Приложение

Программа схемотехнического моделирования электрических цепей

Pspice

Введение

PSpice 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.

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, аналоговые и цифровые устройства.

I. Вызов пакета программ

Запуск программных модулей, входящих в состав пакета программ PSpice, 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

>pspise [<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 PSpice. Это не всегда удобно, поэтому файлы пользователей целесообразно помещать в подкаталог, например DATA.

Программа PSpice прерывается нажатием клавиш <Esc>, <Break> или <Ctrl>-C.

Выходному файлу присваивается имя <имя входного файла>.DAT.

II. Входной язык программирования pspice

2.1. Структура задания на моделирование

Составление задания на моделирование для программы PSpice начинается с присвоения имен узлам принципиальной схемы. Имена узлов могут быть целыми числами от 0 до 9990 или алфавитно-цифровыми символами. В качестве этих символов используются буквы латинского алфавита от A до Z, цифры 0,1, ...., 9 и знаки $, _, * , /, %. Узлу «земля» всегда присваивается номер 0. При ссылке на имена узлов в виде алфавитно-цифровых символов они заключаются в квадратные скобки [ ]. Например, потенциал узла 31 обозначается как V(31), а потенциал узла IN - V([IN]). Это сделано для того, чтобы отличить имена узлов от имен компонентов; так V(C2) - напряжение на конденсаторе С2, V([IN]) - потенциал узла IN. Заметим, что в программе Probe при ссылке на алфавитно-цифровые имена узлов квадратные скобки не нужны, они отсутствуют и в выходном файле с расширением .OUT.

В программе существует соглашение что все узлы, имена которых начинаются с символов $G_, являются глобальными, например узел G_POS. Глобальные узлы используются в схемах, имеющих макромодели. Глобальные узлы с одинаковыми именами автоматически соединяются в основной цепи и во всех макромоделях. С их помощью удобно прокладывать цепи питания, синхронизации и т.п. (узел «земля» 0 всегда является глобальным). Глобальные узлы с произвольными именами начинаются с директивы .GLOBAL.

После этого составляют задание на моделирование, которое заносится в файл. Имя файла, в качестве расширения имени рекомендуется использовать .CIR. Первая строка файла - строка заглавия, которая затем выводится в виде заголовка в выходном файле (в ней может быть помещен любой текст, не содержащий кириллицу). Строки комментариев 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.

Предложения входного языка программы PSpice делятся на описание компонентов и директивы управления заданием на моделирование.

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>

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 R12, ROUT, Q12..

Компоненты аналоговых и цифровых устройств:

Первый символ Тип

имени

В Арсенид-галлиевый полевой транзистор с каналом n-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 PSpice осуществляется масштабирование чисел с помощью следующих суффиксов: F=10^-15, P=10^-12, N=10^-9, U=10^-6, MIL=25,410^-6, M=10^-3, 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, 5.1К, 5.1КОМ, 5.1КОНМ, 5.1К3, 0.0051Е3К. При этом допускается присоединить суффиксы и к числам в форме с плавающей запятой, как в последнем примере.

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 ТС1, ТС2 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 х^y;

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 PSpice 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 внутреннего шума

.OP Передача в выходной файл параметров

схемы,линеанизированной в окрестности

рабочей точки

.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

.PRINT 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