратной связи, функциональная схема которого показана на рис. 3.11, а. При бесконечно большом коэффициенте передачи усилителя
 а - устройство вычисления квадратного корня; б - эквивалентная принципиальная схема для PSpice |
Составим схему замещения этого усилителя, используя компоненты, разрешенные в программе PSpice (рис. 3.11, б). С помощью нелинейного источника E1 осуществляется вычитание напряжений
Rin 1 0 1MEG
E1 2 0 POLY(2) (1,0) (3,0) 0 1E6 -1E6; усилитель-сумматор
R1 2 0 1MEG
E2 3 0 POLY(2) (2,0) (2,0) 0 0 0 0 1; квадратор
R2 3 0 1MEG
Замечание. Отметим, что с появлением в схемном редакторе Schematics библиотеки символов функциональных блоков amb.slb можно не составлять электрические схемы замещения функциональных схем типа рис. 3.11, б, а сразу составлять функциональные схемы из имеющихся стандартных блоков (см. Приложение 1).
Продемонстрируем методику решения дифференциальных уравнений
на примере следующей системы уравнений:
с начальными условиями
DIFFERENTIAL EQUATIONS
GX1 0 1 POLY(3) (1,0) (2,0) (0,0) 0 -0.3 1 0 1 -3 0 0 0 0 1
GX2 0 2 POLY(3) (1,0) (2,0) (0,0) 0.6 0 -0.6 0 0 4 0 0 0 0 0 -6
C1 1 0 1
C2 2 0 1
R1 1 0 1E9
R2 2 0 1E9
.IC V(1)=0 V(2)=0.4
.TRAN 0.1s 40s SKIPBP
 |
3.2.5. Аналоговые функциональные блоки
Аналоговые функциональные блоки моделируются с помощью источников напряжения (E) или тока (G). В отличие от рассмотренных выше зависимых источников здесь разрешается использовать параметры и любые функции от узловых потенциалов, токов (через независимые источники напряжения) и времени.
Нелинейные передаточные функции
задаются по формату
Exxx <+узел> <–узел> VALUE={<выражение>}
Gxxx <+узел> <–узел> VALUE={<выражение>}
После ключевого слова VALUE в фигурных скобках приводится алгебраическое выражение, зависящее от узловых потенциалов, разности узловых потенциалов, токов через независимые источники напряжения и времени, например
ESIGNAL 2 0 VALUE={50mV*SIN(6.28*100kHz*TIME)*V(3,4)}
GPW 6 0 VALUE={V(5)*I(VP)}
Здесь для текущего времени выделено ключевое слово TIME.
Область управляемых источников с нелинейным законом управления очень обширна. В частности, нелинейные проводимости или резисторы имитируются в программе PSpice с помощью источников напряжения, управляемых собственным током, или источников тока, управляемых собственным напряжением. Пример имитации нелинейного резистора дан на рис. 3.13; его описание имеет вид
 |
Нелинейная функция F(VG), описывающая нелинейную зависимость тока от падения напряжения на резисторе, должна быть определена в задании на моделирование до строки с описанием источника G, например
.FUNC F(X) = 1e-6*(1-EXP(-40*X))
Замечание. В режимах .TRAN и .DC значения источников Exxx, Ixxx вычисляются согласно приведенным в фигурных скобках выражениям. Если это выражение представляет собой линейную функцию нескольких переменных, то в режиме .AC данный источник представляет собой линейный управляемый источник.
При этом, если в выражение входит переменная TIME, она полагается равной нулю. Если же это выражение представляет собой нелинейную функцию одной переменной, то после расчета режима цепи по постоянному току выражение в фигурных скобках линеаризуется и в частотной области такой источник представляет собой линеаризированный управляемый источник. Нелинейную функцию нескольких переменных при расчете частотных характеристик использовать нельзя – результаты будут непредсказуемы. Эти же замечания справедливы и для описываемого ниже табличного задания управляемых источников.
Табличное описание
передаточной функции вводится по формату
Exxx <+узел> <–узел> TABLE {<выражение>} <<аргумент> <функция>>*
Gxxx <+узел> <–узел> TABLE {<выражение>} <<аргумент> <функция>>*
Входом таблицы является <выражение>, которое содержит любую комбинацию напряжений и токов. При обращении к управляемому источнику вычисляется значение выражения и берется значение функции из таблицы с помощью линейной интерполяции между опорными точками, задаваемыми парами чисел (<аргумент>,<функция>). Например, ВАХ туннельного диода, рассматриваемого как нелинейная проводимость (рис. 3.13), может быть задана в виде
GR 1 2 TABLE {V(GR)}=(0,0) (.01,1mA) (.02,1.1mA) (0.05,2mA)
+ (.06,3mA) (.065,3.2mA) (.8,1.5mA) (1,3mA) (1.5,5mA)
Координаты опорных точек задаются в порядке возрастания аргумента.
Заметим, что отсутствие аппроксимации табличных значений сплайнами более высоких порядков, чем линейная интерполяция, в ряде случаев приводит к слишком большим ошибкам.
Линейные функциональные блоки
моделируются в терминах соотношения между выходными и входными переменными в частотной области. По директиве .AC определяются значения комплексного коэффициента передачи блока на каждой частоте. При расчете рабочей точки по постоянному току и по директиве .DC берется значение коэффициента передачи на нулевой частоте (поэтому изображения по Лапласу всех узловых потенциалов не должны иметь составляющих типа 1/s).
По директиве . TRAN выходная переменная блока вычисляется как интеграл Дюамеля (свертка входного воздействия с импульсной характеристикой блока), что значительно увеличивает длительность расчетов. Возможны следующие варианты задания линейных блоков.
Передаточная функция управляемого источника задается с помощью преобразования Лапласа:
Exxx <+узел> <–узел> LAPLACE {<выражение>}=
+ {<передаточная функция в s-области>}
Gxxx <+узел> <–узел> LAPLACE {<выражение>}=
+ {<передаточная функция в s-области>}
Например, передаточная функция активного RC-фильтра задается следующим образом:
EARC 2 0 LAPLACE {V(9)}={5/(1+0.01*s)}
Фильтр с чебышевской передаточной функцией
задается в виде
Exxx <+узел> <–узел> CHEBYSHEV {<выражение>}= <тип>
+ <граничная частота>* <затухание>*
Gxxx <+узел> <–узел> CHEBYSHEV {<выражение>}= <тип>
+ <граничная частота>* <затухание>*
Здесь <тип> – тип фильтра, принимающий значение LP – фильтр нижних частот, HP – фильтр верхних частот, BP – полосовой фильтр, BR – режекторный фильтр. Для задания желаемой характеристики фильтра задается список граничных частот (для ФНЧ и ФВЧ задаются две частоты, для ПФ и РФ – четыре) и затем список затуханий на этих частотах в децибелах; порядок следования граничных частот безразличен. Приведем примеры:
E1 3 4 CHEBYSHEV {V(10)}=LP 800 1.2K 0.1dB 50dB
E2 5 6 CHEBYSHEV {V(10)}=BP 800 1.2K 2K 3K 0.1dB 50dB
Табличное описание
комплексной передаточной функции в частотной области задается по формату
Exxx <+узел> <–узел> FREQ {<выражение>}=[KEYWORD]
+ <<частота>,<модуль>,<фаза>>* [DELAY]=<задержка>]
Gxxx <+узел> <–узел> FREQ {<выражение>}=[KEYWORD]
+ <<частота>,<модуль>,<фаза>>* [DELAY]=<задержка>]
Здесь частота задается в герцах, модуль передаточной функции – в децибелах, фаза передаточной функции – в градусах. Значения опорных точек указываются в порядке возрастания частоты. Максимальное количество точек – 2048. Например, передаточная функция типа фильтра верхних частот задается следующим образом:
EHIGHPASS 2 0 FREQ {V(9)} (0,-60,69.1) (2kHz,-3,45) (5kHz,0,0)
С помощью ключевого слова KEYWORD изменяется способ задания таблицы передаточной функции. Оно может принимать следующие значения:
MAG – задание абсолютных значений передаточной функции вместо децибел;
DB – задание значений передаточной функции в децибелах (принимается по умолчанию);
RAD – задание фазы в радианах;
DEG – задание фазы в градусах (принимается по умолчанию);
R_I – задание действительной и мнимой части передаточной функции вместо ее модуля и фазы.
Ключевое слово DELAY задает дополнительную задержку, которая принимается во внимание при расчете фазовой характеристики фильтра.
В качестве еще одного примера составим структурную схему моделирования рассмотренной выше системы дифференциальных уравнений
с помощью интеграторов [84]. На рис. 3.14, а
представлена функциональная схема моделирования этой системы уравнений, а на рис. 3.14, б – ее реализация в компонентном базисе программы PSpice. В ней использованы управляющие источники напряжения EI1, EI2, заданные с помощью преобразования Лапласа и выполняющие операции интегрирования, а также нелинейные управляемые источники напряжения EF1, EF2 для вычисления правых частей системы уравнений. На входном языке программы PSpice задание на решение рассматриваемой системы уравнений имеет вид
Laplace transforms
EI1 1 0 LAPLACE {V(3)}={1/s}
EI2 2 0 LAPLACE {V(4)}={1/s}
EF1 3 0 POLY(3) (1,0) (2,0) (0,0) 0 -0.3 1 0 1 -3 0 0 0 0 1
EF2 4 0 POLY(3) (1,0) (2,0) (0,0) 0.6 0 -0.6 0 0 4 0 0 0 0 0 -6
R1 1 0 1E9
R2 2 0 1E9
R3 3 0 1E9
R4 4 0 1E9
.IC V(1)=0 V(2)=0.4
.TRAN 0.1s 40s SKIPBP
 |
Полупроводниковые приборы, математические модели которых встроены в программу PSpice, описываются большим количеством параметров, задаваемых с помощью директивы .MODEL. Перечень и смысл этих параметров подробно объясняется в гл. 4. Директиву .MODEL можно поместить в описание анализируемой схемы или в файл библиотеки, доступ к которому осуществляется с помощью директивы .LIB. Описание конкретного полупроводникового прибора содержит его имя, номера узлов подключения, имя модели и коэффициент кратности Area, с помощью которого имитируется параллельное включение нескольких одинаковых приборов.
Диод описывается предложением
Dxxx <узел анода> <узел катода> <имя модели>
+ [<коэффициент кратности Area>]
Модель диода задается в виде
.MODEL <имя модели> D [(параметры модели)]
Пример 1. Включим между узлами 1 и 2 диод D9, параметры которого вводятся с помощью директивы .MODEL
D1 1 2 D9B
.MODEL D9B D (IS=5UA RS=14 BV=2.81 IBV=5UA)
Пример 2. Включим между узлами 1 и 2 диод D104A, параметры которого записаны в библиотечном файле d.lib
D1 1 2 D104A
.LIB D.LIB
Биполярный транзистор
описывается предложением
Qxxx <узел коллектора> <узел базы> <узел эмиттера>
+ [<узел подложки>] <имя модели> [<коэффициент кратности Area>]
Модели биполярных транзисторов задаются в виде
.MODEL <имя модели> NPN [(параметры модели)]
.MODEL <имя модели> PNP [(параметры модели)]
.MODEL <имя модели> LPNP [(параметры модели)]
Полевой транзистор с управляющим p–n-переходом описывается предложением
Jxxx <узел стока> <узел затвора> <узел истока>
+ <имя модели> [<коэффициент кратности Area>]
Модели полевых транзисторов задаются в виде
.MODEL <имя модели> NJF [(параметры модели)]
.MODEL <имя модели> PJF [(параметры модели)]
Арсенид-галлиевый полевой транзистор
с управляющим p–n-переходом и каналом n-типа описывается предложением
Bxxx <узел стока> <узел затвора> <узел истока>
+ <имя модели> [<коэффициент кратности Area>]
Модель арсенид-галлиевого полевого транзистора задается в виде
.MODEL <имя модели> GASFET [(параметры модели)]
МОП-транзистор описывается предложением
Mxxx <узел стока> <узел затвора> <узел истока>
+ <узел подложки> <имя модели>
+ [L=<значение>] [W=<значение>] [AD=<значение>]
+ [AS=<значение>] [PD=<значение>] [PS=<значение>]
+ [NRD=<значение>] [NRS=<значение>] [NRG=<значение>]
+ [NRB=<значение>] [M=<значение>]
Необязательные параметры приведены в табл. 3.16.
Таблица 3.16
|
Обозначение |
Параметр |
Значение по умолчанию |
Размерность |
|
L |
Длина канала |
DEFL |
м |
|
W |
Ширина канала |
DEFW |
м |
|
AD |
Площадь диффузионной области стока |
DEFAD |
м |
|
AS |
Площадь диффузионной области истока |
DEFAS |
м |
|
PD |
Периметр диффузионной области стока |
0 |
м |
|
PS |
Периметр диффузионной области истока |
0 |
м |
|
NRD |
Удельное относительное сопротивление стока |
1 |
|
|
NRS |
Удельное относительное сопротивление истока |
1 |
|
|
NRG |
Удельное относительное сопротивление затвора |
0 |
|
|
NRB |
Удельное относительное сопротивление подложки |
0 |
|
|
M |
Масштабный коэффициент |
1 |
Параметры L и W могут быть заданы при описании модели МОП-транзистора по директиве .MODEL; кроме того, параметры L, W, AD и AS по умолчанию принимают значения, присваиваемые по директиве .OPTIONS (см. разд. 3.3.7).
Модели МОП-транзисторов задаются в виде
.MODEL <имя модели> NMOS [(параметры модели)]
.MODEL <имя модели > PMOS [(параметры модели)]
3.2.7. Макромодели
Отдельные фрагменты цепи или схемы замещения компонентов имеет смысл оформлять в виде макромоделей (подсхем). Описание макромодели начинается директивой .SUBCKT и заканчивается директивой .ENDS. Между ними помещаются описания компонентов, входящих в состав макромодели
.SUBCKT <имя макромодели> <список узлов>
+ [OPTIONAL:<<узел интерфейса>=<значение по умолчанию>>*]
+ [PARAMS:<имя параметра>=<значение>*]
+ [TEXT:<<имя текстовой переменной>=< текст>>*]
{описание компонентов}
.ENDS [имя макромодели]
Ключевое слово OPTIONAL используется для спецификации одного или более необязательных узлов макромодели – указываются имя узла и его значение по умолчанию. Если при вызове макромодели эти узлы не указываются, используются их значения по умолчанию, что удобно для задания источников питания цифровых устройств. После ключевого слова PARAMS приводится список параметров, значения которых передаются из основной цепи в макромодель, после ключевого слова TEXT – текстовая переменная, передаваемая из описания основной цепи в описание макромодели (используется только при моделировании цифровых устройств).
Между директивами .SUBCKT и .ENDS можно помещать описания других макромоделей и другие директивы (начиная с версии Design Center 5.4). Приведем пример:
* Макромодель операционного усилителя K140УД6A
* Создана с помощью программы Parts
* Соединения: неинвертирующий вход
* ¦ инвертирующий вход
* ¦ ¦ источник положительного питания
* ¦ ¦ ¦ источник отрицательного питания
* ¦ ¦ ¦ ¦ выход
* ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
.subckt K140UD6A 1 2 3 4 5
c1 11 12 2.887E-12
c2 6 7 30.00E-12; емкость внутренней коррекции
dc 5 53 dx
de 54 5 dx
dlp 90 91 dx
dln 92 90 dx
dp 4 3 dx
egnd 99 0 poly(2) (3,0) (4,0) 0 .5 .5
fb 7 99 poly(5) vb vc ve vlp vln 0 12.38E6 -10E6 10E6 10E6 -10E6
ga 6 0 11 12 188.5E-6
gcm 0 6 10 99 18.85E-9
iee 10 4 dc 75.06E-6
hlim 90 0 vlim 1K
q1 11 2 13 qx
q2 12 1 14 qx
r2 6 9 100.0E3
rc1 3 11 5.305E3
rc2 3 12 5.305E3
re1 13 10 4.612E3
re2 14 10 4.612E3
ree 10 99 2.665E6
ro1 8 5 30
ro2 7 99 30
rp 3 4 11.01E3
vb 9 0 dc 0
vc 3 53 dc 3
ve 54 4 dc 3
vlim 7 8 dc 0
vlp 91 0 dc 25
vln 0 92 dc 25
.model dx D ( Is=800.0E-18 )
.model qx NPN ( Is=800.0E-18 Bf=1.250E3 )
.ends
Вызов макромодели, т. е. включение ее в нужное место цепи, осуществляется предложением
Xxxx <список узлов> <имя макромодели>
+ [PARAMS:<<имя параметра>=<значение>>*]
+ [TEXT:<<имя текста>=<текст>>*]
Например, описанная выше макромодель ОУ К140УД6А может быть включена в схему предложением
X1 4 0 15 16 8 K140UD6A
Имена узлов, устройств и моделей в описании макромодели являются локальными. Поэтому в основной цепи и в макромодели можно использовать совпадающие имена. При обращении в основной цепи к какому-нибудь имени макромодели применяют так называемые составные имена. Они образуются из имени макромодели и внутреннего имени, разделенных точкой. Например, конденсатор C2 макромодели X1 имеет составное имя X1.C2. При ссылке на компоненты макромоделей составные имена заключаются в квадратные скобки, например, V([XOP1.X3.R2]) – падение напряжения на резисторе R2, который входит в состав макромодели X3, которая, в свою очередь, является составной частью макромодели операционного усилителя XOP1.
В программе PSpice имеются встроенные макромодели операционного усилителя, компаратора напряжения, регулятора напряжения и
стабилизатора напряжения, параметры которых рассчитываются специальной программой Parts по их паспортным данным (разд. 7.3). Кроме того, имеются макромодели оптоэлектронных приборов, тиристоров, кварцевых резонаторов и т. п., составляемые фирмами-производителями и отдельными пользователями (см. гл. 5).
Заметим, что использование встроенной модели ОУ при расчете схем, состоящих даже из небольшого количества ОУ, приводит к большим затратам машинного времени. Поэтому в тех случаях, когда не требуется высокая точность воспроизведения динамических характеристик ОУ, целесообразно применять упрощенные модели ОУ, примеры которых приведены в [14].
Описание макромодели можно поместить непосредственно в файл задания на моделирование или в библиотечный файл макромоделей ОУ, например с именем op.lib. Тогда для включения этого ОУ в схему необходимо сначала по директиве .LIB обеспечить доступ к этому файлу и затем указать номера узлов подключения макромодели
.LIB D:\PSPICE\LIB\op.lib
X1 17 18 0 22 9 25 K140UD8A
Обратим внимание на механизм передачи параметров из описания основной схемы в описание макромодели и проиллюстрируем его на следующем примере. Рассмотрим фрагмент описания схемы
Test
.param C=1p LK=8m
.step param C list 5p 10p
X1 5 20 DL params: C={C} L={LK}
.subckt DL 1 2 params: C=0 LK=5m R=1k
R1 1 2 {R}
C1 2 0 {C}
L1 1 2 {LK}
.ends DL
. . . . . . . .
.end
Здесь в директиве .subckt определены параметры макромодели C и R и заданы их значения по умолчанию. При вызове макромодели X1 указаны значения параметра C, принимающего значения 5 и 10 пФ, и параметра LK=8 мГн. Сопротивление резистора R1 по умолчанию принимает значение 1 кОм. Здесь специально подчеркнуто, что локальные и глобальные параметры могут принимать как совпадающие (C={C}), так и различные (L={LR}) обозначения.
Общие сведения
Редактор печатных плат PCBoards позволяет проектировать многослойные печатные платы с двусторонним размещением компонентов. Design Center содержит библиотеку более 1200 типовых корпусов (Footprint Library) и библиотеку данных об упаковке около 32 000 компонентов (Package Library). В автономном режиме PCBoards воспринимает информацию о списке соединений платы в формате распространенной программы PADS. Возможно также создание чертежа печатной платы с самого начала, без файла принципиальной схемы. Однако более удобно работать с PCBoards в составе Design Center. Принципиальная схема создается с помощью Schematics, и информация о ней передается в PCBoards для переноса на плату из библиотек Footprint Library и Package Library графических изображений корпусов компонентов с указанием логических соединений между выводами, по принятой в известной системе P-CAD терминологии этот процесс называется упаковкой схемы на печатную плату [19]. Затем компоненты вручную размещаются на плате и проводится трассировка соединений в автоматическом или интерактивном режиме с помощью программы SPECCTRA версии 6.0 корпорации Cooper&Chyan Technology (CCT), поставляемой в составе Design Center. По результатам разработки печатных плат создаются командные файлы для изготовления фотошаблонов с помощью фотопостроителей Gerber (в форматах RS-274D, RS-274X) и командные файлы для сверлильных станков с числовым программным управлением (ЧПУ – Numerically-Controlled, NC). Кроме того, возможна передача данных в программу AutoCAD для нанесения размеров на чертежи печатных плат и выпуска конструкторской документации. К базовой конфигурации программы SPECCTRA дополнительно поставляется программа автоматического и интерактивного размещения компонентов на плате AutoPlace и собственный графический редактор печатных плат EditRoute. С их помощью нельзя создать новую печатную плату или добавить новые компоненты на существующую плату, они предназначены исключительно для завершения разработки печатных плат, подготовленных другими программами (PCBoards, P-CAD, PADS и др.), и коррекции результатов трассировки.Взаимосвязь программ Schematics и PCBoards и отдельных библиотек иллюстрируется рис. 8.1. PCBoards функционально подразделяется на редактор печатных плат Layout Editor и редактор типовых корпусов компонентов Footprint Editor. В режиме Layout Editor выполняются все основные операции по разработке печатной платы, включая вызов редактора Footprint Editor. Footprint Editor создает графические изображения типовых корпусов компонентов и информацию об упаковке (координаты расположения выводов и тип компонента, со штыревыми или планарными выводами). Информация об упаковке каждого конкретного компонента содержится в библиотеке Package Library. Информация о схеме (в формате Schematics или PADS) передается в Layout Editor, который извлекает необходимые данные из библиотек Package Library, Footprint Library и Padstack Library и переносит их на экран. После этого вычерчивается контур печатной платы произвольной формы (в этом отличие от P-CAD, в котором контур печатной платы вычерчивался линейно-ломаными линиями без применения дуг) и выполняются операции размещения компонентов и трассировки печатных проводников.
В PCBoards применяется метрическая и английская система единиц, разрешающая способность составляет 0,01 мил в английской системе (1 мил=0,001 дюйма) и 0,00025 мм в метрической. Изменять систему единиц можно на любой фазе проектирования печатной платы (в отличие от P-CAD, в которой систему единиц нужно выбирать до начала создания платы и в дальнейшем изменять нельзя).
 Рис. 8.1. Файловая структура PCBoards |
Соглашения о стандартных расширениях имен файлов PCBoards приведены в табл. 8.1.
Таблица 8.1
|
Расширение имени файла |
Назначение файла |
|
.ads |
Описание апертур фотоплоттера |
|
.bco |
Обратная корректировка схемы по изменениям платы (ECO) |
|
.bnl |
Список соединений печатной платы (Netlist) |
|
.cdf |
Описание компонентов, включаемое в спецификацию платы |
|
.dnn |
Информация для сверления отверстий (nn – номер страницы) |
|
.dxf |
Файл в формате AutoCAD |
|
.flb |
Библиотека типовых корпусов Footprint Library |
|
.flg |
Протокол прямой корректировки платы (ECO) |
|
.fpd |
Внешнее текстовое описание типовых корпусов (используется при импорте и экспорте информации о печатных платах) |
|
.glg |
Описание фотошаблона (передается совместно с файлом .gnn) |
|
.gnn |
Управляющий файл фотоплоттера (nn – номер страницы) |
|
.job |
Внешний текстовый файл (используется при импорте и экспорте информации о печатных платах) |
|
.nlf |
Список соединений принципиальной схемы |
|
.pad |
Список соединений в формате PADS |
|
.pca |
Текстовый файл базы данных печатной платы |
|
.pkg |
Внешний текстовый файл с информацией об упаковке (используется при импорте и экспорте информации о печатных платах) |
|
.plb |
Библиотека информации об упаковке Package Library |
|
.psl |
Библиотека контактных площадок Padstack Library |
|
.slb |
Библиотека символов Symbol Library |
|
.tdf |
Данные для сверления отверстий |
|
.ymp |
Список соответствий имен корпусов в программах PADS и PCBoards |
|
Отчеты |
|
|
.apr |
Список апертур фотоплоттера |
|
.atr |
Перечень назначенных пользователем атрибутов |
|
.bom |
Перечень компонентов |
|
.drc |
Ошибки, выявленные при контроле зазоров (DRC) |
|
.fpr |
Перечень корпусов |
|
.hdr |
Список отверстий |
|
.loc |
Расположение компонентов |
|
.sta |
Общая информация о плате |
|
.ucr |
Перечень неразведенных цепей |
|
Автотрассировка |
|
|
|
|
|
.cco |
Выходной файл результатов автоматической трассировки |
|
.cct |
Правила автоматической трассировки |
|
.did |
Протокол команд |
|
.do |
Команды управления процессом автоматической трассировки |
|
.dsn |
База данных печатной платы (входной файл проекта) |
|
.rpt |
Информация о процессе автоматической трассировки |
|
.rte |
Данные об успешно разведенных цепях |
|
.ses |
Результаты трассировки платы (файл текущей сессии) |
|
.std |
Настройка цветов |
|
.sts |
Статистический отчет о результатах автоматической трассировки |
|
.w |
Правила трассировки проводников |
Информация о печатной плате заносится в PCBoards на 19 цветных слоях, дополнительно к которым пользователь может определить еще 48 слоев [UserDefined]. Созданный один раз дополнительный слой может занимать различное промежуточное положение в многослойной печатной плате. Сигнальные слои должны располагаться между верхним [Top] и нижним [Bottom] слоями. Перечень слоев печатных плат приведен в табл. 8.2.
Таблица 8.2
|
Имя слоя |
Назначение слоя |
|
[Задается пользователем] |
Любые графические объекты и информация об электрических соединениях для трассировки цепей сигналов |
|
[BoundaryTop] |
Габариты корпусов компонентов на верхней стороне платы |
|
[SMTAssyDrwTop] |
Графика выводов планарных компонентов на верхней стороне платы |
|
[AssyDrwTop] |
Графика корпусов планарных компонентов на верхней стороне платы |
|
[SilkTop] |
Графика корпусов компонентов на верхней стороне платы |
|
[SolderMaskTop] |
Графика маски пайки на верхней стороне платы |
|
[PasteMaskTop] |
Графика вставки пайки на верхней стороне платы |
|
[Top] |
Верхняя сторона платы |
|
[Bottom] |
Нижняя сторона платы |
|
[PasteMaskBottom] |
Графика вставки пайки на нижней стороне платы |
|
[SolderMaskBottom] |
Графика маски пайки на нижней стороне платы |
|
[SilkBottom] |
Графика корпусов компонентов на нижней стороне платы |
|
[AssyDrwBottom] |
Графика корпусов планарных компонентов на нижней стороне платы |
|
[SMTAssyDrwBottom] |
Графика выводов планарных компонентов на нижней стороне платы |
|
[BoundaryBottom] |
Габариты корпусов компонентов на нижней стороне платы |
|
[BoardOutline] |
Физический контур печатной платы |
|
[BdSignalKeepon] |
Область, где разрешено размещать проводники, компоненты, переходные отверстия и полигоны (сплошные и штрихованные) |
|
[DrillSymbol] |
Графика отверстий |
|
[Ratsnest] |
Логические соединения выводов компонентов |
|
[DRC] |
Информация о технологических нарушениях, выявленных по команде DRC |
Операционные усилители
Математические модели операционных усилителей (ОУ) в отличие от встроенных моделей диодов и транзисторов представлены в виде макромоделей (подцепей), которые описываются на входном языке программы PSpice с помощью директивы .SUBCKT (см. п. 3.2.7).Стандартная модель ОУ с входным каскадом на биполярных транзисторах представлена на рис. 5.1 [9, 38] (ОУ с полевыми транзисторами имеет аналогичную схему). В этой модели из реальной схемы ОУ исключены все транзисторы, кроме двух транзисторов входного дифференциального каскада, что повышает скорость моделирования за счет некоторого снижения точности. Существуют четыре разновидности этой схемы, в которых дифференциальный каскад образован биполярными p–n–p- и n–p–n-транзисторами и полевыми транзисторами с управляющим p–n-переходом и каналами p- и n-типов. Параметры этих моделей рассчитываются с помощью программы Parts (см. разд. 7.3) по следующим паспортным данным:
– напряжение источников питания;
– максимальные значения положительного и отрицательного выходного напряжения;
– максимальные скорости нарастания положительных и отрицательных выходных напряжений;
– мощность потребления в статическом режиме;
– емкость коррекции (внутренней или внешней);
– входной ток смещения;
– коэффициент усиления дифференциального сигнала на низких частотах;
– частота единичного усиления;
– коэффициент подавления синфазного сигнала;
– дополнительный фазовый сдвиг на частоте единичного усиления, определяемый наличием второго полюса;
– выходные сопротивления на низких и высоких частотах;
– максимальный выходной ток короткого замыкания.
 Рис. 5.1. Стандартная макромодель ОУ с входным дифференциальным каскадом на биполярных n–p–n-транзисторах |
Входной дифференциальный каскад на транзисторах Q1, Q2 моделирует такие эффекты, как наличие токов смещения и зависимость скорости нарастания выходного напряжения от входного дифференциального напряжения. Емкость CE
позволяет отразить несимметричность выходного импульса ОУ в неинвертирующим включении.
Емкость C1 вместе с емкостями переходов транзисторов позволяют имитировать двухполюсный характер частотной характеристики ОУ. Управляемые источники тока GA, GCH и резисторы R2, R02 моделируют дифференциальное и синфазное усиление напряжения. С помощью емкости C2, включаемой в схему по выбору пользователя (на рис. 5.1 изображена пунктиром), можно имитировать внутреннюю или внешнюю коррекцию ОУ.
Нелинейность выходного каскада ОУ моделируется следующим образом: элементы DLN, DLP, R01 ограничивают максимальный выходной ток, а элементы DC, DE, VC, VE
– размах выходного напряжения.
Более совершенная модель ОУ разработана на фирме Precision Monolithics [14, 20]. С ее помощью удается устранить три основных недостатка, присущих модели на рис. 4.1:
– более точное моделирование ситуации, когда среднее значение напряжения питания не равно нулю (соединения с "землей" у этой модели нет);
– правильное воспроизведение полярности выходного тока, что позволяет моделировать ОУ с обратной связью по току;
– возможность имитации любого количества полюсов и нулей, нужного для точного описания частотной характеристики реального ОУ (в модели на рис. 5.1 учтено только два полюса, что недостаточно для моделирования быстродействующих ОУ).
Заметим, что стандартная модель ОУ программы PSpice (рис. 5.1) и тем более упомянутая выше прецизионная модель при расчете схем, состоящих даже из небольшого количества ОУ, требуют больших затрат машинного времени. Поэтому в тех случаях, когда не нужна высокая точность воспроизведения динамических характеристик ОУ, целесообразно использовать приведенные ниже упрощенные модели ОУ.
Предельно идеализированный ОУ представляет собой источник напряжения, управляемый напряжением, как показано на рис. 5.2, а. Например, безынерционный ОУ с коэффициентом передачи напряжения 20 000 описывается предложением
EOP 10 0 1 2 2e4
 Рис. 5.2. Простейшие макромодели ОУ: а - ОУ как идеальный источник напряжения, управляемый напряжением; б - однополюсная макромодель ОУ с нелинейной передаточной характеристикой |
Несколько более сложная схема замещения ОУ, в которой учитываются нелинейность проходной характеристики и наличие одного полюса частотной характеристики, изображена на рис. 5.2, б. Диоды VD1, VD2, на которые подаются запирающие напряжения от источников постоянного напряжения V1, V2, имитируют нелинейность проходной характеристики ОУ. Сопротивления Rвх, Rс равны входным сопротивлениям для дифференциального и синфазного сигналов, конденсаторы Cвх, Сс имитируют частотные зависимости входных сопротивлений. Коэффициент передачи ОУ равен
K(s)=K
где K
Высшие полюса учитываются в модели введением дополнительных RC-цепей. Ограничение скорости нарастания выходного напряжения имитируется введением в макромодель еще одного управляемого источника тока с ВАХ типа симметричного ограничителя с линейным участком при малых входных напряжениях.
Обратим внимание, что при построении макромоделей ОУ следует избегать кусочно-линейных аппроксимаций ВАХ зависимых источников тока, чтобы избежать проблем сходимости итерационных методов вычислений из-за недифференцируемости таких зависимостей.
Замечания. 1. В ОУ с входным каскадом на полевых транзисторах часто некорректно моделируется режим по постоянному току, если входное сопротивление ОУ соизмеримо с параметром 1/GMIN, где GMIN – минимальная проводимость ветви, равная по умолчанию 10
уменьшение GMIN до 10
не всегда возможен из-за возникающих проблем сходимости вычислительных алгоритмов и, как следствие, потери точности моделирования. Другой способ заключается во введении в стандартную модель ОУ (рис. 5.1) компенсирующих источников тока [34].
2. В типовой макромодели ОУ (рис. 5.1) не учитывается смещение нуля выходного напряжения, что имитируется подключением ко входу источника напряжения смещения.
Линейная шумовая модель ОУ.
Стандартная макромодель ОУ (рис. 5.1) не отражает его шумовых свойств. В связи с этим представим реальный шумящий ОУ в виде модели нешумящего ОУ, ко входу которого подключены источники шумового напряжения e
 Рис. 5.3. Представление внутренних шумов ОУ эквивалентными генераторами |
Таблица 5.1
|
Тип ОУ |
 |
 |
 |
 |
K |
f |
Rвх |
Rвых |
нВ/ |
кГц |
пА/ |
кГц |
дБ |
МГц |
кОм |
Ом |
|
|
140УД1Б |
15 |
5,0 |
0,5 |
13 |
65 |
5,0 |
4 |
400 |
|
153УД1 |
7 |
0,2 |
0,2 |
2 |
86 |
0,5 |
100 |
200 |
 |
20 |
0,2 |
0,55 |
2 |
111 |
1,54 |
400 |
200 |
|
SSS725 |
7 |
0,007 |
0,11 |
0,2 |
115 |
2,0 |
600 |
70 |
В качестве примера на рис. 5.4 показано, как смоделировать источник шумового напряжения с заданной спектральной плотностью S
 Рис. 5.4. Модель источника напряжения шума |
Описание компонентов
Параметры компонентов указываются двумя способами:1) непосредственно в предложении, описывающем включение компонента в схему;
2) с помощью директивы .MODEL, имеющей структуру
.MODEL <имя модели> [ AKO:<имя модели прототипа>]
+ <имя типа модели> ([<имя параметра>=<значение>
+ [<спецификация случайного разброса значения параметра>]]*
+ [T_MEASURED=<значение>]
+ [[ T_ABS><значение>] или [T_REL_GLOBAL=<значение>] или
+ [T_REL_LOCAL=<значение>]])
Здесь <имя модели> – имя модели компонента схемы, например RLOAD, KT315V, D104. После ключевого слова AKO (A Kind Of) помещается ссылка на имя модели прототипа, что позволяет указывать только значения отличающихся параметров. Тип компонента определяется <именем типа модели>, как указано в табл. 3.6.
Таблица 3.6
| Имя типа модели | Тип компонента | ||
| Аналоговые компоненты | |||
| RES | Резистор | ||
| CAP | Конденсатор | ||
| CORE | Магнитный сердечник трансформатора | ||
| IND | Индуктивность | ||
| D | Диод | ||
| GASFET | Арсенид-галлиевый полевой транзистор с каналом n-типа | ||
| NPN | Биполярный n–p–n-транзистор | ||
| PNP | Биполярный p–n–p-транзистор | ||
| LPNP | Боковой биполярный p–n–p-транзистор | ||
| NJF | Полевой транзистор с каналом n-типа | ||
| PJF | Полевой транзистор с каналом p-типа | ||
| NMOS | МОП-транзистор с каналом n-типа | ||
| PMOS | МОП-транзистор с каналом p-типа | ||
| TRN | Линия передачи | ||
| VSWITCH | Ключ, управляемый напряжением | ||
| ISWITCH | Ключ, управляемый током | ||
| Устройства интерфейса | |||
| DINPUT | Аналого-цифровой интерфейс | ||
| DOUTPUT | Цифро-аналоговый интерфейс | ||
| Цифровые устройства | |||
| UADC | Аналого-цифровой преобразователь | ||
| UDAC | Цифро-аналоговый преобразователь | ||
| UIO | Модель входа/выхода цифрового устройства | ||
| UGATE | Стандартный вентиль | ||
| UTGATE | Вентиль с тремя состояниями | ||
| UBTG | Двунаправленный переключающий вентиль | ||
| UEFF | Триггер с динамическим управлением | ||
| UGFF | Триггер с потенциальным управлением | ||
| UDLY | Цифровая линия задержки | ||
| UPLD | Программируемые логические матрицы | ||
| UROM | Постоянное запоминающее устройство | ||
| URAM | Оперативное запоминающее устройство |
В директиве .MODEL в круглых скобках указывается список значений параметров модели компонента (если этот список отсутствует или не полный, то недостающие значения параметров модели назначаются по умолчанию). Приведем примеры этой директивы:
.MODEL RLOAD RES (R=1.5 TC1=0.2 TC2=.005)
.MODEL D104 D (IS=1E-10)
.MODEL KT315V NPN (IS=1E-11 BF=50 DEV=5% LOT=20%)
.MODEL CK CAP (C=1 DEV=0.1)
.MODEL KT315G AKO:KT315A NPN (BF=130)
Каждый параметр может принимать случайные значения относительно своего номинального значения в соответствии со <спецификацией случайного разброса значения параметра>, принимаемой во внимание только при статистическом анализе по директивам .MC и .WCASE (разд. 3.3.4).
Начиная с версии Design Center 6.1 введены два способа задания температур пассивных компонентов и полупроводниковых приборов (C, L, R, B, D, J, M и Q). Во-первых, по директиве .MODEL задается температура, при которой измерены входящие в нее параметры
T_MEASURED=<значение>
Это значение заменяет температуру Tnom, устанавливаемую по директиве .OPTIONS (по умолчанию 27
1) значение абсолютной температуры устройства T_ABS;
2) относительную температуру T_REL_GLOBAL, так что абсолютная температура равна глобальной температуре плюс T_REL_GLOBAL;
3) относительную температуру T_REL_LOCAL, так что абсолютная температура данного устройства равна абсолютной температуре устройства-прототипа (модель ACO) плюс T_REL_LOCAL.
Описания аналого-цифровых (O) и цифро-аналоговых (N) интерфейсов и цифровых устройств (U) приведены в гл. 6. Здесь же дадим правила описания аналоговых компонентов.
Основные характеристики системы
Корпорацией MicroSim разработаны варианты системы программ Design Center для различных операционных систем. Наиболее популярным является вариант для Windows. В него входят следующие программы (их конкретный перечень зависит от варианта поставки):Schematics – графический редактор принципиальных схем, который одновременно является управляющей оболочкой для запуска основных модулей системы на всех стадиях работы с проектом;
PSpice, PSpice Basics – моделирование аналоговых устройств;
PSpice A/D, PSpice A/D Basics+
– моделирование смешанных аналого-цифровых устройств;
PLogic – моделирование цифровых устройств. Имеет такие же функциональные возможности, как и программа PSpice A/D;
PLSyn – синтез цифровых устройств на базе интегральных схем (ИС) с программируемой логикой;
StmEd – редактор входных сигналов (аналоговых и цифровых);
Probe – графическое отображение, обработка и документирование результатов моделирования;
Parts – идентификация параметров математических моделей диодов, биполярных, полевых, МОП- и арсенид-галлиевых транзисторов, операционных усилителей, компараторов напряжения, регуляторов напряжения и магнитных сердечников по паспортным данным;
PSpice Optimizer – параметрическая оптимизация аналого-цифровых устройств по заданному критерию при наличии нелинейных ограничений;
Polaris – проверка целостности сигнала, т. е. проведение моделирования с учетом паразитных емкостей и индуктивностей, присущих реальным печатным платам;
Device Equation – исходный текст встроенных математических моделей полупроводниковых приборов на языке Си. В них можно изменять имена параметров, вводить псевдонимы, добавлять параметры и модифицировать уравнения моделей. Модели новых компонентов можно вводить только под именем одной из существующих моделей. После компиляции отредактированных текстов они компонуются с объектным кодом программы PSpice, который входит в комплект поставки Device Equation, в результате чего получается загрузочный файл pspice.exe. В версии Design Center 6.2 модуль Device Equation поставляется только на платформе Windows;
PCBoard и Autorouter – графический редактор печатных плат с возможностями автотрассировки. Дополнительно поставляется автотрассировщик SPECCTRA фирмы Cooper&Chyan Technology;
Cadence и Mentor Integration – интерфейс к пакетам Cadence и Mentor Framework;
Filter Designer – синтез пассивных и активных аналоговых фильтров и фильтров на переключаемых конденсаторах (только на платформе DOS).
В ранних версиях Design Center имелось два варианта программы моделирования: относительно простая программа PSpice, предназначенная для моделирования только аналоговых устройств c жесткими ограничениями максимальных размеров схемы, и более сложная программа PSpice A/D, позволяющая моделировать аналого-цифровые устройства большого размера. В связи с тем что не всем пользователям нужны полные возможности PSpice и PSpice A/D, в версию Design Center 6.2 включены два упрощенных, так называемых базовых варианта PSpice Basics и PSpice A/D Basics+. В табл. 1.1 приведены характеристики всех вариантов программы моделирования PSpice.
Таблица 1.1
|
Характеристика |
PSpice |
PSpice Basics |
PSpice A/D |
PSpice A/D Basics+ |
|
Преимущества интеграции со Schematics |
||||
|
Графический ввод схем |
Да |
Да |
Да |
Да |
|
Моделирование в диалоговом режиме |
Да |
Да |
Да |
Да |
|
Передача данных в Probe |
Да |
Да |
Да |
Да |
|
Интерфейс с модулем разработки печатных плат |
Да |
Да |
Да |
Да |
|
Возможности моделирования |
||||
|
Расчет режимов DC, AC, Transient |
Да |
Да |
Да |
Да |
|
Расчет шумов, спектров, вариация температуры |
Да |
Да |
Да |
Да |
|
Статистический анализ по методу Монте-Карло и расчет наихудшего случая |
Да |
Нет |
Да |
Нет |
|
Применение функциональных зависимых источников |
Да |
Да |
Да |
Да |
|
Учет задержек распространения |
Не предусмотрено |
Да |
Нет |
|
|
Интерфейс с StmEd |
Да |
Нет |
Да |
Нет |
|
Наличие программы Parts |
Да |
Нет |
Да |
Нет |
|
Целевые функции в Probe |
Да |
Нет |
Да |
Нет |
|
Математические модели компонентов |
||||
|
Идеальные и неидеальные линии передачи |
Все |
Идеальные |
Все |
Идеальные |
|
Связанные линии передачи |
Да |
Нет |
Да |
Нет |
|
Нелинейные магнитные сердечники |
Да |
Нет |
Да |
Нет |
|
Библиотека аналоговых компонентов |
8300 |
5500 |
8300 |
5500 |
|
Модели цифровых примитивов |
Не предусмотрено |
Все |
Большинство |
|
|
Библиотека цифровых компонентов |
Не предусмотрено |
1600 |
1600 |
|
|
Дополнительные модули |
||||
|
PCBoards и Autorouter |
Да |
Да |
Да |
Да |
|
PSpice Optimizer |
Да |
Нет |
Да |
Нет |
|
Polaris |
Да |
Нет |
Да |
Нет |
|
PLSyn |
- |
- |
Да |
Нет |
|
Device Equations |
Да |
Нет |
Да |
Нет |
|
Лицензия для работы в сети |
Да |
Нет |
Да |
Нет |
|
Разное |
||||
|
Неограниченный размер схем |
Да |
Нет |
Да |
Да |
К пакету Design Center прилагаются библиотеки примерно 35 тыс. графических обозначений символов и около 8,3 тыс. математических моделей компонентов (диодов, стабилитронов, тиристоров, биполярных и полевых транзисторов, оптопар, операционных усилителей, компараторов напряжения, стабилизаторов напряжения, кварцевых резонаторов, магнитных сердечников, цифровых и аналого-цифровых ИС) производства фирм США, Западной Европы и Японии. В данной книге рассказано, как составлять такие библиотеки и для отечественной элементной базы.
Имеется два варианта демонстрационных версий пакета Design Center: один позволяет в режиме мультфильма ознакомиться с его возможностями, а другой, более интересный (Evaluation version), – промоделировать собственные простейшие схемы. В последнем случае ограничение на сложность анализируемой схемы составляют 64 узла и 10 транзисторов, 2 операционных усилителя или 65 цифровых компонентов для программы PSpice. В программе Probe нельзя использовать целевые функции. В программе Parts доступна только модель диода, в программе StmEd – источник синусоидального сигнала. С помощью графического редактора Schematics можно создать чертеж схемы формата А4, состоящей не более чем из 25 символов. В режиме оптимизации варьируется только один параметр при наличии одного ограничения, целевая функция может быть значением произвольной переменной в одной точке. Синтезируются фильтры не более чем третьего порядка.
Design Center поставляется на дискетах или на CD-ROM, к нему прикладывается документация [57–71].
При поставке на CD- ROM имеется электронная документация, копирующая упомянутые выше книги, кроме [57–58]. Эта документация просматривается с помощью программы FrameViewer. Печать отдельных страниц можно выполнить с помощью FrameViewer, при выводе большого объема целесообразнее воспользоваться Microsoft Word 6.0, обеспечивающим более компактную печать после незначительного редактирования.
Условные обозначения, принятые при описании Design Center, приведены в табл. 1.2.
Таблица 1.2
|
Обозначения |
Примеры |
Назначение |
|
Прописные буквы |
AC |
Ключевые слова, имена параметров и текстовые переменные, которые пользователь должен ввести так, как они указаны, без изменений |
|
Курсив |
имя модели |
Пользователь заменяет текст, указанный курсивом, на соответствующую информацию |
|
< > |
<имя модели> |
Угловые скобки выделяют один член предложения (сами скобки не вводятся) |
|
< >* |
<значение>* |
Один или более указанных объектов |
|
[ ] |
[AC] |
Необязательный член предложения (сами скобки не вводятся) |
|
[ ]* |
[значение]* |
Ни одного или несколько указанных объектов |
При работе с пакетом Design Center разнообразная информация о схеме и результатах моделирования записывается в отдельных файлах, расширения имени которых приведены в табл. 1.3 (расширения имен файлов, используемых при разработке печатных плат, приведены в гл. 8).
Таблица 1.3
|
Расширение имени файла |
Назначение файла |
Команда или программа, создающая файл |
|
.als |
Список соответствий номеров выводов компонентов именам подсоединенных к ним цепей |
Создается автоматически при выполнении команд Analysis/Simulate или Create Netlist |
|
.bst |
Стек контактных площадок |
Создается пользователем (с помощью текстового редактора) |
|
.cdf |
Файл отчета с описанием компонента |
Создается пользователем и используется при составлении перечня компонентов по команде File/Reports |
|
.cir |
Текстовые входные файлы задания на моделирование для программы PSpice |
Создается автоматически при выполнении команд Analysis/Simulate или Create Netlist или создается пользователем |
|
.cmd |
Командные файлы для программ Probe, StmEd и Parts (их имена указываются после ключа /C в командной строке) |
Создаются при наличии опции /L в командной строке (требуется их дополнительное редактирование) |
|
.dat |
Двоичные файлы результатов моделирования, передаваемых программе Probe |
Автоматически создаются в процессе моделирования режимов DC, AC и TRAN (если по команде Analysis/Probe Setup не выбрана опция CSDF) |
|
.eco |
Перенос изменений из печатной платы в принципиальную схему |
Создается редактором печатных плат |
|
.ind |
Индексные файлы библиотек |
Автоматически создается программой моделирования (составляется после внесения в библиотеку изменений) |
|
.lib |
Текстовые файлы библиотек моделей, представляющие собой объединение файлов с расширением .mod |
При установке системы подключается стандартная библиотека моделей; новые библиотеки создаются по команде Edit/Model или с помощью текстовых редакторов |
|
.log |
Файлы протоколов команд программ Probe, Parts и StmEd |
Автоматически создаются при наличии опции /L в командной строке |
|
.mdt |
Справочные данные на компоненты |
Копия данных, введенных в программу Parts |
|
.mod |
Файлы моделей компонентов |
Создаются программой Parts |
|
.net |
Список соединений схемы |
Создается автоматически при выполнении команд Analysis/Simulate или Create Netlist |
|
.opt |
Задание на оптимизацию |
Создается автоматически после нанесения на схему символа OPTPARAM и дополняется при настройке конфигурации программы оптимизации |
|
.out |
Текстовые файлы результатов моделирования |
Генерируются в процессе моделирования |
|
.par |
Перечень варьируемых параметров для программы оптимизации |
Создается автоматически после нанесения на схему символа OPTPARAM |
|
.pcr |
Текстовые входные файлы задания на моделирование для программы PSpice с информацией о паразитных элементах печатной платы, добавленные программой Polaris (аналог файла .cir) |
Создаются программой Polaris |
|
.pkg |
Информация об упаковке компонентов |
По команде Package/Export |
|
.plb |
Библиотека информации об упаковке конструктивов компонентов |
При установке системы подключается стандартная библиотека информации об упаковке; новые данные вводятся пользователем при редактировании символов компонентов |
|
.pdt |
Двоичные файлы результатов моделирования c учетом паразитных параметров печатных плат, передаваемые программе Probe (аналог файла .dat) |
Создаются программой PSpice при передаче на моделирование файла с расширением .pcr |
|
.pot |
Текстовые файлы результатов моделирования c учетом паразитных параметров печатных плат (аналог файла .out) |
Создаются программой PSpice |
|
.prb |
Файл, состоящий из трех секций: команд управления экраном, макрокоманд и целевых функций, используемых в программе Probe |
Макрокоманды и целевые функции создаются с помощью текстового редактора или по команде Trace/Macro |
|
.sch |
Файл принципиальной схемы |
Создается по команде File/Save |
|
.slb |
Библиотека графических символов компонентов |
При установке системы подключается стандартная библиотека символов; новые данные вводятся пользователем по команде File/Edit Library |
|
.stl |
Библиотека входных сигналов |
Создается программой StmEd при выполнении команды Edit/Stimulus, если на схеме имеются символы VSTIM, ISTIM или DIGSTIM |
|
.sub |
Описание макромоделей |
Создается по команде Tools/Create Subcircuit |
|
.sym |
Информация о символе компонента, используемая при передаче данных в другие системы |
Создается по команде Part/Export редактора символов |
|
.tln |
Описания линий передач, добавляемых в схему при анализе паразитных эффектов печатных плат |
Программа Polaris |
|
.txt |
Текстовые файлы результатов моделирования, передаваемых программе Probe |
Автоматически создаются в процессе моделирования режимов DC, AC и TRAN, если по команде Analysis/Probe Setup выбрана опция CSDF |
|
.vpt |
Список меток переменных, графики которых выводятся в программе Probe |
По команде Markers |
|
.xrf |
Файл перекрестных ссылок |
Составляется при упаковке схемы по команде Tools/Annotate и используется при обратной корректировке |
Основные понятия
Первоначально программа PSpice была предназначена для моделирования чисто аналоговых устройств. В версии PSpice 3.05 появилась возможность логического моделирования цифровых устройств и интерфейса между аналоговыми и цифровыми компонентами. Однако при этом аналоговые и цифровые блоки должны были располагаться последовательно. Сначала, например, моделируется аналоговый блок, результаты расчетов оцифровываются и записываются в файл, который передается в отдельную программу логического моделирования цифрового устройства и наоборот. Начиная с версии 4 программа PSpice обеспечивает принципиально новую возможность моделирования произвольных смешанных аналого-цифровых цепей с обратными связями, которые, в частности, могут состоять только из цифровых устройств и не содержать аналоговых блоков. Обычно смешанные цепи моделируются в режиме .TRAN (расчет переходных процессов), однако другие режимы также доступны. В режиме .DC задержки сигналов в цифровых блоках игнорируются и рассчитываются логические уровни выходов цифровых устройств в стационарном режиме. В режимах .AC, .NOISE, .TF и .SENS цифровые компоненты не участвуют в анализе малосигнальных частотных характеристик цепи, лишь для аналоговых частей аналого-цифровых и цифро-аналоговых интерфейсов составляются линеаризированные схемы замещения их входных и выходных комплексных сопротивлений. Директивы программы PSpice описаны в разд. 3.3, здесь же обсудим специфику моделирования цифро-аналоговых устройств.Реальные цифровые ИС в программе PSpice представлены в виде примитивов Uxxx, отражающих их функционирование на логическом уровне, и двух аналого-цифровых и цифро-аналоговых интерфейсов А/Ц и Ц/А, отображающих их входные и выходные каскады (рис. 6.1). В задании на моделирование указываются только примитивы цифровых устройств Uxxx. Если при этом цифровые ИС соединяются непосредственно друг с другом, то блоки интерфейсов во внимание не принимаются. Если же ко входу или выходу ИС подключен аналоговый компонент, то необходимо включить соответствующий интерфейс.
В принципе они могут быть вручную включены в описание задания на моделирование (в файле .cir) как отдельные компоненты, однако программа PSpice делает это автоматически.
 Рис. 6.1. Модель цифровой ИС |
Соответственно различают три типа узлов: 1) аналоговые узлы, к которым подключены только аналоговые устройства, 2) цифровые узлы, к которым подключены только цифровые устройства, 3) узлы интерфейса, к которым подключена комбинация аналоговых и цифровых устройств. Программа PSpice автоматически расщепляет каждый узел интерфейса на два узла – чисто аналоговый и чисто цифровой – и включает между ними макромодель аналого-цифрового или цифро-аналогового интерфейса. Кроме того, к моделям интерфейсов автоматически подключается источник питания цифровых схем.
Логические уровни цифровых узлов принимают одно из пяти значений [2]:
1 – высокий уровень;
0 – низкий уровень;
R – положительный фронт (Raise, переход из состояния “0” в “1”);
F – отрицательный фронт (Fall, переход из состояния “1” в “0”);
X – неопределенное состояние (может принимать значение “0”, “1”, промежуточное или нестабильное состояние).
При вычислении логических уровней узлов, к которым подключено несколько цифровых компонентов, принимаются во внимание выходные сопротивления источников сигналов.
Приведем далее описания устройств интерфейса и цифровых компонентов. Примеры библиотек отечественных цифровых и аналого-цифровых ИС приведены в Приложении 5.
Pасчет стандартных характеристик
Расчет режима цепи по постоянному току(параметров “рабочей точки”). Режим по постоянному току всегда рассчитывается в начале моделирования перед выполнением других видов анализа без указания специальных директив. Результаты расчетов выводятся в текстовый файл .out в виде таблицы узловых потенциалов и списка токов независимых источников. Список малосигнальных параметров линеаризованных схем замещения полупроводниковых приборов и нелинейных управляемых источников выводится в выходной файл результатов при наличии директивы .OP (Bias Point Detail).
Кроме того, анализ по постоянному току выполняется перед расчетом переходных процессов по директиве .TRAN для определения начальных условий (если отсутствует ключевое слово SKIPBP) и перед анализом в частотной области по директиве .AC для линеаризации нелинейных компонентов в окрестности режима по постоянному току.
Обсудим особенности расчета режима по постоянному току. В программе он рассчитывается итерационным методом Ньютона– Рафсона. В отсутствие сходимости рекомендуется по директиве .OPTIONS увеличить максимальное количество итераций ITL1 (по умолчанию ITL1=40) [51]. Для повышения скорости сходимости рекомендуется с помощью директивы .NODESET устанавливать начальные значения узловых потенциалов, как можно более близкие к ожидаемому режиму по постоянному току (при отсутствии этой директивы все узловые потенциалы на начальной итерации полагаются равными нулю). Если решение методом Ньютона– Рафсона не сходится, программа автоматически переходит к методу вариации напряжений источников питания, который ценой увеличения затрат машинного времени обеспечивает сходимость решения в большинстве случаев. Приближенные значения режима по постоянному току с помощью директивы .NODESET обязательно указываются при анализе схем, имеющих несколько устойчивых состояний.
Многовариантный расчет режима по постоянному току (DC Sweep). Расчет режима по постоянному току производится при вариации одного или нескольких источников постоянного напряжения или тока, температуры, параметров моделей компонентов схемы и глобальных параметров по директивам
.DC [LIN] <имя 1-й переменной> <начальное значение>
+ <конечное значение> <приращение>
+ [<имя 2-й переменной> <начальное значение>
+ <конечное значение> <приращение>]*
.DC
+ <конечное значение> <количество точек>
+ [<имя 2-й переменной> <начальное значение>
+ <конечное значение> <количество точек>]*
.DC <имя 1-й переменной> LIST <значение>*
+ [<имя 2-й переменной> LIST <значение> *]*
Режим по постоянному току рассчитывается для нескольких значений варьируемых переменных, в качестве которых могут выступать:
– имена независимых источников напряжения или тока;
– параметры моделей компонентов (указывается тип компонента, имя модели и в круглых скобках имя варьируемого параметра);
– температуры (в качестве ее имени указывается ключевое слово TEMP);
– глобальных параметров (указывается ключевое слово PARAM и вслед за ним имя варьируемого глобального параметра, определенного ранее).
Характер изменения переменных задается ключевыми словами:
LIN – линейный масштаб (ключевое слово LIN можно не указывать);
DEC, OCT – логарифмический масштаб декадами или октавами;
LIST – список значений.
Если указаны спецификации двух варьируемых параметров, то первый параметр изменяется в заданных пределах для каждого значения второго параметра. Такой вложенный цикл удобен, в частности, для построения статических характеристик полупроводниковых приборов.
Максимальное количество итераций при переходе к следующему варианту по умолчанию устанавливается равным достаточно малой величине ITL2=20. Поэтому в схемах, чувствительных к вариациям параметров, могут возникнуть проблемы со сходимостью. В этих случаях рекомендуется по директиве .OPTIONS увеличить значение ITL2.
Приведем примеры:
.DC VIN 0.5 5.0 0.25
.DC LIN VDS 0 10 .5 VGS 0 5 1
.DC VCE 0V 10V .25V IB 0 10MA 1MA
.DC RES MODRES(R) 0.75 1.5 0.05
.DC DEC NPN KT315A(BF) 20 100 10
.DC TEMP LIST -50 0 27 60 80
.DC PARAM VPOWER 7.5 12 .5
Первый пример задает диапазон изменения напряжения источника VIN от 0,5 до 5,0 В с шагом 0,25 В. Второй и третий примеры демонстрируют вложенные циклы изменений двух источников. В четвертом и пятом примерах варьируются сопротивление резистора R и коэффициент передачи тока BF биполярного транзистора. В шестом варьируется температура, заданная списком значений. В седьмом – глобальный параметр VPOWER, задающий ЭДС источника питания.
В качестве еще одного примера покажем, как рассчитывают семейство выходных характеристик транзистора (рис. 3.15), используя вложенные циклы:
VС 1 0 DС 10V
VB 2 0 DC 0.5V
Q1 1 2 0 KT315A
.MODEL KT315A NPN (IS= ...)
.DC VC 0V 10V 0.2V VB 0V 1V 0.05V
.PROBE
 Рис. 3.15. Схема измерений выходных характеристик транзистора |
После завершения вариации параметров по директиве .DC варьируемые параметры принимают номинальные значения, которые они имели до многовариантного анализа.
Замечание. При выполнении режима .DC при анализе цепей, обладающих регенеративными обратными связями (например, триггера Шмидта), не удается проанализировать точки неустойчивого равновесия. Для этого рекомендуется вместо режима .DC выполнить расчет переходных процессов .TRAN, введя источники медленно нарастающего и спадающего по линейному закону напряжения.
Чувствительность в режиме малого сигнала (Sensitivity). Рассчитывается по директиве
.SENS <выходная переменная>*
Выходные переменные указываются по тому же формату, что и в директиве .PRINT для режима DC. При этом накладывается ограничение: если выходная переменная должна быть током, то допускается только ток через независимые источники напряжения.
После линеаризации цепи в окрестности рабочей точки рассчитывается чувствительность каждой из указанных выходных переменных к изменению параметров всех компонентов и моделей. Поэтому объем результатов расчета чувствительностей может быть огромным. Результаты расчета выводятся в файл .out.
Приведем пример. Если предположить, что цепь состоит из компонентов R1, R2, C1 и т. д., то по директиве
.SENS V(9) V(4,3) I(VCC)
будут рассчитаны чувствительности dV(9)/dR1, dV(9)/dR2, dV(9)/dC1, ..., dV(4,3)/dR1 ...
Расчет малосигнальных передаточных функций (Transient Function). В режиме по постоянному току они рассчитываются по директиве
.TF <выходная переменная> <имя источника напряжения или тока>
после линеаризации цепи в окрестности рабочей точки. Выходные переменные имеют тот же формат, что и по директиве .PRINT. Если выходная переменная должна быть током, то это ток через независимый источник напряжения. Результаты расчетов выводятся в выходной файл .out без обращения к директивам .PRINT или .PLOT. Приведем примеры:
.TF V(5) VIN
.TF V(15, 14) I(VDRIV)
В первом случае рассчитывается передаточная функция dV(5)/dVIN, а во втором – dV(15,14)/dI(VDRIV).
Кроме того, всегда рассчитываются входные и выходные сопротивления.
Расчет переходных процессов (Transient). Они рассчитываются по директиве
.TRAN[/OP] <шаг вывода данных> <конечное время>
+ [<начальный момент времени вывода данных> [<максимальный шаг>]]
+ [SKIPBP]
Переходные процессы всегда рассчитываются с момента t=0 до момента <конечное время>. Перед началом расчета переходных процессов рассчитывается режим по постоянному току. Шаг интегрирования выбирается автоматически. Результаты вычислений выводятся в виде таблиц или графиков с интервалом времени, задаваемым параметром <шаг вывода данных> (применяется квадратичная интерполяция между дискретными отсчетами). Если задан параметр <начальный момент времени вывода данных>, то вывод результатов расчетов подавляется на интервале времени от t=0 до указанного значения.
Максимальное значение шага интегрирования устанавливается параметром <максимальный шаг>; если он не указан, то максимальный шаг интегрирования устанавливается равным <конечное время>/50.
Режим по постоянному току определяет начальные условия для расчета переходных процессов. Это связано с тем, что значения источников сигналов в момент t=0 могут отличаться от их постоянных составляющих. При этом в выходной файл .out выводятся только значения узловых потенциалов в режиме по постоянному току. Указание в директиве .TRAN суффикса /OP выводит в этот файл полную информацию о режиме по постоянному току (как по директиве .OP).
Если в конце директивы .TRAN указать параметр SKIPBP, то расчет режима по постоянному току отменяется. При этом начальные значения напряжений на емкостях и токов через индуктивности указываются в опциях вида IC= ..., включенных в описания конденсаторов и индуктивностей, а начальные значения узловых потенциалов указываются в директиве .IC.
Замечание. В версиях младше Design Center 6.2 вместо SKIPBP использовалось ключевое слово UIC (Use Initial Conditions).
При использовании директивы .PROBE совместно с директивой .TRAN следует иметь в виду, что программа Probe может вывести график, состоящий не более чем из 8000 отсчетов переменных (при этом отсчеты переменных, указанных в директиве .PROBE, берутся не с шагом вывода данных, а с внутренним шагом интегрирования). Однако программа Probe позволяет последовательно построить графики отдельных секций данных. Кроме того, можно подавить передачу данных программе Probe на начальном участке переходного процесса, указав параметр <начальный момент времени вывода данных>.
При моделировании смешанных аналого-цифровых цепей шаги интегрирования в аналоговых и цифровых устройствах выбираются разными независимо друг от друга. Шаг интегрирования, указываемый для информации на экране программы PSpice, равен шагу интегрирования аналоговой части цепи. Шаг интегрирования цифровой части определяется значениями задержек в цифровых компонентах.
Его минимальное значение определяется параметром DIGFREQ директивы .OPTIONS, оно равно 1/DIGFREQ. По умолчанию DIGFREQ=10 ГГц, но не более 1015/TSTOP. Задержками меньше половины шага интегрирования пренебрегают.
При отсутствии сходимости расчета переходного процесса рекомендуется по директиве .OPTIONS увеличить максимальное количество итераций на одном временном шаге ITL4 (по умолчанию ITL4=10) и при необходимости общее количество итераций ITL5. По умолчанию ITL5=5000, установка ITL5=0 устраняет это ограничение.
Допустимая относительная ошибка расчета токов и напряжений задается опцией RELTOL (по умолчанию
Приведем примеры:
.TRAN 5ms 500ms
.TRAN/OP 5ms 500ms 100ms SKIPBP
.TRAN 5ms 500ms 0ms 0.5ms
Рассмотрим в качестве более конкретного примера особенности расчета переходных процессов в транзисторном мультивибраторе (рис. 3.16). В начале рассчитывается режим мультивибратора по постоянному току в соответствии со следующим заданием:
Multivibrator
R1 1 2 1k
R2 5 0 750
R3 1 3 100k
R4 1 4 100k
R5 1 6 1k
R6 7 0 750
C1 2 3 0.01uF
C2 4 6 0.01uF
Q1 2 4 5 KT312A
Q2 6 3 7 KT312A
VP 1 0 DC 10V
.LIB QRUS.LIB
.PROBE
.END
 Рис. 3.16. Схема мультивибратора |
V(1)=10,0000 B, V(2)=6,3538 B, V(3)=3,4889 B, V(4)=3,4889 B,
V(5)=2,7835 B, V(6)=6,3538 B, V(7)=2,7835 B.
Если после расчета режима по постоянному току непосредственно перейти к расчету переходных процессов, то мультивибратор, находящийся в одном из состояний равновесия, не возбудится.
Предложим два способа возбуждения математической модели мультивибратора.
1. Перед началом переходного процесса с помощью директивы .IC задаются начальные значения узловых потенциалов и (или) с помощью параметра IC= задаются начальные значения напряжений на конденсаторах, отличные от значений в состоянии равновесия. В схеме на рис. 3.16 достаточно изменить потенциал узла 3 на 1% с помощью директивы
.IC V(3)=3.46v
и указать директиву расчета переходных процессов
.TRAN 100us 1.2ms
Заметим, что если с помощью директивы .IC и параметров IC в описаниях конденсаторов и индуктивностей полностью описан режим схемы по постоянному току, то перед расчетом переходного процесса этот режим рассчитывать не нужно – этот расчет отменяется с помощью параметра SKIPBP в директиве .TRAN:
.TRAN 100us 1.2ms SKIPBP
Кроме того, для получения текущей информации о поведении мультивибратора полезно указать директиву
.WATCH TRAN V(2) V(3) V(6)
Если автоколебания не возникли, то все узловые потенциалы будут сохранять постоянное значение, что будет видно на экране программы PSpice и позволит прервать моделирование.
2. Имитируем включение напряжения питания, вводя источник напряжения в виде импульсной функции c линейным передним фронтом и длительностью, равной конечному времени анализа (тогда ее можно явно не указывать)
VP 1 0 PULSE (0v, 10v, 50us)
Кроме того, для обеспечения самовозбуждения мультивибратора необходимо нарушить симметрию схемы, изменив, например, одно из сопротивлений на 1%
R1 1 2 1.01k
Спектральный анализ (Transient/Fourier Analysis). Он проводится по директиве
.FOUR <частота первой гармоники f
+ <выходная переменная>*
Спектральный анализ производится с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ) после завершения расчета переходного процесса (в задании должна иметься директива .TRAN). Имена переменных, спектр которых должен быть рассчитан, указываются в списке <выходная переменная>.
В директиве . FOUR задается частота первой гармоники f1 и количество гармоник. Максимальное количество гармоник n=100 (в версиях до Design Center 5.2 – 10 гармоник). По умолчанию рассчитываются первые 9 гармоник. В программе рассчитываются амплитуды постоянной составляющей A
K =
Приведем пример:
.FOUR 10KHZ 15 V(5) V(6,7) I(VSENS3)
Спецификация выходных переменных составляется по тем же правилам, что в директивах .PRINT или .PLOT.
Заметим, что спектральный анализ производится также при обработке данных в графическом постпроцессоре Probe (см. разд. 7.2). Отличие состоит в том, что при этом спектральному анализу подвергается целиком весь график, изображенный на экране дисплея, или его часть.
Расчет характеристик в частотной области (AC Sweep). Они рассчитываются по директиве
.AC [ LIN ] [ OCT ] [ DEC ]
Эта директива задает диапазон частот в пределах <начальная частота> ... <конечная частота>. Параметр LIN устанавливает линейный шаг по частоте, при этом n – общее количество точек по частоте. Параметры OCT и DEC устанавливают логарифмический характер изменения частоты октавами и декадами соответственно. Параметр n определяет в таком случае количество точек по частоте на одной октаве или декаде. Расчет характеристик в частотной области производится после определения режима по постоянному току и линеаризации нелинейных компонентов (это делается автоматически, никаких дополнительных директив не требуется). Амплитуды и фазы одного или нескольких гармонических сигналов указываются при описании параметров независимых источников напряжения V или тока I.
Результаты расчета комплексных амплитуд узловых напряжений и токов ветвей выводятся по директивам .PRINT, .PLOT или .PROBE.
Анализ уровня внутреннего шума (AC Sweep/Noise Analysis). Анализ производится по директиве
.NOISE V(<узел>[,<узел>]) <имя>
Директива .NOISE указывается совместно с директивой .AC, в которой задается диапазон частот анализа. Источниками шума служат резисторы, ключи и полупроводниковые приборы, шумовые схемы замещения которых приведены в гл. 4. На каждой частоте f рассчитывается спектральная плотность выходного напряжения
Если указан целочисленный параметр
Приведем примеры
.NOISE V(5) VIN
.NOISE V(101) VSRC 20
.NOISE V(4, 5) ISRC
Результаты расчета уровней шума выводятся в выходной файл .out по директиве . PRINT или .PLOT
.PRINT NOISE <выходная переменная>*
.PLOT NOISE <выходная переменная>*
В качестве выходных переменных используются следующие имена:
INOISE, DB(INOISE) –
ONOISE, DB(ONOISE) –
Например
.PRINT NOISE INOISE ONOISE DB(INOISE)
.PRINT NOISE INOISE ONOISE
.PRINT NOISE ONOISE DB(ONOISE)
Графики спектральных плотностей можно построить с помощью программы Probe при наличии директивы .PROBE. Причем при наличии в этой директиве списка переменных имена переменных INOISE и ONOISE указывать не надо – они передаются в файл результатов .dat всегда.
По результатам расчета спектральной плотности внутреннего шума легко вычисляется дифференциальный коэффициент шума линейного четырехполюсника, изображенного на рис. 3.17, а. Как известно [13], дифференциальный коэффициент шума равен
где
 Рис. 3.17. Измерение коэффициента шума четырехполюсника при подключении ко входу источника напряжения (а) или тока (б) |
где сопротивление
.TEMP 80
VG 1 0 AC 1
RG 1 2 75
RLOAD 3 4 500
CLOAD 3 4 30pF
{описание четырехполюсника}
.AC LIN 21 0 1000HZ
.NOISE V(3,4) VG
.PRINT INOISE ONOISE
Аналогично измеряется дифференциальный коэффициент шума при подключении на вход четырехполюсника источника тока (рис. 3.17, б):
Расчет среднеквадратического отклонения
выходного напряжения шума производится по формуле
с помощью функции интегрирования s(x) программы Probe (разд. 7.2)
SQRT(S(V(ONOISE)*V(ONOISE)))
Среднеквадратическое отклонение шума
При измерении коэффициента шума сопротивлению генератора
В некоторых задачах могут потребоваться независимые источники шума. Они могут быть представлены в виде зависимых источников, управляемых током шумящего резистора (в связи с особенностями программы PSpice допускается управлять током источника ЭДС, включенного последовательно с шумящим резистором).
На рис. 3.18, а представлена модель независимого источника шумового напряжения. Сопротивление шумящего резистора этого источника связано с требуемой спектральной плотностью напряжения шума
RN 1 0 60.4
VN 1 0 DC 0
HN 2 3 VN 1
 Рис. 3.18. Независимый источник напряжения (а) и тока (б) широкополосного шума |
RN 1 0 16.56K
VN 1 0 DC 0
FN 2 3 VN 1
Пассивные компоненты
Резисторы описываются предложениемRxxx <+узел> <–узел> [ имя модели ] <значение> [ TC=
Здесь xxx – произвольная алфавитно-цифровая последовательность общей длиной не более 7 символов, которая пишется слитно с символом R и вместе с ним образует имя компонента. Например:
R1 15 0 2K
RGEN 1 2 2.4E4
R12 3 0 RTEMP 5K
.MODEL RTEMP RES (R=3 DEV=5% TC1=0.01)
Параметры, описывающие модель резистора, приведены в табл. 3.7.
Таблица 3.7
| Обозначение | Параметр | Размерность | Значение по умолчанию | ||||
| R | Масштабный множитель сопротивления | 1 | |||||
| TC1 | Линейный температурный коэффициент сопротивления | | 0 | ||||
| TC2 | Квадратичный температурный коэффициент сопротивления | | 0 | ||||
| TCE | Экспоненциальный температурный коэффициент сопротивления | %/ | 0 | ||||
| T_MEASURED | Температура измерений | | |||||
| T_ABS | Абсолютная температура | | |||||
| T_REL_GLOBAL | Относительная температура | | |||||
| T_REL_LOCAL | Разность между температурой устройства и модели-прототипа | |
Если в описании резистора <имя модели> опущено, то его сопротивление равно параметру <сопротивление> в омах. Если <имя модели> указано и в директиве .MODEL отсутствует параметр TCE, то сопротивление резистора определяется выражением
<значение>
если же параметр TCE указан, то сопротивление равно
<значение>
Здесь T – текущее значение температуры (указывается по директиве .TEMP); Tnom=27
Параметр <значение> может быть как положительным, так и отрицательным, но не равным нулю.
Спектральная плотность теплового тока резистора рассчитывается по формуле Найквиста S
 - источник тока; в - источник напряжения |
Конденсатор описывается предложением
Cxxx <+узел> <–узел> [имя модели] <значение>
+ [IC=<начальное значение напряжения>]
Например:
C1 15 0 56PF
C2 3 9 0.5PF IC=1.5V
C3 4 6 CMOD 10U
.MODEL CMOD CAP (C=2.5 TC1=0.01 VC1=0.2)
Параметры модели конденсатора приведены в табл. 3.8.
Таблица 3.8
|
Обозначение |
Параметр |
Размерность |
Значение по умолчанию |
|
С |
Масштабный множитель емкости |
|
1 |
|
VC1 |
Линейный коэффициент напряжения |
В |
|
|
VC2 |
Квадратичный коэффициент напряжения |
В |
|
|
TC1 |
Линейный температурный коэффициент емкости |
|
0 |
|
TC2 |
Квадратичный температурный коэффициент емкости |
|
0 |
|
T_MEASURED |
Температура измерений |
|
|
|
T_ABS |
Абсолютная температура |
|
|
|
T_REL_GLOBAL |
Относительная температура |
|
|
|
T_REL_LOCAL |
Разность между температурой устройства и модели-прототипа |
|
<значение>
Здесь V – напряжение на конденсаторе при расчете переходных процессов (режим TRAN). При расчете частотных характеристик (режим AC) емкость считается постоянной величиной, определяемой в рабочей точке по постоянному току.
После ключевого слова IC указывается значение напряжения на конденсаторе при расчете режима по постоянному току, которое при расчете переходных процессов служит начальным значением этого напряжения.
Индуктивность описывается пpедложением
Lxxx <+узел> <–узел> [имя модели] <значение>
+ [IC = <начальное значение тока>]
Например:
L1 15 0 20MH
L2 1 2 0.2E-6
L3 4 6 2VH IC=2
LOAD 5 12 LMOD 0.03
.MODEL LMOD IND (L=2 DEV=20% IL1=0.1)
Параметры модели индуктивности приведены в табл. 3.9.
Таблица 3.9
|
Обозначение |
Параметр |
Размерность |
Значение по умолчанию |
|
L |
Масштабный множитель индуктивности |
1 |
|
|
IC1 |
Линейный коэффициент тока |
А |
|
|
IC2 |
Квадратичный коэффициент тока |
А |
|
|
TC1 |
Линейный температурный коэффициент индуктивности |
|
0 |
|
TC2 |
Квадратичный температурный коэффициент индуктивности |
|
0 |
|
T_MEASURED |
Температура измерений |
|
|
|
T_ABS |
Абсолютная температура |
|
|
|
T_REL_GLOBAL |
Относительная температура |
|
|
|
T_REL_LOCAL |
Разность между температурой устройства и модели-прототипа |
|
<значение>
Здесь I – ток через катушку индуктивности при расчете переходных процессов (режим TRAN). При расчете частотных характеристик (режим AC) индуктивность считается постоянной величиной, определяемой в рабочей точке по постоянному току.
После ключевого слова IC указывается значение тока через катушку индуктивностей при расчете режима по постоянному току, которое при расчете переходных процессов служит начальным значением этого тока.
Взаимная индуктивность
описывается предложением
Kxxx Lyyy Lzzz ... <коэффициент связи>
Первое предложение описывает связанные индуктивности без сердечника, второе – с ферромагнитным сердечником, третье – связанные линии передачи.
Порядок перечисления имен индуктивностей Lyyy, Lzzz ... безразличен, знак взаимной индуктивности определяется порядком перечисления узлов в описании каждой индуктивности.
Параметром взаимной индуктивности является <коэффициент связи>. Если в трансформаторе имеется несколько обмоток, то можно либо определить взаимные индуктивности для каждой попарной комбинации обмоток в отдельных предложениях, либо в одном предложении указать список всех индуктивностей, имеющих одинаковый коэффициент связи. Например, трехобмоточный высокочастотный трансформатор (рис. 3.2) описывается следующим образом:
I1 1 0 AC 1MA
L1 1 0 10UH
L2 2 3 10UH
L3 3 4 10UH
K12 L1 L2 L3 0.8
 |
Коэффициент связи двух обмоток определяется выражением
коэффициент связи =
где L
Магнитный сердечник трансформатора описывается предложением
Kxxx Lyyy Lzzz ... <коэффициент связи> <имя модели>
+ [<масштабный коэффициент>]
На одном сердечнике помещается одна или несколько обмоток с именами Lyyy, Lzzz ... . Все обмотки имеют одинаковый <коэффициент связи>. При описании каждой обмотки Lyyy ..., упомянутой в составе сердечника, изменяется смысл параметра <значение> – теперь он определяет не индуктивность, а число витков обмотки сердечника. Например, трансформатор с пермаллоевым сердечником МП60 (рис. 3.3) описывается предложениями:
L1 15 10 50; 50 витков
L2 10 0 150; 150 витков
K2 L1 L2 0.99 Ti125V
 |
+ A=4.05E3 K=166 C=0.05 AREA=0.064 PATH=2.25)
Параметр <масштабный коэффициент> изменяет площадь поперечного сечения магнитопровода (по умолчанию равен единице).
Она равна произведению этого коэффициента на параметр модели сердечника AREA.
Параметры модели магнитного сердечника приведены в разд. 4.6. График кривой намагниченности сердечника выводится на экран с помощью директивы .PROBE (разд. 3.3.5); с помощью директив .PRINT и .PLOT эти данные не выводятся.
Линия передачи описывается двояко. Линия передачи без потерь
описывается предложением
Txxx <+узел порта A> <–узел порта A> <+узел порта B> <–узел порта B>
+ [имя модели] ZO=<значение> [TD=<значение>]
+ [F = <значение> [NL = <значение>]]
+ IC=<напряжение на входе А> <ток входа A>
+ <напряжение на входе B> <ток входа B>
Здесь ZO – волновое сопротивление линии (Ом), TD – задержка сигнала в линии (с), NL – электрическая длина линии на частоте F (NL=l/l, где l – геометрическая длина линии, l – длина волны в линии, по умолчанию NL=0,25). При описании линии передачи задается параметр TD либо F и NL. Например,
T1 1 2 3 4 ZO = 50
T2 1 2 3 4 ZO = 75 TD = 115NS
T3 1 2 3 4 ZO = 75 F = 4.5MEG
T4 1 2 3 4 ZO = 75 F = 4.5MEG NL = 0.5
С помощью ключевого слова IC задаются начальные значения напряжений и токов на выводах линии передачи.
  Рис. 3.4. Модель линии передачи без потерь (а) и с учетом потерь (б) |
Линия передач с потерями
описывается предложением
Txxx <+узел порта A> <–узел порта A> <+узел порта B> <–узел порта B>
+ [<имя модели> [электрическая длина ] ] LEN=<значение>
+ R=<значение> L=<значение> G=<значение> C=<значение>
Здесь LEN – длина линии (м); R, L, G, C – погонное сопротивление линии (Ом/м), погонная индуктивность (Гн/м), проводимость (См/м), емкость (Ф/м).
В принципе длину линии можно указывать в любых единицах, например в километрах, но тогда нужно соответствующим образом пересчитать значения погонных параметров R, L, G и C.
По этим данным аналитически рассчитывается комплексный коэффициент передачи линии. Анализ переходных процессов производится с помощью интеграла свертки с импульсной характеристикой линии, которая вычисляется как преобразование Фурье коэффициента передачи.
Модель линии передачи описывается предложением (начиная с версии Design Center 6.1):
.MODEL <имя модели> TRN (параметры модели)
Модель линии передачи характеризуется параметрами, указанными в табл. 3.10.
Таблица 3.10
|
Обозначение |
Параметр |
Размерность |
Значение по умолчанию |
|
Идеальная линия без потерь |
|||
|
ZO |
Волновое сопротивление |
Ом |
|
|
TD |
Время задержки сигнала |
с |
|
|
F |
Частота для расчета NL |
Гц |
|
|
NL |
Электрическая длина на частоте F |
0,25 |
|
|
IC |
Начальные значения напряжений и токов |
||
|
Линия с потерями |
|||
|
R |
Погонное сопротивление |
Ом/м |
|
|
L |
Погонная индуктивность |
Гн/м |
|
|
G |
Погонная проводимость |
См/м |
|
|
C |
Погонная емкость |
Ф/м |
|
|
LEN |
Электрическая длина |
м |
2. Принятая в программе PSpice 6.2 модель линии передачи с потерями требует больших затрат времени и не обеспечивает достаточную точность расчетов. Поэтому иногда приходится самостоятельно составлять цепочечные схемы замещения линий передачи с потерями (рис. 3.4, б).
3. В представленных моделях, к сожалению, не учитываются частотные зависимости погонных параметров R, L и G, существенные при моделировании реальных протяженных линий передачи. Это можно сделать, начиная с версии PSpice 5.3, задавая преобразования Лапласа параметров R(s) и G(s) – имитация частотной зависимости поверхностного эффекта и потерь в диэлектрике.
Связанные линии передачи описываются предложением
Kxxx T<имя 1-й линии передачи> T<имя 2-й линии передачи>
+ Cm=<взаимная емкость> Lm=<взаимная индуктивность>
Здесь Cm и Lm – взаимные емкости и индуктивности связанных линий [75, 80].
Полевой транзистор
Полевые транзисторы с управляющим p–n переходом (Junction FET) описываются моделью Шихмана–Ходжеса в соответствии с эквивалентной схемой, представленной на рис. 4.6,а для транзистора с каналом n-типа [4, 7, 33]. Параметры модели полевого транзистора приведены в табл. 4.3.Таблица 4.3
| Имя параметра | Параметр | Значение по умолчанию | Единица измерения | ||||
| VT0 | Пороговое напряжение | –2 | В | ||||
| BETA | Коэффициент пропорциональности | 10 | А/В | ||||
| LAMBDA | Параметр модуляции длины канала | 0 | 1/В | ||||
| IS | Ток насыщения p–n-перехода затвор–канал | 10 | А | ||||
| N | Коэффициент неидеальности p–n-перехода затвор–канал | 1 | |||||
| ISR | Параметр тока рекомбинации p–n- перехода затвор–канал | 0 | А | ||||
| NR | Коэффициент эмиссии для тока ISR | 2 | | ||||
| ALPHA | Коэффициент ионизации | 0 | В | ||||
| VK | Напряжение ионизации для перехода затвор–канал | 0 | В | ||||
| RD | Объемное сопротивление области стока | 0 | Ом | ||||
| RS | Объемное сопротивление области истока | 0 | Ом | ||||
| CGD | Емкость перехода затвор–сток при нулевом смещении | 0 | Ф | ||||
| CGS | Емкость перехода затвор-исток при нулевом смещении | 0 | Ф | ||||
| M | Коэффициент лавинного умножения обедненного p–n-перехода затвор–канал | 0,5 | |||||
| FC | Коэффициент нелинейности емкостей переходов при прямом смещении | 0,5 | |||||
| PB | Контактная разность потенциалов p–n-перехода затвора | 1 | В | ||||
| VTOTC | Температурный коэффициент VTO | 0 | В/ | ||||
| BETATCE | Температурный коэффициент BETA | 0 | %/ | ||||
| XTI | Температурный коэффициент тока IS | 3 | | ||||
| KF | Коэффициент, определяющий спектральную плотность фликкер–шума | 0 | |||||
| AF | Показатель степени, определяющий зависимость спектральной плотности фликкер–шума от тока через переход | 1 | |||||
| T_MEASURED | Температура измерений | | |||||
| T_ABS | Абсолютная температура | | |||||
| T_REL_GLOBAL | Относительная температура | | |||||
| T_REL_LOCAL | Разность между температурой транзистора и модели-прототипа | |
Статические характеристики полевого транзистора. Они описываются следующими зависимостями.
Ток затвора равен
Ig = Igs + Igd,
где Igs = In+IrKg
– ток утечки затвор–исток,
Ins = IS·[exp(Vgs/(N·Vt) –1] – нормальный ток,
Irg = ISR· [exp(Vgs/(NR·Vt) –1] – ток рекомбинации,
Kgs = [(1–Vsg/PB)2+0,005]M/2 – фактор генерации,
Igd = Ind+Ird·Kgd+Ii – ток утечки затвор–сток,
Ind = IS· [exp(Vgd/(N·Vt) –1] – нормальный ток,
Ird = ISR· [exp(Vgd/(NR·Vt)-1] – ток рекомбинации,
Kgd = [(1–Vgd/PB)2+0,005]M/2 – фактор генерации,
Ii - ток ионизации, равный
Рис. 4.6. Нелинейная (а) и линейная (б) схемы замещения полевого транзистора с управляющим p–n-переходом и каналом n-типа |
Заметим, что полевой транзистор обедненного типа характеризуется отрицательными значениями VTO<0 (для каналов p- и n-типа), а транзистор обогащенного типа – положительными VTO
Токи стока и истока равны соответственно
Id = Idrain – Igd, Is = – Idrain
–Igs.
В нормальном режиме (Vds
рассчитывается по формулам:
где Vds – напряжение сток–исток, Vgd – напряжение затвор–сток. В инверсном режиме (Vds<0)
Емкости затвор–исток и затвор–сток описываются выражениями
Линейная схема замещения полевого транзистора. Схема приведена на рис. 4.6, б, где дополнительно включены источники флюктуационных токов. Тепловые шумы, создаваемые резисторами RS и RD, имеют спектральные плотности S
Источник тока Iш
Температурные эффекты характеризуются следующими зависимостями:
VTO(T)=VTO+VTOTC· (T – Tnom);
BETA(T)=BETA·1,01
IS(T)=IS·exp[EG(Tnom)/(N·Vt) ·(T/Tnom – 1)](T/Tnom)
ISR(T)=ISR·exp[EG(Tnom)/(NR·Vt) ·(T/Tnom–1)](T/Tnom)
PB(T)=PB·T/Tnom-3Vt·ln(T/Tnom) –EG(Tnom)·T/Tnom+EG(T);
CGS(T)=CGS{1+M[0,0004(T–Tnom)+1-PB(T)/PB]};
CGD(T)=CGD{1+M[0,0004 (T–Tnom)+1-PB(T)/PB]};
KF(T)=KF·PB(T)/PB, AF(T)=AF·PB(T)/PB.
Зависимость EG от температуры описана в разд. 4.1.
Скалярный коэффициент Area позволяет учесть параллельное соединение однотипных транзисторов, для чего в приведенной выше модели изменяются следующие параметры:
IS=IS·Area, BETA=BETA·Area, RD=RD/Area, RS=RS/Area, CGS=CGS·Area, CGD=CGD·Area.
Значение Area указывается в задании на моделирование при включении транзистора в схему (п. 3.2.6), по умолчанию Area=1.
В качестве примера приведем описание параметров модели транзистора КП303Е
.model KP303E NJF (VTO=-4.12 BETA=782.5u LAMBDA=9.13m
+ RS=21 RD=21 CGS=4.2pF CGD=3.8pF FC=0.5 PB=1 IS=10f)
с библиотеками условных графических изображений
БИБЛИОТЕКИ СТАНДАРТНЫХ СИМВОЛОВ КОМПОНЕНТОВПакет программ Design Center 6.2 поставляется вместе с библиотеками условных графических изображений компонентов и их математическими моделями. Приведем сокращенный список библиотек математических моделей:
7400.lib,..., 74s.lib, dig_pal.lib – цифровые устройства;
bipolar.lib – биполярные транзисторы;
diode.lib – диоды;
jfet.lib – полевые (JFET) транзисторы;
linear.lib – линейные ИС (операционные усилители, ОУ и компараторы напряжения);
magnetic.lib – ферромагнитные сердечники трансформаторов;
misc.lib – разнообразные компоненты;
opto.lib – оптоэлектронные пары;
pwrbjt.lib – мощные биполярные транзисторы (BJT);
pwrmos.lib – мощные МОП-транзисторы (MOSFET);
xtal.lib – кварцевые резонаторы;
thyristr.lib – тиристоры.
Кроме того, имеются библиотеки компонентов, выпускаемых отдельными фирмами, например:
anlg_dev.lib – операционные усилители и др. ИС фирмы Analog Devices/Precision Monolithics;
burr_brn.lib – операционные усилители фирмы Burr-Brown;
harris.lib – операционные усилители фирм Harris, Analog Division;
lin_tech.lib – операционные усилители фирмы Linear Technology;
tex_inst.lib – операционные усилители фирмы Texas Instruments.
Каждой библиотеке математических компонентов, имеющих расширение имени .lib, соответствует библиотека их символов, имеющая расширение .slb. Помимо этого имеются следующие библиотеки стандартных символов:
amb. slb – управляемые источники напряжения и тока типов E и G (функциональные блоки);
analog.slb – дискретные аналоговые компоненты (R, C, L, E, F, G, H, T, переменный резистор, магнитные сердечники);
breakout.slb – полупроводниковые приборы, потенциометр, ЦАП, АЦП, ОЗУ, ПЗУ;
connect.slb – контакты, разъемы;
marker.slb – маркеры, помечающие узлы схемы и ветви для вывода их потенциалов и токов на экране программы Probe по результатам моделирования;
port.slb – “земля”, “корпус”, соединители цепей, цепи логическая “1”, логический “0”, неподсоединенный вывод цифрового компонента, соединители страниц, порты интерфейса;
source.slb – источники аналоговых и цифровых сигналов;
special.slb – директивы задания на моделирование.
Приведем каталог этих библиотек.
Пример моделирования
В качестве примера моделирования смешанных аналого-цифровых цепей с обратной связью выберем импульсный фазовый детектор (ФД) [8] (рис. 6.19). В его состав входят два RS-триггера X1, X2 типа 133ТМ2, на входы синхронизации которых подключены два источника импульсных напряжений V1, V2 (на входах D и S постоянно установлен уровень “1”). Выходные сигналы триггеров управляют транзисторными ключами, заряжающими емкости С10, С12, входящие в состав сглаживающего фильтра импульсной фазовой автоподстройки (ИФАП). При подаче отпирающего импульса на вход ключа на транзисторах Q1, Q3 потенциал выходного узла 13 увеличивается, а при отпирании другого ключа на транзисторе Q2 – уменьшается. Сброс триггеров производится по сигналу с выхода схемы НЕ–ИЛИ в момент перекрытия во времени входных импульсов. Задержка сброса определяется временем переключения триггеров и вентиля НЕ–ИЛИ и запаздыванием в цепочке R4, C8. Рис. 6.19. Импульсный фазовый детектор |
Приведем задание на моделирование импульсного фазового детектора:
Pulse frequency detector
X1 $D_HI 2 40 $D_HI 3 $D_NC 133TM2
X2 $D_HI 2 41 $D_HI 5 $D_NC 133TM2
X3 3 5 6 133LA3
.PARAM TAU1=0ns TAU2=50ns
V1 40 0 PULSE (0 5 {10ns+TAU1} 1ns 1ns 98ns 200ns)
V2 41 0 PULSE (0 5 {10ns+TAU2} 1ns 1ns 98ns 220ns)
VP 8 0 20V
Q1 7 5 10 KT312A
Q2 13 11 12 KT312A
Q3 13 7 9 KT326B
R4 6 2 100
R5 3 11 470
R6 8 7 3.3k
R7 10 0 2.2k
R9 8 9 1.5k
R10 12 0 1.5k
R11 14 0 1k
C8 2 0 22pF
C10 13 14 0.01uF
C12 14 0 0.01uF
.TRAN 5ns 10us
.PROBE V(13) V(3) V(5) D(40) D(41) D(3$AtoD) D(6$DtoA)
.LIB digital.lib
.LIB qrus.lib
.END
В директивах .LIB указаны имена файлов библиотек, в которых записаны модели цифровых ИС и биполярных транзисторов. Для источников импульсных входных сигналов V1, V2 заданы неравные периоды повторения, что соответствует режиму биений на выходе ФД.
При выполнении моделирования под управлением Schematics по команде Analysis/Setup/Transient задаются параметры режима расчета переходных процессов. Дополнительно в меню Digital Setup (рис. 6.20) в разделе Timing выбираются значения задержек, в разделе Default A/D interface – тип интерфейса А/Ц, устанавливаемый по умолчанию, а в разделе Flip-flop Initialization – начальные состояния триггеров (по умолчанию они имеют неопределенное состояние X).
В текстовом задании на моделирование приведена директива .PROBE V(13) V(3) V(5) D(40) D(41) D(3$AtoD) D(6$DtoA) для ограничения объема выходного файла данных (имеет расширение имени .dat). При использовании графического ввода схем с помощью Schematics эквивалентные результаты достигаются при выборе в меню команды Analysis/Probe Setup опции Data Collection/At Markers Only – в выходной файл будут переданы только данные о переменных, помеченных маркерами.
 Рис. 6.20. Установка параметров моделирования цифровых устройств |
Результаты моделирования показаны на рис. 6.21, полученном с помощью программы Probe. На верхнем экране показаны логические уровни входных сигналов в узлах 40, 41, 3 5 6 и 2 , на среднем – аналоговые напряжения на входах ключей в узлах 3, 5, на нижнем – напряжение на выходе ФД в узле 13, позволяющее оценить период и амплитуду биений. Расчет переходных процессов, представленных на рис. 6.21, занимает 10 с на ПК c процессором 486DX4/100 МГц.
 Рис. 6.21. Результаты моделирования |
В заключение отметим, что для реализации графического ввода схем аналого-цифровых устройств с помощью Schematics цифровые компоненты должны быть представлены в виде макромоделей, составляемых на основе справочных данных [24, 28].
Прочие директивы
Параметры и режимы работыпрограммы PSpice устанавливаются с помощью директивы (Options)
.OPTIONS [имя опции]* [<имя опции> = <значение>]*
Например:
.OPTIONS NOPAGE NODE RELTOL=1e-4
Опции перечисляются в любом порядке. Они подразделяются на два вида: 1) опции, имеющие численное значение; 2) опции, не имеющие численного значения (их можно назвать флагами, находящимися в положении “включено” или “выключено”).
Приведем список флагов (в скобках указаны значения по умолчанию):
ACCT – вывод статистики времени выполнения всех видов анализа характеристик цепи и других данных о задании на моделирование (N);
EXPAND – включение в описание схемы описания макромодели (N);
LIBRARY – включение в описание схемы описания моделей из библиотечных файлов (N);
LIST – вывод списка всех компонентов цепи (N);
NOBIAS – запрещение вывода в выходной файл значений узловых потенциалов в рабочей точке (N);
NODE – печать списка соединений (N);
NOECHO – запрещение включения в выходной файл части описания схемы, располагаемой после строки с директивой .OPTIONS (N);
NOMOD – запрещение вывода списка параметров моделей (N);
NOOUTMSG – подавление передачи в выходной файл сообщений об ошибках моделирования (N);
NOPAGE – запрещение перевода страниц в выходном файле (N);
NOPRBMSG – подавление передачи в файл данных для программы Probe сообщений об ошибках моделирования (N);
NOREUSE – запрещение автоматического сохранения и восстановления информации о режиме по постоянному току при вариации температуры, статистическом анализе, расчете наихудшего случая и при вариации параметров (N);
OPTS – вывод значений всех опций (N).
Если какой-либо флаг не указан, то по умолчанию устанавливается режим, противоположный описанному выше.
Опции, имеющие численные значения, представлены в табл. 3.19.
Таблица 3.19.
| Имя опции | Наименование | Размерность | Значение по умолчанию | ||||
| ABSTOL | Допустимая ошибка расчета токов в режиме TRAN | А | 10 | ||||
| CHGTOL | Допустимая ошибка расчета заряда в режиме TRAN | Кулон | 10 | ||||
| CPTIME | Максимальное время работы процессора, разрешенное для выполнения данного задания транзистора | с | 10 | ||||
| DEFAD | Диффузионная площадь стока МОП-транзистора | м | 0 | ||||
| DEFAS | Диффузионная площадь истока МОП-транзистора | м | 0 | ||||
| DEFL | Длина канала МОП-транзистора | м | 10 | ||||
| DEFW | Ширина канала МОП- транзистора | м | 10 | ||||
| DIGERRDEFAULT | Максимальное количество контролируемых ошибок цифровых устройств | 20 | |||||
| DIGERRLIMIT | Максимальное количество сообщений об ошибках в цифровых устройствах | 0 | |||||
| DIGDRVF | Минимальное выходное сопротивление цифровых устройств (для моделей UIO) | Ом | 2 | ||||
| DIGDRVZ | Максимальное выходное сопротивление цифровых устройств (для моделей UIO) | кОм | 20 | ||||
| DIGFREQ | Частота дискретизации при анализе цифровых устройств | Гц | 109 | ||||
| DIGINITSTATE | Установка начального состояния триггеров: 0 – сброс; 1 – установка; 2 – X | 2 | |||||
| DIGOVRDRV | Отношение выходных сопротивлений цифровых устройств, при которых изменяется состояние общего выходного узла | | 3 | ||||
| DIGIOLVL | Уровень интерфейса А/Ц, Ц/А по умолчанию | 1 | |||||
| DIGMNTYMX | Селектор выбора задержки цифрового устройства по умолчанию: 1 – минимум; 2 – типичное значение; 3 – максимум; 4 – мин/макс (наихудший случай для цифровых устройств) | 2 | |||||
| DIGMNTYSCALE | Масштабный коэффициент для расчета минимальной задержки | 0,4 | |||||
| DIGTYMXSCALE | Масштабный коэффициент для расчета максимальной задержки | 1,6 | |||||
| DIGOVRDRV | Отношение выходных сопротивлений цифровых устройств, при которых изменяется состояние общего выходного узла | 3 | |||||
| DISTRIBUTION | Закон распределения отклонений параметров от номинальных значений | UNIFORM | |||||
| GMIN | Минимальная проводимость ветви цепи (проводимость ветви, меньшая GMIN, считается равной нулю) | См | 10 | ||||
| ITL1 | Максимальное количество итераций в режиме DC | 40 | |||||
| ITL2 | Максимальное количество итераций при расчете передаточных функций по постоянному току при переходе к последующей точке | 20 | |||||
| ITL4 | Максимальное количество итераций при переходе к следующему моменту времени в режиме TRAN | 10 | |||||
| ITL5 | Общее максимальное количество всех итераций в режиме TRAN (установка ITL5=0 означает бесконечность) | 0 | |||||
| LIMPTS | Максимальное количество точек, выводимых в таблицу или на график (LIMPTS=0 означает бесконечность) | 0 | |||||
| NUMDGT | Количество значащих цифр в таблицах выходных данных (не более 8) | 4 | |||||
| PIVREL | Относительная величина элемента строки матрицы, необходимая для его выделения в качестве ведущего элемента (режим AC) | 10 | |||||
| PIVTOL | Абсолютная величина элемента строки матрицы, необходимая для его выделения в качестве ведущего элемента (режим AC) | 10 | |||||
| RELTOL | Допустимая относительная ошибка расчета напряжений и токов в режиме TRAN | 0,001 | |||||
| TNOM | Номинальная температура | | 27 | ||||
| VNTOL | Допустимая ошибка расчета напряжений в режиме TRAN | В | 10 | ||||
| WIDTH | Длина строки выходного файла (аналогично директиве .WIDTH) | 80 |
В процессе моделирования программа PSpice генерирует различные сообщения, которые передаются в выходной файл и файл данных для программы Probe. Список сообщений о специфических ошибках в процессе моделирования цифровых устройств приведен в табл. 3.20.
Таблица 3.20
|
Тип сообщения |
Объяснение ошибок |
|
Нарушение временных соотношений |
|
|
SETUP |
Минимальное время установки сигнала |
|
HOLD |
Минимальное время удержания сигнала |
|
RELEASE |
Минимальное время, в течение которого сигнал неактивный (обычно для выполнения контроля типа CLEAR) |
|
WIDTH |
Минимальная длительность импульсов |
|
FREQUENCY |
Минимально или максимально допустимая частота переключений |
|
GENERAL |
Обнаружение ошибки устройством контроля, заданного с помощью булевского выражения |
|
Гонки сигналов |
|
|
AMBIGUILTY CONVERGENCE |
Временная неопределенность, связанная с одновременным поступлением на один вход импульсов со спадающим и нарастающим фронтами |
|
CUMULATIVE AMBIGUILTY |
Неопределенности уровней сигналов, связанные с суммированием частично перекрывающихся фронтов импульсов |
|
DIGITAL INPUT VOLTAGE |
Предупреждающее сообщение о том, что входной сигнал находится вне допустимого диапазона напряжений. Моделирование продолжается, заменяя входное напряжение граничным значением |
|
NER-STATE CONFLICT |
При подаче на один вход одновременно нескольких сигналов различного уровня моделировщик заменяет его неопределенным сигналом Х |
|
SUPPRESSED GLITCH |
Короткие импульсы, длительность которых меньше задержки переключения, игнорируются моделировщиком |
|
PERSISTENT HAZARD |
Появление гонок сигналов на внешних портах |
|
ZERO-DELAY-OSCILLATION |
При изменении логического уровня выходного узла более чем 50 раз за единичный временной дискрет узел считается осциллирующим и моделирование прекращается |
Таблица 3.21
|
Параметр |
Значение |
|
NUNODS |
Количество узлов схемы устройства без учета подсхем |
|
NCNODS |
Количество узлов схемы устройства с учетом подсхем |
|
NUMNOD |
Общее количество узлов схемы замещения устройства с учетом внутренних узлов встроенных моделей компонентов |
|
NUMEL |
Общее количество компонентов устройства с учетом подсхем |
|
DIODES |
Количество диодов с учетом подсхем |
|
BJTS |
Количество биполярных транзисторов с учетом подсхем |
|
JFETS |
Количество полевых транзисторов с учетом подсхем |
|
MFETS |
Количество МОП-транзисторов с учетом подсхем |
|
GASFETS |
Количество арсенид-галлиевых полевых транзисторов с учетом подсхем |
|
NDIGITAL |
Количество цифровых устройств с учетом подсхем |
|
NSTOP |
Размерность воображаемой матрицы цепи (фактически не все элементы разреженных матриц хранятся в памяти) |
|
NTTAR |
Фактическое количество входов в матрице цепи в начале вычислений |
|
NTTBR |
Фактическое количество входов в матрице цепи в конце вычислений |
|
NTTOV |
Количество ненулевых элементов матрицы цепи |
|
IFILL |
Разность между NTTAR и NTTBR |
|
IOPS |
Количество операций с плавающей запятой, необходимых для решения одного матричного уравнения цепи |
|
PERSPA |
Степень разреженности матрицы цепи в процентах |
|
NUMTTP |
Количество шагов интегрирования переходного процесса |
|
NUMRTP |
Количество моментов времени при расчете переходного процесса, при которых шаг интегрирования был слишком велик и расчет повторен с меньшим шагом |
|
NUMNIT |
Общее количество итераций при расчете переходного процесса |
|
DIGTP |
Количество временных шагов при логическом моделировании |
|
DIGEVT |
Количество логических событий |
|
DIGEVL |
Количество вычислений логических состояний цифровых устройств |
|
MEMUSE |
Размер используемой области ОЗУ в байтах |
|
READIN |
Время, затраченное на чтение входного файла и поиск ошибок в нем |
|
SETUP |
Время, затраченное на формирование матрицы цепи |
|
DC sweep |
Время, затраченное на расчет передаточных функций по постоянному току |
|
Bias point |
Время, затраченное на расчет режима по постоянному току в рабочей точке |
|
Matrix solution |
Время, затраченное на решение матричного уравнения |
|
Matrix load |
Время, затраченное на составление уравнений компонентов |
|
Digital simulation |
Время, затраченное на вычисление логических состояний цифровых устройств |
|
AC and noise |
Время, затраченное на расчет в частотной области |
|
Transient analysis |
Время, затраченное на расчет переходного процесса |
|
Monte Carlo |
Время, затраченное на выполнение директив .MC и .WCASE |
|
OUTPUT |
Время, затраченное на переформатирование данных, необходимое перед выполнением директив .PRINT и .PLOT |
|
OVERHEAD |
Время, затраченное на выполнение задания |
|
Total job time |
Общее время выполнения задания, за исключением времени, затраченного на загрузку файлов программы PSpice |
В начале знакомства с PSpice рекомендуется воспользоваться установкой параметров директивы .OPTIONS по умолчанию и изменять их по мере надобности после приобретения опыта моделирования.
Задание текстовых переменных, текстовых выражений и имен файлов производится по директиве
.TEXT <<имя> = "<имя файла>">*
.TEXT <<имя> = |<текстовое выражение>|>*
Директива .TEXT используется только при моделировании цифровых устройств. Текстовые параметры используются в следующих случаях:
– для указания имени JEDEC-файла программируемых логических матриц;
– для указания Intel Hex-файла для программирования ПЗУ или начальной записи в ОЗУ;
– для указания имени файла генератора цифровых сигналов FSTIM;
– для задания текстового параметра макромодели;
– как часть текстового выражения, используемого в указанных выше целях.
Спецификация внешних портов выполняется по директиве (введена впервые в Design Center 6.1)
.EXTERNAL <атрибут> <имя узла>*
Параметр <атрибут> принимает одно из значений INPUT (входной), OUTPUT (выходной) или BIDIRECTIONAL (двунаправленный) в соответствии с назначением порта. Внешние порты предназначены для подсоединения периферийных устройств (например, генераторов сигналов) к моделируемой схеме. Приведем примеры
.EXTERNAL INPUT Data1, Data2, Data3
.EXTERNAL OUTPUT P1
.EXTERNAL BIDIRECTIONAL BPort1 BPort2 BPort3
Задание имени файла с описанием внешних воздействий
выполняется по директиве (введена впервые в Design Center 6.1)
.STIMLIB <имя файла[.stl]>
Файл описания внешних сигналов с расширением .stl создается программой Stimulus Editor (разд. 7.1) и делается доступным для моделирования с помощью этой директивы. Расширение имени файла, в том числе и .stl, указывать обязательно.
Задание внешних воздействий выполняется с помощью директивы (введена впервые в Design Center 6.1)
.STIMULUS <имя сигнала> <тип> <параметры>*
Приведем примеры
.STIMULUS InputPulse PULSE (-1mv 1mv 2ns 2ns 50ns 100ns)
.STIMULUS DigitalPulse STIM (1,1)
+ 0s 1
+ 10ns 0
+ 20ns 1
.STIMULUS 50KHZSIN SIN (0 5 50kHz 0 0 0)
Директива .STIMULUS вносится в библиотеки воздействий, созданных с помощью программы Stimulus Editor. Каждое воздействие имеет имя <имя сигнала>, присваиваемое источникам напряжения или тока (типа V или I) или источникам цифровых сигналов (типа STIM).
Программа автоматической трассировки SPECCTRA
Программа SPECCTRA успешно трассирует платы большой сложности благодаря применению нового принципа представления графических данных, так называемой ShapeBased-технологии. В отличие от известных ранее пакетов, в которых графические объекты представлены в виде набора координат точек, в этой программе используются более компактные способы их математического описания. За счет этого повышается эффективность трассировки печатных плат с высокой плотностью расположения компонентов, автоматической трассировки одной и той же цепи трассами разной ширины и др.Автотрассировщик SPECCTRA использует адаптивные алгоритмы, реализуемые за несколько проходов трассировки. На первом проходе выполняется соединение абсолютно всех проводников без обращения внимания на возможные конфликты, заключающиеся в пересечении проводников на одном слое и нарушении зазоров. На каждом последующем проходе автотрассировщик пытается уменьшить количество конфликтов, разрывая и прокладывая вновь связи (метод Rip-up-and-retry) и проталкивая проводники, раздвигая соседние (метод Push-and-shove). Информация о конфликтах на текущем проходе трассировки используется для “обучения” – изменения весовых коэффициентов (штрафов) так, чтобы путем изменения стратегии уменьшить количество конфликтов на следующем проходе.
Система SPECCTRA имеет большое количество команд, которые задаются двояко:
– набором их на командной строке или выбором из системы меню, снабженных панелями диалога и пиктограммами;
– включением команды в текстовый файл, так называемый Do-файл. Протокол выполнения команд заносится в Did-файл, который после редактирования может использоваться как Do-файл.
Трассировка проводников проводится в три этапа:
– предварительная трассировка;
– автотрассировка;
– дополнительная обработка результатов автотрассировки.
Все фазы трассировки выполняются в интерактивном или автоматическом режиме с помощью набора команд:
Bus - разводка только тех выводов компонентов, которые имеют одинаковые координаты X или Y.
Применяется для предварительной трассировки микросхем памяти или других однородных структур;
Fanout - генерация переходных отверстий рядом с контактными площадками планарных компонентов и соединение их короткими проводниками (аналогично стрингерам системы P-CAD);
Route - трассировка абсолютно всех проводников без обращения внимания на конфликты: пересечение проводников в одном слое и нарушение зазоров. Разводка выполняется за несколько проходов. На первом проходе разводятся все проводники. На последующих проходах переразводятся соединения, имеющие конфликты. При этом динамически изменяются весовые коэффициенты (штрафы) так, чтобы постепенно уменьшить количество конфликтов;
Clean - разводка заново всех проводников с прокладкой их по новым трассам, без допуска возникновения новых конфликтов.
Эти команды повторяются неоднократно в разных комбинациях, выбор которых определяет успех трассировки. Типичная последовательность команд выглядит следующим образом:
Bus diagonal
Fanout 5
Route 25
Clean 2
Route 50 16
Clean 4
Дополнительная обработка оттрассированной платы выполняется с помощью команд:
Spread – введение дополнительного зазора между проводниками;
Testpoint – добавление контрольных точек;
Miter – замена изгибов проводников под углом 90
Recorner – замена изгибов проводников под углом 90
Всем объектам печатной платы присваивается определенный уровень иерархии, и вводятся правила трассировки, составляющие стратегию трассировки. В результате можно, например, автоматически проложить трассу, состоящую из сегментов разной ширины, что невозможно в системе P-CAD. В стратегию трассировки можно включить большое количество подкоманд, задающих способы изгиба трасс, центрирование проводников и другие особенности стиля разводки конкретной платы.
Графический редактор EditRoute позволяет проконтролировать разведенную плату и внести в нее следующие изменения:
– провести неразведенные трассы. При проведении трассы вокруг нее для наглядности пунктиром указывается допустимый зазор. В конце трассы стрелками показывается направление наиболее короткого пути и при нажатии кнопки Finish Route прокладка трассы завершается автоматически;
– сдвиг трасс и переходных отверстий. При перемещении сегмента трассы она автоматически огибает препятствия, в частности переходные отверстия. И наоборот, при перемещении переходных отверстий автоматически деформируются проводники, если включена опция Push Routing;
– копирование проводников. Позволяет за одну операцию проложить несколько “подобных” трасс;
– замена типов переходных отверстий;
– удаление петель и изломов проводников, изменение их ширины.
Помимо обычного контроля соблюдения технологических зазоров типа проводник–проводник, проводник–переходное отверстие и т.п. в системе SPECCTRA выполняется контроль максимальной длины параллельных проводников, расположенных на одном или двух смежных слоях, что позволяет уменьшить уровень перекрестных искажений и уровень шума проектируемого устройства. Контролируется также максимальное запаздывание сигнала в отдельных цепях.
Вызов программы SPECCTRA производится автономно из среды Windows или из программы PCBoards. В последнем случае в меню Tools выбираются команды настройки конфигурации автотрассировщика CCT:Setup и CCT:Net Rules (см. разд. 8.1.2) и команда начала автотрассировки CCT:Autoroute. В результате начнется выполнение трассировки текущей платы в автоматическом режиме, по окончании которого управление будет передано обратно в PCBoards. Экран программы SPECCTRA в режиме автотрассировки показан на рис. 8.5.
 Рис. 8.5. Экран программы SPECCTRA в режиме автотрассировки |
В самом нижнем окне OUTPUT дается подробная текущая информация о ходе выполнения каждой фазы трассировки.
Назначения пиктограмм приведены в табл. 8.7.
Таблица 8.7
|
Пиктограмма |
Эквивалентная команда |
Пиктограмма |
Эквивалентная команда |
 |
Режим размещения компонентов |
 |
Трассировка проводников (Edit Route Mode) |
 |
Режим трассировки проводников (Route) |
 |
Сдвиг трассы (Move Route Mode) |
 |
Перечерчивание экрана (Repaint) |
 |
Копирование трассы (Copy Route Mode) |
 |
Масштабирование изображения на полный экран (Fit view) |
 |
Спрямление трассы (Critic Route Mode) |
 |
Список слоев (Layer panel) |
 |
Разрезание сегмента трассы (Cut Segment Mode) |
 |
Отчет о плате (Status report) |
 |
Удаление сегмента трассы (Delete/Segment Mode) |
 |
Режим измерения расстояний (Measure Mode) |
 |
Перемещение компонентов (Move Comp Mode) |
 |
Режим выбора компонентов (Select Component Mode) |
 |
Проталкивание компонентов (Mode Comp Push) |
 |
Режим выбора цепей (Select Net Mode) |
 |
Поворот компонентов на 90o (Mode Pivot 90) |
 |
Режим выбора проводников (Select Wire Mode) |
 |
Перенос компонента на противоположную сторону платы (Mode Flip) |
 |
Режим выбора в окне (Select Guide Mode) |
 |
Перестановка двух компонентов (Mode Trade) |
 |
Отсутствие лицензии на запрашиваемую команду |
 |
Выравнивание двух или более компонентов (Mode Align) |
INTERACTIVE ROUTE
Setup...
Select: Component Mode
Net Mode
Wire Mode
Guide Mode
UnSelect All Objects
Measure Mode
Edit Route Mode
Move Route Mode
Copy Route Mode
Critic Route Mode
Change Via Mode
Change Wire Mode
Cut Segment Mode
Delete
Undo
Щелчок по пиктограмме
В этом режиме нажатие правой кнопки мыши активизирует его меню:
INTERACTIVE PLACE
Setup...
Select: Component Mode
Gate Mode
Subgate Mode
Pin Mode
Terminator Mode
Unselect All Objects
Measure Mode
Place Components: Place Connect. Mode
Guided Place Connect. Mode
Guided Place Overlap Allowed Mode
XY Location...
Place List Mode...
Move Comp Mode
Push Comp Mode
Pivot Comp Mode
Flip Comp Mode
Trade Comp Mode
Align Comp Mode
Swap
Undo
После запуска SPECCTRA в автономном режиме на экран выводится панель начального диалога, показанная на рис. 8.6.
 Рис. 8.6. Начальный диалог программы SPECCTRA |
В меню начальной загрузки на рис. 8.6 на первой строке Design/Session File указывается имя полученного в результате трансляции файла печатной платы в формате SPECCTRA (обычно имеет расширение имени .dsn) или имя файла сессии трассировки, созданного по команде File/Write/Session (расширение имени .ses). Остальные строки начального меню заполнять не обязательно – на них указываются имена входных файлов правил трассировки проводников, команд трассировки, список паролей и выходных файлов протоколов команд, сообщений программы, статистики платы и карты цветов.
Обратим внимание, что к программе SPECCTRA дополнительно поставляются несколько опций, расширяющих ее функциональные возможности:
ADV (Advanced) – расширение возможностей настройки стратегии трассировки сложных плат, в частности разных значений ширины трассы и зазоров на разных слоях трассировки, назначение индивидуальных правил трассировки отдельным цепям и т. п.;
DFM (Design for Manufacturability) – повышение технологичности проекта, автоматическая генерация контрольных точек для всех или выделенных цепей, сглаживание углов, увеличение зазоров при наличии свободного пространства;
HYB (Hybrid) – поддержка технологии межслойных переходных отверстий, размещения переходных отверстий рядом с выводами планарных компонентов, технологии монтажа гибкими проводниками;
FST (Fast Circuit) – учет особенностей проектирования высокочастотных устройств, контроль максимальной длины параллельных проводников для уменьшения перекрестных искажений, контроль задержек распространения сигналов, разводка дифференциальных каскадов, скругление углов, специальные правила трассировки для выделенных областей, введение экранирующих цепей.
Кроме того, имеются разные варианты лицензий для разработки двуслойных печатных плат без ограничения количества компонентов, четырехслойных плат с количеством компонентов не более 4000 и 256-слойных печатных плат без ограничения количества компонентов.
Глава 2. ГРАФИЧЕСКИЙ ВВОД СХЕМ
2.1. Общие положения
Графический редактор Schematics пакета Design Center 6.2 на платформе Windows позволяет создавать чертежи принципиальных схем и передавать управление программам PSpice, PLogic, StmEd, Probe, Parts, Polaris, Optimizer и PCBoard.
Изучение основных команд редактора Schematics не занимает много времени, особенно если имеется опыт работы с распространенными системами P-CAD [19] или OrCAD (но знакомство с ними не обязательно). Однако необходимо иметь представление о работе в среде MS Windows .
Возможность редактирования символов – условных графических обозначений (УГО) отдельных компонентов – и нанесения надписей на схему по-русски позволяет создавать чертежи принципиальных схем в соответствии с отечественными стандартами.
Поддерживаются иерархические и многостраничные структуры. Принципиальные схемы, созданные в редакторе Schematics, могут в виде списка соединений передаваться в системы разработки печатных плат P-CAD, PADS, OrCAD, Tango, CADStar, Protel, Scicards и, конечно, в собственный редактор PCBoards системы Design Center для упаковки на печатные платы. С другой стороны, импорт схем возможен только из системы OrCAD. Редактор Schematics управляется с помощью системы ниспадающих меню. Имеется встроенное средство помощи для получения краткой информации о правилах работы с редактором.
Имеется очень интересная возможность моделировать функциональные схемы устройств с разными представлениями каждого блока. Каждому блоку функциональной схемы можно поставить в соответствие несколько схем его замещения. Сначала проводится моделирование на уровне функционального описания каждого блока. Затем для ряда блоков составляются их принципиальные схемы (причем в нескольких вариантах), и выполняется моделирование устройства без перечерчивания его функциональной схемы.
После загрузки графического редактора под управлением Windows (головной модуль программы находится в файле psched.exe) выводится его основной экран (рис. 2.1). В верхней части экрана располагается горизонтальное меню, состав пунктов которого зависит от выбранного режима редактирования:
– редактирование принципиальных электрических схем;
– редактирование символов компонентов.
После загрузки программы устанавливается режим редактирования схем. На схему наносятся изображения символов компонентов, которые соединяются электрическими проводниками или линиями групповой связи (шинами), а также имена цепей и текстовые надписи, редактируются и создаются вновь атрибуты компонентов (перечень их параметров). Схема может располагаться на одной или нескольких страницах, возможны иерархические структуры. Правильность составления схемы проверяется с помощью программы Electrical Rule Check (ERC); отыскиваются, конечно, лишь простейшие ошибки типа неподсоединенных выводов.
В режиме редактирования символов компонентов создаются новые символы и редактируются существующие. Новые символы проще всего создавать копированием графики существующих символов и внесением изменений как в графическое изображение символов, так и в текстовые атрибуты. В этом режиме также редактируется информация об упаковке корпусов компонентов, необходимая для создания списка соединений для проектирования печатных плат.
В центре верхней строки экрана размещается имя файла текущей схемы и номер страницы. Звездочка (*) перед именем схемы означает, что в схему внесены изменения, которые еще не сохранены. После номера страницы в скобках указывается состояние схемы после моделирования: current означает, что после выполнения моделирования схема не изменялась, stale – означает изменение схемы.
 Рис. 2.1. Экран редактора Schematics в режиме редактирования схем |
После выбора команды из меню команд вниз разворачивается подменю со списком подкоманд, ряд которых имеет опции для ее настройки, устанавливаемые в диалоговых окнах. Выбор пункта меню осуществляется с помощью клавиатуры или мыши. При использовании клавиатуры для выбора пункта горизонтального меню нажимается клавиша Alt и одновременно клавиша с буквой, подчеркнутой в имени команды (см. рис. 2.1). Для вызова команды из ниспадающего меню просто нажимается клавиша с подчеркнутой буквой. Кроме того, имеется набор пиктограмм для быстрого вызова наиболее употребительных подкоманд (табл. 2.1). (Пиктограммы впервые появились в версии Design Center 6.2.)
Таблица 2.1
|
Пиктограмма |
Эквивалентная команда |
Пиктограмма |
Эквивалентная команда |
 |
File/New |
 |
Draw/Block (схемы) |
 |
File/Open |
 |
Draw/Text (схемы), Graphics/Text (символы) |
 |
File/Save |
 |
Graphics/Arc (символы) |
 |
Немедленный вывод на принтер |
 |
Graphics/Box (символы) |
 |
View/In |
 |
Graphics/Circle (символы) |
 |
View/Out |
 |
Graphics/Line (символы) |
 |
View/Area |
 |
Graphics/Pin (символы) |
 |
View/Fit |
 |
Edit/Attributes |
 |
Draw/Get New Part (схемы), Part/Get (символы) |
 |
Edit/Symbol (схемы) |
 |
Draw/Wire (схемы) |
 |
Analysis/Setup (схемы) |
 |
Draw/Bus (схемы) |
 |
Analysis/Simulate (схемы) |
Таблица 2.2
|
Клавиша мыши |
Действие |
Функция |
|
Левая |
Одинарный щелчок |
Выбор объекта (выбранный объект изменяет окраску) |
|
Одинарный щелчок на выбранном объекте и удерживание кнопки |
Буксировка выбранного объекта |
|
|
Двойной щелчок при расположении курсора на объекте |
Редактирование выбранного объекта |
|
|
Shift+одинарный щелчок |
Выбор нескольких объектов |
|
|
Двойной щелчок |
Завершение команды |
|
|
Правая |
Одинарный щелчок |
Прерывание команды |
|
Двойной щелчок |
Повторение предыдущей операции |
Выбор – выбор объекта (компонента, проводника, текста и т. п.) осуществляется щелчком левой кнопки мыши. Цвет выбранного графического объекта (символ, проводник, шина) изменяется обычно на красный. При выборе атрибута компонента он окаймляется прямоугольной рамкой, а символ компонента, которому он принадлежит, – пунктирной рамкой.
Выбор следующего объекта отменяет выбор предыдущего. Для одновременного выбора группы из нескольких объектов нужно при их выборе нажать и удерживать кнопку Shift, для исключения объекта из группы нажимается Shift и производится щелчок по объекту. Выбор всех объектов, находящихся в некоторой области, осуществляется нажатием левой клавиши мыши и ее удерживанием при перемещении мыши по схеме – в результате на экране появляется растягивающийся прямоугольник (Region of Interest box, ROI), положение которого фиксируется при отпускании клавиши. Выбранный объект, группу объектов или область можно перемещать, вращать, копировать и удалять.
Буксировка – перемещение одного или нескольких выбранных объектов или области выполняется нажатием и удерживанием левой клавиши мыши, после чего курсор перемещают в новое положение. Фиксация выполняется после отпускания клавиши.
Отмена команды – отмена текущей команды выполняется нажатием на клавиатуре кнопки Esc, выбором режима Cancel в диалоговом окне редактирования или однократным щелчком левой клавиши мыши.
Растягивание – при выполнении команды Draw/Bock на схеме появляется изображение прямоугольного блока, размеры которого изменяются с помощью правой кнопки мыши при нажатии и удерживании кнопки Shift. В режиме редактирования символов аналогично растягиваются линии, прямоугольники, дуги и окружности, введенные по командам Draw/Line, Draw/Box, Draw/Arc, Draw/Circle.
Редактирование атрибутов – двойной щелчок на символе компонента, проводнике, тексте или атрибуте вызывает на экран диалоговые окна редактирования.
Для ускорения работы с графическим редактором ряд наиболее употребительных команд, помимо пиктограмм, вызывается с помощью функциональных клавиш Fn и комбинаций клавиш, назначение которых приведено в табл. 2.3, 2.4.
Таблица 2.3
|
Функциональная клавиша |
Редактирование схем |
Редактирование символов |
|
F1 |
Помощь, Help |
Помощь, Help |
|
F2 |
Перейти на нижний уровень иерархии, Navigate/Push |
Включение сетки, Options/Display Options |
|
F3 |
Перейти на верхний уровень иерархии, Navigate/Pop |
- |
|
F4 |
Привязка текста к сетке, Options/Display Options |
Привязка текста к сетке, Options/Display Options |
|
F5 |
Ортогональность, Options/Display Options |
Автоматическая прокрутка, Options/Display Options |
|
F6 |
Привязка к сетке, Options/Display Options |
Привязка к сетке, Options/Display Options |
|
F7 |
Автоматическая нумерация проводников/портов, Options/Auto-Naming |
- |
|
F8 |
Автоматическое повторение, Options/Auto-Repeat |
Автоматическое повторение, Options/Auto-Repeat |
|
F9 |
Режим “резиновой нити”, Options/Display Options |
- |
|
F10 |
Вывод списка ошибок, File/Current Errors |
Вывод списка ошибок, File/Current Errors |
|
F11 |
Вызов программы моделирования, Analysis/Simulate |
- |
|
F12 |
Вызов программы Probe, Analysis/Probe |
- |
Примечание. Нажатие клавиш Shift+ Fn отменяет действие соответствующей команды.
Таблица 2.4
|
Комбинация клавиш |
Редактирование схем |
Редактирование символов |
|
Ctrl+A |
Просмотр области, View/Area |
Просмотр области, View/Area |
|
Ctrl+B |
Ввод шины, Draw/Bus |
- |
|
Ctrl+D |
Провести проводник заново, Draw/Rewire |
Определение корпуса, Part/Definition |
|
Ctrl+E |
Ввод метки, Edit/Label |
Редактирование упаковочной информации, Packaging//Edit |
|
Ctrl+F |
Зеркальное отображение, Edit/Flip |
Зеркальное отображение, Edit/Flip |
|
Ctrl+G |
Взять новый символ, Draw/Get New Part |
Взять новый символ, Part/Get |
|
Ctrl+H |
- |
Изменить, Edit/Change |
|
Ctrl+I |
Увеличить изображение, View/In |
Увеличить изображение, View/In |
|
Ctrl+L |
Перерисовать, View/Redraw |
Перерисовать, View/Redraw |
|
Ctrl+M |
Пометить маркером цепь для вывода ее потенциала с помощью программы Probe, Markers/Mark Voltage/Level |
- |
|
Ctrl+N |
Перерисовать схему на всю страницу, View/Fit |
Перерисовать символ на весь экран, View/Fit |
|
Ctrl+O |
Уменьшить изображение, View/Out |
Уменьшить изображение, View/Out |
|
Ctrl+P |
Поместить на схему символ, Draw Place Part |
Список выводов, Part/Pin List |
|
Ctrl+R |
Повернуть символ на 90 |
Повернуть символ на 90 |
|
Ctrl+S |
Сохранить, File/Save |
Сохранить, File/Save |
|
Ctrl+T |
Ввести текст, Draw/Text |
Тип вывода, Edit/Pin Type |
|
Ctrl+U |
Восстановить удаленный объект, Edit/Undelete |
Восстановить удаленный объект, Edit/Undelete |
|
Ctrl+V |
Взять из буфера, Edit/Past |
Взять из буфера, Edit/Past |
|
Ctrl+W |
Ввеcти проводник, Draw/Wire |
- |
|
Ctrl+X |
Копировать в буфер, Edit/Cut |
Копировать в буфер, Edit/Cut |
|
Delete |
Удалить объект, Edit/Delete |
Удалить объект, Edit/Delete |
|
Пробел |
Повторить, Draw/Repeat |
Повторить, Draw/Repeat |
Редактирование принципиальных схем
Редактирование принципиальных схем осуществляется с помощью ряда команд, сгруппированных в следующих пунктах горизонтального меню:
File – загрузка, создание и сохранение файлов схем, вывод схем на принтер или плоттер, переход в режим редактирования символов;
Edit – редактирование или удаление символов компонентов на текущей схеме;
Draw – ввод проводников, шин и размещение символов компонентов на текущей странице схемы;
Navigate – выбор страницы схемы для редактирования;
View – изменение масштаба изображения схемы на экране;
Options – установка параметров дисплея и принтера/плоттера;
Analysis – создание списка соединений схемы, поиск ошибок в схеме, вызов программ моделирования PSpice или PLogic и программы Probe;
Tools – интерфейс с программами проектирования печатных плат, программ Polaris, Optimizer и PLSyn, создание макромоделей;
Markers – размещение на поле чертежа маркеров, помечающих узлы цепи или выводы компонентов, графики напряжений или токов которых выводятся с помощью программы Probe;
Window – работа с окнами;
Help – вызов средств помощи.
Приведем сначала краткое описание команд редактирования принципиальных схем.
|
Команда |
Назначение |
||
|
Меню File |
|||
|
New... |
Очистка рабочего окна для построения новой схемы |
||
|
Open... |
Открытие (загрузка) существующего файла схемы для последующего редактирования |
||
|
Close |
Закрытие текущего окна (если схема была изменена, предлагается ее сохранить) |
||
|
Import... |
Загрузка схемы из системы OrCAD |
||
|
Save (Ctrl+S ) |
Сохранение внесенных изменений в текущем файле |
||
|
Save As... |
Сохранение внесенных изменений в новом файле, имя которого указывается по дополнительному запросу |
||
|
Print... |
Вывод твердой копии одной или более страниц текущей схемы |
||
|
Printer Select... |
Установка параметров принтера: разрешающая способность, размер бумаги, горизонтальное (Landscape) или вертикальное (Portrait) расположение изображения на бумаге |
||
|
Edit Library... |
Переход в режим редактирования библиотек символов |
||
|
Symbolize... |
Преобразование текущей схемы в символ. Внешние выводы схемы помечаются входными (IF_IN), выходными (IF_OUT) и общего назначения (INTERFACE) портами из библиотеки port.slb. Создаваемое автоматически изображение символа имеет форму прямоугольника, доступную для редактирования |
||
|
Reports... |
Создание перечня элементов текущей схемы (Bill of Materials), спецификация которого задается по команде Setup: |
||
|
|
Format |
Задание формата вывода атрибутов: [пояснительный текст]@<имя атрибута> |
|
|
|
Component Description File |
Задание имени файла описания компонентов (.cdf) для включения его в спецификацию схемы |
|
|
|
Print Output Format |
Текстовый формат, упорядоченный по типам компонентов (Text) или по именам/значениям атрибутов (Database) |
|
|
Current Errors... (F10) |
Просмотр списка ошибок текущей схемы, обнаруженных при выполнении команды ERC и составлении списка соединений |
||
|
Exit (Alt+F4) |
Завершение работы с графическим редактором |
||
|
Файл 1, ... , Файл 4 |
Список последних четырех загруженных файлов |
||
|
Меню Edit |
|||
|
Undelete (Ctrl+U) |
Восстановление последнего удаленного объекта |
||
|
Cut (Ctrl+X, Delete) |
Удаление объекта(ов) на схеме и помещение его (их) в буфер |
||
|
Copy (Ctrl+C) |
Копирование объекта(ов) в буфер для последующего размещения на схеме по команде Paste |
||
|
Paste (Ctrl+V) |
Размещение на схеме последнего объекта, занесенного в буфер по команде Cut или Copy. (После помещения символа в буфер обмена по команде Past он копируется на схему также нажатием клавиши [Пробел]) |
||
|
Copy to Clipboard |
Копирование выбранной прямоугольной области схемы в буфер обмена Clipboard системы Windows |
||
|
Delete (Del) |
Удаление выбранного объекта(ов) со схемы (содержимое буфера не стирается) |
||
|
Attributes... |
Редактирование атрибутов выбранного объекта(ов). Все внесенные изменения относятся к выбранному символу и не переносятся в библиотеку |
||
|
Label... (Ctrl+E) |
Присвоение имени (метки) выбранному проводнику, сегменту шины или порту |
||
|
Model... |
Просмотр и редактирование директив .MODEL или .SUBCKT выбранного символа. Измененные директивы заносятся в отдельный файл и доступны только для текущей схемы. Эту же процедуру можно сделать с помощью программы Parts. Имеются подрежимы: |
||
|
Change Мodel Reference... |
Просмотр и изменение имени модели выбранного компонента |
||
|
Edit Instance Мodel (Text)... |
Редактирование копии описания модели или макромодели с помощью текстового редактора. В этом режиме добавляются параметры модели, необходимые для учета разброса параметров по методу Монте-Карло (что невозможно с помощью Parts) |
||
|
Edit Instance Мodel (Parts)... |
Вызов Parts для редактирования моделей, которые поддерживаются этой программой |
||
|
Stimulus... |
Вызов программы редактирования внешних воздействий Stimulus Editor. Возможно редактирование всех воздействий текущей страницы (current page), текущей схемы (current schematic) и всех воздействий иерархического проекта (all levels of hierarchy) |
||
|
Symbol |
Переход в режим редактирования выбранного символа |
||
|
Views... |
Просмотр списка схем, ассоциируемых с выбранным иерархическим символом (блоком), и изменение имени его схемы. Это дает возможность иметь несколько схем замещения одного иерархического символа |
||
|
Convert Block... |
Преобразование в символ выбранного блока(ов) активного окна после проверки полноты необходимой информации. Блок размещается на схеме по команде Draw/Block |
||
|
Rotate (Ctrl+R) |
Вращение выбранного объекта(ов) на 90 |
||
|
Flip (Ctrl+F) |
Создание зеркального отображения выбранного объекта(ов) |
||
|
Align Horizontal |
Выравнивание точек привязки (origin) всех выбранных объектов (символов, проводников, текста и т. п.) по горизонтали. Объекты выравниваются по самому левому объекту |
||
|
Align Vertical |
Выравнивание точек привязки (origin) всех выбранных объектов (символов, проводников, текста и т. п.) по вертикали. Объекты выравниваются по самому верхнему объекту |
||
|
Replace... |
Замена всех компонентов того же типа, что и выбранный, компонентом другого типа |
||
|
Find... |
Поиск компонентов, проводников и шин схемы. Поиск проводится по имени или значению указываемых атрибутов (символы * и ? разрешаются) |
||
|
Меню Draw |
|||
|
Repeat ([Пробел]) |
Повторение предыдущей команды |
||
|
Place Part... (Ctrl+P) |
Размещение на схеме одного экземпляра компонента, предварительно выбранного по команде Get New Part |
||
|
Text... (Ctrl+T) |
Размещение на схеме текста с изменением его размера. Имя шрифта и его номинальный размер устанавливаются по команде Options/Editor Configuration/Fonts |
||
|
Wire (Ctrl+W) |
Изображение проводника (точка электрического контакта образуется лишь при их Т-образном соединении) |
||
|
Bus (Ctrl+B) |
Изображение шины (линии групповой связи). Шине в целом или ее отдельным сегментам должно быть по команде Edit/Label присвоено имя, включающее в себя имена входящих в нее проводников |
||
|
Block |
Размещение на схеме одного или нескольких блоков (прямоугольной формы), имеющих иерархическую структуру. Подведенные к контуру прямоугольника проводники и шины автоматически подсоединяются к нему и образуют выводы. Имена выводов проставляются по умолчанию и могут быть изменены. По команде Convert Block изображение блока преобразуется в символ. Ассоциация блока с существующей схемой (его схемой замещения) выполняется по команде Edit/Views. Создание схемы замещения блока выполняется по команде Navigate/Push |
||
|
Get New Part... (Ctrl+G) |
Ввод имени компонента, размещаемого на схеме, или его выбор из каталога библиотек (просмотр каталога по опции Browse). Имя компонента, введенное по этой команде, передается команде Place Part |
||
|
Rewire (Ctrl+D) |
Перерисовка проводника или сегмента шины без изменения расположения его крайних точек |
||
|
Меню Navigate |
|||
|
Previous Page... |
Загрузка предыдущей страницы схемы для редактирования |
||
|
Next Page... |
Загрузка следующей страницы для редактирования |
||
|
Select Page... |
Загрузка указанной страницы схемы |
||
|
Create Page... (Ctrl+N) |
Добавление новой страницы к текущей схеме |
||
|
Delete Page... |
Удаление текущей страницы схемы |
||
|
Copy Page... |
Копирование одной или нескольких страниц указанной схемы в текущую схему |
||
|
Edit Page Info... |
Редактирование заголовка страницы схемы (page title) |
||
|
Edit Schematic Instance |
Просмотр и редактирование атрибутов блока или иерархического символа после выполнения команды Push |
||
|
Edit Schematic Definition |
Просмотр и редактирование атрибутов схемы |
||
|
Push (F2) |
Переход на более низкий уровень иерархии выбранного блока или иерархического символа |
||
|
Pop (F3) |
Переход на более высокий уровень иерархии выбранного блока или иерархического символа |
||
|
Top |
Возвращение на самый верхний уровень схемы |
||
|
Where ... |
Вывод на экран информации о иерархической структуре схемы |
||
|
Меню View |
|||
|
Fit (Ctrl+N) |
Изменение масштаба изображения так, чтобы на полном экране разместились все имеющиеся на схеме компоненты, проводники и соединители |
||
|
In (Ctrl+I) |
Увеличение масштаба изображения (центр поля зрения указывается курсором). Степень увеличения назначается с помощью параметра ZOOMFACTOR в файле msim.ini |
||
|
Out (Ctrl+O) |
Уменьшение масштаба изображения (центр поля зрения указывается курсором) |
||
|
Area (Ctrl+A) |
Вывод на весь экран окаймленной части изображения. |
||
|
Previous |
Возвращение к предыдущему масштабу изображения. |
||
|
Entire Page |
Вывод на экран полного изображения страницы схемы, размер которой задан по команде Option/Page Size |
||
|
Redraw (Ctrl+L) |
Перечерчивание экрана |
||
|
Pan-New Center |
Расположение схемы симметрично относительно точки расположения курсора без изменения масштаба |
||
|
Меню Options |
|||
|
Display Options... |
Установка следующих опций дисплея: |
||
|
|
Grid On |
Включение сетки |
|
|
|
Snap to Grid |
Автоматическое перемещение объекта для привязки к узлам сетки при его размещении вне сетки чертежа |
|
|
|
Orthogonal |
Режим ввода только ортогональных линий |
|
|
|
Stay on Grid |
Привязка объектов к узлам сетки |
|
|
|
Snap to Pin |
Привязка концов проводников или сегментов шин к ближайшему выводу компонента, находящемуся в области захвата. Значение ее радиуса назначается в строке Gravity или с помощью параметра SnapToPinGravity файла msim.ini |
|
|
|
Rubberband |
Включение режима прокладки эластичных электрических связей |
|
|
|
Status Line |
Вывод строки состояний |
|
|
|
Cursor X and Y |
Вывод текущих координат курсора в строке состояний |
|
|
|
Toolbar |
Включение/выключение строки инструментов с изображением пиктограмм |
|
|
|
Grid Spacing |
Шаг сетки |
|
|
|
Text Grid |
Привязка текста к узлам сетки (Stay on Grid) и задание ее шага (Grid Size) |
|
|
|
Gravity |
Радиус области захвата |
|
|
Page size... |
Выбор формата чертежа в английской (A, B, C, D, E, X) или метрической системе (А4, А3, А2, А1, А0). В соответствии с типом выбранного формата устанавливается система единиц на схеме. Изменять систему единиц можно на любой стадии работы со схемой |
||
|
Auto-Repeat... |
Автоматическое размещение на схеме копии предыдущего объекта(ов), смещенной на заданное расстояние (после двойного щелчка) |
||
|
Auto-Naming... |
Автоматическое назначение позиционных обозначений компонентов и имен проводников и шин при их размещении на схеме |
||
|
Set Display Level... |
Разрешение размещения на экране и/или твердой копии текста и других параметров компонента: |
||
|
|
Pin Numbers |
Номеров выводов |
|
|
|
Pin Names |
Имен выводов |
|
|
|
Hidden Pins |
Скрытых выводов (обычно это выводы питания и “земли” интегральных схем) |
|
|
|
Title and Border |
Заголовков и границ чертежа |
|
|
|
Page Boundary |
Рамок чертежей страниц |
|
|
|
Junctions |
Точки соединения проводников |
|
|
|
Ports |
Портов |
|
|
|
Markers and ViewPoints |
Маркеров |
|
|
|
RefDes |
Позиционных обозначений компонентов |
|
|
Part Names |
Имен корпусов компонентов |
||
|
Labels |
Имен (меткок) цепей |
||
|
Attribute Text |
Текстовых атрибутов |
||
|
User Def. #1 |
Первого параметра, задаваемого пользователем |
||
|
User Def. #2 |
Второго параметра, задаваемого пользователем |
||
|
User Def. #3 |
Третьего параметра, задаваемого пользователем |
||
|
User Def. #4 |
Четвертого параметра, задаваемого пользователем |
||
|
Editor Configuration... |
Ввод списка имен загружаемых библиотек символов символов, путей доступа к ним и к библиотекам заголовков и всех других параметров конфигурации, устанавливаемых по умолчанию, за исключением конфигурации цвета: |
||
|
Libraries |
Перечень загруженных библиотек символов |
||
|
Libraries Path |
Путь доступа к библиотекам |
||
|
Title Block Symbol |
Имя символа углового штампа страницы чертежа, надписи в котором представлены в виде атрибутов |
||
|
Autosave interval |
Интервал автосохранения |
||
|
Monochrome Mode |
Включение монохромного режима |
||
|
Library Settings |
Редактирование списка загруженных библиотек символов |
||
|
Page Settings |
Задание размеров области печати (Drawing Area), имени символа рамки чертежа (Border Symbol, по умолчанию вычерчивается одинарная линия по периметру чертежа) и расстояния между выводами компонентов (Pin-to-Pin Spacing) для изменения размера символа при печати |
||
|
App Settings |
Выбор программы моделирования (PSpice или PLogic), редактирование командных строк отдельных программ, задание дополнительных файлов конфигурации (вместо msim.ini) |
||
|
Fonts |
Выбор шрифта |
||
|
Pan&Zoom |
Изменение коэффициентов масштабирования |
||
|
Restricted Operations |
Запрещение добавления номера страницы к имени проводника |
||
|
Translators... |
Выбор имени программы, в формате которой составляются списки соединений (PSPICE, PCBOARDS, CADSTAR, EDIF, ORCAD, PADS, PCAD, PROTEL, TANGO, SCICARDS и POLARIS) |
||
|
Меню Analysis |
|||
|
Electrical Rule Check |
Проверка соблюдения правил составления принципиальных электрических схем (ERC). Обнаруженные ошибки просматриваются по команде Current Errors |
||
|
Create Netlist |
Создание списка соединений текущей схемы, в котором указываются все компоненты, их соединения и параметры (в файлах .net и .als), а также файла задания на моделирование .cir, в котором содержатся директивы для программы PSpice, указанные на схеме и созданные по командам Setup |
||
|
Setup |
Задание директив моделирования и их параметров (приведем данные для PSpice): |
||
|
AC Sweep... |
Расчет характеристик линеаризованной схемы в частотной области и уровня ее внутреннего шума |
||
|
Load/Save Bias Points... |
Запоминание/чтение режима схемы по постоянному току |
||
|
DC Sweep... |
Расчет режима по постоянному току при вариации входного напряжения, тока или температуры |
||
|
Monte Carlo/ Worst Case... |
Статистический анализ по методу Монте-Карло/ расчет наихудшего случая |
||
|
Digital Setup |
Спецификация дополнительных данных при анализе переходных процессов цифровых и смешанных устройств (времена задержек, тип интерфейса и установка начальных условий триггеров) |
||
|
Options... |
Задание параметров, контролирующих точность результатов моделирования, и ряда других |
||
|
Parametric... |
Задание варьируемых параметров |
||
|
Temperature... |
Установка температуры (по умолчанию 27 |
||
|
Transient... |
Расчет переходных процессов и спектральный анализ по Фурье |
||
|
Library and Include Files... |
Спецификация библиотек моделей (Library), текстовых файлов (Include) и файлов внешних воздействий (Stimulus), просматриваемых при составлении списков соединений. Эти файлы добавляются как глобальные или локальные для данной схемы |
||
|
Simulate (F11) |
Вызов программы PSpice для моделирования текущей схемы. После вызова этой команды автоматически выполняются команды Annotate, Electrical Rule Check и Create Netlist (если они не были вызваны перед этим вручную). Моделирование выполняется, если в схеме нет ошибок |
||
|
Probe Setup... |
Установка параметров программы Probe: |
||
|
Auto Run Option |
Автоматический вызов программы Probe после завершения моделирования (Automatically Run Probe After Simulation) или после начала моделирования (Monitor Waveforms) |
||
|
At Probe Startup |
Восстановление экрана прошлого сеанса (Restore Last Probe Session), вывод всех графиков переменных, помеченных маркерами (Show All Markers), выбранных маркеров (Show Selected Markers), или никаких (None) |
||
|
Data Collection |
Занесение в файл данных только тех переменных, которые помечены маркерами (At Markers Only), всех переменных (All), всех переменных, за исключением внутренних узлов макромодели (All Exept Internal Subcircuit Data), или ничего (None) |
||
|
Text Data File Format (CSDF) |
Вывод данных в текстовый файл .txt |
||
|
Run Probe (F12) |
Вызов графического постпроцессора Probe для просмотра результатов моделирования в графической форме. При успешном завершении программы PSpice результаты моделирования передаются через файл данных .dat или .txt |
||
|
Examine Netlist... |
Просмотр списка соединений текущей схемы в файле .net (имя текстового редактора указывается в файле msim.ini) |
||
|
Examine Output... |
Просмотр текстового файла .out с результатами моделирования |
||
|
Меню Tools |
|||
|
Annotate... |
Автоматическое присвоение позиционных обозначений компонентам текущей схемы |
||
|
Create Layout Netlist |
Составление списка соединений схемы в формате выбранного редактора печатных плат |
||
|
Run Layout Editor |
Запуск редактора печатных плат, выбранного по команде Configure Layout Editor (при выборе редактора PCBoards название команды изменяется на Run PCBoards) |
||
|
Back Annotate... |
Внесение в схемы изменений, сделанных в печатной плате, на основании файла ECO |
||
|
Configure Layout Editor... |
Выбор текстового редактора и редактирование командной строки для его запуска |
||
|
Browse Netlist |
Просмотр списка соединений схемы (для редактора P-CAD имеет расширение имени .alt) |
||
|
View Package Definition... |
Просмотр упаковочной информации о выбранном компоненте |
||
|
Create Subcircuit.. |
Создание списка соединений подсхемы текущего и всеx более низких уровней иерархии (файл .sub) |
||
|
Run Polaris... |
Вызов панели программы расчета целостности сигналов Polaris |
||
|
Run PLSyn |
Вызов панели настройки конфигурации программы PLSyn |
||
|
Run PSpice Optimizer |
Вызов панели настройки конфигурации программы оптимизации PSpice Optimizer |
||
|
Use Optimized Params |
Назначение оптимизируемым параметрам значений, полученных на предыдущем прогоне процедуры оптимизации |
||
|
Меню Markers |
|||
|
Mark Voltage/Level (Ctrl+M) |
Построение графиков напряжений или логических уровней цепей. Маркеры должны размещаться в любой точке проводника или в конце вывода компонента |
||
|
Mark Voltage Differential |
Размещение на поле схемы двух маркеров, помечающих разность потенциалов |
||
|
Mark Current into Pin |
Размещение на поле схемы маркеров, помечающих выводы компонентов, токи которых наносятся на графики программой Probe. Компоненты имеют два вывода (резистор, диод и т. п.) или три вывода (транзистор) |
||
|
Mark Advanced... |
Размещение на поле схемы дополнительных маркеров: |
||
|
|
vdb |
Напряжение в децибелах (режим AC) |
|
|
idb |
Ток в децибелах (режим AC) |
||
|
vphase |
Фаза напряжения (режим AC) |
||
|
iphase |
Фаза тока (режим AC) |
||
|
vgroupdelay |
Групповое время запаздывания напряжения (режим AC) |
||
|
igroupdelay |
Групповое время запаздывания тока (режим AC) |
||
|
vreal |
Действительная часть напряжения (режим AC) |
||
|
ireal |
Действительная часть тока (режим AC) |
||
|
vimaginary |
Мнимая часть напряжения (режим AC) |
||
|
iimaginary |
Мнимая часть тока (режим AC) |
||
|
POLARIS |
Цепь, для которой в программе Polaris рассчитываются паразитные эффекты |
||
|
IMARKER |
Ток |
||
|
NODEMARKER |
Напряжение узла |
||
|
VDIFFMARKER |
Разность напряжений |
||
|
Clear All |
Удалить со схемы все маркеры на всех страницах |
||
|
Show All |
Вывести в программе Probe графики для всех маркеров на всех страницах |
||
|
Show Selected |
Вывести в программе Probe графики переменных, помеченных выбранными маркерами |
||
|
Меню Window |
|||
|
New |
Открытие нового окна, на котором размещена текущая схема для одновременного просмотра разных фрагментов одной и той же схемы большого размера |
||
|
Close |
Закрытие текущего окна |
||
|
Arrange |
Упорядочивание размещения открытых окон |
||
|
1 <заголовок окна> |
Список открытых окон |
||
|
. . . . |
|||
|
[9 <заголовок окна>] |
|||
|
[Дополнительные окна] |
|||
|
Меню Help |
|||
|
|
|||
|
Index |
Вывод списка разделов встроенной инструкции |
||
|
Keyboard |
Вывод списка назначений функциональных клавиш и комбинаций клавиш |
||
|
Menu Commands |
Вывод инструкции о всех командах |
||
|
Procedures |
Вывод правил настройки конфигурации |
||
|
Using Help |
Вывод кратких указаний по работе со встроенной инструкцией |
||
|
About... |
Вывод номера версии программы и ее регистрационного номера |
||
Примечание. Три точки после имени команды (...) отмечают так называемые расширенные команды, перед выполнением которых необходимо ввести дополнительную информацию на панелях диалога.
 |
1. Работа с графическим редактором начинается с очистки поля экрана (если это необходимо) после выбора команды File/New. Затем по командe Options/Page Size
устанавливается размер схемы. По команде Options/Editor Configuration/Page Settings/Border Symbol на чертеж схемы наносится изображение его рамки, согласованной с установленными размерами схемы. Изображение рамки хранится в виде отдельного символа, например A4, размещаемого в создаваемой пользователем библиотеке, например russian.slb. Аналогично по команде Options/Editor Configuration/Title Block Symbol наносится изображение углового штампа, стандартные надписи в котором представлены в виде атрибутов, редактируемых пользователем (см. ниже). Угловой штамп (или основная надпись) помещаются в отдельном символе, например stamp, по умолчанию на схему помещается символ titleblk. Заметим, что изображения рамки и углового штампа можно нанести на схему по ее завершению. Если символ рамки Border
не указан, то габаритные размеры схемы ограничиваются на экране (и при печати на бумагу) одинарными линиями. Размер схемы (и систему единиц) можно изменять на любой фазе работы со схемой.
2. Далее, в пункте Options настраивают конфигурацию графического редактора (рис. 2.2). При загрузке редактора конфигурация устанавливается по умолчанию, однако полезно убедиться в ее правильности и при необходимости ввести корректировку. В частности, по команде Options/Display Options
устанавливаются шаг координатной сетки (Grid Spacing – рекомендуется шаг 2,5 мм или 0,1 дюйма) и другие параметры дисплея, из которых обязательным является включение режима привязки графических объектов к узлам сетки (Stay on Grid), что необходимо для удобства подсоединения проводников к выводам компонентов.
Редактирование производится в панели диалога этой команды (рис. 2.3). Формат чертежа и система единиц (метрическая/английская) выбираются по команде Options/Page size.
 Рис. 2.2. Меню пункта Options |
 Рис. 2.3. Панель диалога команды Options/Display Options |
3. Редактирование существующей схемы начинается с загрузки SCH-файла по команде File/Open, в результате чего на экране появляется ее чертеж, а в верхней строке горизонтального меню – имя схемы (на рис. 2.1 загружена схема lcosc.sch).
 Рис. 2.4. Панель диалога команды Draw/Get New Part |
 Рис. 2.5. Каталог библиотеки amb.slb |
Выбор компонента завершается нажатием командной кнопки OK, в результате чего на экране появляется изображение компонента, “привязанное” к курсору. Нажатие левой кнопки мыши фиксирует расположение компонента, после чего его можно поместить в другом месте. Нажатие правой кнопки завершает команду.
Команда Draw/Place Part (или Ctrl+P) размещает на схеме один экземпляр текущего компонента (т. е. выбранного ранее по команде Draw/Get New Part). При этом для повторения предыдущей команды не обязательно указывать ее имя – достаточно два раза подряд нажать правую кнопку мыши.
Замечания. 1). В процессе выбора места расположения компонента на схеме его можно повернуть или получить зеркальное изображение нажатием клавиш Ctrl+R (Rotate) или Ctrl+F (Flip).
2). Выбранный компонент (окрашен другим цветом, обычно красным) перемещается на схеме после фиксации и удерживания на нем курсора.
Для проведения моделирования на схеме нужно проставить позиционные обозначения компонентов, что возможно в ручном или автоматическом режиме. Автоматическая простановка осуществляется в процессе ввода компонентов, если по команде Options/Auto Naming выбрана опция Enable Reference Designator. Введенные автоматически позиционные обозначения компонентов редактируются после двойного щелчка мыши при расположении курсора на этом обозначении. Кроме того, после завершения построения схемы по команде Tools/Annotate
можно выполнить переименование позиционных обозначений, а также необходимую для разработки печатной платы упаковку схемы (рис. 2.6).
 Рис. 2.6. Автоматическое переименование позиционных обозначений компонентов и выполнение упаковки схемы |
д., как это требуется по правилам PSpice (см. гл. 3). В версии PSpice для DOS это невозможно, что создает неудобства при оформлении технической документации.
 Рис. 2.7. Панель редактирования атрибутов компонентов |
5. Изображение проводников, соединяющих выводы компонентов, наносится на схему по команде Draw/Wire (Ctrl+W,
Заметим, что при включении параметра Orthogonal
команды Options/Display Options
проводники проводятся только с изломами под прямым углом, а при включении параметра Rubberband проводник при движении курсора растягивается как резиновая нить.
Электрическое соединение пересекающихся проводников отмечается точкой. В редакторе Schematics точка соединения автоматически проставляется только для Т-образных пересечений проводников. Поэтому для обеспечения электрического контакта пересекающихся проводников необходимо сначала нарисовать первый проводник. Затем начать рисовать второй и закончить его (нажатием левой кнопки) в точке пересечения с первым – в результате будет нанесена точка электрического соединения. После этого можно продолжить построение второго проводника от этой точки.
Имя (метка) присваивается проводнику по команде Edit/Label
(Ctrl+E), предварительно выделив его курсором. По этой команде на экран выводится панель ввода имени Set Attribute Value/LABEL, которая также активизируется двойным щелчком мыши по проводнику. Однако для проведения моделирования присваивать вручную имена всем проводникам не обязательно, так как всем неименованным проводникам автоматически присваиваются имена вида $N_0001, $N_0002 и т. д. Ссылаться на них неудобно, поэтому имеет смысл проставить вручную имена тем проводникам, на которые будут сделаны ссылки в процессе моделирования. При этом если по команде Options/Auto-Naming активизирован параметр Auto Naming и задан шаблон (имя первого проводника, например M1), то при выполнении команды Edit/Label выбранным проводникам по порядку автоматически назначаются порядковые номера, увеличивающиеся на единицу, например M1, M2 и т. д.
На схеме обязательно должен быть узел “земли”, имеющий имя 0, – к нему подсоединяется символ AGND (аналоговая “земля”) из библиотеки port.slb.
Обратим внимание, что при выполнении однотипных операций (рисования нескольких проводников, присвоения им имен и т. п.) удобно двойным нажатием правой кнопки мыши повторить выполнение предыдущей команды (ее имя помещено в правой части строки состояний).
7. Изображение шин (линий групповой связи), состоящих из нескольких проводников, наносится на схему по команде Draw/Bus
(Ctrl+B,
8. Размещение на схеме произвольного текста, который выводится на твердую копию чертежа, но не передается в программу моделирования, производится по команде Draw/Text (Ctrl+T,
9. Внесенные в схему изменения записываются в текущий каталог в файл схемы с расширением .sch по команде File/Save
(Ctrl+S). Если схема создана вновь, дополнительно запрашивается имя схемы. Запись схемы в файл с другим именем производится по команде File/Save As.
10. Схемы большого размера помещаются на нескольких страницах. Создание новых страниц и переход на другую страницу осуществляются по командам группы Navigate. Цепи, расположенные на нескольких страницах, соединяются с помощью имеющих одинаковые имена символов GLOBAL из библиотеки port.slb.
11. При моделировании применяются иерархические структуры трех типов – блоки, иерархические символы и макромодели (subcircuits – подцепи):
а) изображение блока в виде прямоугольника размещается на схеме по команде Draw/Block. К контуру блока подводятся внешние проводники и шины – в этих точках автоматически создаются внешние выводы блока и проставляются их номера. Таким образом удобно создать функциональную схему устройства. Схема замещения каждого блока создается по команде Navigate/Push (после выбора блока щелчком левой кнопки мыши), и, в свою очередь, она может иметь вложенные блоки без ограничений на количество уровней иерархии.
На этой схеме автоматически размещаются порты интерфейса (символы INTERFACE), соответствующие внешним выводам блока. После завершения схемы замещения блока к портам подводятся проводники (при создании схемы замещения блока вручную эти символы размещаются на схеме по команде Draw/Get New Part). Обратно на верхний уровень иерархии возвращаются по команде Navigate/Pop. Каждому блоку может соответствовать несколько вариантов схем замещения, что позволяет выполнить моделирование различных вариантов. Подсоединение к блоку конкретной схемы замещения производится по команде Edit/Vies
или двойным щелчком мыши по изображению блока. Схема замещения блока хранится в файле с расширением имени .sch. В принципе блок можно преобразовать в символ по команде Edit/Convert Block, но обратное преобразование невозможно;
б) создание иерархического символа начинается с создания его схемы замещения. К внешним выводам по команде Draw/Get New Part
подключаются интерфейсные порты из библиотеки port.slb:
IF_IN – для левых (входных) выводов;
IF_OUT – для правых (выходных) выводов;
INTERFACE – для остальных выводов.
Всем этим портам присваиваются имена. После этого по команде Edit/Symbolize автоматически создается изображение иерархического символа прямоугольной формы (в дальнейшем его можно отредактировать по команде Edit/Symbol). Изображение иерархического символа заносится в библиотеку с расширением имени .slb, а его схема замещения – в файл .sch;
в) макромодели (подцепи, subcircuits) имеют текстовое описание их схем замещения (см. разд. 3.2.7), что уменьшает вычислительные затраты на моделирование. Схема замещения макромодели создается так же, как для иерархического символа (см. п. 2), а затем выполняется команда Tools/Create Subcircuit. В результате будет создано текстовое описание схемы замещения, на первой строке которого помещена директива .SUBCKT, перечислены имена внешних выводов (присвоенных портам интерфейса) и имя макромодели, совпадающее с именем файла ее схемы замещения.
Последняя строка содержит директиву окончания описания макромодели .ENDS. Текстовое описание макромодели заносится в файл с расширением имени .sub.
12. Моделирование производится после выполнения команд Analysis/Setup (
(
на схеме размещены маркеры, то на экране Probe сразу будут выведены соответствующие графики. Для оперативного вывода графиков сразу после начала моделирования (как в программе Micro-Cap [18]) нужно по команде Analysis/Probe Setup включить опцию Monitor Waveforms.
13. Печать схемы на принтер производится по команде File/Print. Обычным образом выбирается тип принтера, размер бумаги, ориентация схемы (Portrait или Landscape) и ряд других параметров. В частности, в разделе Page Setup
устанавливаются размеры полей сверху, снизу, слева и справа, что позволяет точно позиционировать чертеж на листе бумаги. Затем выбирается масштаб:
Auto-fit: one schematic page per printer page
– автоматический выбор масштаба так, чтобы бумагу выбранного размера целиком заполнил чертеж схемы;
User-definable zoom factor – задание масштаба изображения в процентах.
Толщина линий чертежа изменяется в строке PRINTERLINEWIDTH раздела SCHEMATICS файла конфигурации системы msim.ini – указывается толщина линий в пикселах (например, для матричного 9-игольчатого принтера 1 пиксел соответствует 0,2 мм при масштабе печати 100%).
Программа параметрической оптимизации Optimizer
В Design Center параметрическая оптимизация [1] выполняется методом наискорейшего спуска путем взаимодействия модуля Optimizer с графическим редактором Schematics, программой моделирования PSpice и постпроцессором Probe. Критерий оптимизации – обеспечение заданного значения целевой функции при выполнении ряда линейных и нелинейных ограничений.1. В Schematics создается схема оптимизируемого устройства, на которой с помощью символов OPTPARAM из библиотеки special.slb определяются оптимизируемые параметры (см. пример на рис. 1.1). Щелчком по заголовку символа открывается панель спецификации оптимизируемых параметров (рис. 7.15) и задаются следующие величины:
Name – имя параметра;
Initial Value – начальное значение;
Current Value – текущее значение (вводится либо начальное значение, либо текущее, либо оба);
Lower Limit – нижняя граница изменения параметра;
Upper Limit – верхняя граница изменения параметра;
Tolerance – допуск стандартизованного ряда значений параметров, используемый при округлении значений параметров, в процентах.
 Рис. 7.15. Спецификация варьируемых параметров с помощью символа OPTPARAM |
Нажатие кнопки Add Param добавляет введенные значения к списку параметров.
Введенные таким образом параметры могут быть использованы при задании параметров компонентов схемы (сопротивлений резисторов и т. п.) и их моделей; они заключаются в фигурные скобки { }.
Далее в меню Analysis по команде Setup задают вид анализа и диапазон изменения текущей переменной (частоты, времени, источника постоянного напряжения или глобального параметра). Например, на рис. 7.16 задано единственное значение постоянного напряжения V1=5v в режиме DC.
 Рис. 7.16. Расчет режима DC в единственной точке |
2. Критерий оптимизации задается непосредственно в программе Optimizer, которая вызывается из меню Tools программы Schematics по команде Run Optimizer. Главное окно программы Optimizer показано на рис. 7.17.
 Рис. 7.17. Главное окно программы Optimizer |
В правой верхней части этого окна помещен список значений функций, которые могут быть целевыми функциями или ограничениями (раздел Specifications), в нижней – перечень варьируемых параметров (раздел Parameters). Редактируются они в меню Edit.
Целевые функции рассчитываются с помощью программы Probe. Они задаются следующим образом:
– расчет значения функции в одной точке (как в примере на рис. 7.16);
– расчет значения целевой функции Goal Function, записанной в файл с расширением имени .prb;
– расчет выражений, заданных в программе Optimizer.
Целевые функции программы Probe позволяют рассчитать минимум или максимум функции, расстояние между выделенными точками и т. п.
По команде Specifications меню Edit открывается окно спецификации функций. Нажатием кнопки Add открывается меню функций программы Optimizer (рис. 7.18). С его помощью вводятся следующие данные:
Name – имя функции;
Enabled – включение режима расчета функций на следующей итерации;
Reference – выбор между внутренней спецификацией (Internal), задаваемой в диалоговом окне, и внешней (External), адресуемой к имени файла данных;
Weight – весовой коэффициент функции.
Внутренняя спецификация задается параметрами:
Target – желаемое значение функции;
Range – ширина допустимого диапазона значений функции;
Constraint – включение/выключение режима учета ограничений. Если режим Constraint включен, задаваемая в этом окне функция является ограничением, в противоположном случае – целевой функцией;
Type – тип ограничения: =target – равно, >=target – больше или равно, <=target – меньше или равно заданному значению функции.
Внешняя спецификация задается параметрами:
File – имя файла данных, содержащего значения функции;
X Column Name – заголовок столбца данных, содержащего значения отсчетов переменной x;
Y Column Name – заголовок столбца данных, содержащего значения отсчетов переменной y;
Tolerance – класс допуска при округлении результатов вычислений до стандартных значений.
Остальные параметры имеют следующий смысл:
Analysis – выбор вида анализа (AC, DC или Tran);
Circuit File – имя файла схемы, к которому обращаются при моделировании (если оно не указано, то математические выражения вычисляются непосредственно);
Probe File Containing Goal Functions (.prb) – имя файла целевых функций для программы Probe (расширение имени по умолчанию .prb);
Evaluate – спецификация математического выражения для функции. В него могут входить имена переменных, Goal Function и любых параметров.
 Рис. 7.18. Спецификация целевых функций и ограничений |
По команде Update Derivatives вычисляются чувствительности каждой целевой функции к изменению каждого параметра, равные частным производным. Информация о чувствительностях позволяет выбрать параметры, к изменению которых целевые функции наиболее чувствительны. Матрица чувствительностей отображается на экране по команде Show Derivatives.
Оптимизация в автоматическом режиме запускается по команде Auto/Start. Сначала вычисляется матрица чувствительностей и определяется направление изменения параметров. Движение в этом направлении происходит до тех пор, пока не перестанет уменьшаться разность между текущим и требуемым значениями целевой функции. После этого снова вычисляется матрица чувствительностей и новое направление изменения параметров. По достижении оптимума процесс оптимизации завершается или его нужно остановить по команде Auto/Terminate. Результаты оптимизации отображаются в главном окне программы (рис. 7.17).
Оптимизация в интерактивном режиме начинается с вычисления чувствительностей по команде Update Derivatives. После этого в основном окне программы изменяются значения параметров и выполняется команда Update Performance для расчета новых значений целевых функций.
Однако при этом моделирование не производится, а расчет основывается на матрице чувствительностей. Поэтому в таком режиме изменения параметров должны быть небольшими. Далее снова производится расчет матрицы чувствительностей и вносятся новые изменения в значения параметров.
Заметим, что любой параметр или функцию можно исключить из процесса оптимизации, переведя выключатель около имени параметра или функции в главном меню в положение Disable (крестик должен исчезнуть).
После успешного завершения оптимизации найденные значения параметров отображаются в главном меню. В связи с тем что ряд параметров компонентов, например сопротивления резисторов, не могут принимать любые значения, можно выполнить округление их значений до ближайшей стандартной величины по команде Edit/Round Values. Точность округления определяется параметром Tolerance, который может принимать значения 1, 5 и 10%. Новые значения целевых функций после округления параметров рассчитываются автоматически.
Значения найденных в процессе оптимизации параметров переносятся на схему по команде Edit/Update Schematic. Новые значения параметров отображаются в атрибутах символов OPTPARAM.
Замечание. В связи с тем что никакой регулярный метод оптимизации не может в общем случае обеспечить нахождение глобального экстремума, рекомендуется выполнять параметрическую оптимизацию в два этапа. Сначала проводят статистические испытания по методу Монте-Карло, варьируя параметры в широких пределах. По результатам этих испытаний определяется несколько локальных экстремумов, в окрестности каждого их которых выполняется оптимизация с помощью программы Optimizer. Другой способ – проводят несколько циклов оптимизации, интуитивно выбирая разные начальные значения параметров.
Перечень команд программы Optimizer приведен в табл. 7.6.
Таблица 7.6
|
Команда |
Назначение |
||||
|
Меню File |
|||||
|
New |
Очистка рабочего окна для создания нового файла задания на оптимизацию .opt |
||||
|
Open... |
Открытие (загрузка) существующего файла задания на оптимизацию |
||||
|
Save |
Сохранение внесенных изменений в текущем файле |
||||
|
Save As... |
Сохранение внесенных изменений в новом файле, имя которого указывается по дополнительному запросу |
||||
|
Report |
Создание текстового файла отчета об оптимизации (.oot) |
||||
|
Exit ( Alt+F4) |
Завершение работы |
||||
|
Файл 1, ... , Файл 4 |
Список последних четырех загруженных файлов |
||||
|
Меню Edit |
|||||
|
Parameters... |
Редактирование списка оптимизируемых параметров |
||||
|
Specifications... |
Редактирование списка целевых функций |
||||
|
Store Values |
Копирование текущих значений в качестве начальных значений спецификаций и параметров |
||||
|
Reset Values |
Копирование начальных значений в качестве текущих значений |
||||
|
Round Values |
Замена значения каждого параметра ближайшим стандартным значением (погрешность округления задается параметром Tolerance) |
||||
|
Update Schematic |
Перенос на схему оптимальных значений параметров |
||||
|
Меню Tune |
|||||
|
Update Performance |
Расчет характеристик схемы для начальных и текущих значений каждого параметра |
||||
|
Update Derivatives |
Вычисление чувствительности каждой целевой функции к изменению каждого параметра |
||||
|
Show Derivatives |
Отображение матрицы чувствительностей |
||||
|
Auto |
Управление процессом оптимизации в автоматическом режиме: |
||||
|
|
Start |
Начало оптимизации |
|||
|
|
Terminate |
Прекращение оптимизации |
|||
|
Меню Options |
|||||
|
Defaults ... |
Установка параметров оптимизации: |
||||
|
Delta |
Относительное приращение параметров для расчета производных, в процентах |
||||
|
Max. Iterations |
Максимальное количество итераций в процессе оптимизации |
||||
|
Display |
Имя конфигурации дисплея програмы Probe, предварительно сохраненной по команде Tools/Display Configuration |
||||
|
Advanced Options |
Дополнительные параметры: |
||||
|
Cutback |
Минимальная доля внутреннего шага изменения параметров |
||||
|
Threshold |
Минимальный шаг изменения параметров |
||||
|
One Goal |
Выбор метода минимизации при задании значения функции в одной точке |
||||
|
Recalculate ... |
Режим расчета новых значений параметров и функций: |
||||
|
Auto |
Автоматическое обновление результатов |
||||
|
Manual |
Расчет параметров после нажатия кнопки Parameters, целевых функций – кнопки Results |
||||
|
Меню Help |
|||||
|
|
|||||
|
About ... |
Вывод номера версии программы и ее регистрационного номера |
||||
Программа расчета параметров моделей компонентов Parts
Программа Parts рассчитывает по паспортным данным параметры моделей полупроводниковых приборов (диодов, биполярных, полевых и мощных МОП-транзисторов), макромоделей операционных усилителей, компараторов напряжения, регуляторов напряжения, стабилизаторов напряжения и моделей магнитных сердечников. Математическое описание этих моделей дано в гл. 4, 5.Математические модели компонентов записываются в библиотечные файлы с расширением имени .lib (примеры приведены в Приложении 4). При желании можно составить файлы отдельных моделей, имеющие расширение имени .mod. Помимо параметров математических моделей в эти файлы заносится также протокол ввода паспортных данных, так что при уточнении отдельных параметров нет необходимости вводить заново все паспортные данные. В файлах отлаженных библиотек протокол паспортных данных обычно удаляется, чтобы уменьшить объем файлов, сделать их удобочитаемыми.
Программа Parts вызывается щелчком мыши по одноименной пиктограмме. Она управляется с помощью команд ниспадающего меню. Кроме того, имеется набор пиктограмм для быстрого вызова наиболее употребительных подкоманд (см. табл. 7.7).
Таблица 7.7
| Пиктограмма | Эквивалентная команда | Пиктограмма | Эквивалентная команда | ||||
| Part/New | | View/Out | ||||
| Part/Get | | View/Area | ||||
| Part/Save | | View/Fit | ||||
| Plot/Display | | Plot/X Axis Settings/Linear (Log) | ||||
| Немедленный вывод на принтер | | Plot/Y Axis Settings/Linear (Log) | ||||
| View/In | | Extract/Parameters |
Краткое описание команд программы Parts приведено в табл. 7.8.
Таблица 7.8
| Команда | Назначение | ||||
| Меню File | |||||
| Open/Create Library... (Ctrl+F) | Загрузка/создание файла библиотеки моделей для последующего редактирования | ||||
| Save Library (Ctrl+S) | Сохранение внесенных изменений в текущей библиотеке | ||||
| Save As Library... | Сохранение внесенных изменений в новом библиотечном файле, имя которого указывается по дополнительному запросу | ||||
| Print... (Ctrl+H) | Печать графиков одного или нескольких окон | ||||
| Page Setup... | Настройка параметров страницы | ||||
| Printer Select... | Выбор типа принтера | ||||
| Log Commands... | Включение/выключение режима составления файла протокола команд (расширение имени .cmd) | ||||
| Run Commands... | Выполнение файла протокола команд | ||||
| Exit (Alt+F4) | Завершение работы с графическим редактором | ||||
| Файл 1, ... , Файл 4 | Список последних четырех загруженных файлов | ||||
| Меню Edit | |||||
| Cut (Ctrl+X, Del) | Удаление одного из дополнительных графиков (для выбора графика курсором отмечается его имя) | ||||
| Parameter (Ctrl+R, двойной щелчок по имени параметра) | Редактирование выбранного параметра модели (расположены в правом списке основного окна). Возможно задание диапазона допустимых значений параметра (Upper, Lower). Щелчок по панели Freez current value from extraction не позволяет изменять введенное значение параметра в процессе обработки паспортных данных | ||||
| Spec (Ctrl+O, двойной щелчок по названию спецификации) | Редактирование выбранной спецификации паспортных данных компонента (расположены в левом списке основного окна) | ||||
| Меню Part | |||||
| New... | Создание новой модели компонента: указывается имя модели на строке Part Name и выбирается ее тип из списка Select Part Type | ||||
| Copy... (Ctrl+C) | Копирование параметров существующей модели из выбранной библиотеки под новым именем в текущую библиотеку | ||||
| Get... (Ctrl+G) | Загрузка параметров выбранной модели из текущей библиотеки | ||||
| Save | Сохранение в библиотеке параметров текущей модели | ||||
| IBIS transistor (Ctrl+B) | Трансляция модели формата IBIS (из файла с расширением имени .ibs) в формат PSpice | ||||
| Export... | Запись параметров текущей модели в отдельный текстовый файл .mod | ||||
| Import... | Импортирование в библиотеку параметров модели из текстового файла .mod | ||||
| Меню Trace | |||||
| Add... (Ctrl+T) | Добавление графика в текущем окне. По умолчанию предлагается построить график при другом значении температуры. Имя варьируемого параметра изменяется по команде Plot/X Axis Settings/Trace Variable | ||||
| Меню Plot | |||||
| Display (Ctrl+D) | Построение графика, соответствующего выбранной спецификации | ||||
| X Axis Settings... | Задание диапазонов значений по оси X: | ||||
| | Data Range | Диапазон изменения | |||
| | Linear | Линейная шкала | |||
| | Log | Логарифмическая шкала | |||
| | Trace Variable | Выбор имени независимой переменной | |||
| Y Axis Settings... | Задание диапазонов значений по оси Y: | ||||
| Data Range | Диапазон изменения (Auto – выбираемый автоматически, User Defined – назначаемый пользователем) | ||||
| Linear | Линейная шкала | ||||
| Log | Логарифмическая шкала | ||||
| Меню View | |||||
| Fit (Ctrl+N) | Изменение масштаба изображения так, чтобы на полном экране разместились все имеющиеся на схеме компоненты, проводники и соединители | ||||
| In (Ctrl+I) | Увеличение масштаба изображения (центр поля зрения указывается курсором). Степень увеличения назначается с помощью параметра ZOOMFACTOR в файле msim.ini | ||||
| Out (Ctrl+O) | Уменьшение масштаба изображения (центр поля зрения указывается курсором) | ||||
| Area (Ctrl+A) | Вывод на весь экран окаймленной части изображения | ||||
| Previous | Возвращение к предыдущему масштабу изображения | ||||
| Entire Page | Вывод на экран полного изображения страницы схемы, размер которой задан по команде Option/Page Size | ||||
| Redraw (Ctrl+L) | Перечерчивание экрана | ||||
| Pan–New Center | Расположение схемы симметрично относительно точки расположения курсора без изменения масштаба | ||||
| Меню Extract | |||||
| Parameters (Ctrl+E) | Расчет параметров математической модели на основании введенных паспортных данных | ||||
| Меню Options | |||||
| Toolbar | Выключение/включение линейки пиктограмм | ||||
| Меню Window | |||||
| Close | Закрытие текущего окна | ||||
| Arrange... | Упорядочение размещения открытых окон | ||||
| 1 <заголовок окна> | Список открытых окон | ||||
| . . . . | |||||
| [9 <заголовок окна>] | |||||
| [Дополнительные окна] | |||||
| Меню Help | |||||
| | |||||
| Index | Вывод списка разделов встроенной инструкции | ||||
| Keyboard | Вывод списка назначений функциональных клавиш и комбинаций клавиш | ||||
| Menu Commands | Вывод инструкции о всех командах | ||||
| Using Help | Вывод кратких указаний по работе со встроенной инструкцией | ||||
| About... | Вывод номера версии программы и ее регистрационного номера |
Поясним принцип работы с Parts на примере создания модели диода. Сначала по команде File/Open/Create Library указывается имя файла библиотеки моделей диодов (если такого файла не существует, то создается новый файл с расширением имени .lib). Далее по команде Part/New (или выбором пиктограммы
CORE – магнитный сердечник;
DIODE – диод;
NMOS (PWR MOSFET) – мощный МОП-транзистор с каналом n-типа;
NPN TRANSISTOR – биполярный n–p–n-транзистор;
OPAMP – операционный усилитель;
PJF – полевой транзистор с каналом p-типа;
PMOS (PWR MOSFET) – мощный МОП-транзистор с каналом p-типа;
PNP TRANSISTOR – биполярный p–n–p-транзистор;
VOLT. COMPARATOR – компаратор напряжения;
VOLT. REFERENCE – стабилизатор напряжения;
VOLT. REGULATOR – регулятор напряжения.
К введенному в панели Name имени встроенной модели программа добавляет префикс в соответствии с типом модели: к имени диода – букву D, биполярного транзистора – Q, полевого транзистора – J, МОП-транзистора – M, магнитного сердечника – K. Например, если ввести имя модели диода 520A, то программа Parts присоединит к нему префикс D и в библиотеку будет занесена модель D520A. К именам макромоделей, к которым относятся операционные усилители, компараторы, регуляторы и стабилизаторы напряжения, префикс не добавляется.
 Рис. 7.19. Экран ввода паспортных данных |
Паспортные данные вводятся порциями на отдельных экранах в двух режимах:
1) в режиме Device curve вводятся по точкам координаты характеристики, например ВАХ диода, зависимость барьерной емкости p–n-перехода от напряжения смещения и т.
п. (рис. 7.20, а). На экране одновременно помещаются координаты 10 точек; если их больше, то появляется линейка прокрутки. Координаты новой точки вводятся по команде Add. Эти данные рекомендуется вводить в порядке возрастания независимой переменной. Ввод точек завершается командой OK. По команде Plot/Display (или выбором пиктограммы
2) в режиме Device data вводятся значения отдельных параметров устройства (рис. 7.20, б).
  Рис. 7.20. Ввод координат графиков (а) и значений отдельных параметров (б) |
Вызов панели ввода данных осуществляется двойным щелчком на имени их спецификации в левой части изображенного на рис. 7.19 экрана. Редактирование значения отдельных параметров математической модели выполняется после двойного щелчка по его имени в правой части этого экрана. При вводе данных можно пользоваться масштабными множителями, указанными в разд. 3.1.
По команде Trace/Add возможно построить семейство характеристик при вариации температуры или других параметров модели. По умолчанию предлагается построить графики характеристик при изменении температуры (рис. 7.21). Однако по команде Plot/X Axis Settings/Trace Variable можно изменить имя варьируемой переменной. Например, для диодов возможна вариация параметров IS, N, RS, IKF, EG и XTI.
 Рис. 7.21. Построение температурных зависимостей |
Построение модели завершается командой записи обновленных данных в библиотечный файл File/Save Library.
Далее приведем списки вводимых паспортных данных для всех типов компонентов, включенных в программу Parts, и перечень параметров их математических моделей.
Звездочками * в приводимых ниже перечнях отмечены параметры, не оцениваемые в программе Parts; им по умолчанию присваиваются типичные значения (на экране программы Probe в окне Parameters
эти переменные помечены как Fixed).
Диоды. Паспортные данные диода, которые вводит пользователь (тип модели DIODE), и список параметров его математической модели, которые рассчитываются в программе, приведены в табл. 7.9.
Таблица 7.9
|
Символы данных |
Справочные данные |
Параметры модели (Parameters) Имя Значение |
||
|
Прямая ветвь ВАХ |
||||
|
Vfwd, Ifwd |
Координаты точек ВАХ диода |
IS |
10 |
|
|
RS |
0,1 Ом |
|||
|
N |
1 |
|||
|
IKF |
0 |
|||
|
XTI* |
3 |
|||
|
EG* |
1,11 В |
|||
|
Барьерная емкость |
||||
|
Vrev, Cj |
Зависимость барьерной емкости перехода от модуля напряжения обратного смещения |
CJO VJ |
1 пФ 0,75 B |
|
|
M |
0,3333 |
|||
|
FC* |
0,5 B |
|||
|
Сопротивление утечки |
||||
|
Vrev, Irev |
Зависимость тока утечки от абсолютной величины напряжения обратного смещения |
ISR NR |
100 пA 2 |
|
|
Напряжение стабилизации |
||||
|
Vz |
Абсолютная величина напряжения пробоя (стабилизации) при токе Iz |
BV IBV |
100 В 100 мкA |
|
|
Iz |
Ток пробоя (стабилизации) |
|||
|
Zz |
Дифференциальное сопротивление на участке пробоя в точке (Iz, Vz) |
|||
|
Рассасывание носителей заряда |
||||
|
Trr |
Время рассасывания носителей заряда |
TT |
5 нс |
|
|
Ifwd |
Ток диода в прямом направлении до переключения |
|||
|
Irev |
Обратный ток диода после переключения |
|||
|
Rl |
Эквивалентное сопротивление нагрузки (включая выходное сопротивление генератора) |
|||
Таблица 7.10
|
Символы данных |
Справочные данные (Model Spec.) |
Параметры модели (Parameters) Имя Значение |
|
|
Напряжение на p–n-переходе |
|||
|
Vbe |
Смещение база–эмиттер в режиме насыщения |
IS XTI* |
10 3 |
|
Vce |
Смещение коллектор–эмиттер в режиме насыщения |
EG* |
1,11 B |
|
Ib |
Ток базы при заданных Vbe, Vce |
|
|
|
Ib% |
Доля тока коллектора, протекающего через диод коллектор–база с идеальной характеристикой (по умолчанию 80%) |
||
|
Выходная проводимость |
|||
|
Ic, hoe |
Зависимость выходной проводимости при холостом ходе на выходе hoe от тока коллектора Ic |
VAF |
100 B |
|
Vce |
Смещение коллектор–эмиттер Vce=5 В |
||
|
Статический коэффициент передачи по току |
|||
|
Ic, hFE |
Зависимость статического коэффициента усиления тока в схеме ОЭ в нормальном режиме hFE от тока коллектора Ic |
BF NE ISE |
100 1,5 0 |
|
Измерения проводились при смещении коллектор–эмиттер Vce=1 В |
XTB* NK* |
1,5 0,5 |
|
|
Напряжение насыщения коллектор–эмиттер |
|||
|
Ic, Vce |
Зависимость напряжения насыщения коллектор–эмиттер Vce от тока коллектора Ic |
BR NC ISC |
1 2 0 |
|
Отношение тока коллектора к току базы в режиме насыщения Ic/Ib=10 |
IKR RC |
0 0 |
|
|
Барьерная емкость коллектор–база |
|||
|
Vcb, Cobo |
Зависимость выходной емкости Cobo в режиме холостого хода на выходе от напряжения обратного смещения коллектор–база Vcb |
CJC VJC MJC FC* |
2 пФ 0,75 B 0,3333 0,5 |
|
Барьерная емкость эмиттер–база |
|||
|
Veb, Cibo |
Зависимость входной емкости Cibo в режиме холостого хода на входе от напряжения обратного смещения эмиттер–база Veb |
CJE VJE MJE |
5 пФ 0,75 B 0,3333 |
|
Время рассасывания заряда |
|||
|
Ic, ts |
Зависимость времени рассасывания ts от тока коллектора Ic. Отношение тока коллектора к току базы в режиме насыщения Ic/Ib=10 |
TR |
10 нс |
|
Площадь усиления |
|||
|
Ic, fT |
Зависимость граничной частоты коэффициента передачи тока fT в схеме с ОЭ от тока коллектора Ic. Смещение коллектор–эмиттер Vce=10 В |
TF ITF XTF VTF* |
1 нс 1 0 10 В |
Полевые транзисторы.
Паспортные данные полевого транзистора (NJF или PJF), которые вводит пользователь, и список параметров его математической модели, которые рассчитываются в программе, приведены в табл. 7.11.
Таблица 7.11
|
Символы данных |
Справочные данные (Model Spec.) |
Параметры модели (Parameters) Имя Значение |
|
|
Передаточная проводимость |
|||
|
Id, gFS |
Зависимость проводимости прямой передачи gFS от тока стока Id |
BETA BETATCE* |
0,001 –0,5 |
|
RS |
1 Ом |
||
|
RD |
1 Oм |
||
|
Выходная проводимость |
|||
|
Id, gOS |
Зависимость выходной проводимости gOS от тока стока Id |
LAMBDA |
0,01 |
|
Проходная характеристика |
|||
|
Vgs, Id |
Зависимость тока стока Id от смещения затвор–исток Vgs. Смещение сток–исток Vds=15 В |
VTO VTOTC* |
–2,5 В –0,0025 |
|
Проходная емкость |
|||
|
Vgs, Crss |
Зависимость проходной емкости Crss от смещения затвор–исток Vgs. Смещение сток–исток Vds=0 |
CGD M PB FC* |
1 пФ 0,3333 1 0,5 |
|
Входная емкость |
|||
|
Vgs, Ciss |
Зависимость входной емкости Ciss от смещения затвор–исток Vgs. Смещение сток–исток Vds=15 В |
CGS |
1 пФ |
|
Ток утечки затвора в пассивном режиме |
|||
|
Vdg, Igss |
Зависимость тока утечки затвора Igss от смещения сток–затвор Vdg |
IS |
10 |
|
ISR |
10 |
||
|
N |
1 |
||
|
NR |
2 |
||
|
XTI* |
3 |
||
|
Ток утечки затвора в активном режиме |
|||
|
Vdg, Ig |
Зависимость тока утечки затвора Ig от смещения сток–затвор Vdg. Ток стока Id=1 мА |
ALPHA VK |
10 100 В |
|
Уровень внутреннего шума |
|||
|
Freq, en |
Зависимость от частоты эквивалентной спектральной плотности напряжения шума, приведенного ко входу. Ток стока Id=1 мА |
KF AF* |
10 1 |
Мощные МОП-транзисторы. В табл. 7.12 приведены паспортные данные мощного МОП-транзистора (PWR MOSFET), вводимые пользователем, и список параметров его математической модели третьего уровня (LEVEL=3), которые рассчитываются в программе.
Таблица 7.12
|
Символы данных |
Справочные данные (Model Spec.) |
Параметры модели (Parameters) Имя Значение |
|
|
Передаточная проводимость |
|||
|
Id, gFS |
Зависимость проводимости прямой передачи gFS от тока стока Id |
RS KP W L |
20·10 20·10  0,5 2·10 |
|
Проходная характеристика |
|||
|
Vgs, Id |
Зависимость тока стока Id от смещения затвор–исток Vgs |
VTO |
3 В |
|
Сопротивление канала в состоянии “включено” |
|||
|
Rds, Id |
Зависимость статического сопротивления сток–исток Rds от тока истока Id. Смещение затвор–исток Vds=10 В |
RD |
10 |
|
Сопротивление утечки канала при нулевом смещении на затворе |
|||
|
Idss |
Ток стока при нулевом потенциале затвора и напряжении Vds |
RDS |
1 МОм |
|
Vds |
Смещение сток–исток при измерении тока Idss |
||
|
Объемный заряд в состоянии “включено” |
|||
|
Qgd |
Общий заряд области затвора |
CGSO |
40 пФ |
|
Qgs |
Заряд области затвор–исток, необходимый для переключения |
CGDO |
10 пФ |
|
Vds |
Постоянный потенциал истока (по умолчанию 50 В) |
||
|
Id |
Ток стока (по умолчанию 50 А) |
||
|
Выходная емкость |
|||
|
Vds |
Смещение сток–исток при измерениях емкостей |
CBD |
1 нФ |
|
Coss |
Выходная емкость |
PB |
0,8 В |
|
MJ |
0,5 |
||
|
FC* |
0,5 |
||
|
Время переключения |
|||
|
tf |
Время переключения |
RG |
5 Ом |
|
Id |
Ток стока |
||
|
Vdd |
Постоянный потенциал истока (по умолчанию 20 В) |
||
|
Zo |
Выходное сопротивление генератора импульсного напряжения (по умолчанию 5 Ом) |
||
|
Ток стока в инверсном режиме |
|||
|
|
Зависимость напряжения прямого смещения перехода исток–сток Vsd от обратного тока стока Idr |
IS N RB |
10 1 10 |
Операционные усилители. После выбора в начальном меню программы Parts режима OPAMP необходимо по запросам программы указать тип транзистора входного каскада и наличие внутренней/внешней коррекции (см. рис. 5.1):
Technology – BJT (биполярный транзистор) или JFET (полевой транзистор);
Input – NPN или PNP (для биполярного транзистора) и n-channel или p-channel (для полевого транзистора);
Compensation – Internally (внутренняя) или Externally (внешняя коррекция).
В табл. 7.13 приведены паспортные данные ОУ, которые вводит пользователь, и список параметров его макромодели, которые рассчитываются в программе.
Таблица 7.13
|
Символы данных |
Справочные данные (Model Spec.) |
Параметры модели (Parameters) Имя Значение |
|
|
Параметры для большого сигнала |
|||
|
+Vpwr |
Напряжение источника положительного напряжения (15 В) |
VC VE |
2 В 2 В |
|
–Vpwr |
Напряжение источника отрицательного напряжения (–15 В) |
||
|
+Vout |
Максимальное значение выходного напряжения положительной полярности (13 В) |
||
|
–Vout |
Максимальное значение выходного напряжения отрицательной полярности (–13 В) |
||
|
+SR |
Максимальная скорость нарастания выходного напряжения положительной полярности (500·10 |
||
|
–SR |
Максимальная скорость нарастания выходного напряжения отрицательной полярности (500·10 |
||
|
Pd |
Потребляемая мощность в статическом режиме (50 мВт) |
||
|
Коэффициент усиления без цепи обратной связи (входной каскад на БТ) |
|||
|
Cc |
Емкость коррекции (30 пФ) |
BF |
75 |
|
Ib |
Входной ток смещения (100 нА) |
C2 |
30 пФ |
|
Av-dc |
Коэффициент усиления постоянного напряжения (200 тыс.) |
CEE GA |
0 189·10  |
|
f-0db |
Частота единичного усиления (1 МГц) |
GCM |
1,9·10 |
|
CMRR |
Коэффициент подавления синфазного сигнала (100 тыс.) |
IEE RC |
15·10 5305 |
|
RE |
1832 |
||
|
REE |
13810 |
||
|
RP |
18160 |
||
|
Коэффициент усиления без цепи обратной связи (входной каскад на ПТ) |
|||
|
Cc |
Емкость коррекции (10 пФ) |
BETA |
789·10 |
|
Ib |
Входной ток смещения (30 пА) |
C2 |
10 пФ |
|
Av-dc |
Коэффициент усиления постоянного напряжения (200 тыс.) |
CSS GA |
0 63·10 |
|
f-0db |
Частота единичного усиления (1 МГц) |
GCM |
63·10 |
|
CMRR |
Коэффициент подавления синфазного сигнала (100 тыс.) |
IS ISS |
15·10 5·10 |
|
RD |
15,9 |
||
|
RSS |
40·10 |
||
|
RP |
18000 |
||
|
Фазочастотная характеристика без цепи обратной связи |
|||
|
Phi |
Запас по фазе на частоте единичного усиления, град. (60 |
C1 |
8,6 пФ |
|
Предельные значения выходных сопротивлений |
|||
|
Ro-dc |
Выходное сопротивление на низких частотах (75 Ом) |
R01 R02 |
50 Ом 25 Ом |
|
Ro-ac |
Выходное сопротивление на высоких частотах (50 Ом) |
GB |
424,4 |
|
Ios |
Максимальный ток короткого замыкания (20 мА) |
Замечания. 1. По умолчанию параметрам математической модели присваиваются значения параметров конкретных ОУ. Выше для конкретности приведены параметры модели ОУ 140УД7 (аналог
2. Частота единичного усиления f-0db связана с частотой первого полюса f
Phi = 90
где арктангенс вычисляется в градусах.
3. Для ОУ с внешней коррекцией указывается значение емкости корректирующего конденсатора Cc, для которого приведено значение запаса по фазе Phi и другие параметры ОУ.
4. В справочных данных обычно приводится полное выходное сопротивление R
Компараторы напряжения. После выбора в начальном меню программы Parts режима VOLT. COMPARATOR необходимо ответить на ряд запросов программы:
Input Stage – NPN, PNP (тип биполярного транзистора во входном каскаде);
Output Stage Connection – to –V Supply или to Ground (указывается, подключен ли транзистор выходного каскада к источнику отрицательного напряжения или предусмотрен независимый вывод “земли” выходного каскада, как показано на рис. 5.5).
Паспортные данные компараторов напряжения, которые вводит пользователь, и список параметров его макромодели, которые рассчитываются в программе, приведены в табл. 7.14.
Таблица 7.14
|
Символы данных |
Справочные данные (Model Spec.) |
Параметры модели (Parameters) Имя Значение |
|
|
Переходная характеристика |
|||
|
+Vpwr |
Напряжение источника положительного напряжения (5 В) |
BF1 BF5 |
2000 10350 |
|
–Vpwr |
Напряжение источника отрицательного напряжения (0 В) |
RP VI |
505 0 |
|
+Vicr |
Максимальное значение положительного перепада синфазного напряжения (3,5 В) |
||
|
–Vicr |
Максимальное значение отрицательного перепада синфазного напряжения (0 В) |
||
|
Ib |
Входной ток смещения (25 нА) |
||
|
Avd |
Коэффициент усиления напряжения постоянного тока (200 тыс.) |
||
|
Rl |
Сопротивление нагрузки (10 кОм) |
||
|
Pd |
Потребляемая мощность (50 мВт) |
||
|
Задержка спада напряжения |
|||
|
Vst |
Перепад входного напряжения (0,1 В) |
TR3 |
594 нс |
|
Vod |
Перевозбуждение входного напряжения (20 мВ) |
||
|
td |
Длительность задержки (500 нс) |
||
|
Время переключения |
|||
|
Vst |
Перепад входного напряжения (0,1 В) |
TF5 |
7 нс |
|
Vod |
Перевозбуждение входного напряжения (20 мВ) |
||
|
ttr |
Длительность фронта нарастания выходного напряжения (100 нс) |
||
|
Время нарастания напряжения |
|||
|
Vst |
Перепад входного напряжения (0,1 В) |
TR5 |
384 нс |
|
Vod |
Перевозбуждение входного напряжения (20 мВ) |
||
|
td |
Длительность фронта спада выходного напряжения (500 нс) |
По умолчанию параметрам математической модели присваиваются значения параметров типовых компараторов каждого типа. Выше для конкретности указаны параметры компаратора 1401СА1 (аналог LM319) [9, 46].
Стабилизатор напряжения. В табл. 7.15 приведены паспортные данные стабилизатора напряжения (VOLT. REFERENCE), которые вводит пользователь, и список параметров его математической модели, которые рассчитываются в программе [85].
Таблица 7.15
|
Символы данных |
Справочные данные (Model Spec.) |
Параметры модели (Parameters) Имя Значение |
|
|
Динамическое сопротивление |
|||
|
Ir, Rz |
Зависимость обратного тока Ir от динамического сопротивления Rz |
NZ RZ |
10 0,5 Ом |
|
Напряжение стабилизации |
|||
|
Vref |
Напряжение обратного пробоя |
RBV |
2,5 кОм |
|
Ir |
Обратный ток, при котором измерено напряжение Vref |
IRMAX |
30 мА |
|
Irmax |
Модуль максимального значения тока пробоя |
||
|
Температурная нестабильность |
|||
|
Temp, Vref |
Зависимость напряжения обратного пробоя Vref от температуры |
TC1 TC2 |
10 –7·10  |
|
Характеристики режима обратного включения |
|||
|
Vr, Ir |
Зависимость обратного напряжения Vr от обратного тока Ir |
IREV NREV |
200 мкА 50 |
|
Характеристики рабочего режима |
|||
|
Ifwd, Vfwd |
Зависимость потребляемого тока Ifwd от напряжения Vfwd |
IS N RS IKF XTI |
10 1 0,1 Ом 0 3 |
Регулятор напряжения. Паспортные данные регулятора напряжения (VOLT. REGULATOR), которые вводит пользователь, и список параметров его математической модели, которые рассчитываются в программе [83], приведены в табл. 7.16.
Таблица 7.16
|
Символы данных |
Справочные данные (Model Spec.) |
Параметры модели (Parameters) Имя Значение |
|
|
Напряжение стабилизации |
|||
|
Vref |
Напряжение стабилизации |
VREF |
1,25 В |
|
Dropout |
Напряжение отпускания |
N |
2 |
|
(Vi–Vo)max |
Максимальная разница между входным и выходным напряжением |
||
|
IOmin |
Минимальный выходной ток |
||
|
Ток установки |
|||
|
Iadj |
Ток установки |
BETA |
50 мкСм |
|
Выходное сопротивление |
|||
|
Zout |
Выходное сопротивление на низких частотах |
VAF |
100 В |
|
Zero |
Частота нуля выходного комплексного сопротивления |
CPZ |
1 мкФ |
|
RR |
Неравномерность ослабления пульсаций на низких частотах, в децибелах |
||
|
Frequency |
Частота, на которой измерены Zout и RR |
||
|
IO |
Выходной ток, при котором измерены Zout и RR |
||
|
Предельные значения выходного тока |
|||
|
IOmax |
Максимальный выходной ток |
RB2 |
200 Ом |
|
Iofb, Vi-Vo |
Зависимость тока обратной связи Iofb от разницы между входным и выходным напряжением Vi-Vo |
ESC1 ESC2 |
0,5 –0,1 |
|
EFB1 |
25 |
||
|
EFB2 |
–1 |
||
|
EB |
100 |
Магнитный сердечник. Программа Parts в настоящее время оценивает параметры модели магнитного сердечника уровня LEVEL=2, в которой не учитываются эффекты взаимодействия доменов и частотно-зависимые потери. Наиболее адекватно эта модель описывает ферриты и молибденовые пермаллои. Программа Parts на основании экспериментальных данных оценивает параметры, отражающие физические свойства магнитных материалов. При создании файлов моделей сердечников из одного материала с разной геометрией удобно использовать конструкцию AKO (см. разд. 3.2 ).
Пользователь вводит по точкам кривую намагничивания и указывает значение начальной магнитной проницаемости, на основании чего программа рассчитывает параметры его модели (напряженность магнитного поля H указывается в эрстедах, магнитная индукция B – в гауссах; см. табл. 7.17):
Таблица 7.17
|
Символы данных |
Справочные данные (Model Spec.) |
Параметры модели (Parameters) Имя Значение |
|
|
H (Oers.), B (Gauss) |
Координаты кривой намагничивания. Начальная магнитная проницаемость |
MS A C |
500·10 10 А/м 0,1 |
|
K |
10 |
||
|
ALPHA |
10 |
||
|
GAMMA |
0 c |
||
|
AREA |
0,1 см |
||
|
GAP |
0 см |
||
|
PACK |
1 |
||
|
PATH |
1 см |
||
|
LEVEL |
2 (не изменяется) |
вводят значения геометрических размеров сердечника AREA, PATH, GAP и PACK.
Программа расчета паразитных эффектов печатных плат Polaris
В Design Center начиная с версии 6.1 имеется возможность моделировать схемы с учетом паразитных эффектов, связанных с неидеальностью конструкции реальной печатной платы: задержками распространения сигналов, паразитными емкостями, индуктивностями и взаимными индуктивностями. В литературе эта проблема называется проверкой целостности сигналов в высокочастотных схемах [29]. Последовательность проектирования следующая. С помощью Schematics создается принципиальная схема, которая сначала разрабатывается без детального учета паразитных эффектов и моделируется с помощью PSpice. Затем информация о списке соединений схемы передается в собственный редактор печатных плат PCBoards системы Design Center (см. гл. 8) или в виде текстового файла в другие системы проектирования печатных плат P-CAD, PADS, CADStar или TangoPRO. Применительно к наиболее распространенной системе P-CAD данные передаются в виде текстового файла с расширением имени .alt [19]. Информация о топологии разработанной печатной платы передается обратно в Design Center, применительно к P-CAD в виде текстового файла в формате PDIF (файлы имеют расширение имени .pdf). После этого программа проверки целостности сигналов Polaris представляет указанные пользователем цепи в виде линий передачи, аппроксимируя их по методу конечных элементов, включает паразитные элементы в первоначальную схему и передает ее в PSpice для моделирования. В заключение с помощью программы Probe на одном экране просматриваются результаты моделирования без учета и с учетом паразитных эффектов.В программе Polaris рассчитываются следующие параметры линий передач, образованных печатными проводниками:
– волновые сопротивления Z0 и погонные емкости и индуктивности;
– задержки распространения сигнала Tpd;
– паразитные емкости между проводниками и подложкой C, емкости стеков контактных площадок и переходных отверстий C_via, омические сопротивления проводников R, индуктивности проводников L и коэффициенты связи между параллельными проводниками Coupling.
Расчет линий передачи выполняется приближенно при выполнении следующих условий:
– заряды всех конечных элементов считаются поверхностными;
– все электрические поля в линиях передачи считаются поперечными;
– коэффициенты связи между проводниками должны быть малыми;
– потери в линиях незначительны.
Программа Polaris имеет два режима работы. В первом, наиболее естественном (он называется Native Mode), печатная плата разрабатывается на основании принципиальной схемы, созданной в программе Schematics. На экране Schematics курсором выбираются цепи, для которых нужно учесть паразитные эффекты, и затем проводится моделирование. Во втором режиме (он называется внешним – External Mode) принципиальная схема создается в графическом редакторе другой системы, в которой разрабатывается печатная плата (или в текстовом виде просто вводится список ее соединений), и поэтому на экране Schematics схему просмотреть нельзя. Цепи, для которых учитываются паразитные эффекты, выбираются по именам, программа Polaris на основании содержащейся в базе данных печатной платы составляет задание на моделирование и передает его PSpice.
Приведем примерную последовательность действий при работе с Polaris в режиме Native.
1. Подготовительные операции. С помощью Schematics создается принципиальная схема и на ней маркером POLARIS по команде Mark Advanced меню Markers помечают цепи, для которых нужно рассчитать паразитные эффекты. Далее в меню Tools по команде Configure Layout Editor выбирается тип редактора печатных плат. Schematics создает файлы списка соединений в формате 9 графических редакторов, однако Polaris поддерживает только четыре из них:
PCBOARDS – собственный редактор PCBoards системы Design Center;
CADSTAR – редактор CADStar;
PADS – редактор системы PADS;
PCAD – редактор PCB Editor (PC-CARDS) системы P-CAD (любой версии);
TANGO – редактор TangoPRO.
В меню команды Configure Layout Editor в графе Netlist File Extension система указывает расширение текстового файла с перечнем компонентов схемы и таблицей их соединений, в графе ECO File Extension – расширение имени файла обратных ссылок для внесения в принципиальную схему изменений, выполненных при разработке печатной платы.
В командной строке Layout Editor Command Line пользователь вводит полное имя команды выбранного графического редактора печатных плат (по умолчанию предлагается загрузить PCBoards).
В меню Tools по команде Annotate производят упаковку схемы и назначение позиционных обозначений компонентов. При этом надо убедиться, что включены опции Package and Assign Reference Designators и All Exept User-Assigned (рис. 2.15).
Файл с перечнем компонентов схемы и таблицей их соединений создается в меню Tools по команде Create Layout Netlist. Для графического редактора PCBoards он имеет расширение имени .nlf, для P-CAD – .alt.
2. Разработка печатной платы. Проектирование печатных плат в системе Design Center изложено в гл. 8. Здесь же рассмотрим принцип взаимодействия с наиболее популярной системой P-CAD [19]. Программа Netlist Conversion (PC-NLT) системы P-CAD на основании файла соединений, имеющего расширение имени .alt, и файла контура печатной платы создает файл упакованной базы данных печатной платы. На эту плату автоматически наносятся изображения корпусов всех компонентов и указываются их электрические связи с помощью “резиновых” нитей. После размещения компонентов и выполнения трассировки соединений информация о плате передается обратно в Design Center с помощью программы PDIF File Writer (PDIFOUT). В меню PDIF Output программы PDIF File Writer необходимо включить опции Indented
(структурирование данных в выходном файле), Scan Reserved Characters (вставка знака “\” перед каждым найденным во входном файле зарезервированным символом) и List Pin Names in Component (включение в выходной файл имен выводов компонентов). В графе Input Database Filename указывается имя файла базы данных печатной платы (расширение имени .pcb), в графе Output PDIF Filename – имя текстового выходного файла (расширение имени .pdf).
Под управлением DOS программа PDIF File Writer запускается из командной строки
pdifout -i -e -p <имя файла базы данных> [<имя выходного файла>]
3. Запуск программы Polaris. Программа Polaris вызывается из управляющей оболочки Schematics по команде Run Polaris в меню Tools. На основной панели диалога Polaris (рис. 7.22) помечается опция Native и затем нажимается кнопка Polaris Setup
для настройки конфигурации (рис. 7.23).
 Рис. 7.22. Основная панель диалога программы Polaris |
 Рис. 7.23. Панель настройки конфигурации Polaris |
На строке Routed PCB file указывается имя текстового файла печатной платы (для редактора PCBoards имеет расширение имени .si, для P-CAD – .pdf, для PADS - .asc). Проще всего имя файла выбрать из списка, открывающегося после нажатия клавиши Browse PCB files.
На строке Board Stack указывают имя файла стека контактных площадок и выбирают его из списка, нажав кнопку Browse board stacks. По команде Create board stack вызывается текстовый редактор для создания этого файла. В Design Center принято следующее соглашение о структуре имен файлов стеков контактных площадок:
nnLccmmS.bst
Здесь nn – два символа для обозначения общего количества слоев печатной платы; cc – код системы разработки печатных плат (PD – PADS, PC – P-CAD, CS – CADStar, TN – TangoPRO); mm – количество сигнальных слоев (цепи питания и “земли” могут прокладываться на отдельных слоях). Например, файл стека контактных площадок двухслойной печатной платы с одним сигнальным слоем, разработанной в системе P-CAD, имеет имя 2lpd1s.bst. Приведем текст этого файла:
.UNITS mils ; Система единиц
.THRU_VIA .99 ; Емкость переходного отверстия, пФ
.STRUCTURE ; Тип линии передачи (stripline – полосковая,
microstrip ; microstrip – микрополосковая)
.DIELECTRIC ; Спецификация диэлектрика
T=62 ER=4.6 ; T – толщина слоя; ER – относительная диэлектрическая
; проницаемость
air ; Воздушная среда, окружающая печатную плату
.ENDS
.SIGNAL ; Спецификация сигнального слоя
L=23 H=62 T=1.2 ; L – номер слоя (в соответствии с принятой в файле PDIF
; нумерацией)
; H – расстояние от мелаллической поверхности
; T – толщина металлизации
.ENDS
.ENDS
Информация о нумерации слоев, принятая в файле текстового описания печатной платы в формате PDIF, извлекается с помощью транслятора, вызываемого в среде DOS с помощью командной строки
poltran.exe <имя файла.pdf> /lw
Файл стека контактных площадок имеет следующие секции:
.UNITS
mils | cm
.STRUCTURE
microstrip | stripline
[спецификация диэлектрика]*
[спецификация сигнального слоя]*
.ENDS
.DIELECTRIC
[спецификация диэлектрика]* | air
.ENDS
.SIGNAL
[спецификация сигнального слоя]*
.ENDS
.WID_ADJ
<уточненное значение ширины проводника>
.THRU_VIA
<емкость переходного отверстия, пФ>
.BURIED_VIA
<номер 1-го слоя> <номер 2-го слоя> <емкость межслойного переходного отверстия, пФ>
.RESISTIVITY
<удельное сопротивление проводника, Ом/см>
На панели диалога Crosstalk setup (рис. 7.24) выбирается один из возможных режимов:
Marked, coupled nets (VICTIM)
– расчет паразитных эффектов отдельно для каждого из указанных сигналов и затем поиск связанных с ними линий передачи;
Marked nets only (LIST) – расчет паразитных эффектов для указанных сигналов и определение связей между ними;
All Nets – расчет паразитных эффектов для всех цепей печатной платы.
 Рис. 7.24. Настройка конфигурации расчета перекрестных искажений |
Здесь же указывается максимальное количество соседних проводников, для которых рассчитываются коэффициенты связи (Maximum number of Neighbors), максимальный радиус поиска связанных проводников (Maximum Search Radius)
и минимальная длина параллельных проводников, для которых рассчитывается коэффициент связи (Minimum Parallel Run Length).
Список выбранных сигналов просматривается на панели Extract signals (рис. 7.25).
 Рис. 7.25. Список выбранных сигналов |
 Рис. 7.26. Результаты расчета паразитных эффектов для выбранных сигналов |
 Рис. 7.27. Загрузка данных в программу Probe |
Проиллюстрируем результаты расчетов на примере схемы, изображенной на рис. 7.28. На ней имеются две связанные линии V и D, расположенные параллельно.
Длина параллельного участка составляет 30 см, расстояние между линиями 0,5 мм, ширина проводников 0,25 мм. Одна линия возбуждается импульсным генератором, к другой с обоих концов подключены согласованные нагрузки. В отсутствие паразитной связи между линиями напряжение цепи V равно нулю, задержка распространения сигнала по цепи D не учитывается. Результаты моделирования с учетом и без учета паразитных параметров реальной печатной платы приведены на рис. 7.29. Обратим внимание, что при выводе этих результатов нельзя ссылаться на имена цепей (ведь каждый проводник рассматривается теперь как линия передачи), а нужно указывать имена выводов компонентов V(Rterm2:1), V(Rser:1) и т. п.
 Рис. 7.28. Пример связанных цепей |
 Рис. 7.29. Результаты моделирования с учетом паразитных эффектов |
Глава 8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
8.1. Редактор печатных плат PCBoards
Редактирование символов компонентов
Режим редактирования символов (УГО компонентов) активизируется из режима редактирования схем одним из двух способов.1 способ.
На редактируемой схеме выбирается компонент и в меню команда Edit/Symbol. При этом программа предлагает сохранить схему с внесенными изменениями, после чего в новом окне выводится символ компонента, доступный для редактирования (при этом в верхней строке экрана изменяется перечень команд). Режим редактирования символов завершается нажатием левой кнопки на строке заголовка символа или выбором команды File/Close, после чего восстанавливается режим редактирования схем.
2 способ.
Выбор команды File/Edit Library включает режим редактирования символов, после чего по команде File/New создается новая библиотека символов или по команде File/Open открывается существующая.
Редактирование символов компонентов выполняется с помощью ряда команд, сгруппированных в следующих пунктах горизонтального меню:
File – создание и редактирование библиотек символов компонентов, их вывод на принтер или плоттер;
Edit – редактирование символов;
Graphics – создание графического изображения символа;
Part – создание/редактирование описания символа;
Packaging – создание/редактирование информации об упаковке символа компонента в его корпус;
View – изменение масштаба изображения символа компонента на экране;
Options – установка параметров чертежа на дисплее и активизация режимов автоматической нумерации выводов компонентов и простановки их имен;
Window – работа с окнами;
Help – вызов средств помощи.
Приведем сначала краткое описание команд редактирования символов компонентов.
| Команда | Назначение | |||||
| Меню File | ||||||
| New... | Создание нового библиотечного файла. На экране появляется прямоугольник, внутри которого создается символ компонента, и строка заголовка, свидетельствующая о том, что открывается новый файл (сюда заносится имя библиотечного файла, если его нужно сохранить) | |||||
| Open... | Открытие существующей библиотеки символов для редактирования | |||||
| Close | Закрытие текущего библиотечного файла | |||||
| Save (Ctrl+S) | Запись обновленной библиотеки символов в файл с текущим именем. Старая версия библиотеки записывается в каталог BACKUP | |||||
| Save As... | Запись обновленной библиотеки символов в файл с новым именем | |||||
| Print | Вывод твердой копии символа выбранного компонента текущей библиотеки или всего содержимого библиотеки | |||||
| Printer Select... | Установка параметров принтера: разрешающая способность, размер бумаги, горизонтальное (Landscape) или вертикальное (Portrait) расположение изображения на бумаге | |||||
| Current Errors (F10) | Вывод списка ошибок для просмотра, печати или записи в файл | |||||
| Exit | Выход из графического редактора | |||||
| Меню Edit | ||||||
| Undelete (Ctrl+U) | Восстановление последнего удаленного объекта(ов) | |||||
| Cut (Ctrl+X) | Удаление с экрана выбранного объекта, который заносится в буфер для возможного переноса на экран по команде Paste | |||||
| Copy (Ctrl+C) | Занесение в буфер изображения выбранного объекта для его копирования по команде Paste | |||||
| Paste (Ctrl+V) | Нанесение на чертеж последнего объекта, занесенного в буфер по командам Cut или Copy. Место расположения объекта отмечается курсором щелчком левой кнопки мыши | |||||
| Change (Ctrl+H) | Разрешение редактирования выбранного вывода, текста или атрибутов, ассоциированных с символом компонента | |||||
| Pin Type (Ctrl+T) | Изменение изображения вывода, назначенного по умолчанию: | |||||
 | нормальный сигнал | |||||
 | сигнал с инверсией | |||||
 | вход тактовых импульсов | |||||
 | инверсный вход тактовых импульсов | |||||
 | вход в стандарте ANSI | |||||
 | выход в стандарте ANSI | |||||
 | инверсный вход тактовых импульсов в стандарте ANSI | |||||
 | вывод нулевой длины | |||||
| Model... | Редактирование директивы .MODEL или .SUBCKT текущего символа. По умолчанию все изменения заносятся в файл user.lib | |||||
| Stimulus | Вызов редактора StmEd, если редактируется символ внешнего воздействия | |||||
| Push | Переход в режим редактирования схемы замещения иерархического символа. Если такой схемы замещения нет, то создается пустой экран схемного редактора, на котором размещены порты интерфейса; их имена проставляются в соответствии с именами выводов символа | |||||
| Set Schematic... | Вывод перечня схем, ассоциированных с данным символом, для внесения в него изменений | |||||
| Check Schematic | Проверка взаимного соответствия глобальных и интерфейсных портов и глобальных цепей, к которым подключены скрытые выводы, иерархического символа и его схемы замещения | |||||
| Rotate (Ctrl+R) | Вращение выбранного объекта на 90 | |||||
| Flip (Ctrl+F) | Зеркальное отображение объекта | |||||
| Align Horizontal | Выравнивание точек привязки (origin) всех выбранных объектов (линий, дуг, текста и т. п.) по горизонтали. Объекты выравниваются по самому левому объекту | |||||
| Align Vertical | Выравнивание точек привязки (origin) всех выбранных объектов (линий, дуг, текста и т. п.) по вертикали. Объекты выравниваются по самому верхнему объекту | |||||
| | ||||||
| Меню Graphics | ||||||
| | ||||||
| Arc | Рисование дуги. Нажатием левой кнопки мыши отмечаются концы отрезка, на котором строится дуга; перемещением курсора (в форме карандаша) устанавливается необходимый размер дуги, которая фиксируется одинарным нажатием левой кнопки | |||||
| Box | Рисование прямоугольника. Нажатием левой кнопки отмечаются его противоположные углы | |||||
| Circle | Рисование окружности. Левой кнопкой отмечаются ее центр и любая точка на окружности | |||||
| Line | Рисование линии. Левой кнопкой отмечаются начало линии и точки излома. Построение завершается двукратным нажатием левой кнопки | |||||
| Pin | Добавление вывода к символу компонента и разрешение редактирования его имени и номера, а также электрического типа вывода, используемого в режиме поиска ошибок схемы ERC: | |||||
| | don't care | не проверяется | ||||
| | input | вход | ||||
| | output | выход | ||||
| | bidir | двунаправленный | ||||
| | highZ | высокого импеданса | ||||
| | open collec | открытый коллектор | ||||
| | power | подключения источника питания | ||||
| Text | Добавление текстовой строки | |||||
| Bbox | Изменение размеров прямоугольного окна, в котором размещен символ компонента | |||||
| Origin | Изменение положения начала координат | |||||
| Repeat ([Пробел]) | Повторение последней команды | |||||
| Меню Part | ||||||
| New... | Разрешение на создание в текущей библиотеке символов нового компонента | |||||
| Copy... | Копирование символа компонента из другой библиотеки и придание ему статуса текущего компонента (его имя помещается на верхней строке меню) | |||||
| Get... (Ctrl+G) | Выбор компонента из текущей библиотеки для редактирования его символа, которое отображается в окне редактора | |||||
| Remove... | Удаление компонента из текущей библиотеки | |||||
| Save to Library... | Запись в текущую библиотеку символов выбранного компонента | |||||
| Attributes... | Разрешение ввода новых атрибутов компонента или редактирование существующих. Кроме того, можно изменить любые атрибуты системы | |||||
| Definition (Ctrl+D) | Разрешение редактирования определений компонента: описания компонента – Description, его имени - Part name, списка подобных параметров – Alias list, имени подобного компонента – AKO (применяется для сокращения объема библиотеки символов) и типа символа (Type). Параметр Type принимает значения: | |||||
| component | стандартные компоненты типа R, C ... или иерархические символы; должны иметь атрибуты REFDES, TEMPLATE, PART и MODEL | |||||
| annotation | неэлектрические символы | |||||
| hier port | соединения между разными уровнями иерархии; имеют атрибут LEVEL | |||||
| global port | глобальные узлы, соединяющиеся друг с другом на всех страницах схемы (например, соединение с “землей”); имеют атрибут LEVEL | |||||
| offpage | соединители цепей на одной или разных страницах; имеют атрибут LEVEL | |||||
| title block | угловой штамп чертежа | |||||
| border | рамка чертежа | |||||
| marker | маркер для вывода графиков | |||||
| viewpoint | отображение напряжения узла цепи в рабочей точке | |||||
| current probe | отображение тока вывода в рабочей точке | |||||
| optimizer parameter | задание значений оптимизируемых параметров | |||||
| stimulus | указание узла, к которому подключается источник сигналов, созданный с помощью StmEd | |||||
| simulation control | задание команд типа .IC, .NODESET | |||||
| Pin List (Ctrl+P) | Разрешение редактирования всех выводов компонента | |||||
| Get Symbol Graphics | Перенос символа существующего компонента в качестве символа текущего компонента | |||||
| Export | Запись графического и текстового описания компонента из текущей библиотеки в текстовый файл .sym для последующего переноса символа компонента из одной библиотеки символов в другую | |||||
| Inport | Чтение текстового файла и придание ему статуса символа текущего компонента с последующей возможностью включения в текущую библиотеку символов | |||||
| Меню Packaging | ||||||
| New... | Создание новой упаковочной информации: имя прототипа – ACO, количество вентилей в корпусе – # of Gates, количество типов вентилей – # of Gate Types, тип корпуса (footprint) – Package Types, список имен и номеров выводов – Pin Assignments, список логически эквивалентных выводов – Pin Swaps | |||||
| Copy... | Копирование упаковочной информации | |||||
| Get... | Редактирование упаковочной информации в текущей библиотеке Package Library | |||||
| Remove... | Удаление упаковочной информации из текущей библиотеки | |||||
| Edit... (Ctrl+E) | Редактирование упаковочной информации текущего символа | |||||
| Configure Package Types... | Просмотр списка типов корпусов (DIP, SOIC, SOJ, TO, TSOP, PQFP, DISCRETE, LCC) и редактирование перечня корпусов каждого типа | |||||
| Export | Запись упаковочной информации одного или более символов в текстовый файл .pkg | |||||
| Import | Чтение упаковочной информации из текстового файла .pkg | |||||
| Меню View | ||||||
| Fit (Ctrl+N) | Изменение масштаба изображения так, чтобы на полном экране разместились все имеющиеся на схеме компоненты, проводники и соединители | |||||
| In (Ctrl+I) | Увеличение масштаба изображения (центр поля зрения указывается курсором). Степень увеличения назначается с помощью параметра ZOOMFACTOR в файле msim.ini | |||||
| Out (Ctrl+O) | Уменьшение масштаба изображения (центр поля зрения указывается курсором) | |||||
| Area (Ctrl+A) | Вывод на весь экран окаймленной части изображения | |||||
| Previous | Возвращение к предыдущему масштабу изображения | |||||
| Entire Symbole | Вывод на экран полного изображения символа | |||||
| Redraw (Ctrl+L) | Перечерчивание экрана | |||||
| Pan-New Center | Расположение символа симметрично относительно точки расположения курсора без изменения масштаба | |||||
| Меню Options | ||||||
| Display Options | Установка следующих опций дисплея: | |||||
| | Grid On | включение сетки | ||||
| | Snap to Grid | автоматическое перемещение объекта для привязки к узлам сетки при его размещении вне сетки чертежа | ||||
| | Stay on Grid | привязка объектов к узлам сетки | ||||
| | Status Line | вывод строки состояний | ||||
| | Cursor X and Y | вывод текущих координат курсора в строке состояний | ||||
| | Grid Spacing | шаг сетки | ||||
| | Gravity | радиус области захвата | ||||
| | Text Stay on Grid | привязка текста к узлам сетки | ||||
| | Spacing | расстояние между повторяющимися объектами | ||||
| | Toolbar | включение/выключение строки инструментов с изображением пиктограмм | ||||
| Auto-Repeat | Автоматическое размещение на экране одного или нескольких объектов, аналогичных предыдущему, на заданном расстоянии по осям X и Y (после двойного щелчка мышью) | |||||
| Set Display Level... | Разрешение размещения на экрана и/или твердой копии текста и других параметров компонента (см. их перечень в разд. 2.2) | |||||
| Pan & Zoom | Изменение коэффициентов масштабирования | |||||
| Меню Window | ||||||
| New Schematic Window | Открытие нового окна, на котором размещена текущая схема для одновременного просмотра разных фрагментов одной и той же схемы большого размера | |||||
| Close | Закрытие текущего окна | |||||
| Arrange | Упорядочивание размещения открытых окон | |||||
| Current Window List | Список открытых окон | |||||
| Меню Help | ||||||
| Index | Вывод списка разделов встроенной инструкции | |||||
| Keyboard | Вывод списка назначений функциональных клавиш и комбинаций клавиш | |||||
| Menu Commands | Вывод инструкции о всех командах | |||||
| Procedures | Вывод правил настройки конфигурации | |||||
| Using Help | Вывод кратких указаний по работе со встроенной инструкцией | |||||
| About... | Вывод номера версии программы и ее регистрационного номера | |||||
Рассмотрим подробнее методику создания нового символа компонента.
1. Сначала из режима редактирования схем по команде File/Edit Library переходят в режим редактирования символов, о чем свидетельствует изменение перечня команд в горизонтальном меню, и выбирают команду установки параметров Options/Display Options (рис. 2.8). На открывшейся панели задают шаг сетки и другие параметры. Обратим внимание, что в режиме редактирования символов устанавливается та же система единиц, что принята в режиме редактирования текущей схемы, поэтому для ее изменения нужно вернуться обратно в этот режим и выполнить команду Options/Page Size. Для создания нового символа выбирается команда Part/New и на экране появляется панель диалога для описания символа (рис. 2.9). Эта же панель активизируется по команде Part/Definition
для редактирования следующей информации о новом или существующем символе:
 Рис. 2.8. Экран редактора Schematics в режиме редактирования символов |
Part Name – имя компонента, под которым он занесен в библиотеку символов;
Alias List – список псевдонимов символа; при размещении символа на схеме можно равноправно указывать как основное имя (Part Name), так и любой из псевдонимов (Alias);
AKO Name – имя прототипа, т. е. компонента, графика которого, выводы и все атрибуты переносятся для построения нового символа. При этом в текущем компоненте можно редактировать и добавлять новые атрибуты и изменять текстовое описание, графику можно изменять только у прототипа (символ компонента и его прототип должны находиться в одной и той же библиотеке);
Type – тип компонента, принимающий значения component, annotation, hier port, global port, offpage, title block, border, marker, viewpoint, current probe, optimizer parameter, simulation control.
Для ввода текстовых переменных курсором выбирается соответствующее поле редактирования (см.
рис. 2.9) и на клавиатуре набирается текст. При этом для внесения имени псевдонима в список курсором указывается командная кнопка Add. Работа в диалоговом окне завершается выбором OK.
 Рис. 2.9. Панель описания символа |
3. Выводы компонента изображаются по команде Graphics/Pin. На экране появляется изображение вывода, помеченное крестиком, и линия вывода, которые перемещаются вместе с курсором. Прежде чем нажатием левой кнопки зафиксировать расположение вывода, можно “горячими” клавишами Ctrl+F, Ctrl+R и Ctrl+T зеркально отобразить линию вывода (Flip), повернуть ее на 90
Normal – нормальный сигнал;
Bubble – сигнал с инверсией;
Clock – вход тактовых импульсов;
Invert Clock – инверсный вход тактовых импульсов;
ANSI Low Active In – вход в стандарте ANSI;
ANSI Low Active Out – выход в стандарте ANSI;
ANSI Invert Clock – инверсный вход тактовых импульсов в стандарте ANSI;
Zero Length – вывод нулевой длины.
После фиксации вывода редактор предлагает разместить следующий вывод. Этот режим заканчивается двукратным нажатием левой кнопки.
В заключение по команде Graphics/Origin
курсором указывается положение начала координат на чертеже символа, которое отмечается квадратиком (см. рис. 2.10). К нему привязан курсор при размещении символа на схеме.
 Рис. 2.10. Символ операционного усилителя |
д. Изменения номеров и/или имен выводов производятся в меню команды Part/Pin List (рис. 2.11). В списке имен выводов, помещенном в правом верхнем углу меню, выбирается имя редактируемого вывода, и оно переносится в окно Pin Name. После изменения имени вывода нужно включить/выключить опцию Display Name, чтобы это имя было видно/не видно на схеме. Одновременно редактируется тип вывода и его ориентация. На панели атрибутов вывода (Pin Attributes) изменяется номер вывода и указывается, что нужно делать, если на схеме к данному выводу не подключена ни одна цепь (панель If unconnected). Возможны следующие варианты:
Error – выводится сообщение об ошибке (список соединений не составляется);
RtoGND – вывод подключается к “земле” через резистор с большим сопротивлением;
 Рис. 2.11. Редактирование списка выводов символа |
4. После нанесения на чертеж всех выводов компонента и их атрибутов может возникнуть необходимость их редактирования. Для задания типа вывода его помечают одинарным нажатием левой кнопки мыши и затем по команде Edit/Pin Type (Ctrl+T) назначают тип вывода (одинарное выполнение этой команды переключает тип вывода на одну позицию в списке типов). Тип вывода, а также все его остальные атрибуты вводятся в панели диалога (рис. 2.12), которая распахивается после двукратного нажатия левой кнопки при расположении курсора на выбранном выводе (аналогично команде Edit/Change). В нем редактируются следующие параметры:
Pin Name – имя вывода;
Type – тип графического изображения вывода (т. е. указателя вывода);
Hidden – признак скрытого вывода, который не отображается на схеме (например, на схемах цифровых устройств не принято изображать цепи подключения питания и “земли”, для операционных усилителей не всегда указывают подключение цепей питания), но необходим для моделирования (крестик слева от опции Hidden свидетельствует о ее активизации);
Net – имя проводника, к которому на схеме должен быть подключен скрытый вывод (на рис. 2.12 показано, что скрытый вывод +U подключения источника питания микросхемы на рис. 2.10 должен быть соединен с цепью, имеющей на схеме имя $G_+15V);
Display Name – вывод на чертеж схемы имен выводов;
Size, Orient, Hjust, Vjust – размер, ориентация, горизонтальная и вертикальная привязка имен выводов;
Pin – порядковый номер вывода;
ERC – электрический тип вывода, используемый только при выполнении команды поиска ошибок схемы Electrical Rule Check, принимающий значения:
don't care – не проверяется;
input – вход;
output – выход;
 Рис. 2.12. Редактирование отдельного вывода |
highZ – высокого импеданса;
open collec – открытый коллектор;
power – подключение источника питания.
Из рассматриваемой панели выбором командной кнопки Edit Attributes переходят в панель диалога для редактирования атрибутов выводов.
Просмотр имен всех выводов и при необходимости их редактирование производятся по команде Part/Pin List (Ctrl+P), панель диалога которой изображена на рис. 2.11.
5. На заключительном этапе создания символа компонента редактируют введенные ранее и дописывают его новые атрибуты. Это производится одним из двух способов.
1 способ. По команде Part/Attributes
возможно как редактирование всех существующих атрибутов символа, так и определение новых, если они не конфликтуют с ними, с помощью панели диалога редактирования атрибутов (рис. 2.13).
 Рис. 2.13. Атрибуты компонента |
В связи с тем что способ редактирования атрибутов в различных панелях диалога одинаков, обсудим работу в изображенной на рис. 2.13 панели с наиболее полной информацией. В этой панели имеются следующие поля:
Name – задание имени атрибута (если атрибут с введенным именем существует, то можно отредактировать его значение);
Value – значение атрибута;
What to Display (что выводить на экран):
Value only – только значение атрибута;
Name only – только имя атрибута;
Both name and value – имя и значение атрибута;
Both name and value only if value define – имя и значение атрибута, если его значение определено;
None – ничего;
Display Characteristics (спецификация параметров текста атрибута):
Layer – задание слоя, на котором размещается имя и/или значение атрибута (видимость на экране информации, размещенной в разных слоях, устанавливается по команде Options/Set Display Level);
Orient – ориентация текста атрибута;
Hjust – привязка текста по горизонтали (левая, по центру, правая);
Vjust – привязка текста по вертикали (нижняя, по центру, верхняя);
Size – масштаб изображения текста в процентах.
Changeable in schematic – разрешение изменять значение атрибута в режиме редактирования схем;
Keep relative orientation – вращение атрибута вместе с символом.
 Рис. 2.14. Изменение отдельного атрибута компонента |
COMPONENT – имя упаковочной информации компонента. Этот атрибут не нужен, если имя упаковочной информации совпадает с именем символа компонента PART;
GATE – имя секции компонента A, B, C, D и т. д. Не указывается, если компонент состоит из одной секции. При размещении символов на схеме всем им присваивается имя первой секции A, добавляемой к позиционному обозначению, например U1A, U2A. Автоматическое распределение секций по корпусам компонентов производится по команде Tools/Annotate. Изменение имен секций выполняется вручную двойным щелчком по атрибуту REFDES или по команде Edit/Attribute;
GATETYPE – тип секции. Применяется, когда компонент состоит из секций разных типов. Например, ИС 533ТР2 состоит из четырех триггеров, два из которых имеют дополнительный вход установки. Секции каждого типа имеют отдельные символы с разными атрибутами GATETYPE, чтобы правильно назначить номера выводов различных секций;
MODEL – имя модели компонента (должно согласовываться с именами моделей в директивах .MODEL и .SUBCKT, размещаемых в библиотечных файлах .lib). Обычно атрибут MODEL помечен звездочкой в списке атрибутов, что означает невозможность его изменения на схеме. Для изменения имени модели или создания ее копии применяется команда Edit/Model;
PART – имя символа компонента, под которым он заносится в библиотеку символов;
PKGREF – позиционное обозначение корпуса компонента. Если корпус состоит из четырех секций A, B, C и D, то все эти секции имеют один и тот же атрибут PKGREF, например U1, и разные атрибуты REFDES U1A, ..., U1D. Атрибут REFDES образован слиянием атрибутов PKGREF и GATE;
PKGTYPE – тип корпуса компонента, например DIP14, DIP8, SOIC. Если при упаковке компонента указан только один тип корпуса, то атрибуту PKGTYPE это значение присваивается автоматически. Редактирование его возможно по команде Edit/Attributes или при выполнении команды Tools/Annotate;
REFDES – префикс позиционного обозначения, определяющий для программы PSpice тип компонента (например, R – резистор, D – диод и т. п.);
SIMULATIONONLY – наличие этого атрибута означает, что данный символ используется только для моделирования, включается в список соединений, но не размещается на печатной плате. К таким символам относятся источники сигналов из библиотеки source.slb, типовые компоненты из библиотеки breakout.slb и специальные символы из библиотеки special.slb;
TEMPLATE – шаблон для назначения соответствий графических обозначений выводов компонентов с их реальным физическим смыслом, что необходимо для правильного составления списка соединений схемы (например, для транзистора необходимо указать, какие выводы на его графическом обозначении соответствуют коллектору, базе и эмиттеру) и задания параметров компонента (имя модели и др.);
IPIN[<имя скрытого вывода>] – имя цепи схемы, к которой подключается скрытый вывод.
Цифровые интегральные схемы имеют специфические атрибуты (см. гл. 6):
IO_LEVEL – тип интерфейса, вставляемого автоматически между аналоговыми и цифровыми компонентами;
MNTYMXDLY – назначение значений задержек распространения сигналов (по умолчанию, минимальное, типичное и максимальное).
Кроме того, пользователь имеет возможность задать любые атрибуты по формату
<имя атрибута>=<значение>
Допускается рекурсия атрибутов.
6. Обсудим синтаксис шаблона TEMPLATE. В задании на моделирование для программы PSpice описание каждого компонента занимает одну строку, в ней в определенном порядке перечисляются имена цепей, к которым подключаются выводы компонента. В частности, выводы биполярного транзистора должны быть перечислены в порядке коллектор–база–эмиттер.
Пусть, например, символ транзистора KT315A имеет выводы с именами B (база), C (коллектор), E (эмиттер) и атрибуты MODEL =KT315A, REFDES=Q?. Тогда его атрибут TEMPLATE должен иметь вид:
TEMPLATE=Q^@REFDES %C %B %E @MODEL
Если на принципиальной схеме, созданной редактором Schematics, имеется транзистор с позиционным обозначением V1, его база подключена к цепи с именем 5, коллектора – 22, а эмиттер к неименованной цепи, которой по умолчанию присвоено имя $N_0004, то в списке соединений, составленном по команде Analyses/Create Netlist, появятся строки:
.ALIASES
Q_V1 Q1(C=22 B=5 E=$N_0004)
.ENDALIASES
Q_V1 22 5 $N_0004 KT315A
Здесь после директивы .ALIASES программы PSpice приведен список соответствий имен выводов символа транзистора именам цепей схемы, к которым они подключены. В последней строке указано имя транзистора на схеме, перечислены имена цепей, к которым подключены его выводы, и имя модели.
Перечень стандартных символов вместе с их атрибутами, помещенных в библиотеки amb.slb, analog.slb, breakout.slb, marker.slb, port.slb, source.slb, special.slb, приведен в Приложении 1.
Перейдем к систематическому изложению синтаксиса шаблона TEMPLATE. Шаблон состоит из списка атрибутов. Атрибуты, состоящие из стандартных символов, копируются в список соединений без изменений. Стандартные символы состоят из алфавитно-цифровых символов, знаков “$”, “_”, пробелов и знаков пунктуации.
Если перед именем атрибута помещен специальный знак “@”, “?”, “~”, “#” или “&”, то в зависимости от его вида атрибуты шаблонов заменяются следующими величинами:
@<имя> – значением атрибута <имя>. В отсутствие указанного атрибута или его значения выдается сообщение об ошибке;
&<имя> – значением атрибута <имя>, если этот атрибут определен;
?<имя>s...s – заменяется текстом, помещенным между одинаковыми символами s, если атрибут определен;
~<имя>s...s – заменяется текстом, помещенным между одинаковыми символами s, если атрибут не определен;
#<имя>s...s – производятся те же действия, что при наличии знака “?”, но остальная часть шаблона TEMPLATE удаляется.
Символы s, ограничивающие текст, могут быть любыми неалфавитными символами (сами они в список соединений не переносятся). Внутри этого текста допускается вложение, т. е. размещение атрибутов, предваряемых специальными знаками.
Знак “^” также специальный. Он заменяется указанием полного пути доступа к компонентам, имеющим иерархическую структуру. Для компонентов, находящихся на высшем уровне иерархии, в списке соединений этот знак заменяется знаком подчеркивания “_”.
Последовательность знаков “\n” приводит к переходу на следующую строку в списке соединений (так, шаблон TEMPLATE, который размещается на одной строке практически неограниченной длины, в списке соединений может быть размещен на нескольких строках).
Имена выводов в шаблоне предваряются знаком “%”. Имена выводов символов перечисляются в шаблоне в том порядке, в котором они должны быть записаны для каждого компонента по правилам PSpice (см. гл. 3, 4, 6). В списке соединений они замещаются именами цепей, к которым они подсоединены на схеме.
В шаблоне под именем вывода понимаются все символы, расположенные между символом “%” и первым разделителем (пробелом или запятой).
Как известно, в программе PSpice имена компонентов в списке соединений должны начинаться с префикса, обозначающего их тип (R – резистор, Q – биполярный транзистор и т. п.). Поэтому, чтобы избежать ошибок, имена символов компонентов в библиотеке символов редактора Schematics состоят из префикса типа, полного иерархического пути и позиционного обозначения. Это обеспечивается с помощью определенной структуры шаблона. Например, атрибут TEMPLATE резистора начинается конструкцией:
R^@REFDES .......
Приведем для иллюстрации перечень параметров нескольких компонентов и соответствующие им строки в списке соединений.
1. Резистор, включенный к узлам 2 и 5 схемы и имеющий позиционное обозначение R3, имеет атрибуты:
VALUE=1k
TC=0.001
PART=R
REFDES=R?
TEMPLATE=R^@REFDES %1 %2 @VALUE ?TC/TC=@TC/
В списке соединений ему соответствует строка:
R_R3 2 5 1k TC=0.001
Если атрибут TC (температурный коэффициент сопротивления) не будет задан, то в этой строке параметр ТС будет отсутствовать.
2. Биполярный транзистор, включенный между узлами 7 (коллектор), 10 (база) и 11 (эмиттер) и имеющий позиционное обозначение VT8, имеет атрибуты:
MODEL=KT315A
VALUE=
REFDES=Q?
TEMPLATE=Q^@REFDES %C %B %E @MODEL ?VALUE/@VALUE/
В списке соединений ему соответствует строка
Q_VT8 7 10 11 KT315A
Атрибут VALUE зарезервирован для введения значения коэффициента кратности AREA.
3. Переменное сопротивление R4, включенное между узлами 3, 4 и 5 (средняя точка), имеет атрибуты:
PART=POT
VALUE=1k
SET=0.5
REFDES=R?
TEMPLATE=RT^@REFDES %1 %t {(@VALUE*(1-@SET))+.001}
\nRB^@REFDES %t %2 {(@VALUE*@SET)+.001}
В списке соединений ему соответствуют две строки (благодаря наличию параметра \n):
RT_R4 3 5 {(1k*(1-0.5))+0.001} (верхняя часть потенциометра)
RB_R4 5 4 {(1k*0.5)+0.001} (нижняя часть потенциометра)
Здесь атрибут SET задает сопротивление нижней секции потенциометра.
4. Предположим, что имеется макромодель Z, имеющая два вывода A и B и параметр G. Если в основной схеме параметр G не определен, то в макромодель передается значение по умолчанию 1000. Для обеспечения возможности редактировать этот параметр при работе со схемой символу макромодели присвоим атрибут G и зададим шаблон TEMPLATE вида:
X^@REFDES %A %B Z PARAMS: ?G¦G=@G¦ ~G¦G=1000¦
Если эту макромодель, имеющую позиционное обозначение U22, подключить к узлам 11 и 12 и задать параметр G=1024, то в списке соединений будет создана строка
X_U22 11 12 Z PARAMS: G=1024
Если же на схеме не задать параметр G, то эта строка будет иной
X_U22 11 12 Z PARAMS: G=1000
5. Библиотечный элемент имеет атрибуты:
REFDES=LIB?
FILENAME=EVAL.LIB
TEMPLATE=.LIB "@FILENAME"
В списке соединений ему соответствует строка
.LIB "EVAL.LIB"
Здесь атрибут FILENAME задает имя файла библиотеки математических моделей. Обратим внимание, что для включения в задание на моделирование таких директив, как .PARAM, .LIB, .INC, .NODESET и др. (кроме директив анализа, которые задаются в пункте Analysis/Setup), создаются специальные символы, которые размещаются на чертеже (см. рис. 1.1). Имя директивы заносится в шаблон TEMPLATE символа, а ее содержание задается при редактировании соответствующего атрибута. Специальные символы находятся в библиотеке special.slb (см. Приложение 1).
6. Резистор, сопротивление которого имеет случайный разброс, имеет атрибуты
REFDES=R?
R^@REFDES %1 %2 ?MODEL/@MODEL/ @VALUE ?TC/TC=@TC/
VALUE=1k
TC=
MODEL=MR
Имя модели резистора, в которой задаются параметры случайного разброса его сопротивления, указывается в атрибуте MODEL. Например, 5%-ный разброс сопротивления, имеющего равномерный закон распределения, задается с помощью модели
.model MR RES (R=1 DEV=5%)
Имя этой модели указывается в атрибуте MODEL=MR.
Текстовое описание модели .model ... может быть включено в любую имеющуюся текстовую библиотеку или в собственную библиотеку пользователя. В последнем случае ее имя должно быть включено в файл nom.lib или, что более удобно, указано в файле конфигурации msim.ini по команде Analysis/Library and Include Files.
7. Вариация параметров компонентов, например сопротивления резистора, может осуществляться двояко.
Во-первых, сопротивление резистора задается на схеме не численно, а с помощью буквенного параметра, помещаемого в фигурные скобки, например {PR}. Имя и численное значение буквенного параметра указываются с помощью атрибутов символа PARAM из библиотеки special.slb (см. Приложение 1). После этого имя варьируемого параметра можно указывать на панели Parametric
команды меню Analysis/Setup.
Во-вторых, можно создать текстовое описание макромодели, в которую численные значения параметров передаются через ее заголовок. Приведем пример текстового описания модели резистора, в котором использованы следующие параметры: {PR} – сопротивление, {DEV} – разброс случайного значения сопротивления, {TC1} – температурный коэффициент сопротивления:
.subckt MR 1 2 PARAMS: PR=1k DEV=0.1 TC1=0.001
R1 1 2 MTR {PR}
.model MTR RES (R=1 DEV={DEV} TC1={TC1})
.ends
В заголовке макромодели после ключевого слова PARAMS указаны значения параметров, устанавливаемые по умолчанию. Для изменения этих значений используется символ param из библиотеки special.slb (см. выше).
8. Создание макромоделей. Пакет Design Center поддерживает иерархические структуры. Поэтому можно создать графическое обозначение сложного компонента, например операционного усилителя (ОУ), которое наносится на принципиальную схему, и одновременно создать его принципиальную схему, размещаемую на нижнем уровне иерархии. Однако при этом перед началом моделирования схемы, содержащей ОУ, будет тратиться время на составление текстового описания макромоделей ОУ по его схеме замещения.
Поэтому более разумно один раз нарисовать схему замещения ОУ, в меню Analyses
выполнить команду моделирования Simulate
и затем отредактировать текстовое описание схемы замещения ОУ, созданное в файле выходных данных с расширением .out, превратив его в описание макромодели .subsck. Аналогичные операции выполняются автоматически по команде File/Simbolize.
Заметим, что конкретные значения атрибутов компонентов (сопротивление резистора, имя файла библиотеки моделей и т. п.) не обязательно задавать в библиотеке символов – их можно задать при редактировании атрибутов компонентов, занесенных на схему.
9. При создании символа нового компонента разумно не выполнять всю работу заново, а скопировать графику и набор атрибутов какого-нибудь похожего компонента и затем их отредактировать. Рекомендуется следующая последовательность действий:
а) по команде File/New открыть новую библиотеку или по команде File/Open
открыть для редактирования существующую, указав по дополнительному запросу ее имя;
б) скопировать графику компонента-прототипа командой Part/Copy Part, заполнив поля:
New Part Name – имя нового символа (заполняется вначале);
Existing Part Name – имя существующего символа.
При копировании символа из другой библиотеки имя библиотеки предварительно указывается после выбора опции Select Lib;
в) командой Part/Attributes изменить имя математической модели компонента, записанного на строке атрибута MODEL=<имя модели>. Для этого выделить курсором строку MODEL и на панели Value
ввести новое имя модели (обычно совпадает с именем символа). После этого сохранить измененный атрибут нажатием кнопки Save Attr. При необходимости вводятся новые атрибуты;
г) по команде Part/Definition
указать (отредактировать) имя символа-прототипа в пункте AKO Name (применение прототипов сокращает объем библиотеки). Прототип AKO должен находиться в той же библиотеке. Например, в библиотеке opamp.slb используются следующие прототипы: op5 – ОУ с 5 выводами, op6 – ОУ с 6 выводами, op7 – ОУ с 7 выводами.
10. После завершения редактирования символа по команде File/Save записывают на диск обновленную библиотеку символов. Предварительно редактор запрашивает о необходимости занести в библиотеку изменения в редактируемый символ:
Save changes to Part?
При положительном ответе (OK) для вновь создаваемых символов запрашивается их имя:
Enter name for current symbol:
После ввода с клавиатуры имени символа запрашивается имя библиотеки, если оно не было определено ранее:
Enter file name to save as:
После этого программа Schematics возвращается в режим редактирования схем.
Редактор входных сигналов StmEd
Редактор входных сигналов StmEd (Stimulus Editor) в среде Windows интегрируется с другими программами Design Center. С его помощью создаются аналоговые и цифровые сигналы, которые просматриваются в графическом виде на экране и записываются в файл (с расширением имени .stl) для подключения внешних воздействий к моделируемой схеме. Каждому сигналу присваивается уникальное имя. Поддерживаются источники аналоговых сигналов следующих типов: гармоническое колебание, импульсный сигнал, сигнал экспоненциальной формы, сигнал с синусоидальной частотной модуляцией и кусочно-линейный сигнал. Цифровые сигналы имеют вид периодических сигналов и сигналов произвольной формы. Кусочно-линейные аналоговые сигналы и цифровые сигналы редактируются непосредственно на экране с помощью курсора мыши. Программа StmEd вызывается автономно или двойным щелчком мыши на символе генератора сигналов на экране Schematics (генераторы сигналов изображаются символами ISTIM, VSTIM, DigStim, DigClock, FileStim из библиотеки source.slb).Краткое описание команд программы StmEd приведено в табл. 7.1.
Таблица 7.1
| Команда | Назначение | ||||
| Меню File | |||||
| New... | Очистка рабочего окна для создания нового файла библиотеки воздействий | ||||
| Open... (Ctrl+F12) | Открытие (загрузка) существующего файла воздействий для просмотра формы сигналов и последующего редактирования. Построение графиков сигналов из текущей библиотеки воздействий в новом окне выполняется по команде Window/New | ||||
| Close | Закрытие текущего окна (если библиотека воздействий была изменена, предлагается ее сохранить) | ||||
| Save (Shift+F12) | Сохранение внесенных изменений в текущем файле | ||||
| Save As... (F12) | Сохранение внесенных изменений в новом файле, имя которого указывается по дополнительному запросу | ||||
| Log Commands... | Включение/выключение режима составления файла протокола команд (расширение имени .cmd) | ||||
| Run Commands... | Выполнение файла протокола команд | ||||
| Print... (Ctrl+Shift+F12) | Печать содержимого одного или нескольких активных окон | ||||
| Page Setup... | Настройка параметров страницы: | ||||
| Margins | Размеры четырех полей в дюймах | ||||
| Plots Per Page | Количество графиков на странице | ||||
| Orientation | Горизонтальная (Landscape) или вертикальная (Portrait) ориентация | ||||
| Cursor Information | Ориентация расположения информации относительно курсора (Top, Bottom, Left, Right, None) | ||||
| Draw Border | Заключение графика в рамку | ||||
| Draw Plot Title | Вывод заголовка графика | ||||
| Header and Footer | Вывод текущей даты, времени и номера страницы | ||||
| Set Default | Сохранение информации Header and Footer для установки по умолчанию | ||||
| Reset Default | Задание типа принтера по умолчанию | ||||
| Printer Select... | Установка параметров принтера: разрешающая способность, размер бумаги, горизонтальное (Landscape) или вертикальное (Portrait) расположение изображения на бумаге | ||||
| Exit ( Alt+F4) | Завершение работы | ||||
| Файл 1, ... , Файл 4 | Список последних четырех загруженных файлов | ||||
| Меню Edit | |||||
| Delete (Del) | Удаление выбранного объекта (объекты – названия сигналов, точки излома графиков PWL и точки переходов на временных диаграммах – выбираются щелчком мыши). Из библиотечных файлов эти объекты не удаляются | ||||
| Scale... | Изменение масштабных коэффициентов по осям времени и значений (только для сигналов PWL) | ||||
| Object... (двойной щелчок на имени сигнала) | Разрешение редактирования выбранного объекта. При выборе сигнала PWL или цифрового сигнала точки их излома помечаются квадратиками, их можно удалять или буксировать курсором | ||||
| Add (Alt+A) | Добавление точек излома. При редактировании сигнала PWL команда имеет название Add Points, цифрового сигнала – Add Transition (выбирается вид изменения состояния 0/1, X или Z) | ||||
| Меню Stimulus | |||||
| New... (Alt+N) | Создание нового сигнала в текущем активном окне. Вид сигнала выбирается в меню New Stimulus (рис. 7.1). После ввода имени сигнала выбирается тип сигнала, затем в открывшемся меню Modify Stimulus (рис. 7.2) – его параметры | ||||
| Get... (Ins) | Добавление на текущее активное окно графика ранее определенного сигнала. Имя сигнала выбирается из списка | ||||
| Copy... | Копирование сигнала из другого библиотечного файла | ||||
| Remove... (Alt+Delete) | Удаление выбранного объекта с экрана и из библиотечного файла | ||||
| Rename... | Переименование сигнала | ||||
| Меню Plote | |||||
| Axis Settings ... | Задание диапазонов значений по осям X и Y: | ||||
| Displayed Data Range | Установка значений, которые высвечены на панели диалога. Их начальные значения те же, что устанавливаются по команде View/Fit | ||||
| Extent of the Scrolling Range | Установка пределов линеек прокрутки по осям X и Y | ||||
| Auto Range | Автоматическое масштабирование пределов линеек прокрутки | ||||
| User Defined | Задание пределов линеек прокрутки пользователем | ||||
| Minimum Resolution | Минимальное разрешение по осям X и Y | ||||
| Add Plot | Добавление нового окна графиков в верхней части текущего окна | ||||
| Delete Plot | Удаление текущего окна (помечено символом SEL>>) | ||||
| Unsync Plot | Задание собственной оси X для каждого окна | ||||
| Меню View | |||||
| Fit (Ctrl+N) | Изменение масштаба изображения так, чтобы на полном экране разместились все графики | ||||
| In (Ctrl+I ) | Увеличение масштаба изображения в 2 раза (центр поля зрения указывается курсором) | ||||
| Out (Ctrl+O) | Уменьшение масштаба изображения в 2 раза (центр поля зрения указывается курсором) | ||||
| Area (Ctrl+A ) | Вывод на весь экран окаймленной части изображения | ||||
| Previous (Ctrl+P) | Возвращение к предыдущему масштабу изображения | ||||
| Pan–New Center | Расположение схемы симметрично относительно точки расположения курсора без изменения масштаба | ||||
| Redraw ( Ctrl+L) | Перечерчивание экрана | ||||
| Меню Tools | |||||
| Label | Нанесение на графики текстовых и графических символов: | ||||
| Text | Текст | ||||
| Line | Отрезок линии | ||||
| Poly-line | Линейно-ломаная линия | ||||
| Arrow | Стрелка | ||||
| Box | Прямоугольник | ||||
| Circle | Окружность | ||||
| Ellips | Эллипс | ||||
| Parameters... | Открытие окна диалога для задания, редактирования или удаления имен и значений параметров, которые могут использоваться при определении сигналов (при ссылке на них они заключаются в фигурные скобки { }). В Schematics необходимо еще раз задать определения этих же параметров, чтобы провести моделирование | ||||
| Меню Window | |||||
| New | Открытие нового окна | ||||
| Close | Закрытие текущего окна | ||||
| Arrange... | Упорядочение размещения открытых окон | ||||
| Title... | Редактирование текста заголовка | ||||
| 1 <заголовок окна> | Список открытых окон | ||||
| . . . . | |||||
| [9 <заголовок окна>] | |||||
| [Дополнительные окна] | |||||
| Меню Help | |||||
| | |||||
| About StmEd... | Вывод номера версии программы и ее регистрационного номера | ||||
Обсудим основные фазы работы с редактором сигналов StmEd. Сначала по команде File/New открывается новый файл библиотеки сигналов. Далее по команде Stimulus/New на открывшейся панели (рис. 7.1) выбирается тип сигнала и в строке Name указывается его имя. После выбора сигнала щелчком по клавише OK открывается панель ввода его параметров (рис. 7.2). Аналоговые сигналы EXP, PULSE, PWL, SFFM и SIN описаны в разд. 3.2.3. Поэтому остановимся здесь на описании цифровых сигналов Signal, Clock и Bus.
 Рис. 7.2. Ввод параметров сигнала |
 |
1. Signal – временная диаграмма логических состояний, задаваемых пользователем с помощью мыши. После выбора этого сигнала на экране вычерчивается поле графика, помеченное слева именем сигнала, окрашенным в красный цвет (признак активности сигнала и его доступности для редактирования). Моменты времени изменения логического состояния задаются по команде Add Transition, которая имеет опции To 0/1, To X, To Z. Курсор принимает форму карандаша, и щелчком мыши отмечают точки перехода в новое состояние. Моменты времени текущего положения курсора указываются в левой части нижней строки экрана (рис. 7.3). При этом для удобства задания моментов времени в меню Plot нужно установить необходимую дискретность изменения времени по команде Axis Settings/Minimum Resolution. Обратим внимание, что в данном режиме точки изменения состояний цифровых сигналов помечены метками в виде квадратиков – их можно перемещать с помощью курсора и удалять нажатием клавиши Del.
2. Clock – сигнал синхронизации. Характеризуется частотой повторения (Frequency), скважностью (Duty Cycle), значением начального состояния (Initial Value) и задержкой (Time Delay). Форма этого сигнала и панель задания его параметров приведены на рис. 7.3.
 Рис. 7.3. Редактирование параметров сигнала синхронизации CLK |
Моменты времени изменения логического состояния задаются по команде Add Transition, которая в данном случае имеет опции To Value, Incr by, Decr by, To X, To Z. При выборе опции To Value выбирается вид системы счисления Radix (Binary, Decimal, Hexadecimal, Octal) и указывается новое значение сигнала New Value. При выборе опции Incr by (Decr by) задается приращение изменения состояния и курсором последовательно отмечаются моменты времени увеличения (уменьшения) кода состояния многоразрядного сигнала.
После ввода всех параметров сигнала нажимается клавиша Apply и на экране вычерчивается график сигнала. При этом панель ввода параметров не закрывается, что дает возможность изменить какой-либо параметр и снова просмотреть форму графика. Ввод параметров сигнала заканчивается нажатием клавиши OK.
Создание сигналов завершается выполнением команд записи библиотеки сигналов в файл File/Save или File/Save As и File/Exit. По умолчанию принимается расширение имени файла библиотеки сигналов .stl
Режим Footprint Editor
Редактор корпусов компонентов Footprint Editor вызывается из режима редактирования плат Layout Editor по команде Library/Footprint или нажатием клавиши F9. С его помощью создаются заново или редактируются существующие физические образы компонентов, так называемые типовые корпуса, в частности:– рисуется графика корпусов, включая контур компонента, его выводы, шаблоны позиционного обозначения и имени компонента;
– указываются габариты компонента на верхней и нижней стороне платы для контроля за плотностью размещения компонентов;
– редактируются атрибуты корпуса;
– указывается точка привязки корпуса и его центр для оборудования автоматического монтажа печатной платы;
– импорт и экспорт файлов внешних текстовых описаний типовых корпусов компонентов.
В табл. 8.5 приведем краткое описание команд редактирования корпусов компонентов (режим Footprint Editor).
Таблица 8.5
| Команда | Назначение | ||||
| Меню File | |||||
| New... | Очистка рабочего окна для создания нового корпуса. Введенная информация заносится в Footprint Library по командам File/Save As или Footprint/Save to Library или в текстовый файл по команде Footprint/Export | ||||
| Open... | Открытие (загрузка) существующего файла Footprint Library | ||||
| Close | Закрытие текущего файла Footprint Library | ||||
| Save (Ctrl+S ) | Сохранение внесенных изменений в текущем файле Footprint Library | ||||
| Save As... | Сохранение внесенных изменений в новом файле Footprint Library, имя которого указывается по дополнительному запросу | ||||
| Print... (Ctrl+P) | Вывод на принтер или в файл графического изображения текущего корпуса: | ||||
| | Job Setup | Выбор задания на вывод | |||
| | Printer | Выбор устройства вывода и настройка конфигурации | |||
| | Current View | Масштабирование изображения | |||
| Reports | Вывод отчета о текущем корпусе или о всей библиотеке | ||||
| Current Messages... (F10) | Сообщения об ошибках | ||||
| Exit (Alt+F4) | Завершение сеанса редактирования | ||||
| Файл 1, ... , Файл 4 | Список последних четырех загруженных файлов | ||||
| Меню Edit | |||||
| Undo (Ctrl+Z) | Восстановление последнего удаленного объекта (откат назад) | ||||
| Redo (Ctrl+Y) | Последовательное восстановление предыдущих операций Undo (откат вперед) | ||||
| Cut (Ctrl+X, Del) | Удаление объекта(ов) и помещение его в буфер обмена | ||||
| Copy (Ctrl+C, Ctrl+Ins) | Копирование объекта(ов) в буфер для последующего размещения в рабочей области по команде Paste | ||||
| Paste (Ctrl+V, Shift+Ins) | Размещение в рабочей области последнего объекта, занесенного в буфер по команде Cut или Copy | ||||
| Delete (Del) | Удаление выбранного объекта(ов) | ||||
| Move Delta... (Ctrl+D) | Перемещение выбранных объектов на заданное расстояние | ||||
| Rotate (Ctrl+R) | Поворот выбранного объекта по часовой стрелке (угол поворота устанавливается по команде Tools/Options) | ||||
| Mirror | Зеркальное отображение графических объектов и текста относительно вертикальной оси | ||||
| Attributes... (F11 или двойной щелчок на выбранном объекте) | Редактирование атрибутов выбранного объекта (линии, вывода, текста, корпуса) | ||||
| Меню Draw | |||||
| Repeat ([Пробел]) | Повторение предыдущей команды | ||||
| Arc | Рисование дуги | ||||
| Circle | Рисование окружности | ||||
| Line | Рисование линии | ||||
| Polyline | Рисование линейно-ломаной линии | ||||
| Rectangle | Рисование прямоугольника | ||||
| Add Text... | Ввод текста (символы кириллицы не допускаются) | ||||
| More Graphics | Альтернативные способы рисования дуг, линий и прямоугольников: | ||||
| Arc-Tru 3 Points | Дуга по трем точкам | ||||
| Arc-Coord.&Radius... | Дуга по координатам центра, длине радиуса и углу сектора | ||||
| Arc-Center&Radius... | Дуга по длине радиуса и углу сектора, центр отмечается курсором | ||||
| Line-Coord... | Линия по координатам начальной и конечной точек | ||||
| Rect.-Coord... | Прямоугольник по координатам противоположных вершин | ||||
| Rect.-Coord&Deltas... | Прямоугольник по координате одной вершины и длинам сторон | ||||
| Rect.-Corner&Deltas... | Прямоугольник по длинам сторон, вершина отмечается курсором | ||||
| Add Hole... | Размещение сквозного отверстия (одновременно указывается его диаметр и допустимый зазор) | ||||
| Pins... | Интерактивное или автоматическое размещение выводов. По умолчанию они размещаются на слое [Top], планарные выводы (включена опция SMT) могут располагаться и на слое [Bottom]. При автоматическом размещении (включена опция Enable) указывается начальный номер первого вывода, общее количество выводов и курсором отмечаются точки расположения первых трех выводов | ||||
| Pin Array... | Интерактивное или автоматическое размещение матрицы выводов (задается количество строк, столбцов и номер первой строки и первого столбца и другие параметры) | ||||
| Radial Pins... | Интерактивное или автоматическое размещение выводов на окружности (задается угол между соседними выводами) | ||||
| REFDES Template | Указание места расположения позиционного обозначения компонента | ||||
| TYPE_NAME Template | Указание места расположения имени типа компонента | ||||
| Footprint Origin | Задание точки начала координат (0,0) корпуса компонента | ||||
| Machine Placement Center | Указание курсором центра корпуса для системы автоматического размещения компонентов на плате | ||||
| Machine Center by Coord | Указание координат центра корпуса для системы автоматического размещения компонентов на плате | ||||
| Меню Footprint | |||||
| New... | Очистка рабочей области для создания нового корпуса | ||||
| Copy... | Копирование информации о существующем корпусе для создания нового | ||||
| Get... (Ctrl+G) | Загрузка корпуса компонента из текущей библиотеки | ||||
| Remove... | Удаление информации о корпусе из файла текущей библиотеки | ||||
| Set Name... | Задание имени нового корпуса | ||||
| Save To Library... | Запись информации о текущем корпусе в библиотеку | ||||
| Import... | Копирование содержания внешнего текстового файла (.fpd) с информацией о корпусе | ||||
| Export... | Запись информации о текущем корпусе во внешний текстовый файл (.fpd) | ||||
| Меню View | |||||
| Redraw (Ctrl+L) | Перечерчивание экрана | ||||
| Fit (Ctrl+N) | Изменение масштаба изображения так, чтобы на полном экране разместились все видимые в рабочей области объекты | ||||
| In (Ctrl+I) | Увеличение масштаба изображения (центр поля зрения указывается курсором) | ||||
| Out (Ctrl+O) | Уменьшение масштаба изображения (центр поля зрения указывается курсором) | ||||
| Previous (Ctrl+U) | Возвращение к предыдущему масштабу изображения | ||||
| Area (Ctrl+A) | Вывод на весь экран окаймленной части изображения | ||||
| Pan-New Center (F12) | Расположение видимой области корпуса симметрично относительно точки расположения курсора без изменения масштаба | ||||
| Меню Configure | |||||
| Styles (переключение в окне Style Box) | Задание имен и характеристик стилей графических объектов: | ||||
| Lines&Arc... | Линии и дуги характеризуются шириной | ||||
| Text... (F6) | Текст характеризуется высотой и шириной символов, привязкой и углом наклона | ||||
| Pin... (F7) | Выводы характеризуется именем стека контактных площадок | ||||
| Snap Grid... (F2) | Задание шага сетки (Grid Spacing), ее видимости (Display) и привязка объекта к ближайшему узлу сетки (Snap) | ||||
| Layer Display... (F3) | Выбор текущего активного слоя, одного или нескольких видимых слоев, изменение их цвета | ||||
| Padstacks... (F4) | Просмотр и редактирование стеков контактных площадок, помещенных в библиотеку Padstack Library | ||||
| Меню Tools | |||||
| Measure (Ctrl+M) | Измерения расстояния между двумя точками | ||||
| Edit PADS Mapping File... | Редактирование файла списка соответствий имен корпусов в программах PADS и PCBoards (.ymp) | ||||
| Options... (F8) | Задание параметров: | ||||
| Units of Measure | Система единиц (mil, mm) | ||||
| Interaction Preferences | Радиус захвата, угол поворота объектов, перемещение объектов вместе с проводниками, оперативный контроль зазоров и другие параметры | ||||
| Zoom | Степень увеличения/уменьшения изображения | ||||
| Pan Delta | Степень перемещения изображения окна с помощью линейки прокрутки | ||||
| AutoPan | Минимальное время, в течение которого курсор должен находиться в новом положении, чтобы переместился корпус компонента | ||||
| AutoSave | Интервал автосохранения изображения | ||||
| Repaint | Параметры, определяющие способ регенерации изображения | ||||
| Save Settings | Запись параметров в файл msim.ini | ||||
| Меню Library | |||||
| Load Padstacks | Загрузка файла контактных площадок Padstacks (.psl) | ||||
| Export Padstacks | Добавление определений контактных площадок, имеющихся в сессии работы с Footprint Editor, во внешнюю библиотеку Padstacks Library | ||||
| Меню Window | |||||
| New Layout Window | Создание нового окна Layout Editor | ||||
| Close | Закрытие текущего окна Footprint Editor | ||||
| Arrange | Упорядочение размещения открытых окон | ||||
| 1 <заголовок окна> | Список открытых окон | ||||
| . . . . | |||||
| [9 <заголовок окна>] | |||||
| [Дополнительные окна] | |||||
| Меню Help | |||||
| | |||||
| Contents | Вывод списка разделов встроенной инструкции | ||||
| Search for Help On... | Поиск статьи по одной или нескольким первым буквам ключевого слова | ||||
| Glossary | Предметный указатель | ||||
| Menu Commands | Вывод инструкции о всех командах | ||||
| Toolbar Shortcuts | Список кнопок панели инструментов | ||||
| Keyboard Shortcuts | Вывод списка назначений функциональных клавиш и комбинаций клавиш | ||||
| Technical Support | Информация о службе сервиса корпорации MicroSim | ||||
| Procedures | Вывод правил настройки конфигурации | ||||
| How to Use Help | Вывод кратких указаний по работе со встроенной инструкцией | ||||
| About PCBoards... | Вывод номера версии программы и ее регистрационного номера | ||||
 Рис. 8.4. Графика корпуса и список атрибутов компонента с планарными выводами SOIC36 |
На рис. 8.4 приведен список атрибутов корпуса. В частности, атрибут PIN_TYPE содержит информацию о типах выводов: smt – планарный, thr – штыревой вывод. С помощью информации, содержащейся в атрибутах, выполняется автоматическая трассировка соединений и контроль соблюдения зазоров. В табл. 8.6 приведен перечень атрибутов различных объектов.
Таблица 8.6
|
Атрибут |
Назначение |
|
Компонент |
|
|
REFDES |
Позиционное обозначение компонента |
|
TYPE_NAME |
Имя типа компонента |
|
FOOTPRINT |
Имя корпуса компонента |
|
COMP_LAYER |
Слой расположения компонента |
|
COMP_ANGLE |
Угол ориентации компонента |
|
COMP_X |
Координата X расположения на плате точки привязки |
|
COMP_Y |
Координата Y расположения на плате точки привязки |
|
FIXED |
Признак фиксированного на плате компонента (YES/NO) |
|
Выводы компонента |
|
|
PINNUMBER |
Номер вывода |
|
PIN_TYPE |
Тип вывода |
|
PIN_PADSTACK |
Имя стека контактных площадок |
|
PIN_X |
Координата X вывода |
|
PIN_Y |
Координата Y вывода |
|
PIN_ANGLE |
Угол ориентации вывода |
|
PIN_START_LAYER |
Имя начального слоя |
|
PIN_END_LAYER |
Имя конечного слоя |
|
PIN_NETNAME |
Имя вывода |
|
PIN_TESTPOINT |
Контрольная точка (TOP – на верхней стороне, BOTTOM – на нижней стороне, BOTH – на обеих сторонах платы) |
|
PIN_ERC |
Тип вывода, используемый при автоматической трассировке по методу Daisy Chain (TERM – контактная площадка, SOURCE – источник сигнала, нет значения – нагрузка цепи) |
|
Цепи |
|
|
NETNAME |
Имя цепи |
|
NET_FIXED |
Признак фиксированной (неперемещаемой) цепи |
|
NET_TRACE_WIDTH |
Ширина трассы |
|
NET_CLEARANCE |
Зазор между трассой и другими объектами |
|
NET_PADSTACK |
Имя стека контактных площадок |
|
NET_PRIORITY |
Приоритет трассировки цепи (от 0 до 255, цепи с приоритетом 255 трассируются первыми) |
|
SEG_WIDTH |
Ширина сегмента трассы |
|
SEG_CLEARANCE |
Зазор между сегментом трассы и другими объектами |
|
Полигоны |
|
|
FILL_LAYER |
Слой расположения полигона |
|
FILL_HATCH_WIDTH |
Толщина линий штриховки |
|
FILL_HATCH_SPACING |
Расстояние между линиями штриховки |
|
FILL_CLEARANCE |
Зазор между двумя полигонами |
|
FILL_DISPLAY_MODE |
Стиль изображения полигона: DRAFT – вывод контура; OUTLINE – вывод контура, включая зазор вокруг трасс и контактных площадок; HATCH45 – штриховка под углом 450; HATCH90 – штриховка под углом 900; SOLID – сплошной |
|
FILL_SHOW_ISLANDS |
Вывод изолированных участков (“островков”) на экран дисплея и фотошаблон (YES/NO) |
|
Отверстия |
|
|
HOLE_DIAMETER |
Диаметр отверстия |
|
HOLE_CLEARANCE |
Зазор между отверстием и другими объектами |
|
Переходные отверстия |
|
|
VIA_PADSTACK |
Имя стека контактных площадок |
|
VIA_TESTPOINT |
Переходное отверстие контрольной точки (TOP – на верхней стороне, BOTTOM – на нижней стороне, BOTH – на обеих сторонах платы) |
|
Графические объекты |
|
|
GRPH_LINE_WIDTH |
Ширина графической линии |
|
GRPH_LAYER |
Слой расположения объекта |
|
CTN_TEMPLATE |
Шаблон имени типа компонента |
|
REFDES_TEMPLATE |
Шаблон позиционного обозначения компонента |
|
Текст |
|
|
TEXT |
Строка текста |
|
HEIGHT |
Высота символов |
|
WEIGHT |
Ширина символов |
|
ANGLE |
Угол ориентации текста |
|
JUSTIFICATION |
Привязка текста |
|
TEXT_CLEARANCE |
Зазор между текстом и другими объектами |
Типовые значения атрибутов устанавливаются для всех однотипных объектов платы и затем могут индивидуально редактироваться.
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. БИБЛИОТЕКА МОДЕЛЕЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
В настоящее время составлена библиотека математических моделей оте-
чественных диодов, транзисторов, операционных усилителей и компарато-
ров напряжения, включающая в себя около 300 наименований. В связи с
тем, что публикация ее содержания в книге не имеет смысла из-за боль-
шого труда по переносу на магнитные носители, приведем здесь лишь
ее каталог и примеры ряда типичных моделей. В полном объеме библиотека
может быть поставлена на дискетах.
Диоды выпpямительные
2Д103А KД102A Д237А, Б, В, Г, Е
2Д104А KД103A КД2997
2Д106А KД104A КД503А
2Д203А, Б, В, Г, Д KД105A КД509А
2Д212А, Б, В, Г КД202Д KД510A
2Д213А, Б, В, Г КД203А КД512А
2Д220А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, И КД204А КД513А
2Д419А, Б, В КД208А КД520А
2Д420А КД209А КД521А
2Д503Б KД212A KД522А, Б
2Д510А KД213A, Б
2Д521А КД219А
2Д522А, Б КД220А
.model D2D104A D (Is=162n N=2.887 Rs=1.031 Ikf=1.82 Xti=3 Eg=1.11
+ Cjo=29.58p M=.3333 Vj=.75 Fc=.5 Isr=34.09E-30 Nr=5.963 Bv=500.2
+ Ibv=.2589 Tt=5.771u)
*
.model KD209A D (IS=6.22e-11 N=1.23 RS=0.17 CJO=16.2 TT=7.21e-7
+ M=0.35 VJ=0.68 FC=0.5 BV=600 IBV=1e-10 EG=1.11 XTI=3)
*
. model KD509A D (IS=1.14e-12 N=1.12 RS=2.1 CJO=2.15p TT=3.25n
+ M=0.33 VJ=0.71 FC=0.5 BV=50 IBV=1E-11 EG=1.11 XTI=3)
*
.model KD522B D (Is=33.85e-21 Rs=0 N=1 Xti=3 Eg=1.11 Bv=30 Ibv=2u
+ Cjo=4p Vj=.75 M=.3333 Fc=.5 Tt=4p)
Стабилитроны
Д814А, Б, В, Г, Д 2С211Г
Д815А, Б, В, Г, Д, Е, Ж 2С522А
Д816А, Б, Г, Д 2С527А
Д817А, Б, В, Г КС133А
Д818Е КС139А
2С133А КС147А
2С147А КС156А
2С168А КС168А
2С191Г
.model D814A D(IS=.3920e-12 N=1.19 RS=1.25 CJO=41.15p TT=49.11n
+ M=0.41 VJ=0.73 FC=0.5 BV=8 IBV=0.5u EG=1.11 XTI=3)
*
.model D818e D(Is=3m Rs=18 N=1 Xti=3 Eg=1.11 Bv=9 Ibv=3m Cjo=1p
+ Vj=.75 M=.3333 Fc=.5 Tt=5n)
*
.model KS133A D(IS=89.00e-15 N=1.16 RS=25 CJO=72.00p TT=57.00n
+ M=0.47 VJ=0.80 FC=0.5 BV=3.3 IBV=5u EG=1.11 XTI=3)
*
.model 2S527A D(IS=25.00e-15 N=1.11 RS=4 CJO=47.42p TT=256.6n
+ M=0.39 VJ=0.68 FC=0.5 BV=27 IBV=5u EG=1.11 XTI=3)
Биполярные транзисторы
p–n–p n–p–n p–n–p n–p–n
2Т202А, Б, В, Г 2Т215А, Б, В, Г Т208К
2Т203Д 2T312A, Б, B КТ351А
2Т214А, Б, В, Г 2Т315А, Е, Д, И КТ363А
2Т313Б 2Т316Б, Д КТ364А, Б, В
2Т326Б 2Т324А, Б, В, КТ375А, Б
2Т360А, Б, Г Г, Д, Е ТС3103А-1, КТ312Б
2Т363Б 2Т325Б КТ3107А,Б,В,Г,
2Т364А-2, Б-2 2Т354А Д,Е,ГЕ,И,К,Л КТ315А,Б,В,Г,
h1>
В-2 2Т355А Д,Е,ГЕ,И
2Т370А-1 2Т368Б КТ830А, Б, В, Г КТ316b
2Т3107А, Е, И, К 2Т371А КТ385АМ-2
2Т3108А, Б, В 2Т384AM-2 КТ836А, Б, В КТ399А
2Т626А 2Т385А КТ3102А, Б, БМ,
2Т632А 2Т388А В, Г, Е
2Т639Б 2Т397 КТ3117А
2Т644Б 2Т399А КТ608А, Б
2Т708 2Т3102А, Б, Е КТ630А, Б, В,
2Т709 2Т3117А Г, Д, Е
2Т818А 2Т504 КТ635Б
2Т825А 2Т505 КТ642А-2
2Т830А 2Т602А, Б КТ653Б
2Т625А, Б КТ815Г
2Т629А КТ819А, Б, В
2Т630А, Б, В, КТ831А, Б, В
Г, Д КТ841А
2Т638А КТ847А
2Т646А КТ866А
2Т819А, Б, В, Г КТ880А
2Т827А КТ926А
2Т831А
2Т921А
2T939A
. model 2t312a NPN (Is=21f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=126.2 Bf=86.76
+ Ise=189f Ne=1.328 Ikf=.164 Nk=.5 Xtb=1.5 Br=1 Isc=66.74f
+ Nc=1.385 Ikr=1.812 Rb=300 Rc=.897 Cjc=8.4p Mjc=.29 Vjc=.692
+ Fc=.5 Cje=26.53p Mje=.333 Vje=.75 Tr=10n Tf=1.743n Itf=1)
*
.model 2T315A NPN (Is=23.68f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=60 Bf=108 Ne=1.206
+ Ise=23.68f Ikf=.1224 Xtb=1.5 Br=4.387G Nc=1.8 Isc=900p Ikr=20m
+ Rc=5 Cjc=7p Vjc=.7 Mjc=.333 Fc=.5 Cje=10p Vje=.7 Mje=.333
+ Tr=130.5n Tf=1n Itf=40m Vtf=80 Xtf=1.1)
*
.model 2t371a NPN (Is=1.378f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=68.25 Bf=236
+ Ne=1.479 Ise=43.8f Ikf=.1777 Xtb=1.5 Var=45 Br=3.414 Nc=2
+ Isc=55f Ikr=35m Rb=44.1 Rc=2.8 Cjc=1.932p Vjc=.75 Mjc=.33 Fc=.5
+ Cje=1.747p Vje=.69 Mje=.33 Tr=13.65n Tf=43.78p Itf=.35 Vtf=10
+ Xtf=2)
*
.model 2T3102A NPN (Is=685.1f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=80 Bf=213 Ne=2.55
+ Ise=563.4p Ikf=.43 Xtb=1.5 Br=11.68G Nc=2 Isc=100p Ikr=80m Rc=7
+ Cjc=12.07p Vjc=.7 Mjc=.333 Fc=.5 Cje=9.284p Vje=.75 Mje=.333
+ Tr=80p Tf=252.6p Itf=8m Vtf=50 Xtf=1.2)
*
.model KT3117A NPN (IS=10e-15 ISE=1uA NE=4 ISC=1uA NC=4 BF=200
+ IKF=.4A VAF=70 CJC=10pF CJE=30pF RB=5 RE=.5 TF=0.6NS TR=200ns)
*
.model KT608A NPN (IS=1e-12 VAF=60 VAR=8V BF=80 IKF=.4A NC=4 NE=4
+ RB=3 RE=.5 ISE=10uA ISC=10uA CJC=12pF CJE=30pF TR=50NS TF=.6ns)
*
.model KT608B NPN (IS=1e-12 VAF=60 VAR=8V BF=160 IKF=.4A NC=4 NE=4
+ RB=3 RE=.5 ISE=10uA ISC=10uA CJC=12pF CJE=30pF TR=50ns TF=.6ns)
*
.model 2T630A NPN (Is=442.7e-18 Xti=3 Eg=1.11 Vaf=120 Bf=80 Ne=1.5
+ Ise=1e-7 Ikf=.8 Xtb=1.5 Br=1 Nc=2 Isc=1E-6 Ikr=.7 Rc=0 Cjc=25p
+ Vjc=.75 Mjc=.333 Fc=.5 Cje=65p Vje=.75 Mje=.333 Tr=10n Tf=3.129n)
*
.model KT830A PNP (Is=141f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=100 Bf=25 Ne=1.5
+ Ise=100u Ikf=1.5 Xtb=1.5 Br=1 Nc=2 Isc=100u Ikr=0 Rc=0 Cjc=180p
+ Vjc=.75 Mjc=.333 Fc=.5 Cje=210p Vje=.75 Mje=.333 Tr=10n
+ Tf=31.77n Itf=1.5 Vtf=100 Xtf=1.3)
*
.model 2T939a NPN (Is=4.08f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=25.48 Bf=105.4
+ Ise=56.88f Ne=1.39 Ikf=1.763 Nk=.82 Xtb=1.5 Br=1 Isc=365.6f
+ Nc=1.825 Ikr=.398 Rb=6 Rc=.818 Cjc=10.12p Mjc=.8707 Vjc=7.26
+ Fc=.5 Cje=17.53p Mje=.4951 Vje=1.472 Tr=10n Tf=40.66p Itf=10.44
+ Xtf=70.42 Vtf=10)
Макромодели транзисторных сборок
p-n-p n-p-n
198НТ5, 6, 7, 8 129НТ1, Б
КТС393Б 159НТ1
КТС622А 198НТ1, 2, 3, 4
2ТС622А, Б 1НТ251А
КТС398А, Б
*--------------------------- 198NT1 --------------------------
* E1
* E3 B3 C3 E5 B5 C5 E4 B4 C4 C2 B2 E2 B1 C1
* | | | | | | | | | | | | | |
.SUBCKT 198NT1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Q1 14 13 12 NT1
Q2 10 11 12 NT1
Q3 3 2 1 NT1
Q4 9 8 7 NT1
Q5 6 5 4 NT1
.model NT1 NPN (Is=33.67f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=100 Bf=150 Ne=1.5 Ise=0
+ Ikf=20E-3 Xtb=1.5 Br=1 Nc=2 Isc=0 Ikr=0 Rc=0 Cjc=7p Vjc=.75
+ Mjc=.333 Fc=.5 Cje=25p Vje=.75 Mje=.3333 Tr=10n Tf=158.9n Itf=0
+ Vtf=0 Xtf=0)
.ENDS
*---------------------------- KTC398A -----------------------
* E1 C1 B1 B2 C2 E2
* | | | | | |
.SUBCKT KTC398A 1 2 3 4 5 6
Q1 2 3 1 NT1
Q2 5 4 6 NT1
.model NT1 NPN (Is=5f Xti=3 Eg=1.12 Vaf=20 Bf=150 Ne=1.2 Ise=750f
+ Ikf=25m Nc=2 Xtb=1.5 Br=2 Isc=650f Ikr=20m Rc=50 Cjc=2.96p
+ Vjc=.75 Mjc=.333 Fc=.5 Cje=2.653p Vje=.75 Mje=.333 Tr=1.12n
+ Tf=68.3p Itf=.02 Vtf=20 Xtf=1.1)
.ENDS
Полевые транзисторы
.model J2PS104G NJF(Vto=-1.562 Beta=816.3u Lambda=8.83m Rs=31 Rd=31
+ Cgs=3.2p Cgd=2.2p Fc=0.5 Pb=1 Is=10f)
*
.model J2P303B NJF(Vto=-0.8137 Beta=2.015m Lambda=17.89m Rs=44 Rd=44
+ Cgs=4.2p Cgd=3.8p Fc=0.5 Pb=1 Is=10f)
*
.model J2P307B NJF(Vto=-2.617 Beta=1.578m Lambda=1.890m Rs=15 Rd=15
+ Cgs=3.5p Cgd=3p Fc=0.5 Pb=1 Is=10f)
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. БИБЛИОТЕКА МОДЕЛЕЙ ЦИФРОВЫХ И АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ ИС
Рассмотрим характерные особенности составления моделей цифровых и аналого-цифровых ИС для программы PSpice на нескольких конкретных примерах [24, 28].
 |
.subckt A B NQ
U1 NAND(2) $G_DPWR $G_DGND A B NQ D_133 IO_133
.ends
Здесь 133LA3 – имя макромодели, совпадающее с именем SYM-файла; $G_DPWR, $G_DGND – имена узлов питания и цифровой “земли”; A, B – имена входов секции; NQ – имя выхода; U1 – имя компонента в составе макромодели; NAND – имя стандартной модели вентиля И–НЕ; в круглых скобках указано общее количество входов в корпусе – 2; далее перечисляются имена узлов подключения макромодели; D_133 – имя модели динамики вентиля 133ЛА3; IO_133 – модель входа/выхода вентиля.
Модель входа/выхода имеет вид:
.model IO_133 UIO (drvh=50 drvl=50 AtoD=AtoD_133, DtoA=DtoA_133)
Здесь UIO – cтандартное ключевое слово; drvh, drvl – выходные сопротивления вентиля в состоянии высокого и низкого уровня соответственно (используются при определении логического уровня сигнала на входе ИС, к которому параллельно подключены выходы нескольких источников сигнала); AtoD, DtoA – имена моделей интерфейсов аналог/цифра (А/Ц) и цифра/аналог (Ц/А) соответственно.
Модель динамики вентиля имеет вид
.model D_133 UGATE (tplhty=2.2n, tplhmx=5n, tphlty=1.5n, tphlmx=3n)
Здесь UGATE – стандартное ключевое слово; в скобках указаны значения задержек при переходе от низкого уровня к высокому и от высокого уровня к низкому (для каждой задержки может быть указано минимальное, типичное и максимальное значения).
Модель интерфейса А/Ц имеет вид
.subckt AtoD_133 A D
o1 A $G_DGN D IN_133 Dgtlnet=D IO_133
.ends
Модели интерфейса А/Ц и Ц/А включаются в схему между аналоговыми и цифровыми узлами автоматически. Здесь A –
имя аналогового узла; D – имя цифрового узла; $G_DGND –
глобальное имя “земли”; IN_133 –
имя модели интерфейса А/Ц.
Модель интерфейса А/Ц имеет вид
.model IN_133 DOUTPUT(
+ s0name=0, s0vlo=-10, s0vhi=.5,
+ s1name=1, s1vlo=2.5, s1vhi=10,
+ s2name=x, s2vlo=.5, s2vhi=2.5)
Здесь DOUTPUT – ключевое слово; s0name, s1name, s2name – имена логических состояний “0”, “1” и неопределенного состояния “X”; для каждого состояния указываются граничные значения напряжений.
Модель интерфейса Ц/А имеет вид
.subckt DtoA_133 D A
n1 A $G_DGND $G_DPWR OUT_133 Dgtlnet=D IO_133
.ends
Здесь $G_DPWR – глобальное имя цепи питания; OUT_133 – имя модели интерфейса Ц/А.
Модель интерфейса Ц/А имеет вид
.model OUT_133 DINPUT (
+ s0name=0, s0tsw=3.5n, s0rlo=7, s0rhi=390,
+ s1name=1, s1tsw=5.5n, s1rlo=467, s1rhi=200,
+ s2name=x, s2tsw=3.5n, s2rlo=43, s2rhi=106,
+ s3name=z, s3tsw=3.5n, s3rlo=200k, s3rhi=200k)
Здесь DINPUT – ключевое слово; s0name, s1name, s2name, s3name –
имена логических состояний “0”, “1”, неопределенного состояния “X” и состояния высокого импеданса “Z”; после имени каждого состояния указывается значение времени переключения и сопротивления между выходным узлом и “землей” и источником питания.
Источник питания +5 В, подключаемый к интерфейсу Ц/А автоматически, имеет модель вида
.subckt DIGIFPWR GND
VDPWR $G_DPWR $G_DGND 5v
R1 $G_DPWR GND 1MEG
VDGND $G_DGND GND 0v
R2 $G_DGND GND 1MEG
.ends
Модель источника питания включается в библиотеку моделей цифровых компонентов один раз.
2. Логический ТТЛ–элемент 2И–НЕ с открытым коллекторным выходом 133ЛА8
(рис. П5.2). По сравнению с моделью вентиля 133ЛА3 этот элемент имеет другие значения сопротивлений в состоянии “1”
.subckt 133LA8 A B NQ
U1 NAND(2) $G_DPWR $G_DGND A B NQ D_133 IO_133_C
.ends
 |
.model IO_133_C UIO (drvh=50 drvl=50 AtoD=AtoD_133_C DtoA=DtoA_133_C)
Модель интерфейса А/Ц имеет вид
.subckt AtoD_133_C A D
o1 A $G_DGND IN_133 Dgtlnet=D IO_133_C
.ends
Модель интерфейса Ц/А имеет вид
.subckt DtoA_133_C D A
n1 A $G_DGND $G_DPWR OUT_133_C Dgtlnet=D IO_133_C
.ends
Модель интерфейса Ц/А имеет вид
.model OUT_133_C DINPUT (
+ s0name=0, s0tsw=3.5n, s0rlo=7, s0rhi=390,
+ s1name=1, s1tsw=5.5n, s1rlo=200k, s1rhi=200k,
+ s2name=x, s2tsw=3.5n, s2rlo=43, s2rhi=106,
+ s3name=z, s3tsw=3.5n, s3rlo=200k, s3rhi=200k)
3. Двойной 4-входовый коммутатор 564КП1. Условное графическое отображение и функциональная схема ИС 564КП1 приведены на рис. П5.3. Ниже представим его макромодель на языке программы PSpice:
.subckt 564KP1 V A0 A1 X1 X2 X3 X4 Y1 Y2 Y3 Y4 X Y
U1 BUFA(2) $G_DPWR $G_DGND A0 A1 B0 B1 KP1SLCT_HC IO_HC
U2 INVA(2) $G_DPWR $G_DGND A0 A1 IB0 IB1 KP1SLCT_HC IO_HC
U3 NORA(3,4) $G_DPWR $G_DGND B0 B1 V IB0 B1 V
+ B0 IB1 V IB0 IB1 V
+ 1Q0 1Q1 1Q2 1Q3 KP1MLTI_HC IO_HC
U4 NORA(3,4) $G_DPWR $G_DGND B0 B1 V IB0 B1 V
+ B0 IB1 V IB0 IB1 V
+ 2Q0 2Q1 2Q2 2Q3 KP1MLTI_HC IO_HC
S1 X1 X 1Q0 0 K1
S2 X2 X 1Q1 0 K1
S3 X3 X 1Q2 0 K1
S4 X4 X 1Q3 0 K1
S5 Y1 Y 2Q0 0 K1
S6 Y2 Y 2Q1 0 K1
S7 Y3 Y 2Q2 0 K1
S8 Y4 Y 2Q3 0 K1
C1 X1 0 10p
C2 X2 0 10p
C3 X3 0 10p
C4 X4 0 10p
C5 Y1 0 10p
C6 Y2 0 10p
C7 Y1 0 10p
C8 Y2 0 10p
C9 X 0 10p
C10 Y 0 10p
.ends 564KP1
.model KP1SLCT_HC UGATE
+ (tplhty=4ns tplhmx=3ns tphlty=4ns tphlmx=3ns)
.model KP1STRB_HC UGATE
+ (tplhty=11ns tplhmx=24ns tphlty=11ns tphlmx=24ns)
.model KP1MLTI_HC UGATE
+ (tplhty=17ns tplhmx=35ns tphlty=17ns tphlmx=35ns)
.model K1 VSWITCH (VON=7.5 VOFF=2.8)
 |
.subckt 594PA1 1 2 3 4 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 23
R21 1 2 9.95k
R19 3 4 5k
REF 23 0 5k
G1 30 0 VALUE= {V(1R)}
G2 30 0 VALUE= {V(2R)*0.5}
G3 30 0 VALUE= {V(3R)*0.25}
G4 30 0 VALUE= {V(4R)*0.125}
G5 30 0 VALUE= {V(5R)*0.0625}
G6 30 0 VALUE= {V(6R)*0.03125}
G7 30 0 VALUE= {V(7R)*0.015625}
G8 30 0 VALUE= {V(8R)*0.0078125}
G9 30 0 VALUE= {V(9R)*0.00390625}
G10 30 0 VALUE={V(10R)*0.001953125}
G11 30 0 VALUE={V(11R)*0.0009765625
G12 30 0 VALUE={V(12R)*0.00048828125
IERR 30 0 0.2uA
RI 30 0 1.0
GOUT 3 0 VALUE={V(30)*1.1mA}
R1 1R 0 1MEG
R2 2R 0 1MEG
R3 3R 0 1MEG
R4 4R 0 1MEG
R5 5R 0 1MEG
R6 6R 0 1MEG
R7 7R 0 1MEG
R8 8R 0 1MEG
R9 9R 0 1MEG
R10 10R 0 1MEG
R11 11R 0 1MEG
R12 12R 0 1MEG
U1 BUF $G_DPWR $G_DGND 18 1R DN IO_N
U2 BUF $G_DPWR $G_DGND 17 2R DN IO_N
U3 BUF $G_DPWR $G_DGND 16 3R DN IO_N
U4 BUF $G_DPWR $G_DGND 15 4R DN IO_N
U5 BUF $G_DPWR $G_DGND 14 5R DN IO_N
U6 BUF $G_DPWR $G_DGND 13 6R DN IO_N
U7 BUF $G_DPWR $G_DGND 12 7R DN IO_N
U8 BUF $G_DPWR $G_DGND 11 8R DN IO_N
U9 BUF $G_DPWR $G_DGND 10 9R DN IO_N
U10 BUF $G_DPWR $G_DGND 9 10R DN IO_N
U11 BUF $G_DPWR $G_DGND 8 11R DN IO_N
U12 BUF $G_DPWR $G_DGND 7 12R DN IO_N
.ends 594PA1
*
.model DN UGATE
.model IO_N UIO (drvh=0 drvl=0 AtoD=AtoD_N DtoA=DtoA_N)
.subckt AtoD_N A D
o1 A $G_DGND DOUT_N Dgtlnet=D IO_N
.ends
.subckt DtoA_N D A
n1 A $G_DGND $G_DPWR DIN_N dgtlnet=d IO_N
.ends
.model DOUT_N DOUTPUT (
+ s0name=0, s0vlo=-100, s0vhi=0.5,
+ s1name=1, s1vlo=2.5, s1vhi=100,
+ s2name=x, s2vlo=0.5, s2vhi=2.5)
.model DIN_N DINPUT (
+ s0name=0, s0tsw=1n, s0rlo=1, s0rhi=1k,
+ s1name=1, s1tsw=1n, s1rlo=200, s1rhi=800,
+ s2name=x, s2tsw=1n, s2rlo=100, s2rhi=900,
+ s3name=z, s3tsw=1n, s3rlo=200, s3rhi=800)
 |
Режим Layout Editor
 Рис. 8.2. Окно Layout Editor |
PCBoards вызывается автономно из Windows или из управляющей оболочки Schematics по команде Tools/Run PCBoards. После запуска PCBoards активизируется окно редактора Layout Editor (рис. 8.2).
В верхней части окна располагается строка меню, ниже – строка инструментов. Наиболее употребительные команды вызываются с помощью пиктограмм (табл. 8.3).
Таблица 8.3
| Пиктограмма | Эквивалентная команда | Пиктограмма | Эквивалентная команда | ||||
| File/New | | View/In | ||||
| File/Open | | View/Out | ||||
| File/Save | | View/Area | ||||
| File/Print | | View/Fit | ||||
| Edit/Cut | | Draw/Line | ||||
| Edit/Copy | | Draw/Arc | ||||
| Edit/Pust |  | Draw/Trace (Layout Editor) | ||||
 | Edit/Undo |  | Draw/Add Via (Layout Editor), немедленное расположение вывода (Footprint Editor) | ||||
 | Edit/Redo |  | Edit/Attributes | ||||
 | View/Redraw |  | Layer Box, Style Box |
В табл. 8.4 приведем краткое описание команд редактирования печатных плат (режим Layout Editor).
Таблица 8.4
| Команда | Назначение | ||||
| Меню File | |||||
| New... | Очистка рабочего окна для создания новой платы | ||||
| Open... | Открытие (загрузка) существующего файла платы для последующего редактирования (расширение имени .pca) | ||||
| Close | Закрытие текущего окна | ||||
| Save (Ctrl+S ) | Сохранение внесенных изменений в текущем файле | ||||
| Save As... | Сохранение внесенных изменений в новом файле, имя которого указывается по дополнительному запросу | ||||
| Job Setup... | Конфигурация вывода на принтер/плоттер, фотоплоттер и станки с ЧПУ. Указывается перечень слоев, включаются фильтры (для вывода сегментов трасс, переходных отверстий и т. п.), масштаб изображения и др. | ||||
| Print... (Ctrl+P) | Вывод на периферийные устройства одной или более страниц текущей платы | ||||
| Photoplot | Конфигурация фотоплоттера Gerber и создание управляющего файла | ||||
| NC Drill | Задание формата и создание управляющего файла для станка с ЧПУ | ||||
| Export | Создание файла печатной платы в текстовом формате DXF для передачи в систему AutoCAD (текст представляется в растровой форме, для залитых краской фигур рисуется только контур) | ||||
| Netlist | Ввод/вывод списков соединений: | ||||
| | Load... | Загрузка файла списка соединений схемы (.nlf) для упаковки на плату корпусов компонентов | |||
| | Import PADS... | Загрузка файла списка соединений в формате PADS (.pad) | |||
| | Browse | Просмотр файлов списков соединений | |||
| | Write... | Запись в файл списка соединений платы(.bnl) | |||
| Reports... | Создание и печать файлов отчетов: | ||||
| | Bill of Materials | Перечень компонентов (.bom) | |||
| | Component Locations | Расположение компонентов (.loc) | |||
| | Aperture Information | Список апертур фотоплоттера (.apr) | |||
| | Hole–Drill Schedule | Список отверстий (.hdr) | |||
| | Footprint Statistics | Перечень корпусов (.fpr) | |||
| | Unrouted Nets | Перечень неразведенных цепей (.ucr) | |||
| | DRC errors | Нарушения технологических ограничений (.drc) | |||
| | Attributes | Перечень назначенных пользователем атрибутов (.atr) | |||
| | Statistics | Общая информация о плате (.sta) | |||
| Current Messages... (F10) | Сообщения об ошибках | ||||
| Exit (Alt+F4) | Завершение работы с графическим редактором | ||||
| Файл 1, ... , Файл 4 | Список последних четырех загруженных файлов | ||||
| Меню Edit | |||||
| Undo (Ctrl+Z) | Восстановление последнего удаленного объекта (откат назад) | ||||
| Redo (Ctrl+Y) | Последовательное восстановление предыдущих операций Undo (откат вперед) | ||||
| Cut (Ctrl+X, Del) | Удаление объекта(ов) на плате и помещение его в буфер обмена | ||||
| Copy (Ctrl+C, Ctrl+Ins) | Копирование объекта(ов) в буфер для последующего размещения на плате по команде Paste | ||||
| Paste (Ctrl+V, Shift+Ins) | Размещение на плате последнего объекта, занесенного в буфер по команде Cut или Copy | ||||
| Delete (Del) | Удаление с платы выбранного объекта(ов) | ||||
| Find... (Ctrl+Q) | Поиск объектов по заданным именам/значениям атрибутов | ||||
| Move Delta... (Ctrl+D) | Перемещение выбранных объектов на заданное расстояние | ||||
| Move by RefDes... (Ctrl+E) | Выбор имени или позиционного обозначения компонента из списка и буксировка к новому расположению | ||||
| Rotate (Ctrl+R) | Поворот выбранного объекта по часовой стрелке (угол поворота устанавливается по команде Tools/Options) | ||||
| Flip Sides (Ctrl+F) | Перенос компонента, расположенного на слоях [Top] и [Bottom], на противоположную сторону платы | ||||
| Mirror | Зеркальное отображение графических объектов и текста относительно вертикальной оси | ||||
| Disconnect | Отсоединение одного или нескольких выводов компонентов от электрической цепи | ||||
| Attributes... (F11 или двойной щелчок на выбранном объекте) | Редактирование атрибутов выбранного объекта (позиционного обозначения компонента, ширины трассы и т. п.) | ||||
| Меню Draw | |||||
| Repeat ([Пробел]) | Повторение предыдущей команды | ||||
| Arc | Рисование дуги | ||||
| Circle | Рисование окружности | ||||
| Line | Рисование линии | ||||
| Polyline | Рисование линейно-ломаной линии | ||||
| Rectangle | Рисование прямоугольника | ||||
| Add Text... | Ввод текста (символы кириллицы не допускаются) | ||||
| More Graphics | Альтернативные способы рисования дуг, линий и прямоугольников | ||||
| Add Component (Ctrl+G) | Расположение на сигнальном слое [Top] или [Bottom] компонента, выбранного в Package Library (если компонент имеет несколько вариантов корпуса, он выбирается в Footprint Library) | ||||
| Connection (Ctrl+W) | Проведение электрической связи между выводами компонентов. Имя новой образуемой цепи вводится по дополнительному запросу | ||||
| Trace (Ctrl+T) | Ввод сегментов печатных проводников и переходных отверстий при переходе с одного слоя на другой (нажатием клавиши Tab) | ||||
| Add Hole... | Размещение сквозного отверстия (одновременно указывается диаметр и допустимый зазор). Графика отверстия наносится на слой [DrillSymbols] | ||||
| Add Via... | Размещение межслойного переходного отверстия между парой сигнальных слоев. Слои объединяются в пары по команде Configure/Layer Pairs, а стиль переходного отверстия устанавливается по команде Configure/Styles/Trace | ||||
| Areafill | Создание полигона (металлизированной области) на сигнальном слое | ||||
| Void | Создание выреза внутри полигона | ||||
| Keepout | Определение границы области (барьера), внутри которой не могут быть размещены проводники, компоненты и переходные отверстия | ||||
| Board Signal Keepin | Определение границы области, внутри которой могут быть размещены проводники, компоненты и переходные отверстия (размещается на слое [BoardSigKeepin]) | ||||
| Меню View | |||||
| Redraw (Ctrl+L) | Перечерчивание экрана | ||||
| Fit (Ctrl+N) | Изменение масштаба изображения так, чтобы на полном экране разместились все видимые в рабочей области объекты | ||||
| In (Ctrl+I) | Увеличение масштаба изображения (центр поля зрения указывается курсором) | ||||
| Out (Ctrl+O) | Уменьшение масштаба изображения (центр поля зрения указывается курсором) | ||||
| Previous (Ctrl+U) | Возвращение к предыдущему масштабу изображения | ||||
| Area (Ctrl+A) | Вывод на весь экран окаймленной части изображения | ||||
| Pan-New Center (F12) | Расположение видимой области платы симметрично относительно точки расположения курсора без изменения масштаба | ||||
| Highlight Net(s) | Выделение одной или нескольких выбранных цепей пунктирными линиями | ||||
| Clear Highlight | Отмена выделения цепей, выбранных по команде Highlight Net(s) | ||||
| Меню Configure | |||||
| Styles (переключение в окне Style Box) | Задание имен и характеристик стилей графических объектов (в дальнейшем их характеристики могут изменяться): | ||||
| Lines&Arc... | Линии и дуги характеризуются шириной | ||||
| Text... (F6) | Текст характеризуется высотой и шириной символов, привязкой и углом наклона | ||||
| Trace... (F7) | Трасса характеризуется шириной, зазором и именем стека контактных площадок переходных отверстий | ||||
| Snap Grid... (F2) | Задание шага сетки (Grid Spacing), ее видимости (Display) и привязка объекта к ближайшему узлу сетки (Snap) | ||||
| Trace Placement Mode | Задание ориентации сегмента трассы: Orthogonal – ортогонально, Ortho/45 – под углом, кратным 450, Any Angle – под произвольным углом | ||||
| Layers... | Просмотр списка слоев (* означает текущий слой, S – сигнальный слой, G – слой графики, D – видимый, P – защищенный от записи) | ||||
| Layer Pairs... | Образование пар слоев (переход трасcы на спаренный слой осуществляется нажатием клавиши Tab) | ||||
| Layer Display... (F3) | Выбор текущего активного слоя, одного или нескольких видимых слоев, изменение их цвета | ||||
| Padstacks... (F4) | Просмотр и редактирование стеков контактных площадок, помещенных в библиотеку Padstack Library. Имя загруженной библиотеки просматривается по команде Library/Setup и изменяется по команде Library/Load Padstacks | ||||
| Drill Symbols... | Просмотр символов отверстий (их параметры задаются по команде File/NC Drill/Tools) | ||||
| Ratsnest Display... | Просмотр логических соединений одной или нескольких цепей | ||||
| Select Filter... (F5) | Выбор фильтров для визуализации объектов (Pins – выводы компонентов, Trace Segments – сегменты трасс, Vias – переходные отверстия, Areafills – полигоны, Keepouts – барьеры, Text – текст, Holes – отверстия, Placement Center – выбор компонента щелчком по его точке привязки, Logical Connections – визуализация логических соединений, Graphics/Other – разрешение выбора линий, дуг и окружностей) | ||||
| Меню Tools | |||||
| Compare To Netlist... | Проверка соответствия базы данных печатной платы списку соединений схемы (в форматах Schematics или PADS). При выявлении различий возможна коррекция схемы или платы | ||||
| Browse Forward ECO Log... | Просмотр файла прямой корректировки платы | ||||
| Schematics | Загрузка в Schematics файла схемы, соответствующей текущей плате | ||||
| CCT: Setup | Задание параметров стратегии трассировки, применимой к плате в целом: ширина проводников и зазоры проводник–проводник, проводник–переходное отверстие/контактная площадка, устанавливаемые по умолчанию, размеры сетки трассировки проводников и размещения переходных отверстий для всех или индивидуальных слоев, техника трассировки (starburst, daisychain), способы подключения источников сигнала и нагрузок, максимальная длина сегмента проводника и др. | ||||
| CCT: Net Rules | Задание параметров стратегии трассировки, относящихся к отдельным цепям или группам цепей (см. разд. 8.2) | ||||
| CCT: Edit Do File | Редактирование файла команд автоматической трассировки | ||||
| CCT: Autoroute | Вызов автотрассировщика SPECCTRA | ||||
| CCT: Read Routes | Загрузка файла с результатами трассировки (.rte) | ||||
| Reannotate... | Автоматическое упорядочение позиционных обозначений компонентов, начиная с верхней стороны платы | ||||
| DRC | Проверка соблюдения зазоров на всей плате или на выбранных слоях | ||||
| Optimize Rats | Оптимизация расположения линий логических соединений с показом наиболее эффективного способа трассировки проводников | ||||
| Measure (Ctrl+M) | Измерение расстояния между двумя точками на плате | ||||
| Edit PADS Mapping File... | Редактирование файла списка соответствий имен корпусов в программах PADS и PCBoards (.ymp) | ||||
| Options... (F8) | Задание параметров: | ||||
| Units of Measure | Система единиц (mil, mm) | ||||
| Interaction Preferences | Радиус захвата, угол поворота объектов, перемещение объектов вместе с проводниками, оперативный контроль зазоров и др. параметры | ||||
| Zoom | Степень увеличения/уменьшения изображения | ||||
| Pan Delta | Степень перемещения изображения окна с помощью линейки прокрутки | ||||
| AutoPan | Минимальное время, в течение которого курсор должен находиться в новом положении, чтобы переместился корпус компонента | ||||
| AutoSave | Интервал автосохранения изображения | ||||
| Repaint | Параметры, определяющие способ регенерации изображения | ||||
| Save Settings | Запись параметров в файл msim.ini | ||||
| Меню Library | |||||
| Setup... | Задание пути доступа к библиотекам и загрузка библиотек Package Library, Footprint Library | ||||
| Packaging | Редактирование библиотеки Package Library | ||||
| Update Packaging... | Замена информации об упаковке компонентов в текущей плате данными, выбранными в Package Library | ||||
| Footprint Editor... (F9) | Вызов редактора типовых корпусов Footprint Library | ||||
| Update Footprints... | Замена типовых корпусов в текущей плате данными, выбранными в Footprint Library | ||||
| Load Padstacks | Загрузка файла контактных площадок Padstacks (.psl) | ||||
| Export Padstacks | Добавление нового или измененного определения контактной площадки во внешнюю библиотеку Padstacks Library | ||||
| Меню Window | |||||
| Close | Закрытие текущего окна | ||||
| Arrange | Упорядочение размещения открытых окон | ||||
| 1 <заголовок окна> | Список открытых окон | ||||
| . . . . | |||||
| [9 <заголовок окна>] | |||||
| [Дополнительные окна] | |||||
| Меню Help | |||||
| | |||||
| Contents | Вывод списка разделов встроенной инструкции | ||||
| Search for Help On... | Поиск статьи по одной или нескольким первым буквам ключевого слова | ||||
| Glossary | Предметный указатель | ||||
| Menu Commands | Вывод инструкции о всех командах | ||||
| Toolbar Shortcuts | Список кнопок панели инструментов | ||||
| Keyboard Shortcuts | Вывод списка назначений функциональных клавиш и комбинаций клавиш | ||||
| Technical Support | Информация о службе сервиса корпорации MicroSim | ||||
| Procedures | Вывод правил настройки конфигурации | ||||
| How to Use Help | Вывод кратких указаний по работе со встроенной инструкцией | ||||
| About PCBoards... | Вывод номера версии программы и ее регистрационного номера | ||||
Существует несколько способов начать разработку печатной платы. Простейший состоит в создании списка соединений схемы и использовании конфигурации PCBoards по умолчанию. Для более сложных плат необходимо вводить дополнительные слои и настраивать конфигурацию программы в соответствии с особенностями платы. Не существует строго определенного порядка выполнения отдельных операций по разработке печатной платы. Однако полезно придерживаться некоторой определенной последовательности. Опишем вкратце три ситуации.
1. Разработка двуслойной печатной платы, схема которой создана в Schematics. Простейший способ начать разработку печатной платы – перенести информацию о компонентах и электрических соединениях из схемы на двуслойную печатную плату. В общем случае выполняются следующие шаги:
а) в Schematics создается принципиальная схема, на которой задаются правила размещения компонентов (с помощью атрибутов COMP_X, COMP_Y, COMP_ANGLE, COMP_LAYER определяются координаты на плате некоторых компонентов, угол ориентации и имя слоя) и правила трассировки цепей (с помощью атрибутов NET_TRACE_WIDTH, NET_CLEARANCE, NET_PADSTACK, NET_PRIORITY определяют ширину проводника и допустимый зазор, имя файла контактных площадок и приоритет разводки);
б) в Schematics упаковывают схему и создают файл списка соединений по команде Tools/Annotate, включая опцию Package and Assign Reference Designators;
в) в PCBoards загружают файл списка соединений по команде File/Netlist/Load (или загружают PCBoards непосредственно из Schematics по команде Tools/Run PCBoards), в результате на экран переносятся изображения корпусов и электрические связи (рис. 8.3);
г) в PCBoards наносят физические границы печатной платы по командам меню Draw на слое [BoardOutline] и границы области разводки в виде многоугольника по команде Draw/Board Signal Keepin на слое сигналов.
Компоненты затем вручную размещают на плате с помощью операций перемещения (помечая их и “буксируя” мышью), поворота (по команде Edit/Rotate
или нажатием Ctrl+R) и переноса компонентов (с планарными и штыревыми выводами) на нижнюю сторону платы по команде Edit/Flip
(или нажатием Ctrl+F).
 Рис. 8.3. Результаты упаковки схемы на печатную плату |
2. Разработка двуслойной печатной платы в отсутствие схемы. В отсутствие чертежа схемы разработка двуслойной печатной платы производится с помощью PCBoards в следующем порядке (в этом случае нас устраивают параметры системы по умолчанию):
1) по командам меню Draw на слое [BoardOutline] наносят физические границы печатной платы произвольной формы и по команде Draw/Board Signal Keepin вычерчивают границы области разводки в виде многоугольника (слой сигналов активизируется автоматически);
2) размещают компоненты на плате по команде Draw/Add Component;
3) устанавливают электрические соединения по команде Draw/Connection.
3. Разработка многослойной печатной платы. Для более сложных плат их структура и параметры должны быть скорректированы пользователем до размещения компонентов и трассировки проводников. Например, может потребоваться введение дополнительных слоев платы и других типов стеков контактных площадок. Предположим, что в Schematics предварительно создана принципиальная схема, тогда последовательность действий в PCBoards может быть такой:
1) загружают файл списка соединений по команде File/Netlist/Load;
2) по командам меню Draw на слое [BoardOutline] наносят физические границы печатной платы и по команде Draw/Board Signal Keepin вычерчивают границы области разводки;
3) если необходимо, по команде Configure/Padstacks вводят определения стеков контактных площадок (включая допустимые зазоры), подсоединяемых к выводам компонентов и переходным отверстиям;
4) задают конфигурацию слоев и объединяют слои в пары по командам Configure/Layers, Configure/Layer Pairs;
5) определяют параметры графики, текста, трасс проводников, включая правила контроля зазоров и имена стеков контактных площадок, подключаемых к переходным отверстиям трасс, по команде Configure/Styles;
6) присваивают имя файлу базы данных платы по команде File/Save или File/Save As.
При необходимости создают металлизируемые полигоны, зоны запрета трассировки и пояснительные надписи. Трассировка печатных проводников выполняется вручную по команде Draw/Trace или в автоматическом режиме и интерактивно с помощью программы SPECCTRA (см. разд. 8.2).
Существующая печатная плата загружается в PCBoards по команде File/Open.
Следящая система
Программа PSpice разработана для моделирования нелинейных электрических цепей, заданных принципиальными электрическими схемами. Но это не препятствует моделированию систем автоматики, заданных функциональными схемами. Необходимо лишь каждому элементу функциональной схемы поставить в соответствие схему замещения из компонентов, допустимых в PSpice. Наиболее удобно это делать с помощью линейных и нелинейных управляемых источников (см. 3.2.4, 3.2.5).Проиллюстрируем эту методику на примере следящей системы с отрицательной обратной связью, показанной на рис. 3.24, а, где передаточная функция
1. Сначала с помощью старой версии PSpice все три блока функциональной схемы – сумматор, усилитель с коэффициентом передачи K
и фильтр с передаточной функцией G(s)
– реализуем с помощью линейных источников напряжения EE, EK, EZ, управляемых напряжениями, как показано на рис. 3.24, б. Источник сигнала имитируется независимым источником напряжения
VX. Параллельно каждому источнику включены сопротивления RX, RE, RK, RZ, чтобы в схеме замещения не было разомкнутых контуров (это требование PSpice, связанное с ошибками в программе контроля топологии). Потенциалы узлов в схеме на рис. 3.24, б соответствуют значениям переменных в одноименных точках функциональной схемы на рис. 3.24, а. Приведем задание на расчет частотных характеристик этой системы:
СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА С ТРЕХЗВЕННОЙ RC-ЦЕПЬЮ
.PARAM K=1 A=20 TAU=0.1
VX 1 0 AC=1
RX 1 0 1
*EE 0 2 VALUE={V(1)-V(4)} ; ОС замкнута
EE 0 2 VALUE={V(1)} ; ОС разомкнута
RE 2 0 1
EK 0 3 VALUE={K*V(2)}
RK 3 0 1
EL 4 0 LAPLACE {V(3)} {A/((1+TAU*s)*(1+TAU*s)*(1+TAU*s))}
RL 4 0 1
.AC LIN 500 0.01 10
.WATCH AC V(2) V(3) V(4)
.PROBE
.END
  Рис. 3.24. Функциональная схема следящей системы (а), ее модель для старой версии PSpice (б) и графическое изображение в Schematics (в) |
Здесь предусмотрено два варианта сумматора EE
– для моделирования следящей системы с замкнутой и разомкнутой обратной связью. Последнее используется для исследования устойчивости следящей системы с помощью критерия Найквиста. Годограф коэффициента передачи разомкнутой системы для иллюстрации показан на рис. 3.25: точка на комплексной плоскости с координатами (–1, j0) годографом не охватывается, поэтому рассматриваемая система устойчива.
 |
Файл control.cir
* C:\MSIM62J\EXAMPLES\CONTROL.SCH
* Schematics Version 6.2j - December 1995
* Fri Feb 02 16:17:26 1996
.PARAM A=20 TAU=0.1 K=1
** Analysis setup **
.ac LIN 501 0.01 10
* From [SCHEMATICS NETLIST] section of msim.ini:
.lib C:\MSIM62J\LIB\MY.LIB
.lib nom.lib
.INC "CONTROL.net"
.INC "CONTROL.als"
.probe
.END
Файл control.net
* Schematics Netlist *
V_V1 1 0 DC 0V AC 1V
E_DIFF1 2 0 VALUE {V(1,4)}
E_GAIN1 3 0 VALUE {{K} * V(2)}
E_LAPLACE1 4 0 LAPLACE {V(3)} {(A)/((1 + s*TAU)*
+ (1+s*TAU)*(1+s*TAU))}
Файл control.als
* Schematics Aliases *
.ALIASES
V_V1 V1(+=1 -=0 )
E_DIFF1 DIFF1(OUT=2 IN2=1 IN1=4 )
E_GAIN1 GAIN1(OUT=3 IN=2 )
E_LAPLACE1 LAPLACE1(OUT=4 IN=3 )
_ _(1=1)
_ _(2=2)
_ _(4=4)
_ _(3=3)
.ENDALIASES
В заключение отметим, что разнообразным применениям программы PSpice посвящены работы [35, 49, 55]. В статье [36] обсуждаются специфические вопросы исследования переходных процессов в коммутируемых цепях.Практические советы по моделированию регулярно помещаются в журнале “The Design Center Source”, выпускаемом корпорацией MicroSim.
Статистический анализ
Статистический анализ по методу Монте-Карло (Monte Carlo). Он производится при статистическом разбросе параметров, описанных по директиве .MODEL. Случайное значение параметра x рассчитывается по формуле
где
Случайные величины x создаются с помощью генераторов случайных чисел. Величина относительного разброса каждого параметра
[DEV[/<генератор #>][/<закон распределения>] <разброс>[%]]
[LOT[/<генератор #>][/<закон распределения>] <разброс>[%]]
Параметр <генератор #> указывает номер генератора случайных чисел (от 0 до 9). С его помощью создаются коррелированные параметры. Случайные параметры, для которых не указаны номера генераторов случайных чисел, образуются с помощью индивидуальных независимых генераторов; они, естественно, являются некоррелированными. Для расчета значений разбросов параметров DEV и LOT используются различные генераторы, имеется 10 генераторов для параметров DEV и столько же для параметров LOT.
В простейшем случае номера генераторов случайных чисел не указываются. Тогда параметры, имеющие опции DEV, получают независимые, а параметры, имеющие опции LOT, – коррелированные случайные значения (последнее характерно для имитации разброса параметров партий изделий).
Приведем примеры
.MODEL RLOAD RES (R=1 DEV/GAUSS 5% LOT/UNIFORM 10%)
.MODEL CMOD CAP (C=1 DEV/4/GAUSS 1%
+ TC1 DEV/4/USER1 10% LOT/5 2%)
В программе имеются генераторы случайных величин с двумя стандартными законами распределения:
UNIFORM – равновероятное распределение на отрезке (–1, +1);
GAUSS – гауссовое распределение на отрезке (–1, +1) с нулевым средним значением и среднеквадратическим отклонением
е. создается усеченное гауссовое распределение на интервале ±4
Кроме того, пользователь может задать нестандартный закон распределения случайных величин
.DISTRIBUTION <имя> <<
Здесь параметр <имя> назначает имя закону распределения, который задается в табличной форме. Пары чисел задают значения случайной величины
Приведем пример задания бимодального распределения, график которого изображен на рис. 3.19
.DISTRIBUTION BI_MODAL (-1,1) (-.5,1) (-.5,0) (.5,0) (.5,1) (1,1)
 Рис. 3.19. Бимодальный закон распределения |
Статистические испытания по методу Монте-Карло проводятся при расчете режима по постоянному току, переходных процессов или частотных характеристик по директиве
.MC
+ <обработка результатов> [ LIST ]
+ [ OUTPUT
+ [ SEED=<значение>]
Параметр
При статистическом анализе предусматривается разнообразная статистическая обработка результатов моделирования, характер которой определяется с помощью опции <обработка результатов>, принимающей одно из следующих значений:
YMAX – расчет максимального отклонения текущей реализации от номинальной;
MAX – расчет максимального значения в каждой реализации;
MIN – расчет минимального значения в каждой реализации;
RISE_EDGE(<значение>) – определение момента первого пересечения заданного уровня снизу вверх (значение уровня задается в круглых скобках; в начале расчета значение реализации должно быть меньше этого уровня);
FALL_EDGE(<значение>) – определение момента первого пересечения заданного уровня сверху вниз (значение уровня задается в круглых скобках; в начале расчета значение реализации должно быть больше этого уровня).
По необязательному ключевому слову LIST на печать выводится список значений всех случайных параметров во всех реализациях.
В отсутствие ключевого слова OUTPUT характеристики цепи, указанные в директивах .PRINT, .PLOT или .PROBE, выводятся на печать или передаются в постпроцессор Probe один раз для номинального значения случайных параметров. С помощью ключевого слова OUTPUT их можно вывести требуемое число раз, задавая после этого слова следующие параметры:
ALL – во всех реализациях;
FIRST
EVERY
RUNS
>,>... – для реализаций с указанными номерами mПосле ключевого слова RANGE определяется диапазон значений, в пределах которого статистически обрабатывается выходная переменная. Если вместо минимального или максимального значения этого диапазона указать звездочку “*”, то граница диапазона примет значение -
Переменная SEED задает начальное значение датчика случайных чисел. Оно может принимать нечетные значения в диапазоне 1...32 767 [6]. По умолчанию SEED=17 533. При одинаковых значениях SEED результаты статистического моделирования при последующих запусках программы повторяются.
Приведем примеры:
.MC 5 TRAN V(5) YMAX RANGE(-1,*)
.MC 100 AC VM(3) YMAX LIST OUTPUT=ALL
В старых версиях программы PSpice количество испытаний n ограничено 2000 при выводе данных в текстовый файл .out и 100 при наличии директивы .PROBE. В Design Center 6.2 – не более 1000 испытаний.
Расчет чувствительности и наихудшего случая (Worst Case). Для этого применяется директива
.WCASE [ DC ] [ TRAN ] [ AC ] <имя выходной переменной>
+ <обработка результатов> [<опции>]*
Виды анализа и параметры <имя выходной переменной>, <обработка результатов> такие же, как у директивы .MC.
Проводятся расчеты характеристик цепи при вариации параметров, имеющих опции DEV или LOT. Сначала по очереди изменяются все указанные параметры, что позволяет оценить параметрическую чувствительность характеристик. Измененные значения параметров рассчитываются по формуле
Новое значение = номинальное значение · (1 + RELTOL),
если не указана опция BY (см. ниже). В заключение рассчитываются характеристики цепи при одновременном изменении всех параметров по методу наихудшего случая. При этом значения параметров определяются по формуле
Новое значение = номинальное значение · (1 ±
Опции имеют следующий смысл.
Ключевое слово OUTPUT ALL разрешает передавать в выходной файл характеристики цепи, указанные в директивах .PRINT, .PLOT и .PROBE, при всех комбинациях параметров при расчете чувствительности. В его отсутствие передаются данные лишь о номинальном режиме и наихудшем случае.
После ключевого слова RANGE(<минимум>,<максимум>) указывается диапазон значений, в пределах которого производится статистическая обработка выходной переменной. Если вместо минимального или максимального значения этого диапазона указать звездочку “*”, то граница диапазона принимает значение –
Ключевые слова HI и LOW задают направление изменения параметров компонентов относительно номинальных значений при расчете наихудшего случая. Если определяется функция YMAX или MAX, по умолчанию назначается ключевое слово HI (положительное приращение), в противном случае – LOW (отрицательное приращение).
Ключевые слова VARY DEV, VARY LOT, VARY BOTH определяют характер случайного разброса параметров.
По умолчанию назначается параметр VARY BOTH и случайный разброс задается обоими параметрами DEV и LOT; два других ключевых слова означают случайный разброс, определяемый только одним параметром DEV или LOT соответственно.
Ключевые слова BY RELTOL, BYE <значение> задают относительное изменение параметров при расчете чувствительности. По умолчанию их изменение равно значению параметра RELTOL, указанному в директиве .OPTIONS.
Ключевое слово DEVICES(<список типов компонентов>) назначает типы компонентов, параметры которых изменяются при расчете чувствительности и наихудшего случая. Список типов компонентов состоит из первых символов их имен, перечисляемых слитно, без пробелов. Например, вариация параметров только резисторов (R), конденсаторов (C) и биполярных транзисторов (Q) назначается с помощью ключевого слова DEVICES RCQ.
Приведем примеры директивы .WCASE
.WCASE DC V(4,5) YMAX
.WCASE TRAN V(1) FALL_EDGE(3.5V) VARY BOTH BY RELTOL DEVICES RL
В задании на моделирование может быть либо директива .MC, либо .WCASE, но не обе вместе. Так моделируется наихудший случай для чисто аналоговых устройств.
Расчет наихудшего случая для смешанных устройств. При исследовании цифровых устройств наиболее актуально оценить влияние случайного разброса временных задержек цифровых ИС на характеристики устройства в целом. Сначала исследуются характеристики при номинальных значениях задержек, а затем интересно проверить работоспособность устройства при вариации задержек в заданных пределах. В версии PSpice 4 директива .WCASE для смешанных аналого-цифровых устройств неприменима, и поэтому приходилось одновременно всем задержкам присваивать минимальные, номинальные или максимальные значения. Эта информация полезна, но недостаточна, так как неприятности могут возникать не только при синхронных отклонениях задержек, но и при определенном сочетании максимальных отклонений отдельных варьируемых задержек. Эту возможность представляет директива .WCASE для Design Center 5.1.
Расчет наихудшего случая при моделировании смешанных аналого-цифровых устройств отличается от моделирования чисто аналоговых устройств. При моделировании по методу наихудшего случая аналого-цифровых устройств аналоговые секции моделируются при номинальных значениях параметров. В цифровых компонентах варьируются задержки, имеющие в моделях динамики ненулевые минимальные и максимальные значения (см. разд. 6.2). При подаче на вход цифрового компонента воздействия выходной узел имеет неопределенное логическое состояние на интервале времени, равном разности между максимальной и минимальной задержкой. После прохождения сигнала через второй цифровой компонент длительность неопределенного состояния увеличивается и т. д. Это так называемое моделирование “с нарастающей неопределенностью”.
Структура задания на моделирование
Задание на моделирование для программы PSpice заносится в текстовые файлы. При графическом вводе схем с помощью программы Schematics создаются три файла задания с одним и тем же именем и расширениями имени .cir, .net и .als. При составлении этого задания непосредственно с помощью текстового редактора достаточен один файл .cir. На бумаге составляется принципиальная схема, и присваиваются имена всем ее узлам (при графическом вводе с помощью Schematics это делать необязательно). Имена узлов могут быть целыми числами от 0 до 9990 или алфавитно-цифровыми символами длиной не более чем 131 символ. В качестве этих символов используются буквы латинского алфавита от A до Z, цифры 0, 1, ..., 9 и знаки “$”, “_”, “*”, “/”, “%”. Стандартное обозначение ряда узлов приведено в табл. 3.1.Таблица 3.1
| Имя узла | Напряжение/уровень | Описание | |||
| 0 | 0 В | Аналоговая “земля” | |||
| $G_CD4000_VDD | 5 В | Источник питания к-МОП ИС | |||
| $G_CD4000_VSS | 0 В | ” | |||
| $G_DPWR | 5 В | Источник питания ТТЛ ИС | |||
| $G_DGND | 0 В | ” | |||
| $G_ECL_10K_VEE | -5,2 В | Источник питания ЭСЛ 10К ИС | |||
| $G_ECL_10K_VCC1 | 0 В | ” | |||
| $G_ECL_10K_VCC2 | 0 В | ” | |||
| $G_ECL_100K_VEE | -4,5 В | Источник питания ЭСЛ 100К ИС | |||
| $G_ECL_100K_VCC1 | 0 В | ” | |||
| $G_ECL_100K_VCC2 | 0 В | ” | |||
| $D_HI | “1” | Логическая “1” | |||
| $D_LO | “0” | Логический “0” | |||
| $D_X | “X” | Неопределенное логическое состояние X | |||
| $D_NC | Не подключенный к схеме вывод цифрового компонента |
Логические состояния цифровых узлов $D_HI, $D_LO, $D_X поддерживаются постоянными независимо от того, с чем они соединены. Узел $D_NC применяется для обозначения неиспользуемых выводов (аббревиатура NC означает Not Connected).
При ссылке на цифровые имена узлов они заключаются в круглые скобки, например V(6) – потенциал узла 6. Имена узлов в виде алфавитно-цифровых символов при ссылках на них заключаются в квадратные скобки [ ], чтобы отличить их от имен компонентов.
Например, потенциал узла IN обозначается как V([IN]), а V(I2) –напряжение на источнике тока I2. Заметим, что в программе Probe при ссылке на алфавитно-цифровые имена узлов квадратные скобки не нужны, они отсутствуют и в выходном файле с расширением .out.
В программе существует соглашение, что все узлы, имена которых начинаются с символов $G_, являются глобальными, например узел $G_POS. Глобальные узлы используются в схемах, имеющих макромодели. Глобальные узлы с одинаковыми именами автоматически соединяются в основной цепи и во всех макромоделях. С их помощью удобно прокладывать цепи питания, синхронизации и т. п. (узел “земля” 0 всегда является глобальным). Глобальные узлы с произвольными именами назначаются с помощью директивы .GLOBAL (см. разд. 3.3).
После именования узлов составляют задание на моделирование, которое заносится в файл. Имя файла произвольное, в качестве расширения имени рекомендуется использовать .cir, воспринимаемое программой PSpice по умолчанию. Первая строка файла – строка заглавия, которая затем выводится в виде заголовка в выходном файле (в ней может быть помещен любой текст, не содержащий кириллицу). Строки комментариев содержат символ “*” в первой позиции (в них допускается использование и кириллицы). Конец любой строки после знака “;” также воспринимается как комментарий. Последняя строка файла .END. Порядок ввода промежуточных строк значения не имеет, за небольшим исключением:
– строка описания функции .FUNC должна быть помещена до ссылки на нее;
– директива .OPTIONS NOECHO запрещает запись в выходной файл расположенной после нее части описания схемы.
Строка продолжения начинается с символа “+” в первой позиции. Число пробелов между операторами в строке произвольное. Пробелы и запятые или знаки равенства эквивалентны.
Внимание! Программа PSpice не различает большие и малые буквы.
В одном файле можно объединить задания на моделирование нескольких цепей; каждое задание начинается со своего заголовка и заканчивается директивой .END.
При наличии ошибок в задании на моделирование, обнаруженных на этапе его трансляции или при выполнении моделирования, на экран и в выходной файл с расширением имени .out выводятся сообщения об ошибках, основные из которых перечислены в Приложении 2.
Предложения входного языка программы PSpice делятся на описания компонентов и директивы.
Описанием компонента
считается любая строка, не начинающаяся с символа “.” (кроме первой строки и строк комментариев и продолжений). Описание компонента имеет следующую структуру:
<имя компонента> <номера двух или более узлов> [<имя модели>]
+ <числовые данные>
Имя компонента состоит из последовательности символов латинского алфавита и цифр, общая длина имени не должна превосходить 131 символа (рекомендуется не более 8 символов). Первый символ – одна из букв латинского алфавита от A до Z, далее в любом порядке – алфавитно-цифровые символы и знаки “$”, “_”, “*”, “/”, “%”. Первый символ имени компонента определяет его тип, например R1, ROUT, Q12 (табл. 3.2).
Таблица 3.2
|
Первый символ имени |
Тип компонента |
|
B |
Арсенид-галлиевый полевой транзистор (GaAsFET) с каналом n-типа |
|
C |
Конденсатор |
|
D |
Диод |
|
E |
Источник напряжения, управляемый напряжением (ИНУН) |
|
F |
Источник тока, управляемый током (ИТУТ) |
|
G |
Источник тока, управляемый напряжением (ИТУН) |
|
H |
Источник напряжения, управляемый током (ИНУТ) |
|
I |
Независимый источник тока |
|
J |
Полевой транзистор с управляющим p– n-переходом (FET) |
|
K |
Связанные индуктивности и линии передачи |
|
L |
Индуктивность |
|
M |
МОП-транзистор (MOSFET) |
|
N |
Аналого-цифровой преобразователь на входе цифрового устройства |
|
O |
Цифро-аналоговый преобразователь на выходе цифрового устройства |
|
Q |
Биполярный транзистор |
|
R |
Резистор |
|
S |
Ключ, управляемый напряжением |
|
T |
Линия передачи |
|
V |
Независимый источник напряжения |
|
W |
Ключ, управляемый током |
|
U |
Цифровое устройство |
|
X |
Макромодель |
Заметим, что помимо перечисленных выше компонентов схем в состав моделируемого устройства могут входить и не электронные элементы (электрические машины, системы автоматического управления и др.), оформленные в виде макромоделей.
Номера узлов подключения компонента к схеме перечисляются в определенном порядке, установленном для каждого компонента (см. ниже). Имя модели компонента не является обязательным параметром. Далее указываются численные значения параметров компонента. В программе PSpice осуществляется масштабирование чисел с помощью суффиксов, приведенных в табл. 3.3.
Таблица 3.3
|
Суффикс |
Масштабный коэффициент |
Наименование |
|
F |
10 |
Фемто |
|
P |
10 |
Пико |
|
N |
10 |
Нано |
|
U |
10 |
Микро |
|
MIL |
25,4·10 |
Мил (0,001 дюйма) |
|
M |
10 |
Милли |
|
K |
10 |
Кило |
|
MEG |
10 |
Мега |
|
G |
10 |
Гига |
|
T |
10 |
Тера |
|
С |
Признак целого числа тактов цифровых сигналов |
Сопротивления, емкости и индуктивности должны быть постоянными величинами (зависимость от времени или от токов и напряжений, к сожалению, не допускается). Они могут быть как положительными, так и отрицательными величинами. Исключение составляет анализ переходных процессов, где отрицательные значения емкостей и индуктивностей могут привести к ошибкам в расчете. В любом случае нулевые значения параметров компонентов не допускаются.
Помимо числовых значений в предложениях входного языка программы могут использоваться идентификаторы параметров, которые заключаются в фигурные скобки { }.
Например, постоянное напряжение источника питания может быть задано с помощью параметра VPOWER:
VP 6 0 DC {VPOWER}
Внутри фигурных скобок допускаются символы арифметических выражений, например:
C2 5 4 {CLOAD*2.5}
Это не допускается при задании:
– параметров NL, F, LEN, R, L, G и C линии передачи;
– температурных коэффициентов резистора TC1, TC2 в его описании (в модели резистора эти выражения допускаются);
– параметров линейно-ломаного сигнала PWL;
– полиномиальных коэффициентов зависимых источников типа E, F, G, H;
– в именах узлов и параметрах директив .AC, .DC и др.
Выражение должно помещаться на одной строке длиной не более 131 символа (громоздкие выражения целесообразно оформлять в виде функции с помощью директивы .FUNCTION). Кроме арифметических выражений допускается использование стандартных функций, приведенных в табл. 3.4.
Таблица 3.4
|
Функция |
Определение |
Комментарий |
|
ABS(x) |
Абсолютное значение x |
|
|
ACOS(x) |
Арккосинус x |
Результат в радианах |
|
ARCTAN(x) |
Арктангенс x |
|
|
ASIN(x) |
Арксинус x |
|
|
ATAN(x) |
Арктангенс x |
|
|
ATAN2(y,x) |
Арктангенс y/x |
|
|
COS(x) |
Косинус x |
x в радианах |
|
COSH(x) |
Косинус гиперболический x |
x в радианах |
|
DDT(x) |
Производная dx/dt |
Применяется только при анализе переходных процессов |
|
EXP(x) |
Экспонента числа x |
|
|
IF(t,x,y) |
x, если t – истинно, y, если t – ложно |
t – булевая переменная |
|
IMG(x) |
Мнимая часть x |
|
|
LIMIT(x,min,max) |
min, если x max, если x>max, x, если min |
Ограничитель с линейной областью |
|
LOG(x) |
Натуральный логарифм x |
|
|
LOG10(x) |
Десятичный логарифм x |
|
|
M(x) |
Модуль x |
Эквивалентно ABS(x) |
|
MAX(x,y) |
Максимум x, y |
|
|
MIN(x,y) |
Минимум x, y |
|
|
P(x) |
Фаза x |
Равна 0 для вещественных чисел |
|
PWR(x,y) |
Степенная функция |x| |
|
|
PWRS(x,y) |
+|x| -|x| |
|
|
R(x) |
Действительная часть x |
|
|
SDT(x) |
Интеграл  |
Применяется только при анализе переходных процессов |
|
SGN(x) |
Знак x |
|
|
SIN(x) |
Синус x |
x в радианах |
|
SINH(x) |
Синус гиперболический x |
x в радианах |
|
STP(x) |
1, если x 0, если x |
|
|
SQRT(x) |
|
|
|
TAN(x) |
Тангенс x |
x в радианах |
|
TANH(x) |
Тангенс гиперболический x |
x в радианах |
|
ATAN(x) |
Арктангенс x |
Результат в радианах |
|
TABLE(x,x |
Табличная зависимость функции y от x |
Задаются координаты точек (x |
Выражения могут содержать следующие математические операции:
|
Символ операции |
Назначение |
|
Арифметические операции |
|
|
+ |
Сложение |
|
– |
Вычитание |
|
* |
Умножение |
|
/ |
Деление |
|
Логические операции |
|
|
~ |
Логическое отрицание |
|
| |
Логическое ИЛИ |
|
^ |
Логическое исключающее ИЛИ |
|
& |
Логическое И |
|
** |
Бинарный оператор |
|
Операции отношений (для функции IF) |
|
|
== |
Равно |
|
!= |
Не равно |
|
> |
Больше |
|
>= |
Больше или равно |
|
< |
Меньше |
|
<= |
Меньше или равно |
Таблица 3.5
|
Имя |
Назначение |
|
Задание начальных условий |
|
|
.IC |
Задание начальных условий |
|
.NODESET |
Задание узловых потенциалов по постоянному току на начальной итерации |
|
.SAVEBIAS |
Запись в файл узловых потенциалов схемы |
|
.LOADBIAS |
Считывание из файла узловых потенциалов схемы |
|
Pасчет стандаpтных хаpактеpистик |
|
|
.OP |
Передача в выходной файл параметров схемы, линеаризованной в окрестности рабочей точки |
|
.TF |
Расчет малосигнальных передаточных функций в режиме по постоянному току |
|
.SENS |
Расчет малосигнальных чувствительностей в режиме по постоянному току |
|
.DC |
Расчет режима по постоянному току |
|
.TRAN |
Расчет переходных процессов |
|
.FOUR |
Спектральный анализ |
|
.AC |
Расчет частотных характеристик |
|
.NOISE |
Расчет уровня внутреннего шума |
|
Многовариантный анализ |
|
|
.STEP |
Вариация параметров |
|
.TEMP |
Назначение температуры окружающей среды |
|
Статистический анализ |
|
|
.MC |
Статистический анализ по методу Монте-Карло |
|
.WCASE |
Расчет наихудшего случая |
|
Управление выдачей результатов |
|
|
.PLOT |
Представление результатов расчета в выходном файле в виде графиков, построенных в текстовом режиме |
|
.PRINT |
Представление результатов расчета в выходном файле в виде таблиц |
|
.PROBE |
Передача данных в графический постпроцессор Probe |
|
.VECTOR |
Создание файла с результатами моделирования цифровых устройств |
|
.WATCH |
Выдача промежуточных результатов анализа на экран программы PSpice в текстовом виде |
|
.WIDTH |
Назначение длины строк выходного файла |
|
Модели устройств |
|
|
.MODEL |
Описание моделей компонентов |
|
.DISTRIBUTION |
Табличное определение закона распределения случайных величин |
|
.SUBCKT |
Начало описания макромодели |
|
.ENDS |
Конец описания макромодели |
|
Вспомогательные файлы, определение функций и параметров |
|
|
.FUNC |
Определение функции |
|
.PARAM |
Определение глобальных параметров |
|
.INC |
Включение во входной файл другого файла |
|
.LIB |
Подключение библиотеки моделей компонентов |
|
.END |
Конец задания |
|
Прочие директивы |
|
|
.EXTERNAL |
Спецификация внешних портов |
|
.OPTIONS |
Установка параметров и режимов работы программы |
|
.STIMLIB |
Задание имени файла с описанием внешних воздействий |
|
.STIMULUS |
Задание внешних воздействий |
|
Задание текстовых переменных, текстовых выражений или имен файлов, используемых в описании цифровых устройств |
|
|
Взаимодействие с графическим редактором Schematics |
|
|
.ALIASES |
Начало списка соответствий имен выводов графических обозначений компонентов именам цепей схемы, к которым они подключены |
|
.ENDALIASES |
Конец списка соответствий |
Тиристоры
Рассмотрим несколько моделей тиристоров разной сложности.Простейшая модель тиристора. Она состоит из диода D, на который подается управляющее напряжение Vупр, и нелинейной проводимости GN, коммутируемой током I, протекающим через диод (рис. 5.11)
.subckt SRC1 1 2 3
.FUNC GN(I) TABLE(I,-100,1e-6,0.2,1e-6,0.21,1e3,100,1e3)
R 1 4 2.5
D 3 4 DD
VD 3 1 DC=0
G 2 1 VALUE={GN(I(VD))*V(3,4)}
.model DD D (IS=1e-14 N=2)
.ends
 Рис. 5.11. Простейшая модель тиристора |
В версиях Design Center до 6.1 описание нелинейной проводимости в виде функции GN приходится, к сожалению, помещать в задание на моделирование конкретной схемы, так как по правилам PSpice 5 внутри описания макромоделей допускается помещать только директивы .MODEL.
При отсутствии управляющего сигнала диод закрыт и проводимость GN=1 мкСм. При подаче управляющего сигнала диод открывается и проводимость GN резко возрастает до 1000 См. После снятия управляющего напряжения диод остается открытым, запирается он после подачи обратного управляющего напряжения.
Транзисторная модель тиристора
показана на рис. 5.12. Она повторяет реальную схему имитации тиристора с помощью двух транзисторов противоположной проводимости. Приведем пример такой модели:
.subckt SRC2 1 2 3
Q1 2 4 1 KT818
Q2 4 2 3 KT819
R 2 3 10
.model KT818 PNP (Is=1e-12 Bf=100 Vaf=50 Rb=10)
.model KT819 AKO:KT818 NPN
.ends
 Рис. 5.12. Двухтранзисторная модель тиристора |
Эта модель достаточно точная, с ее помощью имитируются кривые гистерезиса тиристора, но она требует больших объемов вычислений, чем приведенная ниже более простая диодная модель.
Диодная модель тиристора
(рис. 5.13) имеет вид [5, 31, 32]:
.subckt SRC3 1 2 3
RS 1 4 0.5
RA 4 5 1e6
RC 5 9 1e8
RK 9 3 1e6
RG 2 9 300
DA 4 8 DA
DC 9 5 DC
DK 9 7 DK
VA 8 5 DC=0
VK 7 3 DC=0
FC 5 9 POLY(2) VA VK 0.0 0.98 0.95
.model DA D (Is=10f Cjo=0p Tt=0n Vj=0.65 M=0.3)
.model DC D (Is=10f Cjo=0p Tt=0n Vj=0.65 M=0.3)
.model DK D (Is=10f Cjo=0p Tt=0n Vj=1.4 M=0.5)
.ends
 Рис. 5.13. Диодная модель тиристора |
позволяет моделировать тиристор в режиме семистора.
Макромодель тиристора, принятая в PSpice, помещена в библиотеку thyrist.lib.
Транзисторный полосовой усилитель
 Рис. 3.20. Принципиальная схема полосового усилителя |
На рис. 3.20 приведена принципиальная схема транзисторного полосового усилителя, на примере которой продемонстрируем основные возможности программы PSpice. Усилитель собран на биполярном транзисторе КТ315А, который нагружен на двухконтурный полосовой LC-фильтр. Этот фильтр настроен на частоту 36 МГц и имеет характеристическое сопротивление 100 Ом. Фильтр состоит из двух параллельных колебательных контуров L1–C4, L2–C6 с емкостной связью C5. Связь фильтра с транзистором непосредственная через разделительный конденсатор C3, а с нагрузкой RLOAD – с помощью согласующего высокочастотного трансформатора L2–L3, обмотки которого имеют коэффициент связи 0,8. Резисторы RK1, RK2
имитируют потери в контурах (в реальной схеме усилителя они, естественно, отсутствуют). Усилитель питается от источника постоянного напряжения 6 В. Ко входу должен быть подключен источник гармонического сигнала.
Задание на моделирование занесено в файл band.cir :
BANDPASS FILTER
*ХAРAКТЕРИСТИКИ LC-ФИЛЬТРA
.OPTIONS ACCT LIST NODE OPTS NOPAGE RELTOL=1e-4
RG IN 10 1k
R1 2 1 MRES 4.5k
R2 1 0 MRES 1.3k
R3 2 3 100
R4 4 0 MRES 200
RK1 5 0 2.31k
RK2 6 0 2.31k
RLOAD 9 0 100
C1 IN 1 1000pF
C2 4 0 3300pF
C3 5 3 50nF
C4 5 0 241.4pF
C5 6 5 44.5pF
C6 6 0 243pF
L1 5 0 0.0692u
L2 6 0 0.0692u
L3 0 9 0.108u
K1 L2 L3 0.8
Q1 3 1 4 KT315A
VS 2 0 DC 6V
VIN 10 0 AC 1 SIN ( 0 0.05V 36MEG )
.MODEL MRES RES ( R=1 DEV=20% TC1=0.01 )
.LIB bip_rus.lib
.TEMP -37 27 67
.DC VS 0.5 20.5 5
.TF V(3) VS
.SENS VBE(Q1)
.AC LIN 41 16MEG 56MEG
.NOISE V(9) VIN
.MC 5 AC V(9) YMAX
.TRAN/OP 5ns 1us
.FOUR 36MEG V(9)
.PRINT NOISE INOISE ONOISE
.PROBE V(3) V(6) V(9) V(INOISE)
.END
В первых двух строках этого файла указан заголовок задания и дан комментарий. На следующей строке по директиве .OPTIONS устанавливаются параметры выдачи результатов моделирования в выходной файл band.out и допустимая погрешность вычислений. Затем идет описание схемы усилителя (порядок следования строк в этом файле совершенно произвольный). На вход подключен источник напряжения VIN, ЭДС которого в режиме AC равна 1 В (в этом режиме рассчитываются частотные характеристики линеаризованной цепи, поэтому абсолютное значение ЭДС входного сигнала не принципиально), а в режиме TRAN имеет вид гармонического сигнала с частотой 36 МГц и амплитудой 0,05 В (здесь уже ЭДС входного сигнала имеет реальную амплитуду, так как переходные процессы рассчитываются для исходной нелинейной цепи). Резисторы R1, R2 и R4 описываются по директиве .MODEL моделью с именем MRES, параметры которой перечислены в круглых скобках (они имеют линейный температурный коэффициент сопротивления TC1=0,01, разброс сопротивлений имеет относительное среднеквадратическое отклонение DEV=20 %). Директива .LIB указывает, что параметры модели биполярного транзистора находятся в файле bip_rus.lib. По директиве .TEMP устанавливается список температур, при которых будет проводиться анализ характеристик усилителя. По директиве .DC определяется режим расчета по постоянному току при вариации напряжения источника питания VS от 0,5 до 20,5 В с шагом 5 В. Малосигнальная передаточная функция dV(9)/dVIN рассчитывается по директиве .TF. Далее по директиве .SENS рассчитывается чувствительность постоянного напряжения база–эмиттер транзистора VBE(Q1) к изменению параметров всех компонентов схемы.
По директивам .AC и . NOISE производится расчет частотных характеристик и уровня шума в диапазоне частот от 16 до 56 МГц (всего 41 точка по частоте). После этого по директиве .TRAN рассчитываются переходные процессы в интервале времени от 0 до 1 мкс (шаг интегрирования устанавливается автоматически) с шагом вывода данных в файл band.out, равным 5 нс. После этого директива .FOUR задает спектральный анализ по Фурье напряжения на нагрузке V(9), частота первой гармоники установлена равной 36 МГц. Директива .MC задает статистический анализ в режиме AC модуля напряжения V(9); всего проводится пять статистических испытаний при случайных значениях сопротивлений R1, R2 и R4, которые имеют ненулевое значение отклонения DEV.
Перечень переменных, выводимых в файл band.out в виде таблиц, приводится в директиве .PRINT. Этот файл по окончании работы программы PSpice просматривается, редактируется и выводится на печать средствами DOS (при этом графики изображаются алфавитно-цифровыми символами). Графические возможности ПК реализуются с помощью графического постпроцессора Probe. В директиве .PROBE перечислен список переменных, заносимых в файл результатов band.dat, который автоматически загружается в программу Probe после ее вызова (см. разд. 7.2). В качестве примера на рис. 3.21 показаны два графика семейства АЧХ напряжений V(9) в узле 3 и корня квадратного из спектральной плотности напряжения эквивалентного шума на входе INOISE при вариации температуры. Фрагмент выходного файла band.out приведен в Приложении 3.
 |
Транзисторы СВЧ
Встроенные модели транзисторов программы PSpice (гл. 4) справедливы на не очень высоких частотах (до 30...100 МГц в зависимости от типа транзистора). Существует несколько способов их модернизации для учета особенностей транзисторов на высоких частотах.а) Нелинейные макромодели на физическом уровне
В моделях транзисторов на высоких частотах должны в первую очередь приниматься во внимание индуктивности выводов и паразитные емкости между выводами и корпусом транзистора. Поэтому наиболее естественно создать макромодель высокочастотного транзистора на основе встроенной модели, дополнив ее пассивными LC-цепями. Существует большое количество конфигураций этих цепей, учитывающих конструктивные особенности каждого транзистора. В качестве примера приведем макромодель транзистора 2Т934А (рис. 5.6):
.subckt 2T934A 1 2 3
Q1 4 5 6 Q
L1 2 5 3.1n
L2 1 4 2.5n
L3 6 3 1.3n
C1 2 3 0.96p
C2 1 3 1.53p
.model Q NPN (IS=2nA BF=50 BR=4.6 NF=1.4 NR=1.5 CJE=32p
+ CJC=20p VJE=0.8 VJC=0.8 MJE=0.4 MJC=0.45 TF=0.18n
+ TR=4.5n VAF=80 RB=1.4 RC=1.3)
.ends
 Рис. 5.6. Нелинейная макромодель транзистора 2Т934А |
Подобные модели позволяют рассчитывать как режим по постоянному току, так и динамические характеристики устройств.
б) Малосигнальные макромодели на физическом уровне
В высокочастотной транзисторной электронике усилительные свойства транзисторных каскадов оценивают на основе сложных малосигнальных схем замещения транзисторов, пример которых приведен на рис. 5.7, а. Текстовое описание модели биполярного транзистора КТ642 для тока коллектора 5 мА в файле KT642.mod приведено ниже:
.subckt KT642 5 11 10
*KT642A-2, Ie=5 mA, Ft=4 G
GK 6 3 LAPLACE {I(VE)} {1/(1+S/25E9)}
RB 2 6 4.0
CP 2 3 0.5p
RK 3 4 1.2
CA 6 3 0.5p
RDB 1 2 0.1
LK 4 5 0.1n
CE 7 6 4P
LB 1 11 0.1n
RDE 8 7 0.5
LE 9 8 0.1n
RE 7 6 5.0
VE 10 9 0V
.ENDS
  Рис. 5.7. Линейная высокочастотная макромодель транзистора КТ642 (а) и схема измерения его Y-параметров (б) |
GK 6 3 LAPLACE {I(VE)} {1/(1+S/25e9)}
В моделях полевых транзисторов используются операторы запаздывания, например
GC 10 7 LAPLACE {V(3)} {18e-3*EXP(-1.2e-10*S)}
Примечание. Идентификация параметров малосигнальных схем замещения транзисторов производится на основе расчета их Y–параметров в схеме, показанной на рис. 5.7, б. В текстовом виде задание на моделирование имеет вид:
Y-parameters calculation
.AC LIN 101 10MEG 1G
.PROBE
.param A=1
.step param A list 1 0
V1 1 0 AC {A}
V2 2 0 AC {1-A}
X1 1 2 KT642
.inc KT642.mod
.END
Здесь в одном задании проводятся два опыта при коротком замыкании на выходе (параметр А=1) и коротком замыкании на входе (А=0). Для построения с помощью программы Probe графиков мнимых и действительных частей Y–параметров и инвариантного коэффициента устойчивости KMS рекомендуется в файл msim.prb включить макрокоманды
RY11( )=-(IR(V1)@1*VR(1)@1+II(V1)@1*VI(1)@1)/M1
IY11( )=-(II(V1)@1*VR(1)@1-IR(V1)@1*VI(1)@1)/M1
IY21( )=-(II(V2)@1*VR(1)@1-IR(V2)@1*VI(1)@1)/M1
RY21( )=-(IR(V2)@1*VR(1)@1+II(V2)@1*VI(1)@1)/M1
RY12( )=-(IR(V1)@2*VR(2)@2+II(V1)@2*VI(2)@2)/M2
IY12( )=-(II(V1)@2*VR(2)@2-IR(V1)@2*VI(2)@2)/M2
RY22( )=-(IR(V2)@2*VR(2)@2+II(V2)@2*VI(2)@2)/M2
IY22( )=-(IR(V2)@2*VR(2)@2+II(V2)@2*VI(2)@2)/M2
M1( )=M(V(1)@1)*M(V(1)@1)
M2( )=M(V(2)@2)*M(V(2)@2)
KMS( ) = 10*log10(I(V2)@1/V(1)@1/I(V1)@2*V(2)@2)
Для построения, например, графика частотной зависимости мнимой составляющей Y11 следует выбрать команду Trace/Add
и указать имя макрокоманды IY11 (без параметров).
в) Формальные малосигнальные макромодели
Второй способ построения высокочастотных моделей транзисторов основан на применении их малосигнальных схем замещения.
В таком случае сначала с помощью типовых моделей транзисторов рассчитывается режим цепи по постоянному току и для этого режима измеряются или рассчитываются Y-или S-параметры транзисторов в заданном диапазоне частот. Рассмотрим эти схемы замещения для программы PSpice подробнее.
Макромодель на основе Y-параметров. Напомним уравнение линейного 4-полюсника (рис. 5.8) в системе Y-параметров
 Рис. 5.8. Линейный 4-полюсник |
 Рис. 5.9. Макромодель транзистора на основе Y-параметров |
Приведем пример формальной макромодели транзистора КТ315В на основе Y-параметров, измеренных на частотах 5, 10 и 30 МГц для тока коллектора Iк=5 мА:
.subckt KT315V 2 1 3
G11 1 3 FREQ {V(1,3)}=
+ ( 5e6, -50.3, 31.6) (10e6, -48.0, 36.9) (30e6, -44.3, 41.0)
G12 1 3 FREQ {V(2,3)}=
+ ( 5e6, -78.4, 181.9) (10e6, -72.7, 184.5) (30e6, -63.1, 183.7)
G21 2 3 FREQ {V(1,3)}=
+ ( 5e6, -18.7, -20.8) (10e6, -20.0, -31.9) (30e6, -25.5, -44.2)
G22 2 3 FREQ {V(2,3)}=
+ ( 5e6, -67.4, 63.4) (10e6, -63.3, 56.3) (30e6, -59.4, 54.1)
.ends
Напомним, что при табличном задании управляемых источников в частотной области для каждого значения частоты указывается модуль передаточной функции в децибелах и ее фаза в градусах.
Макромодель на основе S-параметров. В диапазоне СВЧ большее распространение имеют линейные макромодели транзисторов на основе S-параметров, которые в этом диапазоне частот проще измерять, чем Y-параметры. Напомним, что для 4-полюсника на рис. 5.8 справедливо следующее уравнение в терминах S-параметров [27, 44]:
Здесь
– падающие и отраженные волны мощности, Z
волновое сопротивление тракта, в котором измерены S-параметры транзистора.
Из этих соотношений вытекают уравнения для входного и выходного напряжений, в которые входят управляемые источники напряжения:
где
На основе этой системы уравнений составляется линеаризованная схема замещения СВЧ транзистора (рис. 5.10). В качестве примера приведем описание макромодели арсенид– галлиевого полевого транзистора 3П343 в диапазоне частот 4...12 ГГц при напряжении затвора 2 В и токе стока 10 мА:
.subckt 3P343 2 1 3
RZ1 1 11 50
RZ2 2 21 50
E11 11 12 FREQ {V(1,3)+V(1,11)} =
+ (4e9, -0.35, -28.3) (5e9, -0.54, -33.2) (6e9, -0.58, -35.9)
+ (7e9, -1.21, -41.9) (8e9, -1.01, -67.1) (9e9, -2.85, -56.9)
+ (10e9, -4.29, -32.8) (11e9, -1.94, -56.9) (12e9, -0.63, -65.2)
E12 12 3 FREQ {V(2,3)+V(2,21)}=
+ (4e9, -32.5, 77.0) (5e9, -29.5, 62.0) (6e9, -29.2, 72.4)
+ (7e9, -27.3, 65.0) (8e9, -23.5, 15.0) (9e9, -29.0, 66.1)
+ (10e9, -23.4, 36.6) (11e9, -25.4, 61.7) (12e9, -22.1, 40.4)
E21 21 22 FREQ {V(1,3)+V(1,11)}=
+ (4e9, 0.82, 149.8) (5e9, 2.30, 131.1) (6e9, 0.74, 134.3)
+ (7e9, 1.26, 129.0) (8e9, 0.43, 105.5) (9e9, 0.11, 123.2)
+ (10e9, 3.92, 87.5) (11e9, 2.40, 110.1) (12e9, 4.10, 85.0)
E22 22 3 FREQ {V(2,3)+V(2,21)}=
+ (4e9, -2.16, -26.4) (5e9, -1.21, -49.1) (6e9, -2.27, -45.1)
+ (7e9, -2.21, -34.4) (8e9, -2.62, -54.5) (9e9, -2.73, -52.7)
+ (10e9, -3.74, -17.2) (11e9, -3.48, -65.1) (12e9, -4.44, -62.4)
.ends
 Рис. 5.10. Макромодель транзистора на основе S-параметров |
Управление выдачей результатов
Результаты расчетов в виде таблицвыводятся в выходной файл с расширением .out по директиве
.PRINT[/DGTLCHG] [ DC ] [ TRAN ] [ AC ] [ NOISE ] <выходная переменная>*
В одной директиве .PRINT можно выбрать только один вид анализа и привести список не более восьми выходных переменных. Одновременно в задании на моделирование можно поместить несколько таких директив. В таблицах каждая колонка соответствует одной переменной. В первой колонке помещается независимая переменная: постоянное напряжение (режим DC), время (режим TRAN) или частота (режим AC). Количество значащих цифр данных и максимальное количество строк в таблице определяются опциями NUMDGT и LIMPTS директивы .OPTIONS. Формат выходных переменных описан ниже. Приведем примеры:
.PRINT DC V(3) V(2,3) I(VIN)
.PRINT AC VM(2) VP(2) VDB(5) IR(6)
.PRINT TRAN V(1) V(R1) V([RESET])
В последнем примере нецифровое имя узла RESET, начинающееся с буквы, заключено в квадратные скобки, чтобы отличить его от имени компонента.
Логические состояния цифровых компонентов выводятся на внешние устройства после окончания моделирования обычным образом. В общем случае спецификация <выходная переменная> цифровых узлов имеет вид
D(<имя узла>)
Однако при наличии параметра /DGTLCHG префикс D можно опустить. Поэтому следующие две директивы вывода на печать логических состояний цифровых узлов SET и Q1 эквивалентны
.PRINT TRAN D(SET) D(Q1)
.PRINT/DGTLCHG TRAN SET Q1
Различие этих директив заключается в том, что по директиве .PRINT на печать выводятся состояния как цифровых, так и аналоговых узлов, а по директиве .PRINT/DGTLCHG – только цифровых.
Результаты в виде графиков выводятся в выходной файл по директиве
.PLOT [DC] [AC] [NOISE] [TRAN] <выходная переменная>*
+ [(<нижняя граница>,<верхняя граница>)]*
Смысл параметров такой же, что и в директиве .PRINT. Графики выводятся с помощью буквенно-цифровых символов независимо от типа печатающего устройства – как на АЦПУ старых ЭВМ, для которых была создана программа SPICE, поэтому директивой .PLOT пользоваться на современных ПК не имеет смысла.
На одном графике помещается до восьми кривых, однако количество директив .PLOT в одном задании не ограничено. Диапазон по оси x
указан в директиве, устанавливающей вид анализа, а диапазон по оси y определяется с помощью параметров <нижняя граница>, <верхняя граница> или автоматически. Приведем примеры:
.PLOT DC V(3) V(2,3) V(R1) I(VIN)
.PLOT AC VM(2) VP(2) VM(3,4) VG(5)
.PLOT NOISE INOISE ONOISE
.PLOT TRAN V(3) V(2,3) (0,5V) ID(M2) (-50mA, 50mA)
Графический постпроцессор Probe
подключается директивой
.PROBE[/CSDF] [<выходная переменная>*]
Если список выходных переменных не указан, то в файл результатов с расширением имени .dat заносятся потенциалы всех узлов цепи и токи всех компонентов, разрешенных для помещения в список выходных переменных (см. ниже). Обратим внимание на то, что при этом файл результатов может иметь огромные размеры и не поместиться в ОЗУ. Указание конкретного списка выходных переменных, передаваемых в программу Probe через файл с расширением .dat, сокращает размер этого файла. Приведем примеры
.PROBE
.PROBE V(3) V(2,3) VM(2) VP(2)
Обратим внимание, что в файл данных .dat всегда помещаются уровни внутреннего шума INOISE, ONOISE и данные о кривых гистерезиса магнитных сердечников B(H), поэтому при наличии списка выходных переменных их в него включать не надо.
Максимальное количество отсчетов, передаваемых в постпроцессор Probe, равно 16 000 (при расчете переходных процессов это общее количество внутренних шагов, а не количество точек, выводимых на печать по директивам .PRINT и .PLOT).
Обратим внимание, что по директиве .PROBE в файл данных всегда передаются данные о спектральной плотности внутреннего шума INOISE, ONOISE и кривых гистерезиса B(H) магнитных сердечников, даже если при наличии списка переменных они в него не включены.
По директиве .PROBE/CSDF создается файл результатов в текстовом виде с расширением имени .txt, который можно использовать для обмена данными с ЭВМ других типов и для сопряжения с программами дополнительной обработки результатов.
Замечание. Если в управляющей оболочке Schematic в меню Analysis/Probe Setup активизирована опция Automatically Run Probe After Simulation, то результаты расчетов автоматически передаются в программу Probe после завершения работы PSpice. При выборе опции Monitor Waveforms вывод графиков на экран программы Probe начинается одновременно с началом моделирования.
Запись в файл результатов моделирования цифровых устройств производится по директиве (введена в версии Design Center 6.1)
.VECTOR <количество узлов> <номер узла>*
+ [POS=<позиция столбца в таблице> [FILE=<имя файла>]
+ [RADIX=“Binary”|”Hex”|”Octal”
+ [BIT=<номер бита>]]
+ [ SIGNAMES=<имена сигналов> ]
В файл заносятся значения моментов времени и логические уровни сигналов в перечисленных узлах. Формат файла такой же, какой применяется при создании файла цифрового генератора FSTIM. Приведем примеры:
.VECTOR 1 CLOCK SIGNAMES=SYSCLK
.VECTOR 4 DATA3 DATA2 DATA1 DATA0
.VECTOR 1 ADDR3 POS=2 RADIX=H BIT=4
.VECTOR 1 ADDR2 POS=2 RADIX=H BIT=3
.VECTOR 1 ADDR1 POS=2 RADIX=H BIT=2
.VECTOR 1 ADDR0 POS=2 RADIX=H BIT=1
По умолчанию создается файл, имеющий имя текущей схемы с расширением .vec.
Выдача текущих результатов анализа
производится по директиве
.WATCH [ DC ] [ AC ] [ TRAN ] [<выходная переменная>
+ [<нижний предел>,<верхний предел>] ]*
В процессе работы программы PSpice на нижней строке экрана в текстовой форме выводятся значения до 3-х выходных переменных типа V или I (арифметические выражения недопустимы). Каждая переменная может иметь свои пределы. Если ее текущее значение выходит за эти пределы – раздается звуковой сигнал, после чего пользователь может прекратить расчеты или не обращать на это внимание. В последнем случае программа больше не будет проверять нахождение переменных в указанных пределах. Для каждого вида анализа DC, AC, TRAN записывается отдельная директива .WATCH.
При этом недоступен вывод группового времени запаздывания (в режиме AC) и состояний цифровых узлов.
Длина строки выходного файла
устанавливается директивой
.WIDTH OUT = <значение>
Параметр <значение> устанавливает количество колонок в выходном файле: 80 (по умолчанию) или 132.
Выходные переменные. Опишем, как составляются имена выходных переменных, используемых в директивах .PRINT, .PLOT и .PROBE. В разных видах анализа имена несколько различаются.
1. Режимы DC и TRAN. При расчете режима по постоянному току и переходных процессов используются выходные переменные, приведенные в табл. 3.17.
Таблица 3.17
|
Общая форма |
Пример |
Пояснение |
|
V(<узел>) |
V(2) |
Потенциал узла |
|
V(<+узел>,<–узел>) |
V(2,4) |
Разность потенциалов узла |
|
V(<имя>) |
V(R1) |
Разность потенциалов между выводами двухполюсного компонента |
|
Vx(<имя>) |
VB(Q1) |
Потенциал вывода многополюсного компонента |
|
Vxy(<имя>) |
VCE(Q3) |
Разность потенциалов между выводами многополюсного компонента |
|
Vz(<имя>) |
VA(T2) |
Напряжение на входе или выходе линии передачи |
|
I(<имя>) |
I(D5) |
Ток через двухполюсный компонент |
|
Ix(<имя>) |
IB(Q1) |
Ток через указанный вывод многополюсного компонента |
|
Iz(<имя>) |
IA(T3) |
Ток через входные или выходные зажимы линии передачи |
В спецификациях переменных Vx(<имя>), Vxy(<имя>) и Ix(<имя>) параметр <имя> указывает имя трехполюсного или четырехполюсного компонента (см. разд. 3.2), а x
и y – аббревиатуры их выводов (см.
табл. 3.18).
Таблица 3.18
|
Первая буква имени |
Компонент |
Аббревиатура вывода |
|
B |
Арсенид-галлиевый полевой транзистор |
D (сток) |
|
G (затвор) |
||
|
S (исток) |
||
|
J |
Полевой транзистор |
D (сток) |
|
G (затвор) |
||
|
S (исток) |
||
|
M |
MОП-транзистор |
D (сток) |
|
G (затвор) |
||
|
S (исток) |
||
|
B (подложка) |
||
|
Q |
Биполярный транзистор |
C (коллектор) |
|
B (база) |
||
|
E (эмиттер) |
||
|
S (подложка) |
В спецификациях переменных Vz(<имя>), Iz(<имя>) в качестве параметра <имя> указывается имя линии передачи (начинается с буквы T), а символ z принимает два значения: A – вход, B – выход линии передачи.
2. Режим AC. При выводе результатов расчета частотных характеристик к именам переменных, перечисленным выше, добавляются суффиксы:
|
Суффикс |
Пример |
Пояснение |
|
V(2,3) |
Модуль |
|
|
M |
VM(2) |
Модуль |
|
DB |
VDB(R1) |
Модуль в децибелах |
|
P |
VCEP(Q3) |
Фаза в радианах |
|
G |
IAG(T2) |
Групповое запаздывание |
|
R |
IR(VIN) |
Действительная часть |
|
I |
II(R13) |
Мнимая часть |
3. Анализ уровня внутреннего шума. При расчете уровня внутреннего шума имена выходных переменных имеют стандартный вид:
INOISE – эквивалентный уровень шумового напряжения или тока на входе цепи, равный
ONOISE – уровень напряжения шума на выходе, равный
DB(INOISE) – эквивалентный уровень шумового напряжения или тока на входе в децибелах;
DB(ONOISE) – уровень напряжения шума на выходе в децибелах.
В программе Probe корень квадратный из спектральной плотности напряжения и тока внутреннего шума выводится в виде V(INOISE), I(INOISE), V(ONOISE).
Установка на платформе DOS
 Рис. 1.9. Работа в среде DOS |
Система Design Center на платформе DOS выпускается в двух вариантах: моделирование аналоговых устройств ограниченной сложности (используется только основная память 640 Кб), моделирование смешанных аналого-цифровых устройств с использованием расширенной памяти. Все программы системы, за исключением Filter Designer, вызываются с помощью управляющей оболочки (рис. 1.9). Программа оптимизации в эту конфигурацию не включается. Схема описывается в текстовом виде с помощью любого ASCII–редактора или внутреннего редактора управляющей оболочки, как показано на рис. 1.10. В качестве примера на рис. 1.10 приведено описание изображенной на рис. 1.1 схемы усилителя с амплитудным детектором.
Замечание. В случае необходимости в качестве текстовых файлов задания на моделирование на платформе DOS можно использовать файлы с расширением имен .cir, .net и .als, составляемые графическим редактором Schematics на платформе Windows.
Управляющая оболочка предоставляет возможность открыть несколько окон (рис. 1.10), в которых размещаются входные и выходные текстовые файлы и графическая информация отдельных программ. Отметим, что по команде Help осуществляется доступ в электронный учебник по программе моделирования PSpice.
Установка пакета программ.
Пакет программ устанавливается в любом каталоге на жестком диске. Вызывать его целесообразно из каталога, где находятся файлы задания на моделирование, например из каталога D:\MSIM62\WORK. Тогда имя каталога, где находятся выполняемые модули системы, необходимо включить в файл autoexec.bat:
PATH= ....;D:\MSIM62\EXE
 Рис. 1.10. Многооконный экран управляющей оболочки Design Center для DOS |
В этом же файле нужно определить каталог, где находятся файлы библиотек моделей компонентов, например:
set SIMLIBPATH=D:\MSIM62\LIB
Замечание. В версиях Design Center 5.x вместо переменной SIMLIBPATH использовалась переменная PSPICELIB.
При выводе данных на принтеры PostScript для программы Probe задаются переменные, определяющие размер шрифта, имя шрифта и ширину линий:
set PSPFONTSIZE=<размер шрифта>
set PSFONT=<имя шрифта>
set PSPLINEWIDTH=<ширина линий>
Кроме того, с помощью переменной
set PRBFILE=<имя файла>.prb
задается имя файла целевых функций и макрокоманд (по умолчанию принимается имя файла msim.prb, в предыдущих версиях – msim.gf).
В файле config.sys необходимо указать команды:
BUFFERS=20
FILES=40
Замечание. При запуске управляющей оболочки в окне DOS под управлением Windows необходимо увеличить значение FILES до 60 и более.
Настройка конфигурации. С помощью программы SETUPDEV составляется файл конфигурации системы pspice.dev, в котором приведена информация о типе дисплея и устройства вывода данных:
Display = <тип дисплея>
Hard-copy = <имя порта>,<тип принтера или плоттера>
Если предполагается выводить результаты расчетов на несколько принтеров и (или) плоттеров, для каждого типа устройства вывода составляется отдельная строка Hard-copy. Выбор конкретного типа устройства уточняется в этом случае по запросам программ Probe, StmEd и Parts перед выполнением команд печати. Файл pspice.dev редактируется также текстовыми редакторами. Система Design Center 6.2 на платформе DOS поддерживает следующие периферийные устройства:
|
Тип дисплея |
|||
|
AT&T |
IBMClr |
IBM8514 |
VGA800 |
|
Futurenet |
IBMEGA |
Tecmar1 |
VGA1024 |
|
GenericEGA |
IBMEGAMono |
Tecmar3 |
VGA1280 |
|
GenericVGA |
IBMVGA |
Tecmar4 |
|
|
Hercules |
IBMVGAMono |
Tecmar8 |
|
|
IBM |
IBMMCGA |
T3100 |
|
Имя порта |
|||||
|
LPT1 |
LPT2 |
LPT3 |
COM1 |
COM2 |
FILE |
|
Тип принтера или графопостроителя |
|||
|
Citoh |
EpsonMX |
HPLJ600E |
MLJ300 |
|
Citoh132 |
EpsonMX132 |
HPPJ90 |
MLJ600 |
|
CitohSlw |
HI |
HPPJ180 |
MPS |
|
CitohSlw132 |
HP |
HPPJ_T90 |
NEC |
|
Citoh-300 |
HP6 |
HPPJ_T180 |
NEC132 |
|
Citoh-300-132 |
HP8 |
HPQJ |
NECClr |
|
DEC75 |
HP_GL2-PCL |
HPQJ192 |
NECClr132 |
|
DEC100 |
HP6_GL2-PCL |
HPDJC |
Okidata |
|
DEC150 |
HP8_GL2-PCL |
HPDJC_D |
Okidata132 |
|
DECLA50 |
HPLJ |
HPDJC_T |
Printronix |
|
DECLA100 |
HPLJ100 |
IBMClr |
Printronix132 |
|
DECLA100-8 |
HPLJ150 |
IBMClr132 |
PS |
|
Epson |
HPLJ300 |
IBMClrSlw |
TABLE |
|
Epson132 |
HPLJ600 |
IBMClrSlw132 |
TEXT |
|
EpsonLQ |
HPLJE |
IBMGraph |
TEXT132 |
|
EpsonLQ132 |
HPLJ100E |
MLJ |
TOSHIBA |
|
EpsonLQLow |
HPLJ150E |
MLJ100 |
TOSHIBA132 |
|
EpsonLQLow132 |
HPLJ300E |
MLJ150 |
Например, при использовании цветного дисплея с графическим адаптером VGA и принтера Epson FX-80 следует создать файл pspice.dev вида:
Display = IBMVGA
Hard-copy = LPT1,Epson
При указании имени порта FILE и типа принтера TEXT графики, выведенные на экран программы Probe, заносятся в файл на диске в виде таблиц (имя файла и количество знаков в строке таблицы указываются в Probe по дополнительным запросам), содержание файла распечатывается средствами DOS. Тип TEXT обеспечивает вывод таблиц по 80 знаков в строке, TEXT132 – по 132 знака.
При указании имени физического порта и типа принтера TABLE графики выводятся на принтер в виде таблицы, а при указании типа принтера TEXT или TEXT132 – выводятся на экран алфавитно-цифровыми символами, как по команде .PLOT.
При указании имени порта FILE и типа принтера TABLE в файл заносятся таблицы дискретных значений графиков, которые могут в дальнейшем использоваться в других программах (например, в текстовых процессорах, программах обработки графиков и т. п.).
При указании имени порта FILE и конкретного типа принтера, например
Hard-copy = FILE,Epson
графики выводятся в файл в формате указанного принтера. По умолчанию файлу графиков присваивается имя plot1.tmp. Позже этот файл распечатывается средствами DOS:
COPY/B PLOT1.TMP LPT1
Результат будет таким же, если в файле настройки конфигурации поместить строку
Hard-copy = LPT1,Epson
и направить график непосредственно на принтер. Однако предварительная запись в файл, во-первых, занимает меньше времени, чем вывод на принтер, и, во-вторых, позволяет распечатывать графики неоднократно.
Приведем правила вызова управляющей оболочки и отдельных программ в автономном режиме под управлением DOS.
Управляющая оболочка Control Shell
объединяет все программные модули Design Center для DOS. С ее помощью создаются текстовые задания на моделирование (файлы с расширением имени .cir), вызываются программы моделирования PSpice, PSpice A/D или PLogic, вспомогательные программы Probe, StmEd и Parts.
Управляющая оболочка вызывается командой
PS [<имя файла>[.cir]]
Имя файла указывать необязательно. Программы PSpice, PSpice A/D, PLogic, Probe, StmEd и Parts вызываются с помощью системы меню управляющей оболочки или автономно, как показано ниже.
Программы моделирования PSpice, PSpice A/D или PLogic
вызываются с помощью командной строки
SIM [<опции>*] [<имя входного файла>[.cir] [<имя выходного файла>[.out]] [<имя файла данных>[.dat]]
Входной файл содержит описание анализируемой схемы в текстовом виде, по умолчанию он имеет расширение .cir. Выходной файл по умолчанию имеет расширение .out. Его можно просмотреть и отредактировать (удалить лишние данные) с помощью любого текстового редактора и при необходимости вывести на принтер. По умолчанию входной и выходной файлы помещаются в том же каталоге, из которого вызывается программа моделирования. Поэтому файлы пользователей целесообразно помещать в отдельный подкаталог, например DATA, и из него вызывать программу моделирования. В файл данных заносятся результаты моделирования, передаваемые в программу Probe для построения графиков, если во входном файле помещена директива .PROBE. По умолчанию файлу данных присваивается то же имя, что входному файлу с расширением .dat.
Командный файл sim.bat вызывает одну из программ моделирования. Например, для вызова программы PSpice или PSpice A/D он имеет вид:
echo off
if exist PROBEDAT.NAM del PROBEDAT.NAM
PSPICE %1 %2 %3 %4 %5 %6 %7 %8 %9
if exist PROBEDAT.NAM PROBE
Если моделирование завершается успешно, то управление передается программе Probe для построения графиков результатов моделирования.
При вызове программ моделирования используются следующие необязательные опции:
/BF<интервал> – определение интервала времени (в минутах, от 0 до 1440 мин), через который текущие результаты моделирования заносятся в файл данных для программы Probe, чтобы сохранить результаты моделирования при сбоях в работе ПК или нечаянной перезагрузке (по умолчанию устанавливается интервал 10 мин.);
/BN<количество буферов> – количество буферов, отводимых для файлов данных программы Probe. При задании нулевого количества буферов все данные непосредственно записываются на диск. По умолчанию устанавливаются 4 буфера или 1, если используется опция CSDF;
/BS<параметр, определяющий размер буфера> – задание размера индивидуального буфера для записи файла данных программы Probe в соответствии со следующей таблицей:
Параметр : /bs0 /bs1 /bs2 /bs3 /bs4 /bs5 /bs6
Размер буфера :256 512 1024 2048 4096 8192 16384
/DO – подавление выдачи информации о работе программы на дисплей (полезно для ускорения работы с маленькими задачами, когда продолжительность активизации дисплея соизмерима с длительностью моделирования);
/PS <имя COM-порта> – имя порта COM1, COM2, COM3, COM4 или физический адрес последовательного порта, к которому подключено устройство защиты программы от несанкционированного доступа.
Программа PSpice прерывается нажатием клавиши Break, расчет продолжается нажатием любой другой клавиши. Нажатие клавиш Ctrl+C приводит к выходу из программы. Если в процессе работы программы PSpice или PLogic нажать любую клавишу, то расчет прервется и на экране появится сообщение:
*Analysis Paused*
– Probe and resume (передача управления программе Probe и затем возвращение в программу PSpice)
Для выбора одного из вариантов следует нажать клавишу C, E или P. Вызов программы Probe из этого режима возможен лишь при наличии расширенной памяти. После нажатия клавиши P работа программы PSpice прерывается и вызывается программа Probe для отображения графиков текущих результатов (это очень полезно в начале длительных расчетов, чтобы убедиться в отсутствии ошибок).
При этом программа Probe активизируется при выполнении следующих условий:
1) в файле задания на моделирование указана директива .PROBE;
2) не используется передача данных в текстовом формате по директиве .PROBE/CSDF;
3) к моменту прерывания моделирования получены данные для программы Probe.
После выхода из Probe моделирование продолжается.
Программа графической обработки результатов моделирования Probe вызывается командой
PROBE [опции]* [<имя файла данных>[.dat]]
Здесь, кроме /BF, /BN, /BS, используются следующие опции:
/C <имя файла>[.cmd] – задание имени командного файла, под управлением которого будет работать программа Probe;
/D <имя файла>[.dev] – задание имени файла настройки конфигурации ПК. Если оно не указано, то по умолчанию назначается файл pspice.dev;
/L <имя файла>[.log] – задание имени командного файла, в который будет занесен протокол работы с программой Probe;
/P <имя файла>[.prb] – задание имени файла с описанием целевой функции, макрокоманд и конфигурации дисплея для программы обработки графиков Probe;
/PS <имя COM-порта> – имя порта COM1, COM2, COM3, COM4 или физический адрес последовательного порта, к которому подключено устройство защиты программы от несанкционированного доступа;
/X <значение> – постоянная активизация секции “Data Section Menu”. В качестве параметра <значение> передается объем буферной памяти в килобайтах (по умолчанию – 512 Кб, т.е. 8000 отсчетов). Используется только на платформе DOS/16M. Полезно при использовании опции /C, чтобы не сбивалась последовательность команд.
Расширения имен файлов можно не указывать – они воспринимаются по умолчанию. Имя файла данных для программы Probe, если оно явно не указано при вызове программы PSpice, заносится в файл probedat.nam, откуда программа Probe его считывает. Если в нем имя файла данных не указано, программа Probe загружает файл probe.dat, а в его отсутствие – probe.txt.
Если таких файлов не обнаружено, программа Probe выдает запрос на ввод имени файла данных. В связи с тем что при следующем обращении к программе PSpice содержимое файла данных с результатами расчета обновляется, для сохранения его содержания (если это необходимо) файл данных следует переименовать.
Программа расчета параметров математических моделей компонентов Parts вызывается командой
PARTS [<опции>*]
Кроме указанных выше, здесь вводится опция:
/B - спецификация второго дисковода для загрузки дискеты, позволяющей установить доступ к пакету Design Center при наличии защиты.
Результаты расчета параметров математических моделей компонентов заносятся в файлы .mod, которые средствами DOS объединяются в библиотечные файлы .lib.
Графический редактор входных сигналов StmEd
вызывается командой
STMED [опции]* [<имя файла>[.cir]]
В качестве параметров командной строки используются те же опции, что и при вызове программы Parts. В качестве имени файла указывается имя существующего или вновь создаваемого файла описания схемы. В отсутствие имени файла в командной строке оно вводится по запросу программы.
Подключение библиотечных файлов.
При наличии в описании схемы директивы .lib без параметров программа PSpice производит поиск моделей компонентов с помощью файла каталога библиотек nom.lib. В нем по директивам .lib указываются имена всех библиотечных файлов. В отсутствие файла каталога программа PSpice разыскивает модели компонентов сначала в текущем каталоге, а затем в каталогах, указанных с помощью переменной окружения DOS SIMLIBPATH. Эта переменная устанавливается перед запуском программы PSpice с помощью командной строки
SET SIMLIBPATH=<каталог>[;<каталог>]*
При поиске нужного файла каталоги просматриваются в указанном списке слева направо. Эту командную строку целесообразно поместить в файл autoexec.bat.
Настройка конфигурации цветов.
В программах Probe, StmEd и Parts настраиваются цвета графиков, курсора мыши, курсора графиков, фона и переднего плана.
Настройка осуществляется в файле pspice.clr вручную с помощью текстового редактора или в режиме Color Configuration Menu программы Probe. В отсутствие этого файла устанавливается конфигурация цвета по умолчанию: графики раскрашиваются в 6 цветов (зеленый, красный, голубой, желтый, ярко-красный, ярко-синий), черный фон, белый передний план и курсор графиков, ослепительно белый цвет курсора мыши.
Каждая строка файла pspice.clr имеет один из следующих форматов:
N
B
F
C
M
T
Здесь
Таблица 1.4
|
Номер графика по умолчанию |
Номер цвета |
Цвет |
Номер графика по умолчанию |
Номер цвета |
Цвет |
|
Фон |
0 |
Черный |
32 |
Темно-красный |
|
|
1 |
Голубой |
33 |
Красновато-серо-голубой |
||
|
2 |
Зеленый |
34 |
Желто-зеленый |
||
|
3 |
Синий |
35 |
Темно-серо-голубой |
||
|
4 |
Красный |
36 |
Светло-красный |
||
|
5 |
Ярко-красный |
10 |
37 |
Лилово-красный |
|
|
6 |
Желтый |
7 |
38 |
Золотой |
|
|
Передний план |
7 |
Белый |
8 |
39 |
Палево-розовый |
|
8 |
Темно-голубой |
40 |
Темно-красный |
||
|
9 |
Светло-голубой |
3 |
41 |
Пурпурный |
|
|
10 |
Темно-салатовый |
42 |
Палево-зеленый |
||
|
11 |
Небесно-голубой |
11 |
43 |
Светло-пурпурный |
|
|
12 |
Темно-розовый |
44 |
Красно-розовый |
||
|
13 |
Темно-пурпурный |
45 |
Светло-красный |
||
|
14 |
Цвета хаки |
46 |
Рыжевато-коричневый |
||
|
15 |
Светло-фиолетовый |
47 |
Светло-розовый |
||
|
16 |
Темно-зеленый |
48 |
Темно-желто- коричневый |
||
|
17 |
Серо-голубой |
49 |
Светло-голубовато-стальной |
||
|
18 |
Светло-зеленый |
50 |
Ярко-желто- зеленый |
||
|
19 |
Морской волны |
51 |
Очень светлый голубовато-зеленый |
||
|
20 |
Коричневый |
52 |
Оранжево-красный |
||
|
|
21 |
Цвета орхидеи |
53 |
Светлщ-красно- фиолетовый |
|
|
22 |
Светло-желто-зеленый |
54 |
Ярко-желтый |
||
|
9 |
23 |
Светло-салатовый |
55 |
Светло-желтый |
|
|
24 |
Темно-синий |
56 |
Серый |
||
|
25 |
Небесно-голубой |
57 |
Насыщенный голубой |
||
|
26 |
Салатовый |
1 |
58 |
Насыщенный зеленый |
|
|
27 |
Светло-синий |
6 |
59 |
Насыщенный синий |
|
|
28 |
Темно-розовый |
2 |
60 |
Насыщенный красный |
|
|
12 |
29 |
Фиолетовый |
5 |
61 |
Насыщенный ярко- красный |
|
30 |
Очень светлый желто-зеленый |
4 |
62 |
Насыщенный желтый |
|
|
31 |
Очень светлый голубовато-зеленый |
Курсор мыши |
63 |
Ослепительно белый |
Использование расширенной памяти.
Расширенную память поддерживает версия пакета программ Design Center, сгенерированная в системе DOS/16M. Тестирование расширенной памяти производится командой PMINFO. Объем расширенной памяти (Extended memory) от 1 до 16 Мб.
Версия DOS/16M программ PSpice A/D, Probe и Control Shell поддерживает, кроме того, виртуальную память. Для создания виртуальной памяти указываются две переменные окружения TMP и DOS16VM, которые указывают место размещения и объем виртуальной памяти (в килобайтах). Например, команды
SET TMP=D:\
SET DOS16VM=4000
устанавливают размещение на диске D 4000 Кб виртуальной памяти. Заметим, что размещать виртуальную память для программы PSpice на электронном диске нецелесообразно.
При наличии виртуальной памяти в ОЗУ размещаются секции объектного кода программ и файлы данных, которые активизируются в данный момент времени. Для программы PSpice это позволяет освободить в ОЗУ примерно 500 Кб для размещения данных о схеме, поскольку многие секции этой программы, такие, как чтение входного файла и контроль ошибок, не нужны в процессе расчета характеристик схемы. Наличие виртуальной памяти позволяет программе Probe просматривать очень большие файлы данных. Кроме того, при работе программы Probe программа PSpice выгружается из ОЗУ и затем, после ее завершения, загружается снова. При наличии виртуальной памяти это происходит гораздо быстрее. Однако не следует рассчитывать на эффективность использования виртуальной памяти для расчета схем большого размера из-за замедления моделирования в 5–20 раз за счет обмена данными между ОЗУ и виртуальной памятью на каждом шаге итераций при анализе схемы.
Информация о максимально использованном объеме памяти в ОЗУ приводится в выходном файле программы PSpice при наличии параметра ACCT в директиве .OPTIONS (см. значение переменной MEMUSE).
Примечание. Аналогичными возможностями обладает 32-разрядная программа профессионального моделирования сложных аналоговых схем RTCSpice (аналог PSpice), разработанная “Русской технологической компанией”, телефон: (095) 313-9217.
Командные файлы. Они используются для управления программами Probe, Parts и StmEd и по умолчанию имеют расширение имени .cmd. В них используется следующая мнемоника команд:
* в начале строки – строка комментариев, пустые строки игнорируются;
имена команд программ или их первые буквы (например, EXIT – завершение режима);
@CR – нажатие клавиши Enter;
@UP – нажатие клавиши %;
@DWN - нажатие клавиши ^;
@LEFT – нажатие клавиши 4;
@RIGHT – нажатие клавиши 6;
@ESC – нажатие клавиши Esc;
PAUSE – пауза до нажатия любой клавиши.
Приведем пример командного файла:
* Выбор режима “Transient analysis” в программе Probe
Transient_analysis
* Построить график V(4,5) и сделать паузу
Add_trace
V(4,5)
Pause
*Завершить работу
Exit
Exit_program
Командные файлы в виде протокола команд создаются автоматически при запуске программ Probe, Parts или StmEd с ключом /L в командной строке или установлением соответствующей опции при работе с управляющей оболочкой. После создания командного файла он редактируется. Во-первых, удаляются команды завершения работы Exit_program и Exit. Во-вторых, добавляются пустые строки и комментарии для удобства их чтения и команды Pause для обеспечения возможности просмотра графиков. Кроме того, можно добавлять и удалять другие команды по своему усмотрению. Созданные таким образом командные файлы загружаются в указанные выше программы с ключом /C в командной строке или с помощью соответствующей опции управляющей оболочки.
Установка на платформе Windows
При работе в среде Windows 3.1 перед запуском Design Center необходимо (начиная с версии 6.1) установить программу 32-разрядной поддержки WIN32S; в среде Windows NT или Windows 95 этого не требуется.Настройка конфигурации графического редактора Schematics осуществляется с помощью текстового файла msim.ini, который располагается в каталоге системы Windows и создается при установке системы. Этот файл может быть отредактирован любым текстовым редактором, однако большая часть содержащихся в нем параметров модифицируется по командам системы. Поэтому приведем краткое описание его структуры.
В первой секции MICROSIM указываются имена каталогов, где расположены библиотеки, имя текстового редактора и имена подключенных программ:
[MICROSIM]
LIBPATH=D:\MSIM62\LIB (каталог библиотек)
EDITOR=NOTEPAD %f (вызов текстового редактора)
BACKUP=D:\MSIM62\BACKUP (каталог резервных копий)
SECURITYPORT=
WINDOWSPSPICE=ON
PSPICECMD=D:\MSIM62\PSPICE.EXE -wpause=3
PLOGICCMD=PLOGIC.EXE
PROBECMD=D:\MSIM62\PROBE.EXE
STMEDCMD=D:\MSIM62\STMED.EXE
PARTSCMD=D:\MSIM62\PARTS.EXE
POLARISCMD=D:\MSIM62\POLARIS.EXE
POLTRANCMD=D:\MSIM62\POLTRAN.EXE
OPTIMIZERCMD=D:\MSIM62\optimize.exe -i MSIM_EV.INI
PCBCMD= D:\MSIM62\PCBOARDS.EXE
CCTCMD=D:\MSIM62\SPECCTRA\BIN\SPECCTRA.EXE
В разделе SCHEMATICS устанавливаются параметры редактора схем:
[SCHEMATICS]
ZOOMFACTOR=150 (коэффициент увеличения изображения схемы)
VIEWFITPERCENT=95
TEXTHEIGHT=13 (размер шрифта)
DFLTTITLESYM=titleblk (имя символа углового штампа)
LAYOUTFORMAT=PCBOARDS (редактор печатных плат)
SIMULATOR=PSPICE (программа моделирования)
LAYOUTCMD=D:\MSIM62\pcboards.exe
TEXTGRIDSIZE=2
POLARIS=ON
PCBoards=ON
BASEFONTNAME=Times New Roman Cyr (имя шрифта)
В разделе SCHEMATICS NETLIST указываются имена библиотек математических моделей компонентов:
[SCHEMATICS NETLIST]
LINE1=.lib D:\MSIM62\LIB\RUS.LIB (библиотека пользователя)
LINE2=.lib D:\MSIM62\LIB\nom.lib (каталог фирменных библиотек)
В разделе PART LIBS указываются имена библиотек символов компонентов:
[PART LIBS]
LIB1= D:\MSIM62\LIB\MY [.slb] (библиотеки пользователя)
LIB2=D:\MSIM62\LIB\RUS [.slb] . . . . . . . . .
LIB3=abm [.slb] (фирменная библиотека символов)
LIB4=adv_lin [.slb,.plb] (фирменная библиотека символов и корпусов)
LIB5=analog [.slb]
. . . . . . . . . . .
LIB62=74L [.slb,.plb]
LIB63=74LS [.slb,.plb]
В заключение остановимся подробнее на настройке цветов, производимой в разделе SCHEMATICS COLORS, который редактируется только с помощью внешнего текстового редактора. Этот раздел состоит из строк, имеющих формат
<имя объекта>=<цвет>
Например, строка wire=green назначает всем проводникам зеленый цвет. Приведем имена доступных объектов:
|
Имя объекта |
Описание объекта |
|
attributes |
Атрибуты |
|
background |
Фон |
|
border |
Граница чертежа |
|
bus |
Шина |
|
foreground |
Передний план |
|
grid |
Сетка |
|
junction |
Точка соединения проводников |
|
hiddenpins |
Скрытый (невидимый) вывод |
|
marker |
Маркер |
|
pageboundary |
Граница страницы |
|
pin |
Вывод символа |
|
pinname |
Имя вывода |
|
pinno |
Номер вывода |
|
plsyn |
Имя компонента и блока программы PLSyn |
|
port |
Порт |
|
portlabel |
Имя (метка) порта |
|
refdes |
Позиционное обозначение |
|
selection |
Указатель |
|
stimulus |
Цвет сигнала в программе StmEd |
|
symbols |
Символы компонентов |
|
symnames |
Имена символов |
|
symtext |
Текст символа |
|
text1 |
Текст уровня 1 |
|
wire |
Проводник |
|
wirelabel |
Имя (метка) проводника |
[SCHEMATICS COLORS]
WIRE=DARKGREEN (цвет проводников – темно-зеленый)
SYMBOLS=DARKGREEN (цвет контуров символов – темно-зеленый)
REFDES=BLUE (цвет позиционных обозначений – голубой)
PINNAME=DARKGREEN (цвет имен выводов – темно-зеленый)
SELECTION=RED (цвет выбранного объекта – красный)
BACKGROUND=BRIGHTWHITE (цвет фона – ярко-белый)
FOREGROUND=BLUE (цвет переднего плана – голубой, в него окрашиваются все объекты, цвета которых не установлены)
Устройства интерфейса
Устройства интерфейса включаются между аналоговыми и цифровыми компонентами и выполняют две функции. Во-первых, с их помощью при моделировании электрических процессов в аналоговой части цепи задаются схемы замещения входных и выходных каскадов цифровых компонентов, соединенных непосредственно с аналоговыми компонентами. Во-вторых, они обеспечивают преобразование электрического напряжения в логический уровень и наоборот, чтобы обеспечить обмен данными между подпрограммами моделирования электрических процессов в аналоговой части цепи и логического моделирования цифровой части. Они подразделяются на устройства передачи данных от аналоговых на вход цифровых компонентов, называемые интерфейс А/Ц (Digital Output), и на устройства передачи данных от цифровых на вход аналоговых компонентов, называемые интерфейс Ц/А (Digital Input).Если аналоговые и цифровые компоненты взаимодействуют в процессе моделирования, устройства интерфейса включаются в схему замещения цепи автоматически, когда они соединяются друг с другом. Пользователь при этом не включает устройство сопряжения в файл описания цепи с расширением .cir. Для обеспечения такого режима предварительно в библиотеки цифровых компонентов включаются ассоциируемые с каждым компонентом модели устройств интерфейса, оформленные в виде макромоделей. При расщеплении узла интерфейса для автоматического включения устройства интерфейса программа PSpice создает новый цифровой узел. Перечень этих узлов, созданных программой, помещается в выходном файле с расширением .out в разделе Generated AtoD and DtoA. Заметим, что узел интерфейса характеризуется электрическим напряжением, а дополнительный цифровой узел – логическим состоянием. Пользователь имеет право непосредственно включить в описание цепи устройства интерфейса А/Ц и Ц/А, при этом программа новые устройства включать уже не будет.
Рассмотрим в качестве примера смешанную цепь на рис. 6.2, а. Она состоит из двух цифровых компонентов – генератора цифрового сигнала U1 и логического вентиля 2И–НЕ, представленного в виде макромодели X1.
На один вход вентиля X1 подключается генератор аналогового сигнала VSIN, на другой – генератор цифрового сигнала U1, а к выходу – аналоговая RС-цепь. Таким образом, здесь имеются два узла интерфейса 1 и 2. К узлу 1 подключены аналоговый компонент VSIN и вход цифрового компонента X1, поэтому между этими компонентами программа включит в схему замещения интерфейс А/Ц и создаст дополнительный цифровой узел 1$AtoD. Аналогично между выходом цифрового компонента X1 и аналоговой RС-цепью будет включен интерфейс Ц/А и создан дополнительный цифровой узел 3$DtoA, как показано на рис. 6.2, б. Имена дополнительных цифровых узлов составляются по следующему правилу: в начале их имени повторяется имя узла интерфейса, к нему добавляется символ $ и затем суффикс AtoD или DtoA в зависимости от типа интерфейса (имя узла на выходе А/Ц приобретает суффикс AtoD, на входе Ц/А – DtoA). Если к одному узлу интерфейса подключается не один, а несколько однотипных компонентов, то образуются дополнительные цифровые узлы, в конце имен которых добавляются цифры 2, 3 ... Кроме того, в схеме замещения на рис. 6.2, б к интерфейсу Ц/А автоматически подключается источник питания через глобальный узел $G_POS.
 Рис. 6.2. Пример смешанной аналого-цифровой цепи (а) и ее схемы замещения (б) |
содержит аналоговые узлы 1, 3, $G_POS и цифровые узлы 1$AtoD, 2, 3$DtoA. Потенциалы аналоговых узлов и логические состояния цифровых узлов можно вывести на печать, например, по директиве
.PRINT TRAN V(1) D(2) V(3)
Итак, каждому реальному цифровому компоненту в программе PSpice ставятся в соответствие:
1) два устройства интерфейса для сопряжения с аналоговыми устройствами, которые могут подключаться к его входу и выходу, названные нами для краткости интерфейсами Ц/А и А/Ц; они осуществляют обмен данными между подпрограммами моделирования аналоговых и цифровых устройств программы PSpice;
2) модели вход/выход, отображающие его входные и выходные комплексные сопротивления;
3) модели динамики, учитывающие запаздывания сигналов. Модели цифровых компонентов и ассоциируемые с ними сопутствующие модели помещаются в специальные библиотеки.
Устройства питания
В программе PSpice принято, что макромодель источника питания имеет имя DIGIFPWR и на нее автоматически делается ссылка при наличии в схеме макромоделей аналого-цифровых интерфейсов. Конкретное содержание макромодели источника питания определяется пользователем, а ее текст помещается в библиотеку цифровых устройств. Приведем в качестве примера макромодель источника напряжения, принимающего по умолчанию значение 5 В:.subckt DIGIFPWR AGND
+ optional: DPWR=$G_DPWR DGND=$G_DGND
+ params: VOLTAGE=5.0v REFERENCE=0v
VDPWR DPWR DGND {VOLTAGE}
R1 DPWR AGND 1MEG
VDGND DGND AGND {REFERENCE}
R2 DGND AGND 1MEG
.ends
Здесь узлам цифрового питания и цифровой “земли” присвоены глобальные имена $G_DPWR, $G_DGND (при желании их можно изменить здесь и одновременно в моделях всех цифровых устройств). Узел AGND – общий узел источника питания, который при включении его в общую схему соединяется с узлом аналоговой “земли” 0. Для создания макромодели источника другого напряжения необходимо в задании на моделирование (в файле .cir) включить предложение вызова макромодели источника питания, задав с помощью параметра VOLTAGE нужное значение напряжения питания, и указать после номера узла “земли” 0 имена (номера) узлов его выводов, например:
XMYPOWER 0 MY_PWR MY_GND DIGIFPWR
+ params: VOLTAGE=9.0v
Здесь вызывается источник напряжения 9 В, выводы которого имеют имена MY_PWR и MY_GND (эти имена указываются в моделях примитивов цифровых устройств, подключаемых к этому источнику, см. ниже).
Усложнив макромодель, можно создать источник нескольких напряжений.
Вспомогательные файлы, определение параметров и функций
Функции, определяемые пользователем, задаются по директиве.FUNC <имя функции>([<аргумент>*]) <тело>
Количество аргументов находится в пределах от 1 до 10. Имя функции назначает пользователь, но оно не должно совпадать с именами встроенных функций, например SIN и др. Тело функции, содержащее ее описание, состоит из арифметических выражений и стандартных функций. Если аргументы отсутствуют, круглые скобки ( ) все равно нужны. Определение функции должно в задании на моделирование предшествовать ее использованию. Тело функции можно записывать на нескольких строках, помещая символ “+” в первой позиции строки продолжения. Приведем примеры (см. также [41]):
.FUNC DR(D) D/57.296
.FUNC E(X) EXP(X)
.FUNC APBX(A,B,X) A+B*X
.FUNC P( ) SIN(0.19634954)
Набор стандартных функций целесообразно записывать в файлы и подключать их к заданию на моделирование директивой .INC.
Глобальные параметры задаются директивами вида
.PARAM <<имя параметра>=<значение>>*
.PARAM <<имя параметра>={<выражение> }>*
Значения параметров могут быть константами или выражениями, содержащими константы или другие параметры. Выражения должны заключаться в фигурные скобки { }.
Введем, например, параметры pi=
.PARAM pi=3.14159265, pi2=6.2831853, VPOWER=5v
.PARAM VNUM = {8*pi}
C1 2 0 {1/(pi2*10kHz*5k)}
Имена вводимых параметров не должны совпадать с именем текущего времени TIME и именами стандартных параметров
GMIN – минимальная проводимость;
TEMP – текущая температура;
VT – температурный потенциал p–n-перехода.
Директиву .PARAM можно использовать внутри описания макромодели для создания локальных параметров (в Design Center 5 это было запрещено).
С помощью параметров можно определять все параметры моделей устройств и большинство параметров компонентов и директив, за исключением:
– температурных коэффициентов резистора TC1, TC2, задаваемых в описании резистора на схеме (в модели резистора это, конечно, допускается);
– параметров кусочно-линейного источника сигнала PWL;
– линейных и полиномиальных коэффициентов зависимых источников всех типов E, F, G и H (для этого рекомендуется использовать нелинейные источники).
Параметры нельзя использовать для именования узлов цепи и задания значений переменных в директивах моделирования .AC, .DC и др.
Директивы .PARAM можно помещать в библиотечные файлы. В процессе поиска параметров сначала просматривается задание на моделирование, а затем все подсоединенные библиотечные файлы.
Файл библиотеки компонентов
подключается по директиве
.LIB ["имя файла библиотеки"]
В файле библиотеки с указанным именем содержится описание встроенных моделей одного или нескольких компонентов (параметры каждого компонента вводятся по директиве .MODEL) или подсхем (описанных с помощью директив .SUBCKT/.ENDS). В этом же файле могут быть помещены комментарии и обращения к другим директивам .LIB.
При указании в задании на моделирование имени какого-либо конкретного компонента, модель которого содержится в библиотечном файле, в ОЗУ загружается не весь файл, а только его часть, относящаяся к данному компоненту.
Приведем примеры:
.LIB "KT315A.mod" – подключение файла описания модели транзистора КТ315А;
.LIB "QRUS.lib" – подключение файла библиотеки отечественных биполярных транзисторов;
.LIB "D:\PSPICE\LIB\d.lib" – подключение библиотеки диодов, находящейся на диске C в подкаталоге LIB каталога PSPICE.
В том же каталоге, из которого запускается пакет PSpice, может находиться файл каталога библиотек nom.lib, в нем перечислены директивы подключения всех используемых библиотек. Приведем пример этого файла, создаваемого пользователем
.LIB "D:\PSPICE\LIB\qrus.lib"
.LIB "D:\PSPICE\LIB\d.lib"
.LIB "D:\PSPICE\LIB\digit.lib"
В таком случае в задании на моделирование указывается директива .LIB без параметров.
Другая особенность связана с переменной среды DOS SIMLIBPATH (разд. 1.4), с помощью которой указывается перечень каталогов, которые просматривает программа PSpice в поисках библиотечных файлов, не указанных в файле nom.lib. Пусть, например, эта переменная установлена по команде
SET SIMLIBPATH=D:\PSPICE\LIB
Тогда в задании на моделирование достаточно указать имя файла библиотеки без пути доступа к нему, например
.LIB qrus.lib
При работе c графическим редактором Schematics подключение библиотек производится по команде Analysis/Library and Include Files. Причем опции, помеченные звездочкой “*”, делают выбранный библиотечный файл доступным для всех схем, без звездочки – только для текущей схемы.
Индексные файлы библиотек. В программе PSpice для ускорения поиска нужной модели в библиотечном файле введены индексные файлы, имеющие расширение .ind. Они создаются автоматически при первом обращении по директиве .LIB к библиотеке, в которой произведены изменения. Обратим внимание на то, что создание индексного файла требует больших затрат машинного времени, поэтому часто изменяемую часть библиотечного файла целесообразно оформить в виде отдельного файла.
Произвольный файл включается в текст задания на моделирование по директиве
.INC <"имя файла">
Например,
.INC "band.cir"
.INC "D:\MSIM\diode.mod"
Допускаются четыре уровня включения, причем включаемые файлы не должны иметь заголовков и директив .END.
При работе c графическим редактором Schematics подключение произвольных текстовых файлов производится по команде Analysis/Library and Include Files.
Конец задания отмечается директивой
.END
В одном файле могут помещаться задания на моделирование нескольких цепей, каждое из которых начинается с заголовка задания и заканчивается этой директивой.
Высокочастотные схемы замещения резистора и конденсатора
Модели дискретных конденсаторов и резисторов на высоких частотах должны учитывать паразитные индуктивности выводов, шунтирующую емкость резистора и сопротивление потерь конденсатора. Примеры эквивалентных схем композиционных или пленочных резисторов с допустимой рассеиваемой мощностью 0,25 Вт и керамических конденсаторов небольших размеров, используемых на частотах выше 1 МГц, приведены на рис. 5.15 [22]. Длина выводов в каждой модели принята 2,5 мм. Если длины соединительных проводников печатной платы будут больше, то индуктивности выводов необходимо увеличить, исходя из удельной индуктивности 0,4 нГн/мм. Подобные модели удобнее всего оформлять в виде подсхем (макромоделей), как указано ниже:*Макромодель угольного металлопленочного резистора
.subckt RES 1 3 PARAMS: R=1
R 1 2 {R} ; сопротивление резистора
L 2 3 7n ; индуктивность выводов
C 1 3 0.3p ; шунтирующая емкость
.ends
*
*Макромодель керамического конденсатора
.subckt CER_CAP 1 4 PARAMS: C=1
C 1 2 {C} : емкость конденсатора
R 2 3 0.075 : сопротивление потерь
L 3 4 7n : индуктивность выводов
.ends
Здесь предусмотрена возможность передавать из основной схемы в макромодель сопротивление резистора и емкость конденсатора с помощью параметров R и C,
указанных после ключевого слова PARAM. Например, резистор с сопротивлением 3,9 кОм включается между узлами 5 и 8 схемы предложением
XRES 5 8 RES PARAMS:R=3.9k
 Рис. 5.15. Высокочастотные эквивалентные схемы пленочного резистора 0,25 Вт (а) и керамического конденсатора (б) |
Задание начальных условий
Начальные значения узловых потенциалов по постоянному току задаются по директиве.IC V(<номер узла>[,<номер узла>])=<значение ЭДС>*
Приведем пример:
.IC V(5)=1.24 V(IN)=0
К указанным узлам подключаются источники постоянного напряжения с внутренним сопротивлением 0,002 Ом, и рассчитывается режим по постоянному току. После завершения расчета эти источники отключаются – так задаются начальные значения узловых потенциалов перед расчетом переходных процессов.
Если в задании имеются и директива .NODESET, и директива .IC, то первая не будет выполняться при расчете режима по постоянному току перед началом анализа переходных процессов.
Задание начального приближения узловых потенциалов по постоянному току производится по директиве
.NODESET
Приведем пример:
.NODESET V(9)=5.6 V(8,2)=4.95
К указанным узлам подключаются источники постоянного напряжения с внутренним сопротивлением 0,002 Ом и выполняется одна итерация расчета режима по постоянному току. Затем эти источники автоматически отключаются и итерационный процесс расчета режима нелинейной схемы по постоянному току продолжается. Если заданные значения узловых потенциалов близки к точному решению, то процесс расчета завершается за меньшее количество итераций. Эта директива полезна при расчете очень больших схем по частям и расчете схем с несколькими устойчивыми состояниями.
Запись в файл узловых потенциалов
(Save Bias Point) осуществляется по директиве
.SAVEBIAS <"имя файла"> < OP | DC | TRAN> [NOSUBCKT]
+ [TIME=<значение> [REPEAT]]
+ [TEMP=<значение>] [STEP=<значение>]
+ [MCRUN=<значение>]
+ [DC=<значение>] [DC1=<значение>] [DC2=<значение>]
В файл с указанным именем записываются значения узловых потенциалов схемы для анализа указанного вида OP, DC или TRAN.
Для каждого вида анализа в одном задании должна быть отдельная директива.
Параметр NOSUBCKT запрещает запись в файл узловых потенциалов внутренних узлов макромоделей.
Параметры TIME=<значение> [REPEAT] определяют моменты времени, в которые запоминаются узловые потенциалы схемы при расчете переходных процессов (режим TRAN). Ели параметр REPEAT не указан, то узловые потенциалы запоминаются в первый момент времени, равный указанному значению (с точностью до шага интегрирования) или превышающий его. При наличии параметра REPEAT параметр <значение> равен интервалу времени, с которым узловые потенциалы периодически запоминаются, при этом в файле сохраняется только последняя запись.
Параметр TEMP=<значение> задает температуру, для которой сохраняются узловые потенциалы при вариации температуры, а необязательный параметр STEP=<значение> задает интервал температур, через который обновляется запись в файл.
Параметр MCRUN=<значение> определяет количество вариантов расчетов, через которые обновляется запись в файл при статистическом анализе или расчете по методу наихудшего случая.
Параметры DC=<значение>, DС1=<значение> и DC2=<значение> задают значения параметров, варьируемых по директиве .DC, для которых производится запись в файл. Параметр DC=<значение> используется только при вариации одной переменной, а DC1 и DC2 – при вариации двух переменных (соответственно первой и второй).
Образуемый на диске текстовый файл имеет следующий формат. Сначала на одной или более строках в виде комментариев указываются имя схемы, заголовок, дата создания, затраты времени на расчет, тип анализа, температура и т. п. Далее помещается единственная директива .NODESET, содержащая полную информацию об узловых потенциалах схемы. Поэтому после загрузки файла по директиве .LOADBIAS эти потенциалы будут автоматически установлены.
Одно из типичных применений директив .SAVEBIAS и .LOADBIAS – исследование больших схем, для которых расчет режима по постоянному току занимает значительное время.
Тогда после расчета режима по постоянному току он может быть сохранен по директиве .SAVEBIAS и в дальнейшем перед выполнением других видов анализа (переходных процессов, частотных характеристик, статистического анализа и т. п.) узловые потенциалы в этом режиме могут быть загружены по директиве .LOADBIAS. Единственное ограничение – директивы .SAVEBIAS и .LOADBIAS должны помещаться в разных заданиях на моделирование. Заметим, что при модификации схемы пользователь может для улучшения сходимости вручную отредактировать файл режима, добавляя или исключая из директивы .NODESET ряд узлов схемы и корректируя их потенциалы.
Приведем примеры:
.SAVEBIAS "DC_POINT.NOD" OP
.SAVEBIAS "TR_DATA.TRN" TRAN NOSUBCKT TIME=10us
.SAVEBIAS "DC.BSP" DC MCRUN=3 DC1=2.5 DC2=10
Считывание из файла узловых потенциалов (Load Bias Point) производится по директиве
.LOADBIAS <"имя файла">
Из файла, созданного в предыдущем сеансе работы с программой PSpice, считываются узловые потенциалы по постоянному току. Для выполнения расчета переходных процессов по директиве .TRAN с заданными начальными условиями этот файл можно предварительно отредактировать и заменить директиву .NODESET на .IC. Для передачи содержания файла узловых потенциалов, указанного в директиве .LOADBIAS, в выходной файл результатов (с расширением .out), необходимо в директиве .OPTIONS указать параметр EXPAND.
Приведем примеры:
.LOADBIAS "DC_POINT.NOD"
.LOADBIAS "D:\PSPICE\JOB\TR_DATA.TRN"