Глава 4. Моделирование с помощью PSpice

4.1. Составление задания на моделирование
4.1.1. Структура текстового задания на моделирование Задание на моделирование для программы PSpice заносится в текстовые файлы. Знание их форматов при графическом вводе схемы не обязательно, но же...
Таблица 4.1. Глобальные узлы
Таблица 4.1. Глобальные узлы Имя узла Напряжение / уровень Описание ...
Таблица 4.2. Первые символы имен компонентов
Таблица 4.2. Первые символы имен компонентов Первый символ имени Тип компонента В Арсенид...
Таблица 4.3. Масштабные коэффициенты
Таблица 4.3. Масштабные коэффициенты Суффикс Масштабный коэффициент Наименование ...
Примечание
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 сим...
Таблица 4.4. Обозначения стандартных функций
Таблица 4.4. Обозначения стандартных функций Функция Определение Комментарий Наличие в программе Probe Таблица 4.5. Математические операции
Таблица 4.5. Математические операции Символ операции Назначение Арифметические операции ...
4.2.7. Макромодели
Отдельные фрагменты цепи или схемы замещения компонентов имеет смысл оформлять в виде макромоделей (подсхем). Описание макромодели начинается директивой .SUBCKT и заканчивается директивой .ENDS. М...
4.3. Описание цифровых компонентов
4.3.1. Основные понятия Первоначально программа PSpice была предназначена для моделирования чисто аналоговых устройств. В настоящее время она обеспечивает моделирование смешанных аналого-цифровых...
Рис. 4.22. Модель цифровой ИС
Рис. 4.22. Модель цифровой ИС Итак, смешанные аналого-цифровые цепи состоят из компонентов трех типов: аналоговые компоненты; устройства сопряжения аналоговых и цифровых компонентов (устройства ин...
4.3.2. 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 задаю...
Рис. 4.23. Пример смешанной аналого-цифровой цепи
Рис. 4.23. Пример смешанной аналого-цифровой цепи Отметим, что схема замещения на рис. 4.23 содержит аналоговые узлы 1, 3, $G_POS и цифровые узлы l$AtoD, 2, 3$DtoA. Потенциалы аналоговых узлов и л...
4.3.3. 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. 4.24, а. Ин...
Рис. 4.24. Аналого-цифровой (а) и цифроаналоговый (б) интерфейсы
Рис. 4.24. Аналого-цифровой (а) и цифроаналоговый (б) интерфейсы При взаимодействии аналоговых и цифровых компонентов в процессе моделирования описание интерфейса А/Ц (digital output: analog-to-di...
Таблица 4.25. Параметры аналого-цифрового интерфейса
Таблица 4.25. Параметры аналого-цифрового интерфейса Идентификатор Параметр Значение по умолчанию Единица измерения4.3.4. Цифроаналоговый интерфейс
Цифроаналоговый интерфейс предназначен для преобразования логического уровня выходных сигналов цифровых компонентов («1», «О», «X», «R», «F» или «Z») в аналоговое напряжение, как показано на рис....
Рис. 4.25. Нелинейная модель входной цепи цифрового компонента
Рис. 4.25. Нелинейная модель входной цепи цифрового компонента чают на входе аналоговых компонентов. Аналоговое напряжение образуется с помощью источника опорного напряжения и делителя на резистор...
Таблица 4.26. Параметры цифроаналого интерфейса
Таблица 4.26. Параметры цифроаналого интерфейса Идентификатор Параметр Значение по умолчанию Единица измерения 4.3.5. 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 таб...
Таблица 4.27. Параметры модели вход/выход
Таблица 4.27. Параметры модели вход/выход Идентификатор параметра Параметр Значение по умолчанию Единица измеренияТаблица 4.28. Модели интерфейса
Таблица 4.28. Модели интерфейса IO_LEVEL Определение 0 Текущее значение параметра DIGIOLVL д...
4.3.6. 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 со...
4.3.7. Генераторы цифровых сигналов
Генераторы цифровых сигналов можно задать двумя способами. 1. Определение формы цифрового сигнала в задании на моделирование по формату (устройства STIM): Uxxx STIM( количество сигналов,формат) +...
Таблица 4.29. Значения сигналов
Таблица 4.29. Значения сигналов Сигналы Двоичные Восьмеричные Шестнадцатеричные ...
4.3.8. Цифровые компоненты
Цифровые компоненты (примитивы) задаются по формату Uxxx mun [(список параметров*)] +узел источника питания + -узел источника питания список узлов* + имя модели динамики имя модели вход/выход + [M...
Таблица 4.30. Ключевые слова модели динамики
Таблица 4.30. Ключевые слова модели динамики Имя модели динамики Тип компонента UADC Анал...
Пример.
Приведем описание смешанной цепи на рис. 4.33, а: Analog/Digital Interface Example .ОРТ АССТ LIST LIBRARY EXPAND RELTOL=.001 .LIB DIG.LIB VSIN 1 OSIN(05v1MEG) U1 STIM(1,1) $G_DPWR $G_DGND 2 IO_STD...
Рис. 4.26. Аналого-цифровой преобразователь
Рис. 4.26. Аналого-цифровой преобразователь Параметры этой модели приведены в табл. 4.31 (значения по умолчанию - 0, единица измерения - с)....
Таблица 4.31. Параметры модели динамики ЦАП
Таблица 4.31. Параметры модели динамики ЦАП Идентификатор Параметр TPCSMN Время задержки...
Рис. 4.27. Переходные процессы в АЦП
Рис. 4.27. Переходные процессы в АЦП Выборки входных напряжений производятся по переднему фронту импульса разрешения, причем скорость изменения входных напряжений не влияет на результат преобразов...
Рис. 4.28. Цифроаналоговый преобразователь
Рис. 4.28. Цифроаналоговый преобразователь...
Таблица 4.32. Параметры модели динамики АПЦ
Таблица 4.32. Параметры модели динамики АПЦ Идентификатор Параметр TSWMN Время установлен...
Рис. 4.29. Переходные процессы в ЦАП
Рис. 4.29. Переходные процессы в ЦАП Вентили. Вентили подразделяются на элементарные и сложные. Элементарные вентили имеют один или несколько входов и только один выход. Сложные вентили (сборки) с...
Рис. 4.30. Стандартные вентили и их сборки
Рис. 4.30. Стандартные вентили и их сборки...
Таблица 4.33. Параметры моделей стандартных вентилей
Таблица 4.33. Параметры моделей стандартных вентилей Тип Параметр Порядок перечисления выводов Функциональное назначе...
Примечание. N - количество входов...
Таблица 4.34. Параметры моделей стандартных вентилей Идентификатор Параметр TPLHMN ...
Таблица 4.35. Вентили с тремя состояниями
Таблица 4.35. Вентили с тремя состояниями Тип Параметр Порядок перечисления выводов Функциональное назначение Примечание. N - количество входов...
Таблица 4.36. Параметры моделей вентилей с тремя состояниями Идентификатор Параметр TPLHMN ...
Рис. 4.31. Триггеры:
Рис. 4.31. 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...
Таблица 4.37. Перечень триггеров
Таблица 4.37. Перечень триггеров Тип Параметры Порядок перечисления выводов Функциональное назначение <...
Таблица 4.38. Параметры моделей триггеров с динамическим управлением
Таблица 4.38. Параметры моделей триггеров с динамическим управлением Идентификатор Параметр TPPCQLHMN Задер...
Таблица 4.39. Параметры моделей триггеров с потенциальным управлением
Таблица 4.39. Параметры моделей триггеров с потенциальным управлением Идентификатор Параметр TPPCQLHMN ...
Рис. 4.32. Программируемая логическая матрица
Рис. 4.32. Программируемая логическая матрица PLXOR - матрица логики исключающее ИЛИ; PLNAND - матрица логики И-НЕ; PLNOR - матрица логики ИЛИ-НЕ; PLNXOR - матрица логики исключающее ИЛИ-НЕ; PLAND...
Таблица 4.40. Параметры модели динамики ПЛМ
Таблица 4.40. Параметры модели динамики ПЛМ Идентификатор Параметр Значение по умолчанию Единица измерения...
Рис. 4.33. Дешифратор 3x8, реализованный на ПЛМ
Рис. 4.33. Дешифратор 3x8, реализованный на ПЛМ 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 OUT...
Рис. 4.34. Постоянное запоминающее устройство
Рис. 4.34. Постоянное запоминающее устройство После ключевого слова FILE указывается имя файла в формате Intel Hex, в котором записаны данные ПЗУ. Оно может быть указано как текстовая константа (и...
Таблица 4.41. Параметры модели динамики ПЗУ
Таблица 4.41. Параметры модели динамики ПЗУ Идентификатор Параметр TPADHMN Время выборки...
Рис. 4.35. Переходные процессы в ПЗУ
Рис. 4.35. Переходные процессы в ПЗУ Приведем пример ПЗУ 8x8: UMULTIPLY ROM (8, 8); Модель ПЗУ 256 8 раз рядов + $G_DPWR $G_DGND ; Узлы источника питания и земли + ENABLE ; Вход разрешения чтения...
Рис. 4.36. Оперативное запоминающее устройство
Рис. 4.36. Оперативное запоминающее устройство После ключевого слова FILE указывается имя файла в формате Intel Hex, в котором записаны данные ЗУ. Оно может быть указано как текстовая константа (и...
Таблица 4.42. Параметры модели динамики ОЗУ
Таблица 4.42. Параметры модели динамики ОЗУ Идентификатор Параметр Идентификатор Параметр ...
Таблица 4.43. Источники постоянных логических сигналов
Таблица 4.43. Источники постоянных логических сигналов Тип Параметр Порядок перечисления выводов Функциональное наз...
Таблица 4.44. Параметры цифровых линий задержки
Таблица 4.44. Параметры цифровых линий задержки Идентификатор Параметр DLYMN Минимальна...
4.1.2. Директивы моделирования
Программа PSpice рассчитывает следующие характеристики электронных цепей: режим цепи по постоянному току в «рабочей точке» (Bias Point); режим по постоянному току при вариации источников постоянно...
Таблица 4.6. Директивы моделирования
Таблица 4.6. Директивы моделирования Имя Назначение Расчет стандартных характеристик ...
Рис. 4.1. Расчет частотных характеристик и уровня шума
Рис. 4.1. Расчет частотных характеристик и уровня шума В диалоговом окне задания параметров режима AC Sweep имеются два раздела (рис. 4.1). В первом задаются параметры директивы изменения частоты....
Рис. 4.2. Измерение коэффициента шума четырехполюсника при подключении ко входу источника напряжения (а) или тока (б)
Рис. 4.2. Измерение коэффициента шума четырехполюсника при подключении ко входу источника напряжения (а) или тока (б) Формула для расчета дифференциального коэффициента шума приобретает, таким обр...
Рис. 4.3. 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 связ...
Рис. 4.4. Бимодальный закон распределения
Рис. 4.4. Бимодальный закон распределения При статистическом анализе предусматривается разнообразная статистическая обработка результатов моделирования, характер которой определяется с помощью опц...
Рис. 4.5. Установка параметров моделирования
Рис. 4.5. Установка параметров моделирования Опции перечисляются в любом порядке. Они подразделяются на два вида: опции, имеющие численное значение — для его изменения в окне, изображенном на рис....
Таблица 4.7. Опции, имеющие численные значения
Таблица 4.7. Опции, имеющие численные значения Имя опции Наименование Размерность Значение по умолчанию...
Таблица 4.8. Данные, помещаемые в выходном файле
Таблица 4.8. Данные, помещаемые в выходном файле Параметр Значение NUNODS Количество узло...
Рис. 4.7. Схема мультивибратора
Рис. 4.7. Схема мультивибратора R4 1 4100k R5 1 6 1k R6 7 0 750 С1 230.01UF C2460.01UF Q1 245КТ312А Q2637KT312A VP 1 О DC 10V .LIB QRUS.LIB PROBE .END В результате расчета в выходном файле с расши...
Пример
Пояснение V(узел) V(2) Потенциал узла V(+узея, -узел) V(2,4) Разность потенциалов узла Таблица 4.10. Имена трех- и четырехполюсных компонентов
Таблица 4.10. Имена трех- и четырехполюсных компонентов Первая буква имени Компонент Аббревиатура вывода ...
Пример
Пояснение V(2,3) Модуль М VM(2) Модуль...
Таблица 4.12. Обозначения составляющих спектральных плотностей шума
Таблица 4.12. Обозначения составляющих спектральных плотностей шума Тип компонента Тип шума Пояснения ...
4.2. Описание аналоговых 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 [...
Таблица 4.13. Имена типов аналоговых и цифровых компонентов
Таблица 4.13. Имена типов аналоговых и цифровых компонентов Имя типа модели Тип компонента Аналоговые компоненты ...
4.2.1. Пассивные компоненты
Резисторы описываются предложением Rxxx +узел -узел [имя модели] значение [ТС=ТС1[,TС2]] Здесь ххх — произвольная алфавитно-цифровая последовательность общей длиной не более 7 символов, которая пи...
Таблица 4.14. Параметры модели резистора
Таблица 4.14. Параметры модели резистора Обозначение Параметр Размерность Значение по умолчанию Рис. 4.8. Типовые двухполюсники: а — резистор; б — источник тока; в — источник напряжения
Рис. 4.8. Типовые двухполюсники: а — резистор; б — источник тока; в — источник напряжения Конденсатор описывается предложением Сххх +узел -узел [имя модели] значение + [IС= начальное значение напр...
Таблица 4.15. Параметры модели конденсатора
Таблица 4.15. Параметры модели конденсатора Обозначение Параметр Размерность Значение по умолчанию Таблица 4.16. Параметры модели индуктивности
Таблица 4.16. Параметры модели индуктивности Обозначение Параметр Размерность Значение по умолчанию Рис. 4.9. Трехобмоточный трансформатор
Рис. 4.9. Трехобмоточный трансформатор Коэффициент связи двух обмоток определяется выражением коэффициент связи = Mij/ (корень LiLj) где Li Lj — индуктивности обмоток; M tj — их взаимная индуктивн...
Рис. 4.10. Трансформатор с магнитным сердечником
Рис. 4.10. Трансформатор с магнитным сердечником Параметр масштабный коэффициент изменяет площадь поперечного сечения магнитопровода (по умолчанию равен единице). Она равна произведению этого коэф...
Таблица 4.17. Параметры модели магнитного сердечника
Таблица 4.17. Параметры модели магнитного сердечника Имя параметра Параметр Размерность Значение по умолчанию <...
Примечание.
Одинаково воспринимаются ZO (буква «О») и ZO (цифра «О»). При описании линии передачи задается параметр TD либо F и NL. Например Т1 1 2 3 4 ZO50 Т2 1 2 3 4 ZO=75 TD=115ns ТЗ 1 2 3 4 ZO=75 F=4.5MEG...
Рис. 4.11. Модель линии передачи без потерь (а) и с их учетом (б)
Рис. 4.11. Модель линии передачи без потерь (а) и с их учетом (б) Линия передач с потерями описывается предложением (рис. 4.11, б): Тххх +узел порта А -узел порта А +узел порта В -узел порта В + [...
Таблица 4.18. Параметры модели линии задержки
Таблица 4.18. Параметры модели линии задержки Обозначение Параметр Размерность Значение по умолчанию...
4.2.2. Идеальные ключи
Ключи, управляемые напряжением или током, используются при расчете переходных процессов. Ключ, управляемый напряжением, описывается предложением Sxxx +узел -узел + управляющий узел - управляющий у...
Таблица 4.19. Параметры модели ключа, управляемого напряжением
Таблица 4.19. Параметры модели ключа, управляемого напряжением Обозначение Параметр Размерность Значение по ум...
4.2.3. Независимые источники сигналов
4.2.3. Независимые источники сигналов Стандартные сигналы Независимые источники напряжения (V) и тока (I) стандартного вида описываются предложениями Vxxx +узел -узел [[DC] значение] [АС модуль [ф...
Таблица 4.20. Параметры экспоненциального сигнала
Таблица 4.20. Параметры экспоненциального сигнала Обозначение Параметр Размерность Значение по умолчанию...
Рис. 4.12. Экспоненциальная функция
Рис. 4.12. Экспоненциальная функция Импульсная функция (рис. 4.13) задается списком параметров PULSE (y1 y2 t d t r t f т Т) Смысл ее параметров объясняется в табл. 4.21....
Таблица 4.21. Параметры импульсного сигнала
Таблица 4.21. Параметры импульсного сигнала Обозначение Параметр Размерность Значение по умолчанию Рис. 4.13. Импульсная функция
Рис. 4.13. Импульсная функция Кусочно-линейная функция задается списком параметров PWL [TIME_SCALE_FACTOR=значение] [VALUE_SCALE_FACTOR=значе ние] + (точки_отсчета)* В секции (точки_отсчета) помещ...
Рис. 4.14. Кусочно-линейная функция
Рис. 4.14. Кусочно-линейная функция Приведем примеры. 1) Ступенчатое напряжение - 10 периодов по 1 мкс: .PARAM N=1 .STEPPARAMN 1,5,1 V1 1 О PWL TIME_SCALE_FACTOR= 1е-6; Время задано в мкс + REPEAT...
Таблица 4.22. Параметры гармонического сигнала
Таблица 4.22. Параметры гармонического сигнала Обозначение Параметр Размерность Значение по умолчанию...
Рис. 4.15. Незатухающая (а) и затухающая (б) синусоидальные функции
Рис. 4.15. Незатухающая (а) и затухающая (б) синусоидальные функции Синусоидальная функция с частотной модуляцией задается списком параметров SFFM (уо у а f c m f m ) и описывается выражением y(t)...
Таблица 4.23. Параметры частотно-модулированного сигнала
Таблица 4.23. Параметры частотно-модулированного сигнала Обозначение Параметр Размерность Значение по умолчани...
4.2.4. Зависимые источники сигналов
Зависимые источники напряжения и тока могут быть как линейными, так и нелинейными. Существует четыре их разновидности: v = e(v) - источник напряжения, управляемый напряжением (ИНУН); i = f(i) - ис...
Рис. 4.16. Нелинейный (а) источник напряжения, управляемые напряжением, и линейный источник тока, управляемый током (б)
Рис. 4.16. Нелинейный (а) источник напряжения, управляемые напряжением, и линейный источник тока, управляемый током (б) Источник тока, управляемый напряжением (ИТУН), задается предложениями: 1) ли...
Рис. 4.17. Формирование последовательности радиоимпульсов: а - формирователь сигнала; б - эпюры напряжений
Рис. 4.17. Формирование последовательности радиоимпульсов: а - формирователь сигнала; б - эпюры напряжений Рассмотрим в качестве примера усилитель постоянного тока с квадратором в цепи обратной св...
Рис. 4.18. Моделирование функциональных схем: а - устройство вычисления квадратного корня; б - эквивалентная принципиальная схема для PSpice
Рис. 4.18. Моделирование функциональных схем: а - устройство вычисления квадратного корня; б - эквивалентная принципиальная схема для PSpice Замечание. Отметим, что наличие в схемном редакторе PSp...
Рис. 4.19. Моделирование системы двух дифференциальных уравнений
Рис. 4.19. Моделирование системы двух дифференциальных уравнений...
4.2.5. Аналоговые функциональные блоки
Аналоговые функциональные блоки моделируются с помощью источников напряжения (Е) или тока (G). В отличие от рассмотренных выше зависимых источников здесь разрешается использовать параметры и любые...
Пример имитации нелинейного резистора...
Рис. 4.20. Имитация нелинейного резистора с помощью источника тока, управляемого собственным напряжением Нелинейная функция F(V(G)), описывающая нелинейную зависимость тока от падения напряжения н...
Рис. 4.21. Функциональная схема...
Рис. 4.21. Функциональная схема моделирования системы двух дифференциальных уравнений {а), ее реализация в виде принципиальной схемы, созданной вручную (б) и с помощью PSpice Schematics (в)...
4.2.6. Полупроводниковые приборы
Полупроводниковые приборы, математические модели которых встроены в программу PSpice, описываются большим количеством параметров, задаваемых с помощью директивы .MODEL. Перечень и смысл этих парам...
Пример 1.
Включим между узлами 1 и 2 диод DB, параметры которого вводятся с помощью директивы .MODEL: D1 12 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 2D104A .LIB D.LIB Биполярный транзистор описывается предложением Qxxx узел коллектора узел базы у...
Таблица 4.24. Необязательные параметры модели МОП-транзистора
Таблица 4.24. Необязательные параметры модели МОП-транзистора Обозначение Параметр Значение по умолчанию Размерность<...