Роберт Хайнеманн - Визуальное моделирование электронных схем в PSPICE

• Название: Визуальное моделирование электронных схем в PSPICE
• Автор: Роберт Хайнеманн
• Издательство: ДМК Пресс
• Жанр: Программы
• Год: 2008
• ISBN: 978-5-94074-436-8

PSPICE определяет промышленный стандарт программ-имитаторов и является самым популярным пакетом моделирования для OS/Windows как у профессионалов, так и у любителей по всему миру. Эта книга — лучшее на сегодняшний день учебное пособие по PSPICE. Курс построен по принципу «от простого к сложному». Первая часть посвящена основам работы с программой. В ней говорится о том, как строить и редактировать чертежи электронных схем, находить нужную информацию в выходном файле, моделировать цепи постоянного и переменного тока, строить диаграммы любой сложности, исследовать частотные характеристики схем. Во второй части подробно рассказывается о различных видах анализов, выполняемых с помощью PSPICE (анализ переходных процессов, параметрический анализ и т.д.). Также в ней содержится руководство по цифровому моделированию и использованию программы-осциллографа PROBE. Третья и четвертая части включают сведения об использовании PSPICE для расчета электрических цепей и цепей регулирования. Описывается, как создать и модифицировать модели компонентов схем.

Книга адресована пользователям различного уровня подготовки: в первую очередь инженерам и конструкторам, профессиональным разработчикам промышленных изделий (электронных схем, технологического оборудования, автомобилей и т.д.), студентам радиотехнических специальностей, а также радиолюбителям.

Прилагаемый к книге компакт-диск содержит рабочие версии программы PSPICE, подробный справочник по PSPICE (на английском языке), библиотеки компонентов, необходимые для работы с книгой, и учебные упражнения.

---

4. Опять сохраните схему еще под каким-нибудь другим именем (например, под именем BP_AKT_LO) и проведите анализ наихудшего случая в направлении Lo. После запуска PROBE выберите из предложенных диаграмм изображение прогонов Nominal Run (первая сверху диаграмма в окне Available Sections) и Worst Case Run (последняя диаграмма в том же окне) и рассмотрите полученный результат в PROBE (рис. 9.45).

Рис. 9.45. Результат анализа наихудшего случая частотной характеристики активного полосового фильтра: «номинальный прогон» и «прогон наихудшего случая» с самым большим отклонением вниз

5. Воспользовавшись опцией PROBE Append (см. рецепт 6 в главе 5), объедините результаты, полученные в пунктах 2-4. Ваша диаграмма частотной характеристики активного фильтра (см. рис. 9.32) после успешного завершения работы должна быть аналогична той диаграмме, которую вы видите на рис. 9.46. Здесь изображены оба «прогона наихудшего случая» с самым большим отклонением вверх и вниз, а также двадцать прогонов анализа Монте-Карло со статистически установленными значениями разброса резисторов и конденсаторов.

Рис. 9.46. Результат анализа допусков; частотная характеристика активного полосового фильтра

9.7. Руководство к действию

Рецепт 1. Провести Фурье-анализ процесса

1. Выведите на экран PROBE диаграмму процесса (например, напряжения), частотный спектр которого вам необходимо установить с помощью анализа Фурье.

2. Убедитесь, что вы смоделировали ровно один период этого процесса, либо целое число периодов. В случае, если было смоделировано не целое число периодов, нужно ограничить диапазон данных, которые будут использованы для спектрального анализа (команда PROBE Plot→X Axis Settings→Restricted).

3. Запустите анализ Фурье с помощью кнопки .

4. После того как программа PROBE завершит вычисление Фурье-спектра и изобразит результат в виде диаграммы, вы сможете с помощью все той же кнопки FFT переключаться от изображения временного диапазона к частотной области и наоборот (то есть переходить от одной диаграммы к другой).

(См. раздел 9.1.1, рис. 9.4 и 9.5.)

Рецепт 2. Записать результат Фурье-анализа Фурье в выходной файл

1. Отметьте в окне предварительной установки анализа переходных процессов опцию Enable Fourier (см. рис. 9.6).

2. Укажите в поле ввода Center Frequency (Центральная частота) частоту основной волны.

3. Введите в поле Number of Harmonics (Количество гармоник) число высших гармоник, данные расчетов которых вам необходимо получить.

4. Введите в поле Output Vars имя величины, Фурье-спектр которой вас интересует.

5. Щелкните по кнопке OK.

(См. раздел 9.1.2.)

Рецепт 3. Провести анализ чувствительности

1. Откройте окно Analysis Setup, установите флажок рядом с кнопкой Sensitivity… (Анализ чувствительности…) и щелкните по ней. Откроется окно Sensitivity Analysis.

2. Введите в поле Output Variable(s) обозначение напряжения, чувствительность которого вам необходимо установить. В случае, если вас интересует несколько напряжений, то вы должны разделить их в поле ввода с помощью пробела (рис. 9.31).

3. Закройте окно Sensitivity Analysis, щелкнув по кнопке OK.

4. Закройте окно Analysis Setup, щелкнув по кнопке Close.

5. Запустите процесс моделирования и по его окончании найдите результаты анализа в выходном файле под заголовком DC Sensitivity Analysis.

Рецепт 4. Изобразить на диаграмме в PROBE выходной шум электронной схемы

1. Начертите в редакторе SCHEMATICS схему, которую необходимо проанализировать.

2. Проведите предварительную установку для анализа AC Sweep в том частотном диапазоне, составляющие шума которого вас интересуют.

3. Активизируйте анализ шумов, установив флажок рядом с опцией Noise Analysis в окне AC Sweep and Noise Analysis (см. рис. 9.15).

4. Укажите в окне AC Sweep and Noise Analysis в поле Output Voltage то место, где необходимо определить шум вашей схемы. В поле ввода I/V укажите источник, который должен создавать эквивалентный входной шум. В нижнем поле ввода Interval пометьте, с какими интервалами следует записывать результаты анализа в выходной файл.

5. Закройте окно AC Sweep and Noise Analysis с помощью кнопки OK.

6. Запустите процесс моделирования и выведите на экран PROBE диаграмму частотной характеристики спектральной плотности шумов V(ONOISE) — см. рис. 9.16-9.18.

(См. раздел 9.2.)

Рецепт 5. Провести анализ передачи тока в режиме малого сигнала

1. Активизируйте в окне Analysis Setup анализ передачи, установив флажок рядом с кнопкой Transfer Function…. Затем щелчком по этой кнопке откройте окно Transfer Function (рис. 9.30).

2. В поле ввода Output Variable укажите выходное напряжение. Если вы собираетесь исследовать напряжение между двумя узлами, то обязательно отделите обозначения этих узлов друг от друга с помощью запятой! Например: при вводе V(N1:out,R3:2) в ходе анализа будет выявлено напряжение между выходом компонента N1 и правым выводом резистора R3.

3. В поле Input Source введите имя источника входного напряжения.

4. Закройте окно Transfer Function с помощью кнопки OK.

5. Запустите процесс моделирования схемы и по его окончании найдите результат в выходном файле под заголовком Small Signal Characteristics.

Рецепт 6. Провести анализ производительности

1. Проведите параметрический анализ как дополнительный к анализу DC Sweep, AC Sweep либо к анализу переходных процессов и таким образом создайте в PROBE семейство кривых.

2. Удалите с экрана PROBE все изображенные на нем диаграммы и щелкните в уже пустом окне по кнопке , находящейся на панели инструментов PROBE.

Теперь на ось X нанесены координаты параметра (см. раздел 9.3).

3. Откройте окно Add Traces (команда Trace→Add) и отправьте требуемую целевую функцию (см. рецепты 7 и 8) в строку Trace Expression — см. раздел 9.3 и рис. 9.28.

4. Введите аргументы этой целевой функции (см. раздел 9.3).

5. Запустите анализ производительности, щелкнув по кнопке OK.

Рецепт 7. Активизировать целевую функцию

1. Щелкните по кнопке , чтобы вызвать анализ производительности.

2. Откройте окно Add Traces (команда Trace→Add). Теперь в правой части этого окна перечислены все доступные вам целевые функции.

3. Щелчком по одной из целевых функций вы можете отправить ее в строку Trace Expression и там отредактировать.

(См. раздел 9.3 и рис. 9.25.)

Рецепт 8. Разобраться в назначениях целевых функций программы PROBE

1. Откройте, находясь в PROBE, меню Trace.

2. Щелкните мышью по строке Goal Functions…. На экране откроется окно Goal Functions.

3. В указанном окне приведен перечень всех имеющихся в вашем распоряжении целевых функций. Щелкните по той из них, которая вас интересует.

4. Щелкните по кнопке View, чтобы открыть окно выбранной вами функции с описанием ее характеристик, принципа работы и руководства по ее применению.

Если вы приобрели уже достаточно опыта в обращении с целевыми функциями, то можете попробовать запрограммировать свою собственную. Для этого щелкните в окне Goal Functions по кнопке New (Новая).

Рецепт 9. Присвоить параметру компонента допуск

Для сопротивления резистора, емкости конденсатора и индуктивности катушки:

1. Дважды щелкните мышью по схемному обозначению компонента, параметру которого необходимо присвоить допуск. Откроется окно его атрибутов.

2. Один из атрибутов, перечисленных в этом окне, называется TOLERANCE. Щелкните по нему, чтобы отправить в поле Name, а в поле Value введите требуемый допуск, например 5%. Щелкните по кнопке Save Attr и закройте окно атрибутов с помощью кнопки OK.

Для компонентов, в окне атрибутов которых отсутствует атрибут TOLERANCE:

1. Щелчком мыши маркируйте компонент (он должен выделиться красным цветом).

2. Откройте меню Edit и выберите в нем строку Model…. Откроется окно Edit Model. Щелкните по кнопке Edit Instance Model (Text)….

3. Откроется редактор моделей, где будут перечислены все параметры данной модели. Найдите среди них параметр(-ы), которому(-ым) необходимо присвоить допуск. Установите текстовый курсор рядом со значением параметра и введите (после пробела) значение допуска, например Dev=5%.

4. Программа PSPICE автоматически изменит имя данного компонента (путем добавления сочетания «-Х» к старому имени).