Самосадный Автоматизированное проектирование устройств систем сбора-обработки Ч2 2015

Результат подключения библиотеки OPAMPNEW.OLB с компонентом OPA227, готовым для вызова в принципиальную схему, представлен на рис. 5.15.

Рис.5.15. Окно вызова компонента Place Part

Вызванный из символьной библиотеки компонент OPA227 используем в принципиальной схеме, как показано на рис. 5.13.

После создания схемы настроим профиль моделирования с учетом подключения новой библиотеки OPAMPNEW.LIB. Для этого в настройках профиля выберем меню “Libraries”, далее, нажав кнопку “Browse”, выбираем файл OPAMPNEW.LIB и подключаем его к нашему проекту, нажав кнопку “Add to Design” .

Внимание!

Нажав кнопку “Add to Design” мы подключили библиотеку моделей только к текущему проекту. При нажатии кнопки “Add as Global” подключение библиотеки произойдет для всех проектов, используемых в дальнейшем в этом САПР. При необходимости библиотеку можно вывести из списка подключенных (отключить), выбрав эту библиотеку и нажав красное перекрестие в правом верхнем углу окна Library Files.

Результатом указанных действий будет подключение библиотеки моделей к проекту, как показано на рис.5.16.

Рис.5.15. Окно настроек библиотек моделей в профиле проекта

121

Файл nom.lib находится в поддиректории стандартных библиотек САПР (например:

C:\Program Files \Orcad \Capture \Library \PSpice). Это текстовый файл, в котором перечисля-

ются подключенные к проекту библиотеки. В нашем случае этот файл может содержать, на-

пример, перечень стандартных библиотек, ранее или по умолчанию подключенных к проекту. Файл nom.lib подключен как глобальный.

После подключения библиотеки рекомендуется провести экстракцию цепей по команде

PSpice>Create Netlist.

Внимание!

В сложных случаях, когда система не воспринимает новые подключенные библиотеки и компоненты библиотек рекомендуется, в качестве одной из мер, осуществить ручной запуск пользователем операции экстракции цепей.

Проверка подключения компонента.

Можно провести проверку подключения компонента по списку цепей по команде PSpice>View Netlist. Раскрывается содержание файла BODE-SCHEMATIC1.net (например, в редакторе WordPad), как показано ниже.

* source BODE

показано включение макромодели OPA 227. Таким образом, удалось правильно подключить макромодель компонента к заданию на моделирование.

Еще одним способом проверки подключения компонента к системе расчетов является

вызов «для редактирования» его макромодели по выбору компонента на принципиальной схеме, вызове правой клавишей мыши набора меню и выборе пункта меню “Edit PSpice Mod-

el”. При правильном подключении компонента открывается MODEL EDITOR с редактируемой моделью, как показано на рис. 5.16.

Рис.5.16. Основное окно редактирования MODEL EDITOR макромодели OPA227

122

В нашем случае ничего редактировать не нужно. Закрываем редактор. Компонент OPA227 подключен правильно.

Внимание!

Не рекомендуется осуществлять редактирование макромоделей компонентов, разработанных специалистами, с целью внесения туда каких-либо изменений, влияющих на работу модели.

Проверка работы компонента.

Осуществим настройки профиля моделирования схемы BODE для проведения ACанализа, как показано на рис. 5.17.

Рис.5.17. Настройки профиля моделирования для проведения AC-анализа

Проведите расчеты и получите результаты, как показано на рис.5.18.

Рис.5.18. Результаты проведения AC-анализа схемы BODE

Как видно из представленных на рис. 5.18 диаграмм получены АЧХ, ФЧХ и шумовые

характеристики, соответствующие параметрам работы OPA227, представленных в файле OPA227.pdf. В частности частота единичного усиления ОУ находится вблизи 8 МГц - 12

123

МГц, при этом угол фазового сдвига составляет около 100°-110°. Спектральная плотность выходного шума составляет величину около 3 нВ/Гц1/2 в диапазоне от 10 Гц до 1 кГц.

Задача

Для схемы BODE осуществите расчеты работы схемы во временной области, получите и объясните полученные характеристики.

Краткие итоги.

Итогами изучения материалов учебного задания 1 и решения поставленных задач являются приобретение навыков и освоение методов создания и использования компонентов, отсутствующих в стандартных библиотеках. Создание компонентов осуществлялось на основе макромодели, предложенной фирмой – разработчиком компонента.

Подготовьте материалы по выполнению задания 1 для файла отчета.

Выполните задание 2

При выполнении пункта задания 2 необходимо изучить основные сведения, касающиеся создания моделей компонентов, представленные в технической документации, а также особенности создания моделей аналоговых компонентов в MODEL EDITOR. Желательно также познакомиться с материалами книги [5].

При проведении PSpice-расчетов используются следующие параметры диодов, как представлено в табл.5-5.

Далее необходимо познакомиться с файлами технической документации диода 1N4148, например фирмы Philips. Требуется, изучив материалы, осуществить расчет и подготовку его

модели и получить ВАХ диода. По получению ВАХ нового компонента сравнить ее с характеристикой стандартной библиотечной модели этого диода.

124

Создание модели

Работа по созданию нового компонента проводится в редакторе MODEL EDITOR. Необходимо вызвать редактор, осуществить выбор новой библиотеки по команде File>Save as и по команде Model New… выбрать настройки и обеспечить создание модели диода D1.

Примечания.

1)Практически не один параметр из приведенных в табл. 5-5 не отражен в технической документации компо-

нента 1N4148.

2)Ведение разработки компонентов в этом случае возможно подбором параметров с получением характеристик в пяти окнах вывода результатов ведения разработки модели компонента

Получение модели диода подобных условиях без знания особенностей технологии его изготовления является некорректно поставленной задачей и не может быть рекомендовано

пользователям. Вместе с тем, в случае получения подобных сведений процесс проектирования может проводиться в редакторе MODEL EDITOR.

В нашем случае может быть рекомендовано создание диода с параметрами по умолчанию или приближенными к параметрам реального диода 1N4148.

Верификация модели

Для проверки полученной вольтамперной характеристики диода воспользуемся схемой, аналогичной схеме проекта Diode как показано на рис. 5.19.

D1

D1N414 8

I

V 1

1V dc

0

Рис. 5.19 Схема включения диода для изучения ВАХ.

Настроим профиль моделирования на выполнения анализа DC Sweep как показано на рис.5.20.

125

Рис. 5.20. Настройка профиля моделирования для DC-анализа

Проведем расчеты и получим график выходных характеристик как показано на рис. 5.21.

Рисунок 5.21. Результаты расчетов.

Проведите анализ результатов расчетов. Обратите внимание, что пробой, ожидаемый при обратном напряжении -75В на графике не отмечен (это не стабилитрон). Сравните величину обратного тока с паспортными данными в диапазоне напряжений от -70В до 0. Сравните ВАХ в области напряжений от 0 до 1,5 В, с паспортными данными на диод, в частности с графиком Forward current as a function of forward voltage описания диода 1N4148.

126

Задача

Осуществите сравнение полученных результатов ВАХ для диода 1N4148 и разработанного Вами диода.

Краткие итоги.

Итогом изучения материалов учебного задания 2 и решения поставленных задач является заключение о том, что без знания особенностей технологии изготовления компонентов нет смысла пытаться создавать свои собственные модели компонентов.

Подготовьте материалы по выполнению задания 2 для файла отчета.

Выполните задание 3

При выполнении задания 3 необходимо изучить особенности проведения оптимизации

параметров схем при проведении PSpice-расчетов и освоить практическую работу с программой параметрической оптимизации PSPICE OPTIMIZER. На основе применения целе-

вых функций в постпроцессоре PROBE при обработке результатов проведения PSpiceрасчетов возможно осуществление параметрической оптимизации параметров схем под требования, задаваемые пользователем. Описание процесса оптимизации и работы составных частей САПР, необходимых для реализации этого процесса, в первую очередь программа параметрической оптимизации PSPICE OPTIMIZER представлено в файле технической документации optug.pdf. Процесс оптимизации также описывается в разделе 5.4. «Программа параметрической оптимизации PSpice Optimizer» книги [5]. В начале изучения задания 3 необходимо провести детальное изучение рекомендованных материалов. При этом необходимо

иметь в виду, что программа параметрической оптимизации PSpice Optimizer интегрируется с системой программ САПР как на основе редактора CAPTURE, так и на основе редактора

SCHEMATICS.

Воспользуемся схемой проекта RLC_OPT для проведения поиска оптимального значения номинала одного из компонентов. Схема проекта RLC-OPT представляет собой резонансный контур с двумя индуктивностями L1 и L2. Работу этой схемы мы уже рассматрива-

ли ранее. Путем поиска экстремума с помощью курсора, а также использования целевой функции мы установили, что для L1=10 мкГн (L1=10uH), L2=1 мкГн (L2=1uH) и C1=1 мкФ (C1=1uF) резонансная частота составляет 167,448 кГц, при этом коэффициент усиления для

выходного напряжения V(Out) составляет около 14,205. Влияние других компонентов схемы, а именно нагрузочного резистора RLoad, имитирующего входное сопротивление последующего каскада электронного устройства, а также сопротивления RL1, имитирующего сопротивление дросселя L1 по постоянному току на вариацию резонансного пика мы пока учитывать не будем.

Схема представлена на рис. 5.22.

127

Рис. 5.22. Схема проекта RLC_OPT, предназначенная для оптимизации величины индуктив-

ности L2

Предположим, что ставится задача изменения резонансной частоты схемы путем ее уменьшения до 100 кГц. Изменение предлагается осуществить за счет подстройки или выбора номинала одного из компонентов схемы. Для этого воспользуемся возможностью изменения индуктивности L2 или емкости C1. Увеличивая индуктивность L2 можно уменьшить величину резонансной частоты. Или, увеличивая емкость C1 можно также уменьшить величину резонансной частоты.

Для решения поставленной задачи воспользуемся проведением расчетов с возможностью применения параметрической оптимизации. Зададим поиск оптимального значения индуктивности L2, при которой резонансная частота колебательного контура будет ровно 100 кГц (или в пределах допустимой погрешности). Диапазон изменения (варьирования) номинала

для L2 установим от 1 мкГн (1uH) до 10 мкГн (10uH).

Подготовим схему как показано на рис.5.22. Заменим номинал компонента L2 на пере-

менную {LFr}. Этот параметр требуется оптимизировать. При использовании САПР на основе OrCAD CAPTURE вызов специального компонента OPTIMIZER PARAMETERS:, в кото-

ром указывается список оптимизируемых параметров, осуществляется по команде

PSpice>Place Optimizer Parameters. Щелкнув мышью по компоненту “OPTIMIZER PARAMETERS:” открываем окно редактирования списка оптимизируемых параметров Op-

timizer Parameters, как показано на рис. 5.23.

128

Рис. 5.23. Окно редактирования списка оптимизируемых параметров с настройками, предназначенными для оптимизации величины L2

Установим параметры переменной LFr как показано на рис. 5.23. Далее, по команде PSpice>Run Optimizer вызываем программу параметрической оптимизации (см. рис.5.24).

Рис. 5.24 Окно настроек и отображения результатов процесса оптимизации программы

PSPICE OPTIMIZER

Процесс оптимизации проводится с использованием настроек и под управлением программы PSPICE OPTIMIZER. Настройки процесса оптимизации помещаются программой PSPICE OPTIMIZER в файл задания на оптимизацию *.OPT. Процесс оптимизации прово-

дится на основе целевых функций, которые могут быть заданы следующим образом:

• целевые функции программы PROBE, записанные в файл *.OPT;

129

•выражения (ограничения), заданные в программе PSPICE OPTIMIZER, записанные в файл

*.OPT.

Вокне настроек и отображения результатов процесса оптимизации программы PSPICE OPTIMIZER необходимо настроить параметры (Parameters) и спецификацию (Specification)

проведения расчетов.

Для настройки параметров переменных по команде Edit>Parameters…открывается окно со списком переменных. Вид окна представлен на рис. 5.25.

Рис. 5.25. Окно Parameters со списком переменных программы PSPICE OPTIMIZER

В окне (см. рис. 5.25) показана переменная LFr как существующая, на самом деле она пока не создана и не описаны ее параметры. Все это будет сделано на следующем шаге.

Нажатием кнопки “Add“ открывается окно (таблица, меню) для задания и редактирова-

ния параметров переменной. Внесем изменения для переменной LFr как показано на рис. 5.26.

Рис. 5.26. Окно Edit Parameters для редактирования параметров переменных программы

PSPICE OPTIMIZER

Закройте окно, сохраните параметры. Далее необходимо вернуться в окно настроек и отображения результатов процесса оптимизации программы PSPICE OPTIMIZER и провести

настройки спецификации проведения расчетов. Для настройки спецификации проведения

расчетов по команде Edit>Specification… открывается окно со списком целевых функций или выражений, используемых для расчетов. Вид окна представлен на рис. 5.27.

130