Инженерная графика в системе OrCAD
         

Независимый источник напряжения (а) и тока (б) широкополосного шума



Рис. 4.3. Независимый источник напряжения (а) и тока (б) широкополосного шума


Модель независимого источника шумового тока представлена на рис. 4.3, б. Для нее сопротивление шумящего резистора связано со спектральной плотностью шумового тока Si- соотношением RN = 4kT/Si. Например, при S,- = 10- 24 А 2 /Гц модель описывается следующим образом:

RN 1 0 16.56К

VN 1 0 DC 0

FN 2 3 VN 1

  1. Load Bias Point — загрузка данных режима по постоянному току.

Считывание из файла узловых потенциалов 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 имени *.OUT), необходимо в директиве .OPTIONS указать параметр EXPAND.

Приведем примеры:

.LOADBIAS "DC_POINT.NOD"

.LOADBIAS "D:\PSPICE\JOB\TR_DATA.TRN"

  1. Save Bias Point — сохранение данных режима по постоянному току. Запись в файл узловых потенциалов осуществляется по директиве

.SAVEBIAS <"имя файла"> <[ОР] [DC] [TRAN]> [NOSUBCKT]

+ [ТIME=<значение> [REPEAT]] [ТЕМР=<змачение>] [SТЕР=<значение>]

+ [МСRUN=<знамение>] [DС=<значение>] [DС1=<значение>]

+ [DС2=<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 ТIМЕ=<значеные> [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 ТЕМР=<значение> задает температуру, для которой сохраняются узловые потенциалы при вариации температуры, а необязательный параметр SТЕР=<значение> задает интервал температур, через который обновляется запись в файл.

Параметр МСRUN=<значение> определяет количество вариантов расчетов, через которые обновляется запись в файл при статистическом анализе или расчете по методу наихудшего случая.

Параметры DC = <значение>, DC1 = <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, a 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 установлены автоматически.

Одно из типичных применений директив .SAVEBIAS, .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

При работе с управляющей оболочкой Schematics имя файла узловых потенциалов и другие параметры указывается в диалоговом окне (рис. 4.4), открывающемся после нажатия на кнопку Save Bias Point в меню выбора директив моделирования (рис. 3.49).

  1. DC Sweep — вариация параметров при расчете режима по постоянному току. 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 [ОСТ] [DEC] <имя 1-й переменной> <начальное значение> + <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 приниматься:

  • имена независимых источников напряжения или тока;
  • параметры моделей компонентов (указываются тип компонента, имя модели и в круглых скобках имя варьируемого параметра);
  • температура (в качестве ее имени указывается TEMP);
  • глобальные параметры (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, ОСТ — 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 10МА 1МА

.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. 4.6), используя вложенные циклы:

VC 1 О DC 10V

VB 2 О DC 0.5V

Q1 120КТ315А

.MODEL KT315A NPN (IS= ...)

.DC VC 0V 10V 0.2V VB 0V 1V 0.05V

.PROBE

Результаты расчета режима цепи по постоянному току выводятся по директивам .PRINT, .PLOT или .PROBE.

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. При работе с управляющей оболочкой Schematics имя файла узловых потенциалов и другие параметры указываются в диалоговых окнах.

В разделе Sweep Var. Type задается тип варьируемого параметра:

  • Voltage Source — источник напряжения;
  • Temperature — температура;
  • Current Source — источник тока;
  • Model Parameter — параметр модели компонента;
  • Global Parameter — глобальный параметр.

В зависимости от выбранного типа параметра заполняются одно или несколько строк:

  • Name — имя варьируемого параметра (для параметров типа Voltage Source, Current Source, Global Parameter);
  • Model Type — тип модели, например, RES, DIODE, NPN (для Model Parameter);
  • Model Name — имя модели, например КТ315А (для Model Parameter);
  • Param. Name — имя параметра (для Model Parameter, Global Parameter).

В разделе Sweep Type задается тип вариации параметра:

  • Linear — линейный масштаб;
  • Octave — логарифмический масштаб октавами;
  • Decade — логарифмический масштаб декадами;
  • Value List — в виде списка параметров.

Пределы изменения параметров задаются на строках:

  • Start Value — начальное значение;
  • End Value — конечное значение;
  • Increment — приращение;
  • Pts/ Decade (Octave) — количество точек на одну декаду (октаву);
  • Values — список параметров.
  1. Monte Carlo/Worst Case — статистический анализ и наихудший случай. Статистический анализ по методу Монте-Карло (Monte Carlo) производится при статистическом разбросе параметров, описанных по директиве .MODEL. Случайное значение параметра х рассчитывается по формуле где x HOM — номинальное значение параметра, указанное в директиве .MODEL; А — относительный разброс параметра х; £, — центрированная случайная величина, принимающая значения на отрезке (-1, +1).

Случайные величины создаются с помощью генераторов случайных чисел. Величина относительного разброса каждого параметра А и закон распределения случайной величины £, задаются опцией < спецификация случайного разброса параметра> директивы .MODEL, которая имеет вид

[DEV[/<seHepamop#>] [/ <закон распределения>] <разброс>[%]] [LOT[/< генератор #>] [/<закон распределения>] <разброс>[%]}

Параметр <генератор #> указывает номер генератора случайных чисел (от О 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 — гауссовское распределение на отрезке (-1, +1) с нулевым средним значением и среднеквадратическим отклонением ст = 0,25 (т.е. создается усеченное гауссовское распределение на интервале ±4а).

Кроме того, пользователь может задать нестандартный закон распределения случайных величин £, с помощью директивы

.DISTRIBUTION <имя> <<^>< P >>;*

Здесь параметр <имя> назначает имя закону распределения, который задается в табличной форме. Пары чисел задают значения случайной величины % и соответствующую вероятность Р. Всего может быть задано до 100 точек. Все значения % должны находиться на интервале (-1, +1). Координаты точек должны указываться в порядке возрастания £, (допускается повторять предыдущие значения £). Между соседними точками производится линейная интерполяция. Приведем пример задания бимодального распределения, график которого изображен на рис. 4.8:

.DISTRIBUTION BI_MODAL (-1,1) (-5,1) (-.5,0) (.5,0) (.5,1) (1,1)

Случайным параметрам, закон распределения которых не задан явно в директиве .MODEL, по умолчанию назначается распределение, указанное в опции DISTRIBUTION директивы .OPTIONS. Статистические испытания по методу Монте-Карло проводятся при расчете режима по постоянному току, переходных процессов или частотных характеристик по директиве

.MC <n> [DC] [IRAN] [AC] <имя выходной переменой>

+ <обработка результатов> [LIST]

+ [OUTPUT <спецификация>] [NAMЕ(<минимум>,<максимум>) ]

+ [SEED=<значение>]

Параметр <п> задает количество статистических испытаний. Ключевые слова DC, TRAN, АС указывают вид анализа. После них указывается <имя выходной перемвнной>, подлежащей статистической обработке.



Содержание раздела