Самосадный Автоматизированное проектирование устройств систем сбора-обработки Ч2 2015

ствующие библиотеки, невозможность сохранения каких-то частей проекта или даже полный отказ от работы с проектом, как новым, так и старым. Восстанавливать профили неоткуда, приходится удалять их и настраивать все заново.

Избежать многих неприятностей можно благодаря точному выполнению инструкций разработчиков пакета программ при проведении работ. Основная информация для этого содержится в технической документации.

Внимание!

Демо-версии пакета программ могут не поддерживать в полном объеме проведение расчетов шумов и спектральный анализ. В этом случае рекомендуется отказаться от проведения данного вида анализа или пользоваться полной версией САПР.

51

3. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ, ТЕМА 2

Тема занятий: «Многовариантный и статистический анализ».

3.1. Учебное задание

1.Изучите особенности вариации параметров и осуществления анализа DC Sweep с возможностью изменения переменных в расчетах.

2.Изучите возможности осуществления параметрического анализа, применяемого как до-

полнение к видам анализа: DC Sweep, AC Sweep и Transient.

3.Изучите возможности осуществления и особенности реализации статистического анализа.

3.2. Рекомендации по использованию литературы

При выполнении учебного задания рекомендуется воспользоваться литературой, представленной в табл. 3-1, 3-2, 3-3. Помимо этого, учебные материалы и рекомендации по изу-

Таблица 3-2

Таблица 3-3

3.3.Порядок выполнения задания

Вначале выполнения заданий по теме 2 необходимо вспомнить полученную ранее информацию о видах расчетов и порядке проведения расчетов, как представлено в теме 1 учебного пособия.

3.3.1. Анализ DC Sweep и варьирование переменных

Приступите к выполнению задания 1. Изучите основные сведения о порядке и правилах проведения расчетов режима по постоянному току DC Sweep при вариации переменных, а также о получении результатов расчетов.

Варьирование переменных и повышение точности определения параметров схем

Ранее, в теме 1 мы уже изучали проведение анализа DC Sweep, например, при вариации источника напряжения. Были получены характеристики работы устройства, подтверждающие его работоспособность при изменении питающего напряжения схемы. Большой точности вычисления параметров схемы такие расчеты не потребовали. В измерительных системах часто требуется знать параметры работы устройств с максимально возможной точностью. В связи с этим ставится следующая задача.

Задача 1

Для схемы 2V требуется найти потенциал источника VB2, при котором ток, проходящий через резистор R4, будет равен нулю. Ток и напряжение требуется учитывать в расчетах и получать в результатах расчетов максимально возможной точностью. Схема проекта 2V представлена на рис. 3.1.

0

Рис. 3.1. Схема 2V

Схема 2V представляет собой резистивный делитель на резисторах R2 и R4 с подключенным к ним независимым источником постоянного напряжения VB1. К точке D соединения резисторов R2 и R4 подключен второй источник VB2 противоположной полярности через токоограничивающий резистор R1. Источник VB2 с помощью резистора R5 подключается к «земле».

Одним из возможных способов решения поставленной задачи мог бы явиться подбор напряжений источника при многократных повторных расчетах. Однако такой способ, если только исключительно он применяется для решения задачи, неэффективен и требует больших затрат времени.

Указанная задача и первый способ ее решение предложено в книге [4].

53

Первый способ решения задачи 1

В соответствии со способом, предложенным в книге [4], для определения нужного уровня потенциала с приемлемой точностью предлагается ввести варьирование напряжения источника VB2 в диапазоне:

•начальное значение 0V;

•конечное значение 20V;

•приращение с линейным изменением значения (Шаг) 1mV.

Настройте профиль проекта 2V для проведения анализа DC Sweep, настройки профиля представлены на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Настройка профиля схемы 2V для варьирования источника напряжения

Получите график изменения тока через резистор R4 как показано на рис. 3.3.

Рис. 3.3. График изменения тока через резистор R4 с нулевой линией в виде значения на-

пряжения «земли» V(0) для схемы 2V

Для удобства вывода графиков в PROBE на схеме 2V поставлен маркеры тока на контакт резистора R4, как показано на рис.3.1.

54

Внимание!

Ток, в отличие от напряжения, рассматривается только как текущий через компонент, поэтому маркер тока устанавливается на контактах компонента. В нашем случае резистор R4 подключен к цепи D контактом 2. Обратите внимание на направление тока. При проведении PSpice-расчетов считается, что положительный ток течет от контакта компонента 1 к 2. В нашем случае подключение осуществляется «наоборот», поэтому в результате автоматически выводится значение «–I(R4)».

Можно проверить верность выбора направления тока следующим образом. При активном постпроцессоре PROBE с выведенными графиками переставьте маркер токов на контакт 1 резистора R4, результат показан на рис. 3.4.

Рис. 3.4. График тока через резистор R4 с измененным положением маркера

С помощью курсора Probe Cursor можно получить значение напряжения источника V(VB2) ≈15.032 В при токе через резистор I(R4)≈ 119.474 нА. Точность достаточно высокая,

но в некоторых приложениях может требоваться более точный результат.

Данным настройкам профиля (см. рис.3.2) соответствует следующий вид операторов задания на моделирование, описание и подключение компонентов.

*Analysis directives:

.DC LIN V_VB2 0V 20V 1mV

.PROBE V(*) I(*) W(*) D(*) NOISE(*)

.INC ".\2v-SCHEMATIC1.net"

****INCLUDING 2v-SCHEMATIC1.net ****

*source 2V

Примечание.

Обратите также внимание на то, что при варьировании значений выходного напряжения источника VB2 его номинал, указанный в атрибутах источника не учитывается и может, в принципе быть любым (допустимым).

Краткие итоги.

Задача 1 решена способом, предложенным в книге [4]. Получены требуемые значения напряжения и тока. При расчетах использовалось варьирование напря-

55

жения источника и поиск нужной точки в выходных графиках средствами PROBE. Точность полученных значений достаточно высокая, но в некоторых приложениях может требоваться более точный результат. Указанная точность зависит, в том числе, и от работы аппаратных средств ПЭВМ. В частности, необходимо учитывать разрешающую способность видеосредств компьютера и субъективные возможности пользователя.

Графический способ решения задачи имеет определенные ограничения и недостатки. Его можно использовать для быстрого поиска приближенных значений требуемых величин. Далее можно воспользоваться подбором напряжений источника при многократных повторных расчетах.

Однако более удобным представляется следующий способ получения результатов расче-

тов.

Второй способ решения задачи 1

Для повышения точности расчетов, безусловно, можно сократить диапазон значений в настройке профиля вблизи точки 16,6 В и уменьшить шаг. Однако, графический способ отображения результатов и поиска нужного значения, в ряде случаев, уступает табличному и

текстовому. Иногда лучше воспользоваться, выводом табличных значений в тестовом выходном файле. Введем в схему компонент IPRINT для резистора R4, как показано на рис. 3.5,

осуществим расчеты и проанализируем выходной файл.

0

Рис. 3.5. Схема 2V с псевдокомпонентом IPRINT

Псевдокомпонент IPRINT выбирается из библиотеки SPECIAL.OLB. Более подробно описание этого компонента и некоторых других можно найти в разделе «Other output options» файла pspug.pdf.

Настраиваемые свойства компонента IPRINT представлены на рис. 3.6.

Рис. 3.6. Настраиваемые свойства компонента IPRINT в окне Property Editor (при включен-

ном фильтре Orcad-PSpice)

56

Настройки свойств компонента IPRINT в нашем случае заключаются в установки значения «Yes» в строке DC (см. рис. 3.6).

В выходном файле результатов появляется таблица значений, среди которых будут следующие:

.....................

Выводимые значения соответствуют выбранному диапазону и шагу настройки профиля для анализа DC Sweep. В этом случае также можно уменьшить диапазон и уменьшить шаг, тем самым, повысив точность вывода результатов.

Данным настройкам профиля (см. рис.3.2) и виду схемы соответствует следующий вид операторов задания на моделирование, а также описания и подключения компонентов.

*Analysis directives:

.DC LIN V_VB2 0V 20V 1mV

.PROBE V(*) I(*) W(*) D(*) NOISE(*)

.INC ".\2v-SCHEMATIC2.net"

****INCLUDING 2v-SCHEMATIC2.net ****

*source 2V

Данные в указанной выше таблице выводятся с точностью, соответствующей 4 значащим разрядам (значения по умолчанию). В данном случае требуется повышенная точность, которую можно получить путем использования оператора .OPTIONS, как показано в приложении 1. Для изменения количества значащих цифр чисел в таблицах выходных данных используется опция NUMDGT. Настройки окна Output File Options для варианта с 6 значащими цифрами для опции NUMDGT представлен на рис. 3.7.

57

Рис. 3.7. Настройка оператора .OPTIONS с 6 значащими цифрами для опции NUMDGT

Проведение расчетов осуществляется по следующему набору операторов задания на моделирование, а также описания и подключения компонентов.

*Analysis directives:

.DC LIN V_VB2 0V 20V 1mV

.OPTIONS NUMDGT= 6

.PROBE V(*) I(*) W(*) D(*) NOISE(*)

.INC ".\2v-SCHEMATIC2.net"

****INCLUDING 2v-SCHEMATIC2.net ****

*source 2V

В выходном файле результатов появляется таблица значений, среди которых будут следующие:

V_VB2 I(V_PRINT1)

..........................

..........................

58

Очевидно, что получена более высокая точность представления результатов расчетов, чем в случае с графической обработкой информации.

Примечание.

Обратите внимание на то, что при проведении DC Sweep анализа с компонентом IPRINT перестает нормально работать графическое отображение в PROBE напряжений в узлах цепи и токов компонентов. В лучшем случае отображается, например действующие токи и потенциалы для последнего рассчитанного значения источника при варьировании его параметров. Иногда могут быть проблемы даже с выводом значений токов, напряжений и мощности (значения не отображаются).

Краткие итоги.

Задача 1 решена вторым способом. Получены требуемые значения напряжения и тока с большими точностями, чем в первом способе. При расчетах использовалось варьирование напряжения источника и вывод табличных значений результатов в выходной текстовый файл. Указанная точность зависит от заданных в профиле параметров варьирования источника: диапазона значений и шага приращения. Точность не зависит от работы аппаратных средств ПЭВМ.

Подобные табличные значения результатов расчетов можно в дальнейшем использовать для генерации стимулирующих воздействий на другие схемы.

По ходу изучения материалов раздела необходимо выполнять все действия с представленными схемами, проводить изучение и интерпретацию полученных результатов.

Задание и использование параметров (глобальных параметров)

Одним из удобных способов задания и варьирования параметров компонентов является введение глобальных параметров как переменных, используемых для изменения по спискам или как результаты вычислений.

Команда (оператор, директива) .PARAM (parameter)

Оператор .PARAM определяет или задает величину параметра (глобального параметра) в виде чисел или математических выражений. С помощью задания параметров можно задавать большинство величин, используемых при описании компонентов схем. Параметры могут быть константами, математическими выражениями, включающими константы или комбинациями констант и выражений. Параметрам присваиваются имена, и они могут использовать-

ся в математических выражениях, принятых и используемых в PSpice-расчетах.

Имена не могут начинаться с чисел и не могут использовать имена TIME или .TEXT.

Также имена не должны совпадать с именами параметров, предопределенных в PSpice-расчетах:

•TEMP – температура (используется в ABM-модулях и при описании моделей цифровых схем);

•VT – зарезервировано для использования в будущем (thermal voltage);

•GMIN – проводимость (см. оператор .OPTIONS).

Параметры могут использоваться также в операторе .STEP для проведения многовариантного параметрического анализа.

Оператор .PARAM не зависит от порядка следования в задании. В файле задания может быть несколько операторов .PARAM и каждый из них может определять несколько параметров, за исключением:

•непосредственного введения температурных коэффициентов резисторов по тексту задания (параметры могут использоваться для задания коэффициентов TC1и TC2);

•использования задания параметров при описании кусочно-линейной функции PWL неза-

висимых источников тока и напряжения;

59

•использования параметров для задания полиномиальных коэффициентов для зависимых источников.

Параметр с одним и тем же именем не должен определяться дважды.

В новых версиях САПР оператор .PARAM может включаться в описание подсхемы, вме-

сте с тем в подсхемах предусмотрен и другой способ определения параметров (см. оператор

.SUBCKT). Также в новых версиях САПР предусмотрено, что если параметр задан выражением, то в выражение могут входить не только константы, но также можно включать в выражение и другие параметры.

Параметры не могут использоваться для имен цепей и задания величин для операторов PSpice-расчетов.

Практическая работа 1 со схемой проекта R

Рассмотрим возможность варьирования параметров компонентов, вводимых как изменяемые переменные. Для этого выполним расчеты схемы проекта R. В этом проекте представлена схема последовательного включения двух резисторов с подключенным к ним источником постоянного напряжения. Вид схемы представлен на рис. 3.8.

0

Рис. 3.8. Схема резистивного делителя проекта R

Схема проекта R несколько отличается от привычных нам схем тем, что для резистора R2 вместо номинала 10K введена переменная RL и введен новый компонент PARAMETERS:,

где в его атрибутах вводится фиксированное значение переменной RL=10K. Переменная RL вводится в свойствах R2 вместо значения величины сопротивления как {RL} (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Редактирование свойств компонента R2 при вводе переменной RL

Компонент «PARAMETERS:» относится к псевдокомпонентам и выбирается из библио-

теки SPECIAL.OLB. Он предназначен для ввода в задание на моделирование директивы

.PARAM. Для определения значения RL как глобальный параметр (Global Parameter) в свой-

60