Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Альметьевский нефтяной институт
УСИЛИТЕЛЬНЫЕ И КОММУТАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА
Методические указания
к выполнению лабораторных работ
Альметьевск 1998
Составители: В.Я.Чаронов
В.С. Генин
Л.Ф.Борисов
С.П.Иванова
А.Н.Котельников
УДК 621.316
АННОТАЦИЯ
В лекционной части курса изучаются практические схемы, методы построения, моделирования и анализа усилителей на дискретных полупроводниковых элементах, выпрямителей и сглаживающих фильтров, преобразователей и стабилизаторов напряжения, тока, бесконтактных и гибридных коммутационных устройств на базе управляемых силовых ключей, используемых в электронных устройствах защиты и управления.
Во время лабораторных работ исследуются схемы усилителей, полупроводниковых ключей, выпрямителей, сглаживающих фильтров, преобразователей и стабилизаторов напряжения с моделированием схем на ЭВМ.
SPICE является универсальной программой для схемотехнического моделирования и анализа нелинейных электрических цепей на постоянном токе, во временной области, а также проведения анализа линеаризованных цепей по переменному току. Первоначальная версия пакета SPICE создана Dr. Lawrence Nagel и затем модифицирована Dr. Ellis Cohen. Dr. Richard Dowell и Dr. Sally Lui внесли вклад в развитие рассматриваемой версии SPICE.
Цепи могут содержать резисторы, конденсаторы, индуктивности, взаимные индуктивности, независимые источники тока и напряжения, 4 типа зависимых источников, длинные линии и 4 наиболее простых типа полупроводниковых приборов: диоды, биполярные транзисторы, МОП и полевые транзисторы с p-n переходом.
SPICE содержит модели полупроводниковых приборов и пользователю достаточно задать лишь необходимые параметры. Модель биполярного транзистора основана на интегральной зарядовой модели Гуммеля-Пуна, но если параметры Гуммеля-Пуна не указаны, то эта модель превращается в более простую модель Эберса-Молла. В любом случае могут быть включены закон сохранения заряда, омического сопротивления, и токозависимая выходная проводимость. Модель диода может быть использована для моделирования любого p-n диода или диода Шоттки. Модель полевого транзистора с p-n переходом основана на модели полевого транзистора Шихмана и Ходжеса. Три МОП-модели выполнены: MOS1 описан квадратичной ВАХ, MOS2 -- аналитическая модель, MOS3 - полуэмпирическая. И MOS2, и MOS3 учитывают эффекты второго порядка, такие как модуляция длины канала, подпороговая проводимость, насыщение скорости носителей заряда посредством ограниченного рассеяния, малоразмерные эффекты и ёмкости, управляемые зарядом.
Вызов пакета программ
Запуск программных модулей, входящих в состав пакета программ Pspiсe, производится двумя способами:
взаимодействие с отдельными программами пакета (за исключением программ Parts) при помощи управляющей оболочки Control Shell, которая запускается командой ps;
автономная работа с отдельными программами пакета Pspiсe.
Приведем правила вызова программ пакета в автономном режиме.
Программа моделирования Pspiсe вызывается с помощью командной строки
>pspiсe [<имя входного файла>[CIR] [<имя выходного файла <OUT]]] [<имя файлов результатов> [DAT]]
Входной файл содержит описание анализируемой схемы в текстовом виде. По умолчанию он имеет расширение .CIR.
По умолчанию входной и выходной файлы помещаются в том же каталоге, что и программа Pspiсe. Это не всегда удобно, поэтому файлы пользователей целесообразно помещать в подкаталог, например DATA.
Программа Pspiсe прерывается нажатием клавиш <Esc>, <Break> или <Ctrl>-C.
Выходному файлу присваивается имя <имя входного файла>.DAT.
Эта часть SPICE определяет рабочую точку цепи по постоянному току при короткозамкнутых индуктивностях и оборванных ёмкостях. Этот анализ автоматически выполняется перед временным анализом цепи для нахождения линеаризованных характеристик нелинейных элементов.
Имеется в виду линеаризация ВАХ нелинейных элементов при малых отклонениях от известного (вычисляемого на этом этапе) статического режима по постоянному току. В оригинале используется термин “small signal models”. В дальнейшем это специально не оговаривается.
Если требуется, на этом этапе может быть найдена переходная функция цепи (отношение выходной наблюдаемой ко входной), входное и выходное сопротивление схемы. Анализ по постоянному току может также быть использован для получения переходных кривых: оператором задаётся напряжение или ток идеального входного источника и шаг его увеличения; схема рассчитывается для каждого режима и последовательность выходных переменных запоминается. Если требуется, SPICE может определить чувствительность указанной выходной переменной по отношению к параметрам схемы. Режимы анализа по постоянному току задаются управляющими картами .DC, .TF, .OP, .SENS.
Если требуется провести этот вид анализа лишь как часть временного анализа, необходимо указать ключ .OP Начальные условия для временного анализа будут одинаковы в обоих случаях (т.е. когда ключ .OP указан и нет), но излишне подробная информация о расчёте рабочих точек на постоянном токе будет исключена из распечатки.
Эта часть SPICE вычисляет выходную переменную как функцию частоты.
Программа рассчитывает сначала рабочую точку цепи по постоянному току и линеаризует характеристики нелинейных элементов схемы. Затем линеаризованная схема анализируется на частотном отрезке, указанном пользователем. Результаты анализа обычно представляются в форме передаточной функции (например коэффициента усиления по напряжению, передаточного сопротивления и т.п.)
SPICE также может моделировать генерацию белого шума резисторами и полупроводниковыми приборами схемы. Величина эквивалентного источника шума определяется автоматически из положения рабочей точки цепи, и вклад каждого источника шума добавляется к заданной рабочей точке. Суммарный уровень шума на выходе и его эквивалентная величина на входе определяются для каждой частоты. Выходной и входной уровни шума нормируются к квадратному корню из ширины полосы пропускания шума. Выходной шум и эквивалентное значение входного шума могут быть напечатаны или построены в одном из видов, разрешённых для выходных переменных. Никаких дополнительных данных для этого вида анализа не требуется.
Колебания источника шума (фликкер-шум) могут быть смоделированы заданием значении параметров KF и AF в картах описания соответствующих моделей приборов.
Этот тип анализа позволяет также моделировать искажения характеристик цепи. Анализ проводится в предположении, что один или два сигнала с разной частотой накладываются друг на друга на входе.
Частотный диапазон, параметры для анализа искажении задаются в картах .AC и .DISTO ; инициирование шумового анализа производится введением карты .NOICE в задание.
Этот тип анализа предоставляет возможность рассчитать выходную переменную как функцию времени. Оператор должен определить временной интервал на котором будет производится анализ. Начальные условия автоматически определяются из анализа по постоянному току. Всем источникам, которые не зависят от времени (например, источникам питания) присваивается их номинальное значение. Для моделирования синусоидальных сигналов большой (т.е. когда не допускается линеаризация нелинейных элементов одной прямой на всём диапазоне изменения сигнала) величины можно применить Фурье-анализ формы выходного сигнала для получения Фурье-коэффициентов в частотной области. Временной интервал для анализа переходных процессов задаётся в карте .TRAN, а указание провести Фурье-анализ—картой .FOURIER.
Все входные данные для SPICE принимаются измеренными при температуре 27 °C (300 °K). В процессе моделирования предполагается, что температура остаётся номинальной т.е. 27 °C. Однако, поведение схемы может быть смоделировано и при любой другой температуре с использованием карты .TEMP.
Температура входит в экспоненциальный член в модельные уравнения для биполярного транзистора и диода. К тому же насыщенные токи имеют возрастающую температурную зависимость. Температурная зависимость насыщенного тока в моделях биполярных транзисторов определяется так :
IS(T1) = IS(T0) * (T1/T0) XTI *
* EXP (q * EG * T1-T0)) / (k * T0 * T1) (1)
где k -- постоянная Больцмана
q - электрическии заряд
EG - ширина запрещенной зоны (параметр модели)
XTI - температурная экспонента насыщенного тока (параметр модели, обычно равна 3).
Температурная зависимость прямой и обратной beta определяется по формуле
beta(T1) = beta(T0) _ (T1/T0) XTB (2)
где T0 и T1 -- в градусах Кельвина,
XTB - определяемый пользователем параметр модели.
Температурное воздействие на beta определяется объявлением соответствующих значении переменным BF, ISE, BR, ISC. Температурная зависимость насыщенного тока в модели “p-n -диода” определяется так :
IS(T1) == IS(T0) * (T1/T0) XTI/ / N*
*EXP (q * EG * (T1-T0)(3) / k * N * T0 * T1
где N - коэффициент эмиссии (параметр модели); описание других символов см. в предыдущих формулах.
Замечено, что для барьерного диода Шоттки величина температурной экспоненты насыщенного тока, XTI, обычно равна 2.
Потенциал перехода PHI также зависит от температуры, и это справедливо для всех моделеи полупроводниковых приборов. Эта зависимость описывается сле-дующеи формулой :
PHI(TEMP) == k _ TEMP / q* log (Na * Nd / Ni(TEMP) (4)
где k - постоянная Больцмана
q - электрическии заряд
EG - ширина запрещенной зоны (параметр модели)
Na - концентрация акцепторной примеси
Nd - концентрация донорной примеси
Ni - концентрация собственных носителеи
Температура появляется и в формуле для поверхностной подвижности зарядов, UO (в моделях МОП-приборов):
UO(TEMP) = UO(Tnom) / (TEMP/Tnom) 1.5 (5)
Эффект воздеиствия температуры на резистивные элементы моделируется следующеи формулой :
value(TEMP) = value(Tnom)
[1 + TC1*(TEMP-Tnom) + TC2*(TEMP-Tnom)] (6)
где TEMP—температура при которой ведётся анализ
Tnom - номинальная температура
TC1 - температурный коэффициент первого порядка
TC2 - температурный коэффициент второго порядка
Результаты как анализа по постоянному току, так и временного анализа получаются в ходе решения итерационного процесса; критерием его окончания является выполнение двух условии:
1. Нелинейные части токов сходятся к некоторой величине и их девиация не превосходит 0.1% или 1 пА (1E-12 А), в зависимости от того, что больше.
2. Напряжения в узлах схемы сходятся к некоторой величине и их девиация не превосходит 0.1% или 1 мкВ (1E-6 В), в зависимости от того, что больше.
Хотя алгоритм SPICE известен своей надёжностью, в некоторых случаях он не даёт сходимости решения. Когда имеет место такой казус, программа печатает узловые напряжения последней итерации и заканчивает выполнение задания. Эти узловые напряжения не являются корректным решением; более того, эти величины не являются даже далёким приближением решения. Ошибки сходимости в анализе по постоянному току обычно являются следствием ошибок описания соединении схемы, номиналов элементов или параметров моделей. Схемы с положительной обратной связью вероятно не будут сходится при анализе по постоянному току если не используется опция OFF для некоторых при- боров в цепи обратной связи или карта .NODESET используется для форсирования сходимости до желаемого состояния.
SPICE поддерживает свободный формат входных данных. Поля отделяются друг от друга пробелами, запятыми, символом равенства (=), а также левой и правой скобками; лишнее пространство карты игнорируется. Карта может быть продолжена введением знака “плюс” (+) в первую колонку карты продолжения; SPICE продолжит чтение данных, начиная с колонки 2. Имя поля должно начинаться с буквы (от А до Z) и не может содержать разделителей. Программа использует только 8 первых символов имени, остальные игнорируются. Данные могут быть заданы либо как целые числа (12, -44), либо как числа с плавающей запятой (12.65, 2.333), либо в экспоненциальном представлении (3.33Е-4, 4Е3) или же с использованием стандартных буквенных множителей (например, “К”-кило 1000 и т.д.) Буквы, не являющиеся множителями программой игнорируются. Например, числа 1000, 1000.0, 1000Hz, 1E3, 1.0E3, 1K, 1KHz задают одинаковые величины.
Цепь, которая должна быть проанализирована, описывается заданием карт элементов, которые определяют топологию цепи и номиналы элементов, и заданием управляющих карт, которые определяют параметры моделей, управляют прохождением задания. Первая картой задания должна быть строка заглавия, которая затем выводится в виде заголовка в выходном файле (в ней может быть помещен любой текст, не содержащий кириллицу). Строки комментариев содержит символ * в первой позиции (в них допускается использование кириллицы). Конец любой строки после знака ; воспринимается как комментарий. Последняя строка файла .END. Порядок ввода промежуточных строк значения не имеет. Строка продолжения начинается с символа + в первой позиции. Число пробелов между операторами в строке произвольное. Пробелы и запятые или знаки равенства эквивалентны. 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.
Каждый элемент цепи должен быть описан картой, которая содержит имя элемента, узлы подключения элемента и величины параметров, которые определяют электрические характеристики элемента. Имя компонента состоит из последовательности символов латинского алфавита и цифр, общая длина имени не должна превышать 131 символа (рекомендуется не более 8 символов). Первый символ - одна из букв латинского алфавита от А до Z, далее в любом порядке алфавитно-цифровые символы и знаки $, _, *, /, %. Первый символ имени компонента определяет его тип, например R1, ROUT, Q12.
Компоненты аналоговых и цифровых устройств
Первый Тип
символ
имени
В Арсенид - галлиевый полевой транзистор с каналом
п-типа
С Конденсатор
D Диод
E ИНУН
F ИТУТ
G ИНУТ
I Независимый источник тока
\J Полевой транзистор с управляющим р-n переходом (FET)
K Взаимная индуктивность или магнитный сердечник трансформатора
L Индуктивность
M МОП-транзистор
N Аналого-цифровой преобразователь на входе цифрового
устройства
О Цифро-аналоговый преобразователь на выходе цифрового устройства
Q Биполярный транзистор
R Резистор
S Ключ, управляемый напряжением
Т Линия задержки
V Независимый источник напряжения
W Ключ, управляемый током
U Цифровое устройство
Х Макромодель
Номера узлов перечисляются в определенном порядке, установленном для каждого компонента.
Далее указываются численные значения параметров компонента.
В программе Pspiсe осуществляется масштабирование чисел с помощью следующих суффиксов: F=10-15, P=10-12, N=10-9, U=10-6, MIL=25,410-6, M=103, K=103, MEG=106, G=109, T=1012. Допускается к масштабным суффиксам дописывать буквенные символы для улучшения наглядности обозначений. Так сопротивление 5,1 кОМ может быть записано несколькими способами: 5100, 5.1 К, 5.1 КОМ. 5.1 КОНМ, 5.1 К3, 0.0051Е3К. При этом допускается присоединить суффиксы и к числам в форме с плавающей запятой, как в последнем примере.
Поля данных, которые в Руководстве заключены в треугольные скобки “<...>” необязательны. Вся указанная пунктуация (запятые, скобки и т.п.) должна присутствовать в задании. В отношении напряжения и тока, SPICE использует общепринятое умолчание: ток течёт в направлении падения напряжения). Узлы схемы должны быть пронумерованы неотрицательными числами и не обязательно по порядку. Земляной (общий) узел должен иметь номер ноль (0). Цепь не может содержать петлю источников напряжения и/или индуктивностей, а также оборванные источники тока и/или конденсаторы. Должна существовать возможность прохода из любого узла цепи к общему выводу по эквивалентной цепи постоянного тока. Каждый узел должен иметь по крайней мере две связи, исключая прямую линию связи двух узлов и узлы для подключения МОП - подложки (которые имеют два внутренних соединения любым путём.
Эта карта должна быть первой картой во входном потоке. Эта информация дословно выводится на печать как заголовок каждой секции выходных данных.
Пример:
УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ
version 1.00 Сидоров В.В.
.END
Эта карта должна стоять последней во входном потоке данных.
Наличие звёздочки в первой колонке строки говорит программе о том, что данная строка является комментарием. Карты с комментариями могут располагаться в любом месте описания и они игнорируются программой .
Описание компонента считается любая строка, не начинающаяся с символа (кроме первой строки и строк комментариев продолжений). Описание компонента имеет следующую структуру:
<имя компонента> <номера двух или более узлов> [<имя + модели>] <числовые данные>
Сопротивления, емкости и индуктивности 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 численных значений в предложениях входного языка программы могут использоваться индефикаторы 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}
Но не допускается при задании:
параметра NL линии передачи;
температурных коэффициентов резистора ТС!, ТС» в его описании (в модели резистора эти выражения допускаются);
параметров линейно-ломаного сигнала PWL;
полиномных коэффициентов зависимых источников типа Е, F, G, H,
а также в номерах узлов и параметрах директив АС, DC и др.
Выражение должно помещаться на одной строке (громоздкие выражения целесообразно оформлять в виде функции с помощью директивы .FUNCTION). Кроме арифметических выражений допускается использовать следующие стандартные функции:
ABS(x) - абсолютное значение х;
EXP(x) - экспонента числа х;
LOG(x) - натуральный логарифм х;
LOG10(x) - десятичный логарифм х;
PWR(x,y) - степенная функция хy;
SQRT (x) - корень квадратный из х;
SIN(x) - синус х (х в радианах);
COS(x) - косинус х (х в радианах);
TAN(x) - тангес х (х в радианах);
ATAN(x) -арктангес х (результат в радианах).
Директивы управления заданием программы Pspiсe начинается с символа в первой позиции:
ИМЯ НАЗНАЧЕНИЕ
.AC Расчет частотных характеристик
.DC Расчет режима по постоянному току
.DISTRIBUTION Табличное определение закона
распределения случайных величин
.END Конец задания
.ENDS Конец описания макромодели
.FOUR Спектральный анализ
.FUNS Определение функции
.GLOBAL Назначение определенных узлов
глобальными для всех уровней иерархии
схемы
.IC Задание начальных условий
.INS Включение во входной файл другого
файла
.LIB Подключение библиотеки компонентов
.MC Статический анализ по Монте-Карло
.MODEL Описание моделей компонентов
.MODESET Задание узловых потенциалов по
постоянному току начальной итерации
.NOISE Расчет уровня внутренного шума
.OP Передача в выходной файл параметров
схемы, линеанизированной в окрестности
рабочейточки
.OPTIONS Установка параметров и режимов работы
программы
.PARAM Определение глобальных параметров
.PLOT Представление результатов расчета в
выходном файле в виде графиков,
построенных в текстовом режиме
.{RINT Представление результатов расчета в
выходном файле в виде таблиц
.PROBE Передача данных в графический
постпроцессор Probe
.SENS Расчет малосигнальных
чувствительностей в режиме по
постоянному току
.STEP Вариация параметров
.SUBCKT Начало описания макромоделей
.TEMP Назначение температуры окружающей
среды
.TF Расчет малосигнальных передаточных
функций в режиме по постоянному току
.TRAN Расчет переходных процессов
.WCASE Расчет наихудшего случая
.WIDTH Назначение длины строк выходного
файла
Резисторы
Rxxxxxxx N1 N2 Value <TC=TC1<,TC2>>
N1 и N2 - узлы подключения;
Value - сопротивление (в Ом); может быть как положительным, так и отрицательным, но не равным нулю;
TC1 и TC2 - необязательные температурные коэффициенты; если не указаны, предполагается, что они равны нулю. Зависимость сопротивления от температуры определяется формулой (1).
Пример:
R1 1 2 100
RC1 12 17 1K TC=0.001,0.015
Конденсаторы и индуктивности
Cxxxxxxx N+ N- Value <IC=INCOND>
Lyyyyyyy N+ N- Value <IC=INCOND>
N+ и N- - положительный и отрицательный элементы узла, соответственно
Value - ёмкость в фарадах или индуктивность в генри
IC - необязательные начальные условия; если не указаны, предполагаются нулевыми. Для конденсаторов указывается начальное напряжение (в вольтах, для индуктивностей - начальный ток (в амперах), который течёт от N+ через катушку к N-. Заметьте: начальные условия принимаются во внимание только если в карте .TRAN указана опция UIC.
Пример:
CBYP 13 0 1UF
COSC 17 23 10U IC=3V
LLINK 42 69 1UH
LSSHUNT 23 51 10U IC=15.7MA
Нелинейные конденсаторы и индуктивности описываются следующим образом:
Cxxxxxxx N+ N- POLY C0 C1 C2 ... <IC=INCOND>
Lyyyyyyy N+ N- POLY L0 L1 L2 ... <IC=INCOND>
C0, C1, C2 (и L0, L1, L2 ) - коэффициенты полинома, описывающего элемент. Емкость представляется как функция напряжения на конденсаторе, а индуктивность—как функция тока, текущего через неё
Value = C0 + C1*U + C2*U¤ + ...
Value = L0 + L1*I + L2*I¤ + ...
Индуктивно связанные катушки (линейный трансформатор)
Kxxxxxxx Lyyyyyyy Lzzzzzzz Value
Lyyyyyyy и Lzzzzzzz - имена двух связанных индуктивностей
Value - коэффициент взаимной индукции, K, который должен быть больше 0, но меньше либо равен 1. В картах описания соответствующих катушек в качестве первого зажима должен быть указан отвод катушки, помеченный на схеме точкой (которая указывает “начало” катушки).
Пример:
K43 LAA LBB 0.999
KFM L1 L2 0.87
Длинные линии (без потерь)
Txxxxxxx N1 N2 N3 N4 Z0=Value <TD=Value> <F=Freq <NL=Nrmlen>> IC=V1,I1,V2,I2>
N1 и N2 - узлы к которым подключается один конец линии,
N3 и N4 - узлы к которым подключается другой конец линии,
Z0 - характеристическое сопротивление линии.
Длина линии может быть задана в одной из двух форм:
1. аданием TD—времени задержки распространения сигнала
2.заданием F и NL—частоты сигнала и нормализованной к длине волны распространяющегося сигнала длины линии (т.е. длины линии, выраженной в длинах волн сигнала). Если NL не указано, оно полагается равным 0.25 (т.е. рассматриваемая линия является четвертьволновой.
Замечание: Длина линии обязательно должна быть указана одним из двух описанных способов. Этот элемент моделирует однонаправленную длинную линию по которой сигнал передаётся только в один конец. Для реализации двунаправленной линии необходимо использовать два элемента (см. примеры в Приложении А).
Для задания необязательных начальных условии необходимо указать токи и напряжения на обеих концах линии. Начальные условия принимаются в расчёт только если указан опция UIC в карте .TRAN . Необходимо учитывать, что SPICE при решении дифференциальных уравнении будет использовать временной шаг, не превышающий Ѕ времени задержки распространения сигнала в самой короткой из указанных линии. Поэтому слишком короткие линии (время распространения сигнала в которых сравнимо с шагом интегрирования) требуют больше вычислении, и, как следствие, такие задачи решаются дольше.
Линейные зависимые источники
SPICE может моделировать цепи, содержащие линейные зависимые источники характеризуемые одним из четырёх равенств:
I = g * V V = e * V I = f * I V = h * I
g - передаточная проводимость
e - коэффициент усиления по напряжению
f - коэффициент усиления по току
h - передаточное сопротивление
Линейный источник тока, управляемый напряжением (ИТУН)
Gxxxxxxx N+ N- NC+ NC- Value
N+, N- - положительный и отрицательный полюса источника тока. Ток течёт от N+ через источник к N-.
NC+, NC- - положительный и отрицательный управляющие полюса
Value - передаточная проводимость (в сименсах).
Пример:
G1 2 0 5 0 0.1MMHO
Линейный источник напряжения, управляемый напряжением (ИНУН)
Exxxxxxx N+ N- NC+ NC- Value
N+, N- - положительный и отрицательный полюса источника напряжения
NC+, NC- - положительный и отрицательный управляющие полюса
Value - коэффициент усиления по напряжению
Пример:
E1 2 4 12 0 2.3
Линейный источник тока, управляемый током (ИТУТ)
Fxxxxxxx N+ N- Vnam Value
N+, N- - положительный и отрицательный полюса источника тока. Ток течёт от N+ через источник к N-.
Vnam - имя источника напряжения, через который течёт управляющий ток. Направление положительного протекания тока: от положительного узла через источник к отрицательному узлу источника Vnam.
Value - коэффициент усиления по току.
Пример:
F1 13 1 VSENS 5
Линейный источник напряжения, управляемый током (ИНУТ)
Hxxxxxxx N+ N- Vnam Value
N+, N- - положительный и отрицательный полюса источника тока. Ток течёт от N+ через источник к N-.
Vnam - имя источника напряжения, через который течёт управляющий ток. Направление положительного протекания тока: от положительного узла через источник к отрицательному узлу источника Vnam.
Value - передаточное сопротивление (в омах)
Пример:
HMM1 2 4 VZ 5KOHM
Независимые источники
Vxxxxxxx N+ N- <<DC> DC/TRAN Value> <AC <ACmag <ACphase>>>
Iyyyyyyy N+ N- <<DC> DC/TRAN Value> <AC <ACmag <ACphase>>>
N+ и N- - положительный и отрицательный полюса источника, соответственно. Источники напряжения могут быть не заземлены. Принимается, что ток положителен, если течёт от положительного узла через источник к отрицательному узлу. Источник тока положительной величины (Value > 0) движет ток от узла N+, через источник, в узел N-. Источники напряжения кроме своей основной функции - возбуждения цепи могут использоваться в качестве амперметров. Для этого необходимо вставить в интересующую ветвь источник напряжения с нулевым ЭДС. Никакого влияния на цепь это не окажет, но программа будет выводить значения текущего через этот источник, а значит и через ветвь в целом, тока.
DC/TRAN - эта опция указывает должен данный источник учитываться в анализе по постоянному току (DC) и во временном анализе (TRAN), либо нет. Если величина источников нулевая как для анализа по постоянному, так и по переменному току, (т.е. источник не берётся во внимание_ ни в одном, ни в другом виде анализа) то эта величина может быть опущена. Если величина источника не зависит от времени (напр., источник питания), то “DC” указывать не обязательно.
Имеется в виду источник как физический объект. Если какая-либо опция не выбрана, то величина этого источника в соответствующем виде анализа будет равна нулю, но данные о токах через такие источники напряжения выводится будут.
Acmag - амплитуда, а Acphase - фаза переменного синусоидального источника. Эти источники принимаются во внимание только при анализе по переменному току. Если за ключевым словом “AC” опущен параметр ACmag, то он получает значение, равное единице. Если опущен параметр ACphase, то он получает нулевое значение. Если характеристики нелинейных элементов не могут быть линеаризованы при воздействии данного источника, то ключевое слово “AC” величина источника опускаются.
Любым независимым источникам для временного анализа может быть присвоено значение, являющееся функцией времени. Если источник времязависимый, то величина источника в нулевой момент времени используется для анализа по постоянному току. SPICE поддерживает 5 функции изменения величины источника: импульсная, экспоненциальная, синусоидальная, линейная кусочно-гладкая и частотно-модулированный. Сведения об этих сигналах приведены ниже. Если какой либо параметр опущен либо обнулён, то берётся его значение по умолчанию (см. ниже). Tstep - временной шаг, Tstop - время конца анализа.
1. ИМПУЛЬС PULSE(V1 V2 TD TR TF PW PER)
Пример:
VIN 3 0 PULSE(-1 1 2NS 2NS 2NS 50NS 100NS)
|
Параметры |
Значения по умолчанию |
Единицы измерения |
|
V1 (начальное значение при t=0) |
Вольты/Амперы |
|
|
V2 (значение в импульсе) |
|
Вольты/Амперы |
|
TD (задержка начала импульса) |
0.0 |
секунды |
|
TR (время нарастания) |
Tstep |
секунды |
|
TF(время спада) |
Tstep |
секунды |
|
PW (ширина импульса) |
Tstop |
секунды |
|
PER (период) |
Tstop |
секунды |
|
Одиночный импульс можно представить следующим образом (во временной |
: Время |
Величина |
|
области) |
0 |
V1 |
|
=== |
TD |
V1 |
|
TD+TR |
V2 |
|
|
Промежуточные точки определяются линейной интерполяцией |
TD+TR+PW |
V2 |
|
TD+TR+PW+TF |
V1 |
|
|
Tstop |
V1 |
2. СИНУСОЙДА SIN(VO VA Freq TD Theta)
Пример:
VIN 3 0 SIN(0 1 100MEG 1NS 1E10)
|
Параметры |
Значения по умолчанию |
Единицы измерения |
|
VO (среднее значение) |
Вольты/Амперы |
|
|
VA (амплитуда) |
Вольты/Амперы |
|
|
Freq (частота) |
1/Tstоp |
герцы |
|
TD (задержка начала импульса) |
0.0 |
секунды |
|
Theta (коэффициент затухания) |
0.0 |
1/секунды |
Одиночный импульс можно представить следующим образом (во временной области):
Время Величина
0 ... TD V0
TD ... Tstop V0+VAexp(-(time-TD)*Theta)
sine(twopi*Freq*(time+TD))
3. ЭКСПОНЕНТА EXP(V1 V2 TD1 TAU1 TD2 TAU2)
Пример:
VIN 3 0 EXP(-4 1 2NS 30NS 60NS 40NS)
|
Параметры |
Значения по умолчанию |
Единицы измерения |
|
V1 (начальное значение при t=0) |
Вольты/Амперы |
|
|
V2 (значение импульса) |
Вольты/Амперы |
|
|
TD1 (задержка начала импульса) |
0.0 |
секунды |
|
TAU1 (время нарастания импульса) |
Tstep |
секунды |
|
TD2 (время спада экспоненты) |
TD1+Tstep |
секунды |
|
TAU2 (коэффициент затухания) |
Tstеp |
секунды |
Одиночный импульс можно представить следующим образом (во временной области):
Время Величина
0 ... TD1 V1
TD1 ... TD2 V1 + (V2-V1)*(1-exp(-(time-TD1)/TAU1))
TD2 ... Tstop V1 + (V2-V1)*(1-exp(-(time-TD1)/TAU1)) +
+ (V1-V2)*(1-exp(-(time-TD2)/TAU2))
4. ЛИНЕЙНЫЙ КУСОЧНО-ГЛАДКИЙ PWL(T1 V1 <T2 V2 T3 V3 T4 V4 ...>)
Пример:
VIN 3 0 PWL(0 -7 10NS -7 11NS -3 17NS -3 18NS -7 50NS -7)
Каждая пара параметров (Ti,Vi) определяет уровень источника Vi в момент времени Ti. Далее SPICE проводит линейную интерполяцию этих данных и полученный результат использует как входной уровень источника.
5. ЧАСТОТНО МОДУЛИРОВАННЫЙ SFFM(VO VA FC MDI FS)
Пример:
VIN 3 0 SFFM(0 1M 20K 5 1K)
|
Параметры |
Значения по умолчанию |
Единицы измерения |
|
VO (смещение) |
Вольты/Амперы |
|
|
VA (амплитуда) |
Вольты/Амперы |
|
|
FC (несущая частота) |
1/Tstоp |
герцы |
|
MDI (коэффициент модуляции) |
||
|
FS (частота сигнала) |
Форма сигнала описывается следующим выражением :
Value = VO + VA*sine*( (2*¶*FC*Time) + MDI*sine*(2*¶*FS*time) )
П О Л У П Р О В О Д Н И К О В Ы Е П Р И Б О Р Ы
Элементы, описанные ранее, требовали задания небольшого количества параметров для полного описания их характеристик. Приведённые в этом разделе четыре типа полупроводниковых приборов, включённых в программу SPICE, требуют описания большего количества параметров. По этой причине данные прибора определяются в отдельной карте .MODEL и им присваивается уникальное имя. Это позволяет сосредоточить все данные о приборе в одном месте, а из карт описания элементов делать ссылки на эти параметры по имени модели.
Каждая карта описания прибора содержит его имя, выводы подключения и имя модели. Дополнительно могут быть указаны необязательные параметры: геометрические факторы и начальные условия.
The area factor используется в картах описания диодов, биполярных и полевых с p/n-переходом транзисторов, определяющих количество параллельно включённых приборов указанной модели. Искусственные параметры отмечены звёздочкой под словом “AREA” в моделях, описанных ниже. Некоторые геометрические факторы связаны с каналом и стоковой областью; начальная диффузия может быть указана в карте описания МОП-транзистора.
Для п/п-приборов начальные условия могут быть указаны в двух различных формах. Первую форму используют для улучшения сходимости по постоянному току в цепях, имеющих более одного стабильного состояния. Если в карте описания п/п-прибора указана опция “OFF” (т.е. прибор заперт), то начальные условия для прибора полагаются нулевыми, а затем вычисляется его рабочая точка и определяется напряжением на его зажимах. После того, как сходимость достигнута, программа продолжает итерации до получения точного значения напряжения на зажимах прибора. Если схема содержит более одного стабильного состояния по постоянному току, опция “OFF” может быть использована для принудительного вывода решения на требуемое устойчивое состояние (напр. в триггерных схемах). Если для прибора указана опция “OFF”, а в действительности он не заперт, программа получит корректное решение (если, конечно, система вообще сойдётся !), но на это потребуется большее число итерации т.к. программа должна независимо получить два или более решения, соответвующим устойчивым состояниям схемы. Карта .NODESET имеет сходное действие. Её легче использовать; если Вам необходимо улучшить сходимость, предпочтительнее применять карту .NODESET .
Вторая форма начальных условии указывается для использования во временном анализе. Для подробного описания этих начальных условии см. описания карт .IC и .TRAN.
Диоды
Dxxxxxxx N+ N- MNAME <AREA> <OFF> <IC=VD>
N+ и N- - положительный и отрицательный выводы прибора,
соответственно.
MNAME - имя модели
AREA - это Area factor ; одновременно он выключает вывод начальных
условии для прибора при анализе по постоянному току. По умолчанию используется значение 1.0
IC=VD - начальные условия, указанные с использованием этого ключа, предполагают использование совместно с опцией UIC картыTRAN когда во временном анализе требуются начальные условия, отличные от статической рабочей точки.
Пример:
DBRIDGE 2 10 DIODE1
DCLMP 3 7 DMOD 3.0 IC=0.2
Биполярный транзистор
Qxxxxxxx NC NB NE <NS> MNAME <AREA> <OFF> <IC=VBE,VCE>
|
NC NB NE |
выводы подключения коллектора, базы и эмиттера, соответственно |
|
NS |
вывод подложки; по умолчанию заземляется |
|
МNAME |
имя модели |
|
AREA |
количество приборов, соединённых параллельно; по умолчанию используется значение 1.0 |
|
OFF |
устанавливает начальные условия для прибора при анализе по постоянному току |
|
IC=VBE,VCE |
этот параметр предназначен для использования совместно с картой .TRAN, если требуется указать начальные условия, отличные от статической рабочей точки. Для получения большей информации см. описание карты .IC |
Примеры:
Q23 10 24 13 QMOD IC=0.6,5.0
Q50A 11 26 4 20 MOD1
Полевой транзистор с p/n-переходом
Jxxxxxxx ND NG NS MNAME <AREA> <OFF> <IC=VDS,VGS>
где
|
ND NG NS |
выводы подключения стока, затвора и истока, соответственно |
|
МNAME |
имя модели |
|
AREA |
количество приборов, соединённых параллельно; по умолчанию используется значение 1.0 |
|
OFF |
устанавливает начальные условия для прибора при анализе по постоянному току |
|
IC=VDS,VGS |
этот параметр предназначен для использования совместно с опцией UIC карты .TRAN, если требуется указать начальные условия, отличные от статической рабочей точки. Для получения большеи информации см. описание карты .IC |
Пример:
J1 7 2 3 JM1 OFF
Полевые транзисторы
Mxxxxxxx ND NG NS NB MNAME <L=val> <W=val> <AD=val> <AS=val> + <PD=val> <PS=val> <NRD=val> <NRS=val<OFF> <IC=VDS,VGS,VBS>
где
|
ND NG NS NB |
выводы подключения стока, затвора, истока и подложки, соответственно |
|
МNAME |
имя модели |
|
L W |
длина и ширина канала (в метрах) |
|
AD AS |
площади стока и истока (в кв. метрах) |
|
PD PS |
периметр стока и истока (в метрах); по умолчанию -- 0.0 |
|
NRD NRS |
описывают эквивалентное количество площадеи стока и истока; эти величины умножают слои сопротивления RSH, указанный в карте .MODEL для точного определения паразитного сопротивления сток-исток каждого транзистора. По умолчанию -- 1.0 |
|
OFF |
устанавливает начальные условия для прибора при анализе по постоянному току |
|
IC=VDS,VGS VBS |
этот параметр предназначен для использования совместно с опцией UIC карты .TRAN, если требуется указать начальные условия, отличные от статической рабочей точки. Для получения большей информации см. описание карты .IC |
Примеры:
M1 24 2 0 20 TYPE1
M2 2 17 6 10 MODM L=5U W=2U
M2 2 17 6 10 MODM 5U 2U
M3 3 34 1 33 MOD1 L=10U W=5U AD=100P AS=100P PD=40U PS=40U
M3 3 34 1 33 MOD1 10U 5U 100P 100P 40U 40U
Возможно использование следующих буквенных множителей :
U - микроны (1E-6 м.)
P - кв. микроны (1E-12 кв. м.)
Если к.л. из этих параметров не указан, то применяется его значение, заданное по умолчанию. Его можно определить в карте .OPTION . Использование умолчании упрощает подготовку входных данных, особенно в случаях, когда производится изменение геометрии прибора.
Карта .MODEL
.MODEL MNAME TYPE (Pname1=Pval1 Pname2=Pval2 ...)
Эта карта определяет параметры модели, которые будут использованы для одного или более п/п-приборов.
MNAME - имя модели
TYPE - один из следующих семи типов :
NPN - биполярный транзистор типа n-p-n
PNP - биполярный транзистор типа p-n-p
D - диод
NJF - полевой транзистор с управляющим p/n-переходом и каналом n-типа
PJF - полевой транзистор с управляющим p/n-переходом и каналом p-типа
NMOS - полевой транзистор с каналом n-типа
PMOS - полевой транзистор с каналом p-типа
Конкретные параметры задаются включением в карту имени параметра (как они определены ниже для каждого типа модели), следующим за ним знаком равенст-ва и величиной параметра. Параметры модели, которые не определены явно, полу-чают значение по умолчанию (их величины также описаны ниже).
Модель диода
Характеристики диода на постоянном токе определяются параметрами IS и N. Программа позволяет задать омическое сопротивление базы диода RS. Эффект зарядовой памяти моделируется заданием среднего времени жизни неосновных носителей в базе TT; нелинейная барьерная ёмкость описывается параметрами CJO, VJ и M. Температурная зависимость тока насыщения определяется заданием EG (ширины запрещённой зоны) и XTI (значение экспоненты в формуле для тока насыщения. Обратный пробой моделируется экспоненциальным увеличением обратного тока и определяется параметрами BV и IBV (оба - положительные числа).
|
NN |
имя |
параметр |
размер-ность |
умолч. |
* |
|
1 |
IS |
ток насыщения |
А |
1E-14 |
* |
|
2 |
RS |
омическое сопротивление баз |
Ом |
0 |
* |
|
3 |
N |
коэффициент эмиссии |
-- |
1 |
|
|
4 |
ТТ |
среднее время жизни не основных носителей |
сек |
0 |
|
|
5 |
CJO |
ёмкость p/n-перехода при нулевом смещении |
Ф |
0 |
* |
|
6 |
VJ |
потенциал p/n-перехода |
В |
1 |
|
|
7 |
M |
grading coefficient |
-- |
0.5 |
|
|
8 |
EG |
ширина запрещённой зоны |
эВ |
1.11 |
|
|
9 |
XTI |
температурная экспонента тока насыщения |
-- |
3.0 |
|
|
10 |
KF |
коэффициент фликкер-шума |
-- |
0 |
|
|
11 |
AF |
экспонента фликкер-шума |
-- |
1 |
|
|
12 |
FC |
коэффициент в формуле для диффузионной ёмкости |
-- |
0.5 |
|
|
13 |
BV |
напряжение обратного пробоя |
В |
неопр. |
|
|
14 |
IBV |
ток обратного пробоя |
А |
1E-3 |
|
Модели биполярных транзисторов (n-p-n и p-n-p)
Модели биполярных транзисторов в SPICE являются адаптацией известной интегральной модели Гуммеля-Пуна. Эта модификация позволяет моделировать некоторые эффекты, проявляющиеся при больших смещениях. Когда требуемые параметры не заданы, программа будет автоматически упрощать задачу, сводя её к модели Эберса-Молла. Имена параметров, используемые в данной реализации, подобраны так, чтобы облегчить пользователю работу с системой : это, как правило, аббревиатуры известных понятии.
Модель по постоянному току определяется параметрами IS, BF, NF, ISE, IKF и NE, которые определяют прямой участок характеристики ; IS, BR, NR, ISC, IKR и NC, определяющие её обратный участок ; VAF и VAR, которые задают выходную проводимость на прямом и обратном участках, соответственно. Возможно задание трёх омических сопротивлении (базы, коллектора и эмиттера) -- RB, RC, RE, причём при больших базовых токах, сопротивление базы может зависеть от него. “Зарядовая память” базы моделируется прямым и обратным временем жизни не основных зарядов TF и TR (причём, если требуется, можно задать зависимость TF от смещения), а также нелинейной барьерной емкостью, которая определяется величинами CJE, VJE и MJE для перехода база-эмиттер, CJC, VJC и MJC для перехода база-коллектор, CJS, VJS и MJS для перехода коллектор-подложка. Температурная зависимость тока насыщения IS определяется энергией запрещённой зоны EG и температурной экспонентой XTI. Температурная зависимость тока базы моделируется в новой модели бетта-температурной экспонентой XTB.
Параметры биполярных транзисторов используются в модифицированной модели Гуммеля-Пуна, приведённой ниже. Имена параметров, используемых в ранних версиях SPICE-2 не изменялись.
|
NN |
имя |
п а р а м е т р |
размер-ность |
умолч. |
* |
|
1 |
IS |
ток отсечки |
А |
1Е-16 |
* |
|
2 |
BF |
максимальный идеальный коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ |
-- |
100 |
|
|
3 |
NF |
идеальный максимальный коэффициент усиления по току в схеме с ОБ |
-- |
1.0 |
|
|
4 |
VAF |
напряжение Эрли при прямом включении транзистора |
В |
-- |
|
|
5 |
IKF |
|
А |
-- |
* |
|
6 |
ISE |
|
А |
0.0 |
* |
|
7 |
NE |
|
-- |
1.5 |
|
|
8 |
BR |
|
-- |
1 |
|
|
9 |
NR |
|
-- |
1 |
|
|
10 |
VAR |
|
В |
-- |
|
|
11 |
IKR |
|
А |
-- |
* |
|
12 |
ISC |
|
А |
0 |
* |
|
13 |
NC |
|
-- |
2 |
|
|
14 |
RB |
сопротивление базы при прямом смещении |
Ом |
0 |
* |
|
15 |
IRB |
|
А |
-- |
* |
|
16 |
RBM |
минимальное сопротивление базы на высоких токах |
Ом |
RB |
* |
|
NN |
имя |
п а р а м е т р |
размер-ность |
умолч. |
* |
|
17 |
RE |
сопротивление эмиттера |
Ом |
0 |
* |
|
18 |
RC |
сопротивление коллектора |
Ом |
0 |
* |
|
19 |
ёмкость перехода база-эмиттер при нулевом смещении |
Ф |
0 |
* |
|
|
20 |
VJE |
|
В |
0.75 |
|
|
21 |
MJE |
|
-- |
0.33 |
|
|
22 |
TF |
время пролёта не основных носителей через базу при прямом включении транзистора |
сек |
0 |
|
|
23 |
XTF |
|
-- |
0 |
|
|
24 |
VTF |
|
В |
-- |
|
|
25 |
ITF |
|
А |
0 |
* |
|
26 |
PTF |
сдвиг фазы на частоте freq= =1.0/(TF*2*pi) Гц |
град |
0 |
|
|
27 |
CJC |
ёмкость перехода база-коллектор при нулевом смещении |
Ф |
0 |
* |
|
28 |
VJC |
напряжение отсечки |
В |
0.75 |
|
|
29 |
MJC |
|
-- |
0.33 |
|
|
30 |
XCJC |
часть ёмкости перехода база-коллектор, относящаяся к внутреннему базовому выводу |
-- |
1 |
|
|
31 |
TR |
время пролёта неосновных носителей через базу при обратном включении транзистора |
сек |
0 |
|
|
32 |
CJS |
ёмкость коллектор-подложка при нулевом смещении |
Ф |
0 |
* |
|
33 |
VJS |
|
В |
0.75 |
|
|
34 |
MJS |
|
-- |
0 |
|
|
35 |
XTB |
температурная экспонента прямого и обратного коэффициентов усиления по току в схеме с ОБ |
-- |
0 |
|
|
36 |
EG |
ширина запрещённой зоны |
эВ |
1.11 |
|
|
37 |
XTI |
температурная экспонента тока отсечки |
-- |
3 |
|
|
38 |
KF |
коэффициент фликкер-шума |
-- |
0 |
|
|
39 |
AF |
экспонента фликкер-шума |
-- |
1 |
|
|
40 |
FC |
коэффициент в формуле для диффузионной ёмкости |
-- |
0.5 |
|
Модели полевых транзисторов с управляющим p/n-переходом и каналом n- и p- типа.
Эта модель получена из модели полевого транзистора Шихмана и Ходжеса.
Характеристики по постоянному току определяются параметрами VTO и BETA, которые определяют изменение стокового тока как функцию напряжения на затворе;
LAMBDA, которая описывает выходную проводимость; IS—ток насыщения двух затворовых переходов. Задаются два омических сопротивления - RD и RS. Зарядовая память моделируется нелинеиной барьерной ёмкостью для обоих переходов, которая вычисляется как -1/2 мощности напряжения на переходе и определяется параметрами CGS, CGD и PB.
|
NN |
имя |
п а р а м е т р |
размерн |
умолч |
* |
|
1 |
VTO |
напряжение отсечки |
В |
-2.0 |
|
|
2 |
BETA |
крутизна транзистора |
А/В**2 |
1Е-4 |
* |
|
3 |
LAMB DA |
параметр модуляции длины канала |
1/В |
0 |
|
|
4 |
RD |
омическое сопротивление стока |
Ом |
0 |
* |
|
5 |
RS |
омическое сопротивление истока |
Ом |
0 |
* |
|
6 |
CGS |
ёмкость затвор-исток при нулевом смещении |
Ф |
0 |
* |
|
7 |
CGD |
ёмкость затвор-сток при нулевом смещении |
Ф |
0 |
* |
|
8 |
PB |
контактная разность потенциалов перехода |
В |
1 |
* |
|
9 |
IS |
ток отсечки |
А |
1Е-14 |
* |
|
10 |
KF |
коэффициент фликкер-шума |
-- |
0 |
|
|
11 |
AF |
экспонента фликкер-шума |
-- |
1 |
|
|
12 |
FC |
коэффициент в формуле для барьерной ёмкости при прямом смещении |
-- |
0.5 |
|
Модели МОП-транзисторов с каналами n- и p- типа.
SPICE обеспечивает три различных модели, отличающихся описанием вольт-амперных характеристик, для представления транзисторов этого типа. Переменная LEVEL определяет используемую модель :
LEVEL = 1 --> модель Шихмана-Ходжеса
LEVEL = 2 --> MOS2 (см. [1] )
LEVEL = 3 --> MOS3, полуэмпирическая модель (см. [1] )
Характеристики МОП-транзисторов по постоянному току задаются парамет-рами VTO, KP, LAMBDA, PHI и GAMMA. Эти параметры вычисляются программой если определены технологические параметры (NSUB, TOX и т.п.); в этом случае SPICE игнорирует параметры, заданные пользователем. VTO положителен (отрицателен) в режиме обогощения и отрицателен (положителен) в режиме обеднения для транзис-торов с n- (p-) каналом. Зарядовая память моделируется тремя ёмкостными конс-тантами: CGSO, CGDO и CGBO, которые представляют собой межэлектродную ёмкость; нелинеиной ёмкостью, распределённой между затвором, истоком, стоком с одной стороны и подложкой с другой ; а также нелинеиной барьерной ёмкостью для обоих переходов подложки (нижнего и периферииного (верхнего), которые меняются в за-висимости от приложенного к переходу напряжения (MJ и MJSW соответственно) и определяются параметрами CBD, CBS, CJ, CJSW, MJ, MJSW и PB.
В SPICE встроены две модели эффекта зарядовой памяти, связанных с на-личием тонкой оксидной плёнки. По умолчанию используется линеаризация ёмкости, зависящеи от напряжения по методу Меиера (Meyer). Альтернативный вариант ис-пользует модель зарядово-зависимой ёмкости Варды и Дуттона (Ward and Dutton) (см. [1]). Тип используемой модели определяется параметром XQC. Если он не оп-ределён или больше 0.5, программа использует метод Меиера; если же значение параметра находится в интервале между 0 и 0.5, то применяется модель Варды и Дуттона. В последнем случае значение параметра XQC определяет часть канального заряда, связанную со стоковой областью в подложке. В модели LEVEL=1 эти эффек-ты обсчитываются несколько по-другому: они обрабатываются только если опреде-лён параметр TOX и эта обработка выполняется только по методу Меиера.
Существует некоторое перекрытие среди параметров, описывающих переходы Например, обратный ток может быть определён либо как IS (в амперах), либо как JS (в амперах на кв. метр). Тогда как первая величина является абсолютной , то вторая—будучи умноженной на AD и AS даст обратный ток истока и стока, соответственно. Эта методология была выбрана т.к. there no sense in rela-ting alweys junction characteristics with AD and AS entered on the device card; The areas can be defaulted. Эта же идея используется в отношении ёмкости несмещённого перехода CBD и CBS (в фарадах) с одной стороны и CJ (в фарадах на кв. метр) с другой . Паразитное сопротивление сток-исток может быть вычислено либо как RD и RS (в омах), либо как RSH (в омах на кв. метр), кото-рое затем будет умножено на количество “элементарных” площадеи NRD и NRS, введённых в карте описания прибора.
|
NN |
имя |
п а р а м е т р |
размер-ность |
умолч. |
* |
|
1 |
LEVEL |
индекс модели |
- |
1 |
|
|
2 |
VTO |
напряжение отсечки при нулевом смещении |
В |
0 |
|
|
3 |
KP |
|
А/В**2 |
2Е-5 |
|
|
4 |
GAMMA |
крутизна транзистора по подложке |
В**0.5 |
0 |
|
|
5 |
PHI |
удвоенное значение уровня Ферми |
В |
0.6 |
|
|
6 |
LAMBDA |
коэффициент модуляции длины канала (только для MOS1 и MOS2) |
1/В |
0 |
|
|
7 |
RD |
омическое сопротивление стока |
Ом |
0 |
|
|
NN |
имя |
п а р а м е т р |
размер-ность |
умолч. |
* |
|
8 |
RS |
омическое сопротивление истока |
Ом |
0 |
|
|
9 |
CBD |
ёмкость подложка-сток при нулевом смещении |
Ф |
0 |
|
|
10 |
CBS |
ёмкость подложка-исток при нулевом смещении |
Ф |
0 |
|
|
11 |
IS |
ток отсечки |
А |
1Е-14 |
|
|
12 |
PB |
контактная разность потенциалов перехода |
В |
0.8 |
|
|
13 |
CGSO |
ёмкость затвор-исток на метр ширины канала |
Ф/м |
0 |
|
|
14 |
CGDO |
ёмкость затвор-сток на метр ширины канала |
Ф/м |
0 |
|
|
15 |
CGBO |
ёмкость затвор-подложка на метр ширины канала Ф/м |
0 |
|
|
|
16 |
RSH |
|
????? |
0 |
|
|
17 |
CJ |
|
Ф/м**2 |
0 |
|
|
18 |
MJ |
|
-- |
0.5 |
|
|
19 |
CJSW |
|
Ф/м |
0 |
|
|
20 |
MJSW |
|
-- |
0.33 |
|
|
21 |
JS |
|
А/м**2 |
|
|
|
22 |
TOX |
толщина оксидной плёнки |
м |
1Е-7 |
|
|
23 |
NSUB |
уровень легирования подложки |
1/см**3 |
0 |
|
|
24 |
NSS |
|
1/см**2 |
0 |
|
|
25 |
NFS |
|
1/см**2 |
0 |
|
|
26 |
TPG |
типы материала затвора : +1 - п/п с типом проводимости, противоположным материалу подложки -1 - п/п с тем же типом проводимости, что и у подложки 0 - алюминиевый затвор |
-- |
1 |
|
|
27 |
XJ |
|
м |
0 |
|
|
28 |
LD |
|
м |
0 |
|
|
29 |
UO |
|
см**2/В |
600 |
|
|
30 |
UCRIT |
напряжённость поля, при котором подвижность |
|
|
|
|
|
|
носителеи максимальна (только для MOS2) |
В/см |
1Е+4 |
|
|
31 |
UEXP |
экспонента напряжённости поля, при котором |
|
|
|
|
|
|
подвижность носителеи максимальна (только для MOS2) |
-- |
0 |
|
|
32 |
UTRA |
|
-- |
0 |
|
|
NN |
имя |
п а р а м е т р |
размер-ность |
умолч. |
* |
|
33 |
VMAX |
максимальная скорость дреифа носителеи |
м/сек |
0 |
|
|
34 |
NEFF |
|
-- |
1 |
|
|
35 |
XQC |
флаг, определяющии использование модели |
|
|
|
|
|
|
“тонко-оксидной ” ёмкости (XQC=0-0.5) |
|
|
|
|
|
|
В этом случае XQC - коэффициент канального |
|
|
|
|
|
|
саряда, связанного со стоком (подробно см. |
|
|
|
|
|
|
выше). |
-- |
1 |
|
|
36 |
KF |
коэффициент фликкер-шума |
-- |
0 |
|
|
37 |
AF |
экспонента фликкер-шума |
-- |
1 |
|
|
38 |
FC |
коэффициент в формуле для барьерной ёмкости |
|
|
|
|
|
|
при нулевом смещении |
-- |
0.5 |
|
|
39 |
DELTA |
|
-- |
0 |
|
|
40 |
THETA |
модуляция подвижности |
1/В |
0 |
|
|
41 |
ETA |
коэффициент обратной связи (только для MOS3) |
-- |
0 |
|
|
42 |
KAPPA |
(только для MOS3) |
-- |
0.2 |
|
[1]. A.Vladimirescu and S.Lui “The Simulation of MOS Integrated Circuits
Using SPICE2”, ERL Memo No. ERL M80/7, Electronics Research Laboratory,
University of California, Berkeley, Oct 1980.
Подцепи—это участки цепи, содержащие разрешённые в SPICE элементы и объединённые в группу. Подцепи описываются и вызываются (те на них организуются ссылки) так же как на модели полупроводниковых приборов. Программа автоматически будет вставлять подцепь в то место схемы, из которого она была “вызвана”. SPICE не накладывает никаких ограничении на размер и сложность подцепей. Подцепи могут быть вложенными (т.е. содержать другие подцепи). Примеры использования подцепей даны в Приложении А.
Карта SUBCKT
.SUBCKT subnam N1 <N2 N3 ...>
subnam - имя подцепи
N1, N2 - внешние зажимы. Они не могут быть нулевыми.
Определение подцепеи всегда должно начинаться этой картой . Группа карт элементов, следующих непосредственно за .SUBCKT, является описанием подцепи. Последней картой этого описания должна быть карта .ENDS (см. ниже). В блоке описания подцепи могут появляться любые карты включая модели полупроводниковых приборов, блоки описания других подцепеи, а также карты вызова подцепеи, определённых в других местах задания (см. ниже). Любые модели полупроводниковых приборов или определения подцепеи, включённые в задание как часть описания другой подцепи, являются локальными (т.е. такие модели и определения не известны за пределами описания данной подцепи). Аналогичное правило существует и для узлов подцепеи: Если узел подцепи не объявлен в карте .SUBCKT, то он является локальным. Исключение представляет узел 0, который всегда имеет нулевой потенциал (т.е. всегда глобален).
Пример:
SUBCKT OPAMP 1 2 3 4
Карта .ENDS
.ENDS <sybnam>
Эта карта должна быть последней в блоке описания подцепи. Имя подцепи sybnam, если оно указано, определяет какое описание завершает данная карта. Карта без имени завершает описание всех подцепеи, которые к этому времени не были “закрыты”.
Вызов подцепеи
Xyyyyyyy N1 <N2 N3 ...> subnam
Подцепи используются в SPICE посредством вызова псевдоэлемента, имя которого начинается с буквы “X”; затем следуют узлы схемы к которым должна быть подключена вызываемая подцепь.
Пример:
X1 2 4 17 5 4 MULTIVIBRATOR
Карта .TEMP
.TEMP T1 <T2 <T3 ...>>
Эта карта задаёт список температур при которых будет моделироваться поведение схемы. T1, T2 .- значения температур в градусах Цельсия. Температуры меньшие -223°C игнорируются. Данные моделей всегда задаются при температуре TNOM (см. карту .OPTION); если карта .TEMP не включена в задание, то расчёт будет производиться при температуре TNOM.
Пример:
.TEMP -55.0 25.0 125.0
Карта .WIDTH
.WIDTH IN=column OUT=column
column—это номер колонки до которой будет производится чтение строки входного потока данных. Остальная информация строки будет игнорироваться программой и может быть использована для комментария. После считывания заданного количества колонок SPICE переходит к чтению следующей строки задания. По умолчанию IN=80.
Выходной параметр задаёт ширину печати. Здесь допустимые величины параметра column: 80 и 133.
Пример:
.WIDTH IN=72 OUT=133
Карта .OPTION
.OPTION OPT1 OPT2 ... (или OPT1=value OPT2=value ...)
Эта карта позволяет пользователю задать свои специфические параметры управления работой программы SPICE. Допустима любая комбинация параметров, приведённых ниже. “x”—некоторое положительное число.
|
Опция |
Параметр |
умолч. |
|
ACCT |
Выводит число итерации и статистику |
|
|
LIST |
Выводит на печать листинг входных данных |
|
|
NOMODE |
Запрещает вывод на печать параметров моделей |
|
|
NOPAGE |
Запрещает перевод страниц на принтере |
|
|
NODE |
Выводит таблицу соединения выводов |
|
|
OPTS |
Выводит значения опции |
|
|
GMIN = x |
Устанавливает величину GMIN, минимальную проводимость, допускаемую программой |
1.0E-12 |
|
RELTOL = x |
Устанавливает значение относительной ошибки сходимости метода |
|
|
ABSTOL = x |
Устанавливает значение абсолютной погрешности тока |
|
|
VNTOL = x |
Устанавливает значение абсолютной погрешности напряжения |
|
|
TRTOL = x |
Устанавливает временную ошибку сходимости. Этот параметр является фактором, по которому SPICE оценивает ошибку усечения |
7.0 |
|
CHGTOL = x |
Устанавливает значение абсолютной погрешности заряда |
1.0E-14 Кл |
|
PIVTOL = x |
Устанавливает абсолютный минимум величины |
1.0E-13 |
|
PIVREL = x |
Устанавливает относительный коэффициент между |
1.0E-3 |
|
NUMDGT = x |
Устанавливает количество начащих цифр выходных величин. “x” должен лежать в промежутке (0, 8) Эта величина не зависит от ошибки сходимости, т.е. возможна ситуация, когда программа будет выдавать результаты с б’ольшим числом значащих цифр, чем обеспечивается сходимостью, определённой параметрами RELTOL, ABSTOL и т.п. - |
|
|
|
|
|
|
|
x = 4 |
|
|
TNOM = x |
Устанавливает номинальную температуру |
27°C(300K) |
|
ITL1 = x |
Устанавливает максимальное количество итерации |
|
|
|
при анализе по постоянному току |
100 |
|
ITL2 = x |
Устанавливает ___________________________________ |
|
|
|
__________________________________________ |
50 |
|
ITL3 = x |
Устанавливает ___________________________________ |
|
|
|
___________________________________________ |
4 |
|
ITL4 = x |
Устанавливает ограничение длительности анализиру- |
|
|
|
емого переходного процесса |
10 сек. |
|
ITL5 = x |
Устанавливает максимальное количество итерации |
|
|
|
при временно’м анализе. Если ITL5=0,то этот вид |
|
|
|
анализа выполняться не будет |
5000 |
|
CPTIME = x |
Устанавливает максимальное процессорное время, |
|
|
|
требуемое на выполнение задания (в секундах) |
|
|
LIMTIM = x |
Устанавливает количество процессорного времени, |
|
|
|
требуемого SPICE-ом для построения графиков. |
|
|
|
Если лимит будет превышен, задача завершается |
2 сек. |
|
LIMPTS = x |
Устанавливает максимальное количество точек кото- |
|
|
|
рые могут быть напечатаны или построены в ре- |
|
|
|
зультате анализа схемы по постоянному или пере- |
|
|
|
менному току или временного анализа |
201 |
|
LVLCOD = x |
Если x=2, будет генерироваться машинный код для |
|
|
|
матричного решения. Иначе код не генерируется |
|
|
|
Используется только на машинах фирмы CDC. |
x = 2 |
|
LVLTIM = x |
Если x=1, SPICE использует подсистему управления |
|
|
|
шагом итерации. Если x=2, используется ________ |
|
|
|
_________________________________________. Если |
|
|
|
METHOD=Gear и MAXORD > 2, программа принуди- |
|
|
|
тельно принимает LVLTIM = 2. |
x = 2 |
|
METHOD = |
|
|
|
name |
Устанавливает метод численного интегрирования, |
|
|
|
используемый SPICE. Возможные значения: Gear и |
|
|
|
trapezodial (трапецидальный) |
trapezodial |
|
MAXORD = x |
Устанавливает максимальный порядок метода интег- |
|
|
|
рирования, при METHOD=Gear. “x” должен нахо- |
|
|
|
диться в интервале 2 < x < 6 |
x = 2 |
|
DEFL = x |
Устанавливает длину МОП-канала |
100 мкм. |
|
DEFW = x |
Устанавливает ширину МОП-канала |
100 мкм. |
|
DEFAD = x |
Устанавливает величину для стоковой диффузионной |
|
|
|
области МОП-прибора |
0.0 |
|
DEFAS = x |
Устанавливает величину для истоковой диффузион- |
|
|
|
ной области МОП-прибора |
0.0 |
+----------------------------------------------------------------------------+
Карта .OP
.OP
Включение этой карты во входной поток заставляет SPICE рассчитывать рабочую точку цепи по постоянному току (с закороченными индуктивностями и оборванными конденсаторами.
Замечание: Анализ цепи по постоянному току автоматически выполняется перед анализом переходных процессов для определения начальных условии, а также перед малосигнальным анализом по переменному току для определения рабочей точки и последующей линеапизации нелинейных элементов.
SPICE всегда выполняет расчёт рабочей точки по постоянному току, если в задании на расчёт не требуется выполнять к.л. других видов анализа.
Карта .DC
.DC Srcnam Vstart Vstop Vincr [Src2 Stert2 Stop2 Incr2]
Эта карта позволяет определить передаточную характеристику цепи по постоянному току. Srcnam - имя независимого источника напряжения или тока, значение которого программа будет изменять в пределах от Vstart до Vstop с шагом Vincr. Так в первыом примере SPICE будет менять величину источника VINP от 0.25 до 5.0 вольт с шагом +0.25В.
Программа также допускает связанное “качание” источников. Для этого необходимо задать параметры, помещенные в квадратные скобки. В этом случае для каждого значения Src2, программа будет качать источник Srcnam в указанных для него пределах. Эта опция может быть полезна для получения семейства характеристик полупроводниковых приборов.
Примеры:
.DC VINP 0.25 5.0 0.25
.DC VDS 0 10 .5 VGS 0 5 1
.DC VCE 0 10 .25 IB 0 10U 1U
Карта .NODESET
.NODESET V(nodnum)=Val V(nodnum)=Val ...
Эта карта позволяет пользователю при анализе по постоянному току или нахождении начальных условии для временного анализа задать напряжения в любых узлах схемы. эти потенциалы рассматриваются программой как первое приближение решения. (Это позволяет сократить время, требуемое на выполнение этих расчётов.) Далее получение точного решения ведётся итерационным методом. Применение карты .NODESET может быть необходимо при анализе бистабильных или астабильных цепей. Но в общем случае она, скорее, бесполезна.
Пример:
.NODESET V(12)=4.5 V(4)=3.47
Карта .IC
.IC V(nodnum)=Val V(nodnum)=Val ...
Эта карта используется для задания временных начальных условии. Она имеет различную интерпретацию в зависимости от того, определён или нет параметр UIC карты .TRAN. Рассматриваемая директива ни коим образом не противоречит карте .NODESET. Последняя только “помогает” итерационному процессу сойтись, но никак не влияет на конечное решение (исключая многостабильные цепи). Но вернёмся к директиве .IC, а именно: рассмотрим её деиствие :
1.Когда параметр UIC определён в карте .TRAN, потенциалы узлов, указанные в директиве .IC используются для вычисления начальных условии для емкостей и полупроводниковых приборов. Это эквивалентно заданию параметра IC=... в каждой карте описания элементов цепи, но более предпочтительно.
Если в карте описания элемента встречается параметр IC=... значение которого отлично от заданного в карте .IC, то для данного элемента принимаются локальные параметры, определённые в карте описания элемента. Так как постоянное смещение не вычисляется перед временным анализом, в карте .IC должны быть внимательно указаны все источники постоянного напряжения, если они используются для вычисления начальных условии прибора.
2. Когда параметр UIC не указан в карте .TRAN, программа вычисляет постоянное смещение перед проведением временного анализа. В этом случае потенциалы узлов, указанные в карте .IC, будут поддерживаться такими в течение процесса получения постоянного смещения. Однако при проведении временного анализа ограничения на потенциалы узлов будут сняты.
Пример:
.IC V(11)=4.7 V(4)=2.0 V(2)=-5.9
Карта .TF
.TF Outvar Insrc
Эта карта определяет малосигнальные выход и вход для малосигнального анализа по постоянному току. Outvar - выходная малосигнальная переменная, а Insrc - малосигнальный входной источник. Если эта карта включена в задание, SPICE будет вычислять малосигнальную передаточную функцию (отношение выхода ко входу), а также входное и выходное сопротивление (Всё это на постоянном то-ке !). Так, в первом примере программа будет вычислять отношение напряжения между узлами 5 и 3 к VIN, малосигнальное входное сопротивление при VIN и малосигнальное выходное сопротивление, измеренное между узлами 5 и 3.
Пример:
.TF V(5,3) VIN
.TF I(VLOAD) VIN
Карта .SENS
.SENS OV1 <OV2 ...>
Если карта .SENS включена во входной поток, SPICE будет вычислять малосигнальную чувствительность (на постоянном токе) каждой указанной выходной переменной по отношению ко всем параметрам цепи.
Замечание: Для больших цепей может быть сгенерировано большое количество результатов. БУДЬТЕ ОСМОТРИТЕЛЬНЫ ПРИ ВЫВОДЕ НА ПЕЧАТЬ.
Пример:
.SENS V(9) V(4,3) I(V1)
Карта .AC
.AC DEC ND Fstart Fstop
.AC OCT NO Fstart Fstop
.AC LIN NP Fstart Fstop
Если эта карта включена в задание, SPICE будет выполнять анализ цепи по переменному току при тех значениях частоты, которые указаны в карте.
Замечание: Не забудьте ! Задание на этот расчёт имеет смысл лишь в том случае, если хотя бы один источник объявлен как ПЕРЕМЕННЫЙ !!!
DEC - устанавливает декадный шаг; ND - количество точек на декаду.
OCT - устанавливает октавный шаг; NO - количество точек на октаву.
LIN - устанавливает линейный шаг; NP - об)ее количество точек.
Примеры:
.AC DEC 10 1 10K
.AC DEC 10 1K 100MEG
.AC LIN 100 1 100HZ
Карта .DISTO
.DISTO Rload <Interval <SKW2 <REFPWR <SPW2>>>>
Эта карта определяет будет ли SPICE в ходе анализа воздействия на схему установившегося синусоидального сигнала вычислять малосигнальные искажения. Анализ выполняется в предположении, что на вход действуют один или два сигнала с частотами F1 (номинальная частота анализа) и F2 (=SKW2*F1). Программа вычисляет следующие параметры искажении :
HD2 -- амплитуда второй гармоники основного сигнала (F1), в предположении, что модулирующий сигнал (с частотой F2) отсутствует;
HD3 -- амплитуда третьей гармоники основного сигнала(F1), в предположении, что модулирующий сигнал (с частотой F2) отсутствует;
SIM2 -- амплитуда гармоники с частотой (F1 + F2);
DIM2 -- амплитуда гармоники с частотой (F1 - F2);
DIM3 -- амплитуда гармоники с частотой (2*F1 - F2);
Rload -- имя сопротивления нагрузки в котором выделяется мощность выходного сигнала (вместе с искажениями, которые должны быть подсчитаны).
Interval—шаг с которым будет выводится вклад всех нелинейных компонентов цепи в общее искажение. Если не указан или обнулён, вывод производится не будет.
REFPWR - опорный уровень энергии (т.е. энергия выделяемая на сопротивлении Rload в отсутствие искажении), используемый для вычисления энергии искажении. По умолчанию REFPWR = 1 мВт. (т.е. дбм - децибелы, отсчитываемые относительно уровня 1мВт).
SKW2 - отношение F2/F1. По умолчанию используется величина 0.9 (F2=.9*F1)
SPW2 - амплитуда сигнала с частотой F2. По умолчанию используется величина 0.1
Параметры искажения могут быть напечатаны и/или построены (см. описания карт .PRINT и .PLOT).
Пример:
.DISTO RL 2 0.95 1E-3 0.75
Карта .NOISE
.NOISE Vout Insrc Nums
Vout - выходное напряжение шума (в скобках - номер узла, между которым и землёй измеряется шум);
Insrc - имя независимого источника напряжения или тока, который подключён ко входу цепи и относительно которого измеряются шумовые эффекты;
Nums -- интервал вывода.
Эта карта управляет шумовым анализом цепей. Шумовой анализ выполняется вместе с анализом цепи по переменному току (см. карту .AC). SPICE будет определять эквивалентный выходной шум на указанных выходных зажимах и эквивалентный входной шум на входных зажимах. Кроме того SPICE будет выводить вклад каждого источника шума (элемента цепи, который “шумит”) при каждой частоте Nums (интервал вывода). Если Nums определено как нуль, вывод не производится.
Выходной шум и эквивалентный ему входной могут быть напечатаны и/или построены (см. описания карт .PRINT и .PLOT).
Пример:
.NOISE V(5) VIN 10
Карта .TRAN
.TRAN Tstep Tstop <Tstart <Tmax>> <UIC>
Tstep - шаг печати или шаг построения графиков при использовании построчного принтера. При использовании постпроцессора,-- предложенный шаг вычислении !!!
Tstop - конечное время вывода
Tstart—начальное время. По умолчанию Tstart=0. Анализ переходных процессов всегда начинается с нулевого момента времени. В интервале [0, Tstart] цепь анализируется, но результаты на выход не поступают, а лишь используются для дальнейших расчётов
Tmax - максимальный шаг, который может использовать SPICE. По умолчанию программа выбирает его как минимальное из (Tstop - Tstart)/50. и Tstep. Этот параметр гарантирует, что шаг вычислении будет не больше, чем шаг печати Tstep
UIC - (use initial condition—использование начальных условии) Необязательное ключевое слово, которое показывает, что пользователь не хочет вычислять статическую рабочую точку перед началом временного анализа. Если это ключевое слово задано, SPICE использует величины, указанные в параметрах IC=... карт описания элементов, в качестве начальных условии временного анализа. Если в задание включена карта .IC, то для вычисления начальных условии используются потенциалы узлов, указанные в ней. См. описание карты .IC для получения большей информации (случаи, когда параметр UIC не указан).
Примеры:
.TRAN 1NS 100NS
.TRAN 1NS 1000NS 500NS
.TRAN 10NS 1US UIC
Карта .FOUR
.FOUR Freq OV1 <OV2 OV3 ...>
Эта карта определяет будет ли SPICE во время временного анализа выполнять Фурье-анализ. Freq - базовая частота Фурье-анализа (частота первой гармоники; OV1,... - выходные переменные для которых требуется выполнить разложение в ряд Фурье.
Фурье-анализ выполняется в интервале [Tstop-Period, Tstop], где Tstop—конечное время, используемое для временного анализа, а Period—один период первой гармоники. В ходе анализа определяется среднее значение сигнала (его постоянная составляющая) и девять первых гармоник. Для получения максимальной точности Tmax (см. карту .TRAN) должно быть равно Period/100. (или меньше—для высокодобротных цепеи).
Пример:
.FOUR 100K V(5)
Карта .PRINT
.PRINT PrType OV1 <OV2 ... OV8>
Эта карта определяет содержание выходного листинга и его ширину (число выводимых колонок данных). PrType - тип анализа (DC, AC, TRAN, NOISE или DISTO), для которого в данной карте указаны выходные переменные {OVi}. В SPICE принята следующая форма задания выходных переменных :
V(N1<,N2>) - представляет разность потенциалов между узлами N1 и N2. Если N2 (и предшествующая запятая) не указаны, то такая запись представляет потенциал узла N1 относительно земли (т.е относительно нулевого узла). Для анализа по переменному току кроме постоянного напряжения, идентификатором которого является буква “V” перед скобками, могут быть использованы :
VR - действительная часть
VI - мнимая часть
VM - амплитуда
VP - фаза
VDB - 20*Lg10 (амплитуды)
I(Vxxxxxxx) - представляет ток, протекающии через независимый источник с именем Vxxxxxxx. Ток считается положительным, если он протекает от положительного вывода, через источник, к отрицательному. Для анализа по переменному току могут быть применены идентификаторы, аналогичные приведённым выше (с заменой “V” на “I”).
Выходные переменные шумового анализа и анализа искажении имеют несколько иную форму, а именно : OV <(X)>,
где OV - один из следующих :
ONOISE—выходной шум
INOISE—эквивалентный входной шум
D2 +
HD3 ¦
SIM2 ¦¦ см. описание анализа искажении
DIM2 ¦
DIM3 +
X один из :
R - действительная часть
I - мнимая часть
M - амплитуда (Этот подпараметр используется по умолчанию)
P - фаза
DB - 20*Lg10 (амплитуды)
Таким образом, SIM2 (или SIM2(M) ) представляет амплитудное значение параметра искажении SIM2 ; а HD2® описывает действительную часть параметра HD2.
В программе SPICE количество используемых карт .PRINT не ограничено. Лишь бы хватило бумаги и терпения на анализ полученной распечатки.
Примеры:
.PRINT TRAN V(4) I(VIN)
.PRINT AC VM(4,2) VR(7) VP(6,8)
.PRINT DC V(2) I(VSRC) V(23,16)
.PRINT NOISE INOISE
.PRINT DISTO ND3 SIM2(DB)
Карта .PLOT
.PLOT PlType OV1 <(PLO1,PHI1)> <OV2 <(PLO2,PHI2)> ... OV8>>
Эта карта определяет содержание выходного графика и количество (от одного до восьми) зависимостей, построенных на нём. PlType - тип анализа (DC, AC, TRAN, NOISE или DISTO), для которого в данной карте указаны выходные переменные {OVi}. Синтаксис {OVi} идентичен описанному в карте .PRINT.
Необязательные границы графика (PLO,PHI) могут быть заданы для любой выходной переменной . Все переменные, стоящие слева от пары (PLO,PHI) будут построены с учётом этих пределов. Если ограничения не заданы, SPICE будет автоматически определять минимальную и максимальную величину всех строимых переменных, а также подходящий масштаб. Программа будет использовать более одного масштаба, если это оправдано значениями выводимых величин (т.е. SPICE старается сделать график удобочитаемым, изображая выходные переменные одного порядка в одном масштабе. Перекрытие двух или более графиков отображается на графике символом X.
Когда на график наносится более одной переменной , переменная, указанная первой , будет не только построена, но и напечатана (протабулирована). Если все переменные кроме построения их на графике, требуется распечатать, в задание необходимо ввести карту .PRINT.
В программе SPICE количество используемых карт .PLOT не ограничено.
Примеры:
.PLOT DC V(4) V(5) V(1)
.PLOT TRAN V(17,5) (2,5) I(VIN) V(17) (1,9)
.PLOT AC VM(5) VM(31,24) VDB(5) VP(5)
.PLOT DISTO HD2 HD3® SIM2
.PLOT TRAN V(5,3) V(4) (0,5) V(7) (0,10)
vi. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ДИРЕКТИВЫ
6.1. Редактор входных сигналов StmEd
Редактор входных сигналов StmEd (Stilus Ediator) позволяет просмотреть на экране форму сигналов и отредактировать их описания, содержащиеся во входном файле задания на моделиролирование. Редактор сигналов вызывается из управляющей оболочки или автономно командой
>stmed [<опции>] [<имя входного файла>]
После загрузки программы StmEdиз управляющей оболочки на экран выводятся три запроса:
Edit - редактирование входных сигналов;
Command File - выполнение редактирования под управлением командного файла;
Log to File - занесение протокола редактирования в файл с расширением .CMD, который в дальнейшем может использоваться в качестве командного файла.
После выбора режима Edit программа переходит в режим редактирования аналоговых сигналов (Analog Main Menu). Верхняя часть экрана отводится под график одного или нескольких сигналов. В нижней части помещается список команд:
Exit New_stimulus Modify_stimulus Delete_Stimuluse Plot_control X_axis Y_axis Select_digital Hard_copy Cursor
Приведем описание команд редактора сигналов и их подкоманд:
Exit - завершение редактирования - имеет подкоманды:
Exit_program - запись отредактированного описания сигнала в файл и выход из режима редактирования (копия исходного файла при этом заносится в файл с расширением .BAK);
Start_editor - возвращение в меню редактирования аналоговых сигналов;
Abor_program - выход из режима редактирования без записи внесенных изменений в файл.
New_stimulus - включение в схему нового источника независимого сигнала типа V или I. Сначала указывается имя источника а затем из перечня
EXP 2) PULSE 3) PWL 4) SFFM 5) SIN
выбирается вид сигнала и указываются его параметры. После этого управление перeдается в подрежим Modify stimulus.
Modify stimulus - редактирование параметров сигнала, выведенного на текущий график, с помощью следующих подкоманд:
Transient_parameters- изменение одного или нескольких параметров, задающих форму сигнала;
Spec_type - изменение вида сигнала и затем ввод его параметров;
Other_info - редактирование другой информации об источнике сигнала (уровень постоянной составляющей напряжения, модуль и фаза сигнала при расчете частотных характеристик и имена узлов подключения сигнала);
X_axis (Y_axis) - задание диапазона значений по оси х (у) на графике сигнала;
Display_help - вывод на экран текста с математическим описанием редактируемого сигнала и объяснением смысла всех параметров;
Hard_copy - вывод графика сигнала на принтер или графопостроитель (тип устройства вывода указывается в файле PROBE.DEV);
Cursor - активизация двух электронных курсоров для считывания координат на графике одного или двух сигналов (аналогично программе Probe);
Delete stimulus -удаление одного или нескольких сигналов с текущего графика; при этом описания удаляемых сигналов уничтожаются и в файле задания на моделировование.
Plot_control - управление режимом построения графиков на экране дисплея с помощью следующих подкоманд:
Add_plot - добавление на экране дисплея нового окна для построения графиков сигналов; активизированное окно помечается указателем SEL>>;
Remove_plot - удаление активизированного окна;
Display_plot- построение одного или нескольких графиков сигналов из указанного перечня;
Unidisplay_stimulus - удаление одного или нескольких графиков;
Hide_symbols (View_sumbols) - отмена (назначение) нанесения на графики различных сигналов специальных значков при выводе на принтер или графопостроитель.
Select_digital - переход в меню построения временных диаграмм логических сигналов. Для переходов меню построения аналоговых сигналов следует выбрать режим Selegt_analog.
6.2. Графический постпроцессор PROBE
Результаты моделирования, полученные с помощью программы Pspice, заносятся в файл с расширением .DAT (по умолчанию <имя входного файла> .DAT), если в задание на моделирование включена директива .PROBE. Графическая обработка этих данных производится с помощью программы Probe. Программа вызывается с клавиатуры командой
>probe [опции] <файл данных>
или автоматически из управляющей оболочки после успешного завершения работы программы Pspice, если предварительно установлен режим Auto-Run. Здесь используются следующие опции:
/C <имя файла> - задание имени командного файла, который будет выполняться в текущем сеансе работы Probe. Он создается с помощью обычного текстового редактора и может содержать те же команды, что доступны в меню Probe, со следующими дополнениями: 1) имя команды может вводиться целиком или только по его первой букве; 2) любая строка, начинающая с символа *, воспринимается как комментарий; 3) пустые строки игнорируются и могут добавляться для улучшения “читаемости “ командного файла; 4) команды @CR, @DWN, @UP используются для представления клавиш <Enter>, <вниз>, <вверх> соответственно; 5) команда Pause прерывает выполнение командного файла до нажатия любой клавиши. В каждой строке должна располагаться одна команда. После того, как командный файл выполняется до конца, пользователь может вводить команды с клавиатуры;
/D <имя файла> - задание имени файла конфигурации для текущего сеанса работы с Probe. Файл содержит описание типов дисплея и принтера;
/L <имя файла> - задание имени файла протокола, в который записываются все команды текущего сеанса работы. В дальнейшем файл протокола может по желанию редактироваться и использоваться в качестве командного файла (см. опцию /С). В процессе редактирования можно добавлять пустые строки для улучшения “читаемости”, вставить команду Pause для наблюдения промежуточных результатов, удалять команду Exit Program, чтобы после окончания выполнения командного файла не происходил автоматический выход из программы. Кроме того, возможно добавление или удаление любой команд
/M <имя файла> - задание имени файла макросов (по умолчанию .PROBE.MAC). Макросы, определенные в файле макросов, считываются во время работы программы Probe;
/S<имя файла> - задание имени файла (по умолчанию .PROBE.DSP), в котором сохраняются текущие атрибуты вывода результатов на дисплей. К ним относятся число графиков на экране, характер масштаба по координатным осям (линейный или логарифмический ). Вид разметки по осям (автоматическая или ручная) и т.д.
После вызова программы Probe на экран выводится начальное меню:
Craphics Post-Processor for PSpice
Circuit : <заголовок задачи>
Date/Time run : <дата и время текущего сеанса>
Temperature : <температура>
В начальном меню перечислены виды расчетов, выполненных при моделировании рассматриваемой цепи, заголовок которой указывается в верхней левой части экрана. Поэтому состав меню для каждой команды конкретной задачи определяется перечнем директив в задании на моделирование. В нем предусматривается выбор следующих режимов:
Exit_program - завершение работы с постпроцессором Probe;
Dc_sweep - построение графиков передаточной функции по постоянному току;
Ac_sweep - построение графиков частотных характеристик;
Transient_analysis - построение графиков переходных процессов.
Если входной файл содержит задание на моделирование нескольких схем или одной схемы при нескольких значениях температуры или другого параметров (файл данных для Probe в этом случае состоит из нескольких секций). То после указания вида расчета выводится меню выбора:
Exit - возвращение в начальное меню;
All_<тип анализа> - построение графиков всех вариантов расчета (предлагается только при вариации параметров схемы или температуры);
Select_sections - выбор из выводимого на экран списка только тех данных, графики которых должны быть построены,
После выбора того или иного режима на экран выводится координатная сетка графика, по горизонтальной оси которого откладывается независимая переменная соответствующая выбранному режиму ( эта переменная изменяется в последующем по желанию пользователя). В нижней части экрана выводится меню режима. Команды этого меню имеют следующий смысл:
Exit -возвращение в предыдущее меню.
Add Trace - добавление кривой на графике. На графики вводится зависимости выходных переменных или арифметических выражений, содержащих эти переменные.
Remove Trace - удаление одного или всех графиков.
X (Y) Axis - установка диапазона изменения переменных по оси X (Y) с помощью подкоманд:
Log (Linear) - установка логарифмического (линейного) масштаба по координатным осям;
Auto_Range - автоматическое масштабирование координатных осей;
Set_Range - вывод части графика в заданном диапозоне значений переменных, задаваемого по формату:
<значение>, <значение> или (<значение>, <значение>)
Restrict_data - установка диапазона переменных по оси Х для вычисления преобразования Фурье и других функций , таких как s(х); AVG (x), RMS(x), MIN(x), Max(x);
X_variable- изменение имени переменной, откладываемой по оси Х (так, например, можно построить фазовый портрет). По умолчанию по оси Х откладывается независимая переменная;
Fourier- преобразование Фурье всех функций , графики которых выведены на экран дисплея (отметим, что в отличие от этого режима по директиве FOUR рассчитывается спектр процесса по последнему периоду его реализации, т.е. спектр процесса в стационарном режиме). Спектр процесса представляет собой комплексную величину, модуль , фаза , действительная и мнимая части которой выводятся на экран по тем же правилам, что и в режиме АС. Если на экран выведен график частотной характеристики, то рассчитается обратное преобразование Фурье;
Quit_fourier - завершение работы с преобразованием Фурье;
Plot_Control- управление построением графиков с помощью следующих подкоманд:
Add_Plot - размещение на одном экране графиков в отдельных (до 20) координатных сетках с одинаковым масштабом по оси Х и произвольным по оси ;
Remove_Plot - удаление с экрана выбранной координатной сетки вместе с построенными графиками. Оставшиеся координатные сетки масштабируются таким образом, чтобы заполнить весь экран;
Select-Plot - активизация одной из координатных сеток, в которой в данный момент строятся графики. Слева от активной координатной сетки устанавливается метка SEL>>;
Use-symbols (Do-not-use-symbols) - разрешение (запрещение) нанесения на различные графики специальных графических символов (кружки, ромбики и др);
Display-control - сохранение в файле атрибутов дисплея для последующей автоматической установки при запуске программы Probe. К данным атрибутам относится число координатных сеток на экране, выбор линейного или логарифмического масштаба по осям X и Y и т.д. Перечислим подкоманды этого режима:
Restore - считывание атрибутов из файла с указанным именем;
Save - сохранение текущих атрибутов в файле с указанным именем;
List-display - вывод списка имен всех файлов, в которых сохранены атрибуты дисплея;
View-display-detail - просмотр атрибутов, хранящихся в файле с указанным именем;
One (AU) - delete - удаление одного (всех) файлов атрибутов. При выходе из программы Probe атрибуты экрана всегда сохраняются в файле LAST-SESSION.
Macros - вызов меню макросов, содержащего следующие команды:
Define-macro - создание нового макроса. Стандартная форма макроса следующая:
<имя макроса> ([аргумент[,аргумент] )] = <описание>.
Аргументы описываются непосредственно вслед за именем макроса без пробелов. Макросы могут содержать ссылки на другие макросы, однако рекурсивные вызовы не допускаются. Макрофайл PROBE.MAC может редактироваться с помощью обычного текстового редактора;
Modify-macro - изменение любого макроса;
Copy-macro - копирование существующего макроса под другим именем;
List-Macros - вывод списка всех макросов;
One-delete - удаление определенного макроса;
Alt-delete - удаление всех макросов.
Примеры записи макросов: ADD (A, B) = A+ B 10X (A) = 10 A.
Hard-copy - вывод графиков на принтер или графопостроитель. При этом драйвер конкретного устройства вывода должен быть указан в файле конфигурации PROBE.DEV;
Cursor - считывание координат точек на графиках с помощью двух электронных курсоров. Курсоры могут быть связаны с одной или двумя кривыми. Первый курсор перемещается с одной кривой на другую нажатием клавиш <Ctrl> <влево> и <Ctrl> <вправо>, второй - соответственно <Shift> <Ctrl> <влево> и <Shift> <Ctrl> <вправо>. Первый курсор перемещается вдоль выбранной кривой с помощью клавиш <влево> и <вправо>. Каждое нажатие приводит к перемещению по графику на один пиксел. Если клавиша удерживается в нажатом состоянии, то перемещение происходит блоками по 10 пикселей. Для перехода в начало или конец графика используются клавиши <Home> и <End> соответственно. Для перемещений второго курсора используются те же клавиши, но с добавлением <Shift>. Манипулятором «мышь» также можно управлять курсорами: левая клавиша управляет первым курсором, правая - вторым. Текущие значения координат курсоров и их разность выводятся непрерывно в нижней правой части экрана.
В режиме Add-Trace выводится запрос на ввод одной или нескольких переменных или выражений, откладываемых по вертикальной оси графика:
Enter variable or expressins:
Различные кривые на одном графике выделяются на цветном мониторе цветом, при выводе на черно-белый принтер или графопостроитель - различными значками.
При вводе переменных в программе Probe соблюдаются следующие условия. Символы в верхнем и нижнем регистрах не различаются, за исключением масштабных суффиксов m = 10-3 и М = 10-6. Остальные суффиксы в программе Probe имеют те же значения, что и в программе PSpice, за исключением отсутствующих в программе Probe суффиксов MEG и MIL. Кроме того, в программе Probe пользуются следующими суффиксами для простановки единиц размерности на осях координат:
М - вольты;
A - амперы;
W - ватты;
d - градусы;
s - секунды;
H - герцы.
В программе Probe также определено, что W=V A, V=W/A, A=W/v. Так, если построить график выражения V(5)*ID (M13), то ось ординат автоматически будет размечена в ваттах.
Формат переменных такой же, как в программе PSpice, за небольшим исключением. Во-первых, по формату В(Кххх) выводится магнитная индукция сердечника трансформатора (в (rayccax) и по формату Н (Кххх) - напряженность магнитного поля (в эрстедах), где Кххх - имя магнитного сердечника. Во-вторых, при выводе спектральной плотности напряжения выходного шума вместо имени переменной ONOISE следует указать V(ONOISE) , аналогично при выводе спектральной плотности напряжения входного шума вместо ONOISE указывается V (INOISE), а при выводе спектральной плотности тока входного шума - I(INOISE).
В качестве независимых переменных в режиме DC выступает напряжение или ток варьируемого источника, в режиме АС - частота, а в режиме TRAN - время. Размерность вертикальной оси графика устанавливается автоматически в соответствии с типом имени переменной. Например, в режиме АС при построении графика модуля напряжения V(1) - в градусах, а группового времени запаздывания VG (1) - в секундах.
На график можно вывести не только значения отдельных переменных, но и выражения, в которых допускаются следующие математические операции:
+, -, *, / - арифметические операции;
АВS (x) - абсолютное значение x;
SGN (x) - знак число x (+ 1 при x > 0, 0 при x = -1 при x <0);
SQRT (x) корень квадратный из x;
EXP (x) - экспонента числа x;
LOG (x) - натуральный логарифм x;
LOG 10 (x) - десятичный логарифм x;
DB (x) - значение числа x в децибелах, равное 201g (ABS (x));
PWR (x,y) - степенная функция x ;
SIN(x) - синус x (x в радианах);
COS (x) - косинус x (x в радианах);
TAN (x) - тангенс x (x в радианах);
ATAN (x), ARCTAN (x) - арктангенс x в радианах;
d(y) - производная от переменной y по переменной, откладываемой на
горизонтальной оси;
s(y) - интеграл от переменной y по переменной, откладываемой на
горизонтальной оси;
AVG (y) - текущее среднее значение переменной;
RMS(y) - текущее среднеквадратическое отклонение переменной;
MIN(x) - минимальное значение переменной x;
MAX (x)- максимальное значение переменной x;
Например, можно вывести графики переменных V(5), V(INOI-SE) или выражений SIN(V(5)/7.536, V(3,5)*I(D2), RMS (V(R1)*I(К1)).
6.3. Управляющая оболочка SHELL
Возможности управления оболочкой Control Shell. Она обеспечивает удобство работы с пакетом PSpice и обладает следующими возможностями:
управление через меню среды, позволяющей устанавливать входной файл с описанием схемы и заданием на моделирование? Управление возможно как с помощью клавиатуры, так и манипулятора «мышь»;
вызов с помощью функциональных клавиш списка ошибок в выходном файле, разделов справочного руководства о правилах работы с программой, встроенного калькулятора;
запуск программ PSpice, Probe, StmEd непосредственно из меню без выхода из оболочки;
просмотр результатов анализа в выходном файле;
текстовое редактирование для внесения изменений во входной файл небольшого размера;
подключение внешних текстовых редакторов и графических редакторов принципиальных схем из пакетов программ P-CAD, OrCAD, Micro-Cap 111 и др.
При работе с управляющей оболочкой функциональные клавиши имеют следующее назначение:
<F1> - вызов окна контекстной помощи;
<F2> - перемещение окна помощь;
<F3> - вызов справочного руководства;
<F4> - вызов списка файлов для выбора и загрузки;
<F6> - вызов списка ошибок;
Клавиши манипулятора «мышь» имеют следующее назначение:
при работе в основных окнах оболочки нажатие левой или правой клавиш эквивалентно нажатию клавиши <Enter>, нажатие обеих - клавиши <Esc>; при работе в окнах редактирования задания и просмотра результатов моделирования нажатие левой или правой клавиши означает выделение блока, нажатие обеих эквивалентно нажатию клавиши <Esc>/
Запуск управляющей оболочки производится командой
>ps [< имя входного файла> [CIR]]
При наличии ПЭВМ с адаптером CGA для монохромного монитора (такую комбинацию имеют многие портативные компьютеры типа «Laptop» или с графической Hercules в командной строке дополнительно указывается параметр - M:
>ps-M [ имя входного файла>[CIR]]
После этого в верхней части экрана появится горизонтальное меню основных режимов оболочки (рис.21). Выбор требуемого режима осуществляется с помощью манипулятора «мышь» или клавиши перемещения курсора и завершается нажатием клавиши <Enter>; отмена текущего пункта и возврат в предшествующий пункт меню - нажатием клавиши <Esc>.
Не все части меню доступны для выбора сразу после запуска оболочки (доступные части выделены ярким шрифтом).Они подключаются в процессе работы. Каждый из режимов меню имеет ряд подрежимов, список которых выводится на экран после выбора этого режима. Приведем их перечень.
Режим Files предназначен для работы с файлами в различных режимах:
Edit - редактирование входного файла с помощью встроенного редактора:
Browse Output - просмотр результатов анализа в выходном файле с расширением OUT. Ограничения: максимальная длина строки - 132 символа; максимальный размер файла - 32700 строк или примерно 1,3 Мбайт. Если объем файла превышает этот предел, будут показаны только первые 32700 строк. Система команд полностью совпадает с командами встроенного редактора, за исключением перехода на строку с указанным номером <Ait>-<G>;
Current File - указание имени текущего входного файла (его можно указать и при запуске управляющей оболочки);
Save File - сохранение текущего входного файла;
X-External Editor - вызов внешнего редактора. Это может быть как текстовый редактор типа Multi-Edit, так и графический редактор принципиальных схем, например PC-CAPS из пакета P-CAD (подробности приведены ниже);
R-External Browser - вызов внешней программы просмотра результатов анализа, например программы WPVIEW из пакета Norton Commander.
Режим Circuit означает редактирование описания схемы в подрежимах:
Devices - просмотр и редактирование параметров компонентов в текущем файле;
Models - просмотр и редактирование параметров моделей компонентов в текущем файле;
Parameters - просмотр и редактирование глобальных параметров;
Errors - вызов списка ошибок в описании схемы (аналогично нажатию клавиши <F6>.
Режим StmEd - -это редактор внешних сигналов StmEd (Stimulus Editor);
Command File - вызов командного файла (по умолчанию используется файл с текущим именем и расширением CMD).
Можно отменить вызов командного файла или, наоборот, дать команду на его выполнение;
Log to Fiie - создание файла протокола (по умолчанию создается файл с текущим именем и расширением LOG).Этот файл может быть использован не только для хранения информации, но и как командный файл после переименования.
Режим Analysis предназначен для анализа характеристик схемы;
AC Noise - ввод и редактирование параметров директив АС и NOISE;
DC Sweep - ввод и редактирование параметров директивы DC;
Transient - ввод и редактирование параметров директив TRAN и FOUR;
Parametric - ввод и редактирование параметров, варьируемых по директоре STEP;
Specify Temperature - ввод и редактирование значений температуры, назначаемых по директиве TEMP. После задания новых значений температуры следует нажать клавиши <Ctrl>, <Enter> для сохранения этих значений и возврата в меню Analysis;
Monte Carlo - задание параметров статистического анализа по методу Монте-Карло, выполняемого по директиве МС;
Change Options - задание параметров директивы OPTIONS.
Режим Display служит для вывода результатов на внешние устройства:
Print - спецификация переменных, выводимых на принтер по директиве PRINT (вывод на другие внешние устройства в настоящей версии программы не предусмотрен).
Режим Probe подключает графический постпроцессор:
Run Probe - вызов программы Probe;
Auto-run - установка режима автоматического запуска программы Probe после успешного завершения анализа характеристик с помощью программы PSpice;
None/Some/Alt- определение перечня данных, передаваемых в программу PROBE <список выходных переменных>;
Command File - вызов командного файла (по умолчанию используется командный файл с текущим именем и расширением CMD);
Log to File - создание файла протокола (по умолчанию создается файл с текущим именем и расширением LOG)/ Этот файл может быть использован не только для хранения информации, но и как командный файл после его переименования.
Format - выбор формата, в котором будет создаваться файл данных для программы Probe (двоичный или ASCLL файл) при использовании в задании директивы PROBE/CSDF;
Setup - задание типа дисплейного адаптера, имени порта, к которому подключен принтер, и типа принтера для программы Probe, сохранение этих данных в файле PROBE.DEV.
Режим Quit завершает работу с управляющей оболочкой.
Exit to DOS - выход в ДОС (завершение работы с оболочкой heii);
DOS Command - выполнение команд операционной системы без выхода из управляющей оболочки. Если вместо набора команды операционной системы нажать клавишу <Enter>, то вызывается обычное приглашение операционной системы ДОС. Для выхода из этого режима в командной строке набирается команда EXIT/
Работа с управляющей оболочкой. В начале работы с программой PSpice под управлением оболочки Shell необходимо определить текущий входной файл описания схемы. Это может быть как уже существующий, так и новый файл. Для этого необходимо в меню Files выбрать пункт Current. В появившемся окне нужно задать имя входного файла и нажать клавишу <Enter>. Если вместо ввода имени нажать клавишу <F4>, откроется новое окно, в котором будут указаны имена всех существующих файлов в текущем каталоге с расширением CIR. В этом случае достаточно отметить требуемый файл с помощью курсора и после нажать клавишу <Enter>. Этот режим отменяется нажатием клавиш <Esc>.
Если при загрузке входного файла не было обнаружено синтаксических ошибок, в поле статуса (в нижней части экрана) появится сообщение «Loaded». Если были обнаружены ошибки, то в поле статуса выводится сообщение «Errors».При нажатии клавиши <F6> появляется окно, содержащее список всех ошибок с указанием соответствующих номеров строк во входном файле. Перемещаться по списку можно с помощью клавиш <PgUp> и <PgDn>. Для выхода необходимо повторное нажатие клавиши <F6>. Заметим, что информацию об ошибках можно также получить в режиме просмотора выходного файла с расширением OUT.
Входной файл редактируется в пункте Edit в меню Files. В окне появится начало текущего файла. По умолчанию редактор находится в режиме Insert (вставка). В верхней строке окна редактора выводится текущее положение курсора (номер строки и столбца) и текущий режим Insert или Delete. Ограничения: максимальная длина строки 132 символа: максимальный размер редактируемого файла 32 Кбайт. При редактировании используются следующие команды:
<Ctrl>-<Z> - сдвиг вверх по тексту;
<Ctrl>-<W> - сдвиг вниз по тексту;
<Esc> - выход из редактора;
<Ctrl>-<PgUP> - переход на начало файла;
<Ctrl>-<PpDn> - переход на конец файла;
<Home> - переход на начало строки;
<End> - переход на конец строки;
<Ctrl>-<Home> - переход на начало страницы;
<Ctrl>-<end> - переход на конец страницы;
<Alt>-<S> - поиск подстроки.
При выходе из редактора на соответствующий запрос нажимается клавиша <S>,
если необходимо сохранить изменения, или клавиша <D>, если режим редактирования завершается без сохранения внесенных изменений.
Параметры режима, анализа характеристик цепи устанавливаются в меню Analysis, в котором необходимо выбрать пункт, соответствующий определенному виду анализа (например, режим AC & Noise). Затем в появившемся окне задаются соответствующие параметры. При этом программа будет проверять вводимые значения на «здравый смысл» (так, конечная частота не может быть меньше начальной и т.п.).
Анализ характеристик начинается после выбора пункта Start в меню Analysis. В этом случае появляется обычный вид экрана программы PSpice, считывается текущий входной файл и, если не обнаружены ошибки, начинают выполняться все заданные виды анализа. Если перед началом анализа в меню Probe Run задать параметр Auto-Run и во входном файле задана директива PROBE, графический постпроцессор Probe начнет работу сразу после окончания анализа. После завершения работы с программой Probe управление передается в основное меню управляющей оболочки Shell. Текущий файл при этом остается прежним и доступным для редактирования и просмотора. Программа Probe вызывается не только автоматически, но и вручную, для чего в меню Probe следует выбрать пункт Run Probe.
Если при запуске программы Probe не сможет найти файл конфигурации PROBE.DEV, будет выдано сообщение об ошибке. В этом случае из меню Probe надо вызвать пункт Setup для установки текущей конфигурации. Клавиша F4> позволяет в каждом из вводимых полей Setup получать список устройств, поддерживаемых программой. В результате будет создан новый файл PROBE.DEV, а предыдущая версия этой файла (если она существует) будет записана в файл PROBE.PBK.
Программу Probe можно запустить, даже если входной файл не описан. В этом случае будет выдан запрос на имя файла данных. Вместо ввода имени файла можно воспользоваться клавишей <F4> и выбрать файл из списка файлов с расширением DAT, находящихся в текущем каталоге.
Описания компонентов можно изменить в подрежиме Device режима Circuit. В окне появится перечень всех компонентов данной схемы соответствующих моделей (если они заданы) и значения их параметров. Изменив значения параметров компонентов, можно вернуться в режим анализа и определить, как данное изменение отразилось на характеристике схемы. Все изменения при этом будут занесены в файл описания схемы, причем строки, подвергшиеся изменения, будут отмечены комментарием вида *ipsp*. Измененные описания компонентов помещаются на место старых, а измененные директивы добавляются в конец файла перед директивой END.
Внешние сигналы, представляющие собой независимые источники напряжения и тока, редактируются программой StmEd.. Эта программа может вызываться с помощью управляющей оболочки Shell, так и автономно (см,разд,3.1).
Часто бывает необходимо повторять лишь некоторые из заданных видов анализа. Тогда, чтобы отменить ненужные, необходимо в главном меню выбрать режим Analysis, затем войти в соответствующий пункт меню и на запрос «Enable» («доступен?») ввести <N>. Если позже потребуется опять включить этот вид анализа, то достаточно будет на вопрос Enable?» ответить <Y> и все параметры анализа будут автоматически восстановлены.
Управляющая оболочка хранит информацию о всех выбранных видах анализа в отдельном файле с расширением CFG. Если этот файл отсутствует, он будет создан программой. Следует хранить его вместе с исходным файлом описания схемы.
Доступ к справочному руководству возможен на любой фазе работы с управляющей оболочкой Shell с помощью клавиши <F3>. В режиме просмотра или редактирования выдается контекстно-зависимая информация. Для получения справки надо подвести курсор к выбранному компоненту или директиве и затем нажать клавиши <F3>, <Enter> и еще раз <Enter>.
Встроенный калькулятор вызывается клавишей <F5>. Выполняются обычные арифметические операции и некоторые дополнительные функции (для получения списка функций следует нажать клавишу БА1Ю. Углы могут быть выражены как в градусах (для этого следует нажать клавишу <D>, так и в радианах (нажать клавишу <R>). При вычислениях первыми вводятся числа, а затем операторы. Например, последовательность 2 <Enter> 3 <+> соответствует операции 2+3=5 Выход из калькулятора достигается нажатием клавиши <Esc>.
Когда входной файл уже описан, то во время работы он копирует в некий «рабочий файл» и все текущие изменения выполняются именно в нем. Если при выходе из управляющей оболочки на соответствующий запрос ответить <S> (сохранить), то исходный файл будет скопирован в файл с расширением СВК, а»рабочий файл» - в файл с исходным именем. После этого «рабочий файл» будет уничтожен..
Выход из управляющей оболочки осуществляется выбором пункта Exit to DOS в режиме Quit.
Подключение внешних редакторов. Оно производится следующим образом. Выбор подрежима External Editor в режиме Files вызывает запуск внешнего редактора, который предварительно должен быть описан с помощью следующей переменной среды DOS:
set PSEDIT = <полное имя внешнего редактора> [опции].
После завершения редактирования происходит автоматический возврат в управляющую оболочку. Отметим, что переменная PSEDIT может быть использована для запуска командного файла, что значительно расширяет возможности работы с внешним редактором (см. ниже).
Внешняя программа просмотра (подрежим Browse Output) позволяет анализировать результаты анализа в выходном файле.
Для ее подключения необходимо выполнить команду DOS:
set PSBROWSE] = <полное имя внешней программы просмотра> [<опции>]
ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ НА РАСЧЕТ ЦЕПЕЙ
10.1 Цепь 1
Следующее задание определяет рабочую точку цепи по постоянному току и малосигнальную передаточную функцию простого дифференциального каскада. Кроме того вычисляется малосигнальная реакция цепи на входное воздействие синусоидального сигнала в диапазоне частот 1Гц -- 100МГц.
SIMPLE DIFFERENTIAL PAIR
VCC 7 0 12
VEE 8 0 -12
VIN 1 0 AC 1
RS1 1 2 1K
RS2 6 0 1K
Q1 3 2 4 MOD1
Q2 5 6 4 MOD1
RC1 7 3 10K
RC2 7 5 10K
RE 4 8 10K
.MODEL MOD1 NPN BF=50 VAF=50 IS=1E-12 RB=100 CJC=.5PF TF=.6NS
.TF V(5) VIN
.AC DEC 10 1 100MEG
.PLOT AC VM(5) VP(5)
.PRINT AC VM(5) VP(5)
.END
10.2 Цепь 2
Следующее задание определяет выходные характеристики МОП- транзистора в диапазоне напряжении сток-исток (VDS) 0-10В и затвор-исток (VGS) 0-5В.
MOSFET OUTPUT CHARACTERISTICS
.OPTIONS NODE NOPAGE
VDS 3 0
VGS 2 0
M1 1 2 0 0 MOD1 L=4U W=6U AD=10P AS=10P
.MODEL MOD1 NMOS VTO=-2 NSUB=1E15 UO=550
* VIDS (ЭДС=0) введён для измерения тока стока ID; мы могли бы использовать для этой цели VDS, но тогда ток получился бы отрицательным.
VIDS 3 1
.DC VDS 0 10 .5 VGS 0 5 1
.PRINT DC I(VIDS) V(2)
.PLOT DC I(VIDS)
.END
10.3 Цепь 3
Следующее задание определяет передаточную характеристику простого РТЛ - инвертора по постоянному току, а также его реакцию на импульс (временной анализ). На вход инвертора подаётся импульс с размахом 0-5В; время нарастания, спада импульса и задержки от начала анализа составляет 2нсек. Длительность импульса -- 30нсек. Временной анализ выполняется при T=0-100нсек.; шаг печати результатов -- 1нсек.
SIMPLE RTL-INVERTER
VCC 4 0 5
VIN 1 0 PULSE 0 5 2NS 2NS 2NS 30NS
RB 1 2 10K
Q1 3 2 0 Q1
RC 3 4 1K
.PLOT DC V(3)
.PLOT TRAN V(3) (0,5)
.PRINT TRAN V(3)
.MODEL Q1 NPN BF 20 RB 100 TF .1NS CJC 2PF
.DC VIN 0 5 0.1
.TRAN 1NS 100NS
.END
10.4 Цепь 4
Следующее задание моделирует 4-битный двоичный сумматор. Оно использует определения подцепей для описания различных участков схемы.
ADDER -- 4 BIT ALL-NAND-GATE BINNARY ADDER
***************** ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОДЦЕПЕИ *****************
.SUBCKT NAND 1 2 3 4
Выводы : INPUT(2), OUTPUT, VCC
Q1 9 5 1 QMOD
D1CLAMP 0 1 DMOD
Q2 9 5 2 QMOD
D2CLAMP 0 2 DMOD
RB 4 5 4K
R1 4 6 1.6K
Q3 6 9 8 QMOD
R2 8 0 1K
RC 4 7 130
Q4 7 6 10 QMOD
DVBEDROP 10 3 DMOD
Q5 3 8 0 QMOD
.ENDS NAND
.SUBCKT ONEBIT 1 2 3 4 5 6
*Выводы : INPUT(2), CARRY-IN, OUTPUT, CARRY-OUT, VCC
X1 1 2 7 6 NAND
X2 1 7 8 6 NAND
X3 2 7 9 6 NAND
X4 8 9 10 6 NAND
X5 3 10 11 6 NAND
X6 3 11 12 6 NAND
X7 10 11 13 6 NAND
X8 12 13 4 6 NAND
X9 11 7 5 6 NAND
.ENDS ONEBIT
.SUBCKT TWOBIT 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Выводы : INPUT - BITO(2) / BIT1(2) , OUTPUT - BIT0 / BIT1
CARRY-IN, CARRY-OUT, VCC
X1 1 2 7 5 10 9 ONEBIT
X2 3 4 10 6 8 9 ONEBIT
.ENDS TWOBIT
.SUBCKT FOURBIT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Выводы : INPUT - BITO(2) / BIT1(2) / BIT2(2) / BIT3(2)
OUTPUT - BIT0 / BIT1 / BIT2 / BIT3
CARRY-IN, CARRY-OUT, VCC
X1 1 2 3 4 9 10 13 16 15 TWOBIT
X2 5 6 7 8 11 12 16 14 15 TWOBIT
.ENDS FOURBIT
************* ОПРЕДЕЛЕНИE НОМИНАЛЬНОЙ ЦЕПИ *************
.MODEL DMOD D
.MODEL QMOD NPN (BF=75 RB=100 CJE=1PF CJC=3PF)
VCC 99 0 DC 5V
VIN1A 1 0 PULSE (0 3 0 10NS 10NS 10NS 50NS)
VIN1B 2 0 PULSE (0 3 0 10NS 10NS 20NS 100NS)
VIN2A 3 0 PULSE (0 3 0 10NS 10NS 40NS 200NS)
VIN2B 4 0 PULSE (0 3 0 10NS 10NS 80NS 400NS)
VIN3A 5 0 PULSE (0 3 0 10NS 10NS 160NS 800NS)
VIN3B 6 0 PULSE (0 3 0 10NS 10NS 320NS 1600NS)
VIN4A 7 0 PULSE (0 3 0 10NS 10NS 640NS 3200NS)
VIN4B 8 0 PULSE (0 3 0 10NS 10NS 1280NS 6400NS)
X1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 13 99 FOURBIT
RBIT0 9 0 1K
RBIT1 10 0 1K
RBIT2 11 0 1K
RBIT3 12 0 1K
RCOUT 13 0 1K
.PLOT TRAN V(1) V(2) V(3) V(4) V(5) V(6) V(7) V(8)
.PLOT TRAN V(9) V(10) V(11) V(12) V(13)
.PRINT TRAN V(1) V(2) V(3) V(4) V(5) V(6) V(7) V(8)
.PRINT TRAN V(9) V(10) V(11) V(12) V(13)
Ну а теперь—директива, прожигающая ПАМЯТЬ, ВРЕМЯ и ДЕНЬГИ
Итак, если Вы—любовник дочери миллионера ...
.TRAN 1NS 6400NS
.OPTIONS ACCT LIST NODE LIMPTS=6401
.END
10.5 Цепь 5
Задание моделирует длинную линию, включённую как инвертор. Так как сигнал должен распространяться в двух направлениях, требуются две длинные линии. В случае коаксиальной линии, первая модель линии (T1) -- это средняя жила и оплётка кабеля, а вторая (T2) -- оплетка-земля.
TRANSMISSION-LINE INVERTER V1 1 0 PULSE (0 1 0 0.1N)
R1 1 2 50
X1 2 0 0 4 TLINE
R2 4 0 50
.SUBCKT TLINE 1 2 3 4
T1 1 2 3 4 Z0=50 TD=1.5NS
T2 2 0 4 0 ZO=100 TD=1NS
.ENDS TLINE
.TRAN 0.1NS 20NS
.PLOT TRAN V(2) V(4)
.END
НЕЛИНЕИНЫЕ ЗАВИСИМЫЕ ИСТОЧНИКИ
SPICE позволяет встраивать в цепи зависимые источники, характеристики которых могут быть описаны к.л. из следующих выражении :
i=F(v) v=F(v) i=F(i) v=F(i)
где функция F может быть функцией нескольких переменных, но она должна быть представлена полиномом. Последние задаются своими коэффициентами p1,p2,...pn. Количество аргументов (размерность полинома) и количество коэффициентов не ограничено. Значения коэффициентов зависят от размерности полинома, как показано в следующем примере :
Предположим, что F является функцией одного переменного (т.е. её размерность равна 1). Тогда значение функции fv определяется следующим выражением аргумента fa :
fv = p0 + (p1*fa) + (p2*fa**2) + (p3*fa**3) + (p4*fa**4) + ...
Предположим теперь, что F—функция двух переменных fa и fb. Тогда значение функции fv будет определяться так :
fv = p0 + (p1*fa) + (p2*fb) + (p3*fa**2) + (p4*fb**2) + (p5*fa*fb) +
+ (p6*fa**3) + (p7*fa**2*fb) + (p8*fa*fb**2) + (p9*fb**3) + ...
Наконец рассмотрим случаи функции трёх аргументов fa, fb и fc. Тогда fv определяется равенством :
fv = p0 + (p1*fa) + (p2*fb) + (p3*fc) +
+ (p4*fa**2) + (p5*fa*fb) + (p6*fa*fc) + (p7*fb**2) + (p8*fb*fc) +
+ (p9*fc**2) + (p10*fa**3) +
+ (p11*fa**2*fb) + (p12*fa**2*fc) + (p13*fa*fb**2) +
+ (p14*fa*fb*fc) + (p15*fa*fc**2) + (p16*fb**3) +
+ (p17*fb**2*fc) + (p18*fb*fc**2) + (p19*fc**3) + (p20*fa**4) + ...
Замечание : Если полином является функцией одной переменной и для него задан только один коэффициент, то SPICE считает, что задан коэффициент p1, а p0=0.0; Это сделано для удобства ввода линейно-зависимых источников.
Для всех четырёх источников, описанных ниже, можно задать необязательные начальные условия. Если они не указаны, SPICE принимает нулевые начальные условия как начальное приближение для управляющей переменной . Программа использует эти данные для расчёта рабочей точки цепи по постоянному току. После того, как сходимость достигнута, программа продолжает итерации для получения точного значения управляющей переменной . Следовательно для уменьшения вычислении, производимых для определения рабочей точки (или если заданный полином сильно нелинеен), необходимо в качестве начальных условии указать величину, достаточно близкую к истинному значению управляющего тока.
11.1 Источники тока, управляемые напряжением.
Gxxxxxxx N+ N- <POLY(Nd)> NC1+ NC1- ... P0 <P1 ... > <IC=...>
N+, N- -- положительный и отрицательный полюса источника тока. Ток течёт от N+ через источник к N-
POLY(Nd) -- указывается только для источников, которые описываются полиномами с размерностью большей 1 (т.е. для источников, которые управляются более чем одним напряжением). В этом случае Nd - размерность полинома
NC+,NC-... - положительный и отрицательный управляющие полюса. Для каждого управляющего напряжения должна быть указана пара полюсов
P0,P1...Pn - коэффициенты полинома
IC=... -- необязательные начальные условия—начальное приближение значения управляющего напряжения (или напряжении). По умолчанию выбираются нулевые начальные условия.
Полином определяет выходной ток источника как функцию входного напряжения (или напряжении). Так, во втором примере ток источника определяется формулой :
I = 1E-3 * V(17,3) + 1.5E-3 * V(17,3)**2
Заметьте, что т.к. выходные зажимы источника тока совпадают со входными, то он является фактически моделью НЕЛИНЕИНОГО РЕЗИСТОРА.
Примеры:
G1 1 0 5 3 0 0.1M
GR 17 3 17 3 0 1M 1.5M IC=2V
GMLT 23 17 POLY(2) 3 5 1 2 0 1M 17M 3.5U IC=2.5, 1.3
11.2 Источники напряжения, управляемые напряжением.
Exxxxxxx N+ N- <POLY(Nd)> NC1+ NC1- ... P0 <P1 ... > <IC=...>
N+, N- -- положительный и отрицательный выходы источника
POLY(Nd) -- указывается только для источников, которые описываются полиномами с размерностью большей 1 (т.е. для источников, которые управляются более чем одним напряжением). В этом случае Nd - размерность полинома
NC+,NC-... - положительный и отрицательный управляющие полюса. Для каждого управляющего напряжения должна быть указана пара полюсов
P0,P1...Pn - коэффициенты полинома
IC=... -- необязательные начальные условия - начальное приближение значения управляющего напряжения (или напряжении). По умолчанию выбираются нулевые начальные условия.
Полином определяет выходное напряжение источника как функцию входного напряжения (или напряжении). Так, во втором примере напряжение источника определяется формулой :
V = V(13,0) + V(15,0) + V(17,0)
Другими словами этот источник напряжения является идеальным сумматором напряжения.
Примеры:
E1 3 4 21 17 10.5 2.1 1.75
EX 17 0 POLY(3) 13 0 15 0 17 0 0 1 1 1 IC=1.5, 2.0, 17.35
11.3 Источники тока, управляемые током.
Fxxxxxxx N+ N- <POLY(Nd)> VN1 <VN2 ...> P0 <P1 ... > <IC=...>
N+, N- -- положительный и отрицательный полюса источника тока. Ток течёт от N+ через источник к N.
POLY(Nd) -- указывается только для источников, которые описываются полиномами с размерностью большей 1 (т.е. для источников, которые управляются более чем одним напряжением). В этом случае Nd - - размерность полинома
VN1,VN2... - имена источников напряжении, через которые протекают токи, управляющие данным источником. Для каждого управляющего тока должно быть указано одно имя. Управляющий ток считается положительным, если он протекает от положительного вывода источника напряжения, через источник к отрицательному выводу
P0,P1...Pn - коэффициенты полинома
IC=... -- необязательные начальные условия—начальное приближение значения управляющего тока (или токов) в амперах. По умолчанию выбираются нулевые начальные условия.
Полином определяет выходной ток источника как функцию входного тока (или токов). Так, в первом примере ток источника определяется формулой :
I = 1E-3 + 1.3E-3 * I(VCC)
Примеры:
F1 12 10 VCC 1MA 1.3M
FXFER 13 20 VSENS 0 1
11.3 Источники напряжения, управляемые током.
Hxxxxxxx N+ N- <POLY(Nd)> VN1 <VN2 ...> P0 <P1 ... > <IC=...>
N+, N- -- положительный и отрицательный выходы источника
POLY(Nd) -- указывается только для источников, которые описываются полиномами с размерностью большей 1 (т.е. для источников, которые управляются более чем одним напряжением). В этом случае Nd -- размерность полинома
VN1,VN2... - имена источников напряжении, через которые протекают токи, управляющие данным источником. Для каждого управляющего тока должно быть указано одно имя. Управляющий ток считается положительным, если он протекает от положительного вывода источника напряжения, через источник к отрицательному выводу
P0,P1...Pn - коэффициенты полинома
IC=... -- необязательные начальные условия—начальное приближение значения управляющего тока (или токов) в амперах. По умолчанию выбираются нулевые начальные условия.
Полином определяет выходное напряжение источника как функцию входного тока (или токов). Так, в первом примере напряжение источника определяется формулой :
V = I(VIN1) * I(VIN2)
Примеры:
HXY 13 20 POLY(2) VIN1 VIN2 0 0 0 0 1 IC=0.5 1.3
HR 4 17 VX 0 0 1
Розанов Ю.К. Основы силовой электроники М.: Энергоатомиздат, 1992,- 296 с.
Забродин Ю.С. Промышленная электроника. Учебник для вузов.- М.: Высшая школа, 1982. - 486 с.
Шопен Л.Б. Бесконтактные электрические аппараты автоматики. Учебник для вузов. 2-е изд. перераб.- М.: Энергоатомиздат, 1988. - 563 с.
Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Г.С.Найвельт, К.Б.Мазель, Ч.И.Хусаинов и др.; Под ред. Г.С. Найвельта.- М.: Радио и связь, 1985 - 576 с.,ил.
Моин В.С., Лаптев Н.Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М.: Энергия, 1972- 512 с, ил.
Разевиг В.Д. Применение программ P-CAD и PSpice для схемотехнического моделирования на ПЭВМ: в 4-х выпусках. Вып. 2: Модели компонентов аналоговых устройств- М.: Радио и связь, 1992,- 64 с.
Разевиг В.Д. Применение программ P-CAD и PSpice для схемотехнического моделирования на ПЭВМ: в 4-х выпусках. Вып. 3: Моделирование аналоговых устройств- М.: Радио и связь, 1992,- 120 с.
Цикин Г.С. Усилительные устройства. Учебник для электротехнических институтов связи. - М.: Связь, 1971.
Ромаш Э.М. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. М.; Радио и связь, 1981.
Сергеев Б.С. Схемотехника функциональных узлов источников вторичного электропитания: Справочник. М.: Радио и связь, 1992.
Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. В 2-х томах. - М.: Мир,
Разевиг В.Д. Моделирование аналоговых электронных устройств на персональных ЭВМ.- М.: Изд-во МЭИ, 1992,- 162 с.
SPICE USERS GUIDE. MisroSin Corporation,- La Cadena Drive, Laguna Hills, 1989,- 450 p.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение 3
2. Растровая графика 4
2.1. Растр, растровый массив 4
Методические указания к выполнению лабораторных работ
Подписано в печать ___.___ 98. Формат 60*84*16. Бумага газетная.
Оперативная печать. Усл. печ. л. 2. Уч. Изд. л. 2. Тираж 200 экз.
Заказ ____.
Отпечатано в отделе оперативной полиграфии
управления “ТатАСУнефть” АО Татнефть
423400 Альметьевск, ул. Ленина, 75