Самосадный Автоматизированное проектирование устройств систем сбора-обработки Ч2 2015

Рис. 6.7. Схема проекта DGT2

Необходимо провести моделирование работы схемы с резистором RPUp 1кОм и длиной линии связи 3м, в качестве U3 используется инвертор 7404. Получите и проанализируйте графики сигналов в точках схемы, см. рис. 6.8.

Рис. 6.8. Результаты моделирования работы схемы во временной области

Обратите внимание (см. рис. 6.8) на формирование цифровых сигналов цепей In1, Out1, Out3. В цепи Out3 имеются неопределенные состояния, связанные с увеличенными фронтами входного сигнала, после прохождения длинных линий связи.

Задача 4

Сравните величину длительности фронтов сигналов с максимально допустимыми по

паспортным данным для данной серии микросхем при работе на длинные линии связи схемы проекта DGT2.

В случае проблем с завалом фронта на входе приемника, для решения проблемы вместо инвертора в качестве U3 поставьте триггер Шмитта 7414. Получите новые графики и объясните результаты. Проведите преобразование Фурье для всех графиков аналого-цифровых сигналов, объясните результаты.

Далее необходимо получить графики токов через резисторы RPUP1 и RUp. Объясните характер и величины токов.

Задача 5

Для схемы проекта DGT2 проведите варьирование величины резистора RPUP1 от 200 Ом до 1200 Ом. Для этого можно воспользоваться параметрическим анализом. Получите графики напряжений в точках схемы и величин токов через резистор RPUP1. Необходимо

142

учесть, что этот ток проходит через линию связи и компонент U2. Сравните полученные значения с максимально допустимыми токами для 7404 и 7405 согласно паспортным данным на микросхемы. Отечественными аналогами этих микросхем являются К155ЛН1 и К155ЛН2 соответственно. Необходимо подобрать оптимальную величину сопротивления RPUP1 для линии связи длинной 1-3 метра (по выбору пользователя) с точки зрения формы сигналов, задержки сигналов, бросков тока и напряжения.

Задача 6

Для схемы проекта DGT2 необходимо выяснить максимально возможную частоту повторения тактового сигнала, при которой возможно получения приемлемой формы выходного сигнала Out4 при использовании линии связи 1м, триггера Шмитта в качестве U3 и нагрузочного резистора RPUp 1кОм.

Краткие итоги.

Итогом изучения материалов учебного задания 2 и решения поставленных задач является приобретение практических навыков проведения анализа поведения цифровых и смешанных схем.

Подготовьте материалы по выполнению задания 2 для файла отчета.

Подведение итогов практических занятий по теме 4.

Подготовьте окончательный вариант файла отчета по выполненным заданиям. Сформулируйте вопросы (если они имеются). Представьте преподавателю результаты работы по теме в виде файла отчета, включая и список вопросов, если они имеются.

6.4 Рекомендации по выполнению задания

При выполнении задания 1 не рекомендуется использовать индикацию токов, текущих в схеме. Расчеты их не всегда дают корректные результаты и их интерпретация затруднена.

Для цифровых компонентов, кроме триггеров Шмитта, в реальных схемах не рекомендуется подавать синусоидальный входной сигнал (из-за ограничений по длительности фронтов). Моделирование, как таковое, не сталкивается с проблемами, характерными для реальных устройств и достаточно хорошо описывает поведение цифровых схем при подаче на них произвольных сигналов. Это является плюсом моделирования, но вызывает вопрос о целесообразности подачи таких сигналов. Для обычных расчетов рекомендуется использовать трапецеидальные или чисто цифровые источники сигналов.

Тем не менее, в отдельных случаях можно и нужно использовать именно синусоидальный сигнал. Эти сигналы можно применять при расчетах поведения схем в сложных условиях, например, после «длинных» линий связи, в этом случае желательно использование триггеров Шмитта на входе.

143

7.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Врезультате изучения курса «Основные методы проведения PSpice-расчетов электронных схем» по данному учебному пособию обучаемые получают знания и практические навыки детального и углубленного освоения компьютерного моделирования электронных схем

сиспользованием технологий Spice-расчетов. Областью приложения полученных знаний является разработка, верификация и отладка широкого спектра электронных устройств с ис-

пользованием автоматизированного компьютерного моделирования электронных схем на уровне требований профессиональных специалистов-схемотехников.

Впроцессе обучения приводились примеры схем, описывались методы и средства получения параметров и характеристик устройств, типичных для систем сбора-обработки данных. Подобные системы и их составные части находят применение в процессе реализации различных приборов и оборудования, систем автоматизации и управления, включая АСУ ТП, а также измерительных систем и систем связи. Полученных знаний может оказаться достаточно для разработки и проверки основных схемотехнических решений систем СОД, включая линий связи, блоки питания и другие вспомогательные блоки. В ряде случаев доступным оказывается также и изучение межблочных связей, вопросы ЭМС и целостности сигналов.

Основные результаты освоения курса

В результате освоения курса обучаемые получают сведения и приобретают навыки детального проведения расчетов схем с получением основных характеристик электронных устройств, включая шумовой, температурный и спектральный анализ работы. Изучаются возможности, методы и средства многовариантного и статистического анализа работы схем, вариации параметров и оптимизации схем. Детально изучаются возможности обработки результатов. Изучаются особенности моделирования цифровых и смешанных устройств.

Рекомендации по дальнейшему освоению технологий компьютерного моделирования

PSpice-моделирование является важным, но не единственным инструментальным средством для моделирования работы электронных схем и изучения их поведения. Наряду со Spice-расчетами специалисты в области САПР применяют и другие системы моделирования. Широко используется IBIS-моделирование в том числе и с целью дополнения получаемых результатов по отношению к Spice-расчетам. Для моделирования поведения цифровых устройств может применяться описание схем на языках VHDL и Verilog. Моделирование различных устройств может проводиться использованием специальных расширений стандартных HDL-описаний схем, например VHDL AMS.

144

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Архангельский А.Я. PSpice и Design Center. В 2-х ч. Часть 1. Схемотехническое мо-

делирование. Модели элементов. Макромоделирование. Учебное пособие. М.:

МИФИ, 1996.

2.Архангельский А.Я. PSpice и Design Center. В 2-х ч. Часть 2. Схемотехническое мо-

делирование. Модели цифровых и аналого-цифровых устройств. Идентификация параметров моделей. Графические редакторы. Учебное пособие. М.: МИФИ, 1996.

З. Архангельский А.Я., Савинова Т.А. Справочное пособие по пакетам программ

PSpice и Design Center. М.: МИФИ, 1996.

4.Хайнеман Р. PSPICE. Моделирование электронных схем: Пер. с нем. – М.: ДМК Пресс, 2002. – 336 с.: ил. (Серия «Проектирование»).

5.Разевиг В.Д. Система проектирования OrCAD 9.2 - М.: СОЛОН-Р, 2001

6.Кузнецова С.А., Нестеренко А.В., Афанасьев А.О. OrCAD 10. Проектирование печатных плат / Под. ред. А.О.Афанасьева – М.: Горячая линия –Телеком, 2005.

7.Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования и проектирования печат-

ных плат Design Center (PSpice).- M.: СК Пресс, 1996

8.Разевиг В.Д. Применение программ P-CAD и PSpice для схемотехнического моделирования на ПЭВМ. Выпуски 1-4. -М.:"Радио и связь", 1992.

9.Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3-х томах: Т.1.-3. Пер. с англ. – 4- е изд. перераб. и доп. – М.: Мир, 1993.

10.Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. — М.: Мир, 1983.

11.Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: в 2т.: пер.с нем.- Т.1. (Серия «Схемотехника»). — М.: Додэка-XXI, 2008

12.Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: в 2т.: пер.с нем.- Т.2. (Серия «Схемотехника»). — М.: Додэка-XXI, 2008.

13.Кеоун Дж. OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей (+DVD). – М.: ДМК Пресс;

СПб.:Питер, 2008. – 640с.: ил.

14.Интерактивный учебник по применению САПР OrCAD/ OrCAD Capture Tutorials [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.orcad.com/resources/orcadtutorials (дата обращения: 30.08.14).

15.Файлы технической документации САПР OrCAD (Cadence). OrCAD 16.6 Lite Demo Software (All Products) [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.orcad.com/resources/orcad-downloads (дата обращения: 30.08.14).

16.Елисеев В.Г., Коробов В.М., Милованов Н.Н. Автоматизация проектирования в программном комплексе Т-Flex. Учебное пособие. - М.: МИФИ, 2010. - 180с.

145

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Настройки параметров расчетов (выбор опций)

Выбор дополнительных настроек параметров расчетов и вывода результатов осуществляется с использованием директивы .OPTIONS.

Команда (оператор, директива) .OPTIONS (analysis options)

Этот оператор обеспечивает задание настроек параметров расчетов и вывода результатов расчетов. Пользователь может использовать эти опции для задания условий проведения расчетов и получения результатов, отличных от принятых по умолчанию.

В ряде случаев использование таких настроек позволяет избежать проблем с проведением расчетов и обеспечить получение результатов расчетов.

Существует два основных вида опций:

•с использованием численных значений (Option with a name as its value);

•без использования численных значений (Flag Options).

Существуют, также опции, предназначенные для выбора идентификационных имен (Option with a name as its value).

Операторов .OPTIONS в задании на моделирование может быть несколько. В каждом операторе .OPTIONS может быть задано несколько опций, которые перечисляются в операторе в любом порядке. Заданные в операторах опции накапливаются, как если бы все опции были указаны в одном операторе. Если опция указана более одного раза, то при расчетах используется последний указанный вариант.

Флаг-опции

Опции без использования численных значений, флаг-опции (Flag options) или переключаемые опции (включено/не включено) представлены в табл. П1-1.

146

Примечания к табл. П1-1

(1)На основе анализа этих данных, можно, например, судить о способности моделей подсхем участвовать в температурных расчетах.

(2)Выбор опции NOBIAS с установкой флага (значение по умолчанию) приводит к появлению в выходном файле информации о потенциалах рабочей точки. Сброс флага обеспечивает появление в задании на моделирования строки

.OPTIONS NOBIAS

В выходном файле при этом подавляется вывод информации об узловых потенциалах.

(3) Отменяется печать строк, начиная со следующей строки, после оператора .OPTIONS с опцией NOECHO. Выбор опции NOECHO с установкой флага (значение по умолчанию) приводит к появлению в выходном файле текста задания на моделирование. Сброс флага обеспечивает появление в задании на моделирования строки

.OPTIONS NOECHO

В выходном файле при этом подавляется вывод текста задания на моделирование.

(4) для задания опции NOICTRANSLATE используются атрибуты (IC attributes) псевдокомпонентов IC.

147

(5) Выбор опции NOMOD с установкой флага (значение по умолчанию) приводит к появлению в выходном файле информации о параметрах моделей. Сброс флага обеспечивает появление в задании на моделирования строки

.OPTIONS NOMOD

В выходном файле при этом подавляется вывод информации о параметрах моделей.

(6) Выбор опции NOPAGE с установкой флага (значение по умолчанию) приводит к появлению в выходном файле разбиение на страницы и печать заголовков. Сброс флага обеспечивает появление в задании на моделирования строки

.OPTIONS NOPAGE

В выходном файле при этом подавляется разбиение на страницы и появление заголовков. Размер выходного файла сокращается.

(7)Выбор опции NOPRBMSG возможен для цифрового моделирования и осуществляется в окне Simulation Setting, далее выбирается окно Options с категорией Gate-level Simulations. После этого может быть установ-

лен флаг «Suppress simulation error messages in waveform data file».

(8)При использовании графического редактора принципиальных схем SCHEMATICS использование опции NOREUSE не представляет проблем. При использовании редактора CAPTURE реализуется более жесткое задание только одного из основных видов расчетов при их непосредственном осуществлении. Для CAPTURE отсутствует возможность выбора, настроек и непосредственной реализации нескольких видов расчетов в рамках одного профиля. Таким образом, фактически отпадает необходимость заботиться об обеспечении «передачи» информации о рабочих точках из одного вида анализа в другой.

(9)Включение алгоритма расчета режима по постоянному току с вариацией проводимости GMIN в случае отсутствия сходимости метода Ньютона - Рафсона.

Опция выбора идентификационных имен

Опция, предназначенная для выбора идентификационных имен (Option with a name as its value), представлена в табл. П1-2.

Примечание к табл. П1-2

Опция может принимать значения UNIFORM, GAUSS или имя вводимого пользователем закона распределения. В последнем случае во входном файле должен быть оператор .DISTTIBUTION, определяющий введенный закон.

Опции, имеющие численные значения

Опции, имеющие численные значения (Numerical options with their default values), пред-

ставлены в табл. П1-3.

Продолжение 1 табл. П1-3

149

Продолжение 2 табл. П1-3

Примечания к табл. П1-1

(1) Эта опция может использовать выражение, используемое в функции SCHEDULE, которое является функцией от времени (обеспечивает вариацию параметра от времени).

(2)Эти опции могут использоваться при непосредственном редактировании задания для PSpice-расчетов, однако рекомендуется использование значений по умолчанию.

(3)Для этой опции нулевой параметр означает бесконечность.

(4)Использование опции DIGMNTYMX=4 (min/max) обеспечивает проведение расчетов «на наихудший случай» во временной области.

Замечания.

1. При использовании графического редактора принципиальных схем SCHEMATICS использование опции CPTIME не представляет проблем. В редакторе CAPTURE непосредственные настройки опции CPTIME отсут-

ствуют. Имеются противоречия в описании работы опции CPTIME: в среде SCHEMATICS значение по умолчанию составляет 1,0Е6 секунд, в технической документации (файл PSpcRef.pdf ) приводится значение 0, то есть -

бесконечность.

2. При использовании графического редактора принципиальных схем SCHEMATICS использование следующих опций не представляет проблем: DIGFREQ, LIMPTS. В редакторе CAPTURE непосредственные на-

стройки указанных опций отсутствуют.

3.Имеются некоторые неточности в описании настроек опции DIGINITSTATE: в среде SCHEMATICS и

файле PSpcRef.pdf значение по умолчанию для этой опции составляет 2, в среде CAPTURE, это же значение отмечено, как «X», то есть - неопределенное состояние.

4.Существует возможность задания последовательности изменения тех или иных опций во времени при проведении анализа Transient. Для этого используется опция SCHEDULE. В частности, можно задавать разные

величины относительной погрешность расчета напряжений и токов RELTOL в зависимости от изменения формы сигнала во времени.

Внимание!

Оценочные и демонстрационные версии САПР не поддерживают возможность использования всего набора опций.

Набор опций для использования в среде CAPTURE и SCHEMATICS не полностью совпадают друг с другом по представляемым возможностям использования тех или иных опций.

150