Самосадный Автоматизированное проектирование устройств систем сбора-обработки Ч2 2015

ствах псевдокомонента «PARAMETERS:» назначается новая строка RL, где вводится значение, например 10K. Свойства компонента становятся доступными для редактирования путем

двойного щелчка левой кнопкой мыши или путем выбора компонента левой кнопкой мыши, выбора меню правой кнопкой и выбора пункта Edit Properties…

Для компонента «PARAMETERS:» требуется ввести новую строку свойств (новый атрибут), путем нажатия кнопки New Row в окне редактирования свойств Orcad Capture- [Property Editor], при этом откроется окно Add New Row, как показано на рис. 3.10.

Рис. 3.10. Окно Add New Row и ввод нового атрибута RL компонента «PARAMETERS:»

Внимание!

Рекомендуется отказаться от выбора опции «Always show this column/row in this filter».

По окончании ввода новой строки требуется нажать кнопку Apply. В таблице свойств компонента добавится новая строка, как показано на рис.3.11.

Рис. 3.11. Таблица свойств (атрибутов) компонента «PARAMETERS:»

Далее необходимо сделать видимым этот новый атрибут, нажав кнопку Display и выбрав опцию Name and Value, как показано на рис. 3.12 .

Рис. 3.12. Вывод отображения нового атрибута RL компонента «PARAMETERS:»

61

Настроим профиль моделирования на анализ DC Sweep. При настройках профиля используйте опцию Primary Sweep. Выберите в качестве переменной Sweep variable изменение

напряжения источника V1 и задайте линейное приращение температуры с шагом 100 мВ в диапазоне от 0 до 10 В для типа вариаций Sweep type, как показано на рис. 3.13.

Рис. 3.13. Настройка 1 профиля схемы R для варьирования источника напряжения

Проведите расчеты и получите характеристики в зависимости от изменения напряжения источника V1, как показано на рис.3.14.

Рис. 3.14. Параметры схемы R при варьировании источника V1

На рис. 3.14 показано изменение напряжения и тока, действующих на резистор R2, а также мощности, рассеиваемой на резисторе. На рисунке показан один из возможных вари-

антов расчета мощности, с использованием формулы, включающей вычисление абсолютных значений для токов и напряжений: ABS(V(D)*I(R2)).

Данным настройкам профиля (см. рис.3.13) и виду схемы соответствует следующий вид операторов задания на моделирование, а также описания и подключения компонентов.

*Analysis directives:

.DC LIN V_V1 0 10V 0.1V

62

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

.INC ".\r-SCHEMATIC1.net"

****INCLUDING r-SCHEMATIC1.net ****

*source R

Характер графика зависимости напряжения в цепи D в зависимости от изменения напряжения источника V1 и выходной текстовый файл свидетельствуют о том, что мы правильно установили все необходимые настройки и описания компонентов, расчеты проведены правильно, получены достоверные результаты.

При анализе задания на моделирование необходимо обратить внимание на то, что оператор .PARAM в данном случае задает величину 10 кОм, как константу, см. строку:

.PARAM RL=10K

Варьирование же осуществляется для источника напряжения:

.DC LIN V_V1 0 10V 0.1V

Краткие итоги.

Оператор .PARAM в практической работе 1 использовался для задания константы. Задание новых атрибутов для компонента «PARAMETERS:» сопряжено с риском создания «неудалимых» опций, что вносит проблемы в последующее использование САПР.

Существует возможность получить значения мощности напрямую. В CAPTURE есть специальный маркер для отображения мощности W. Маркеры мощности должны устанавливаться непосредственно на компонент.

Внимание!

Рекомендуется проверить Вашу версию САПР на возможность не только задавать нужные параметры в компоненте«PARAMETERS:», но и удалять ненужные или введенные ошибочно строки. В том случае, если удаление невозможно рекомендуется воспользоваться вызовом новых компонентов из библиотеки.

Практическая работа 2 со схемой проекта R

Настройте профиль моделирования для варьирования глобального параметра RL как показано на рис. 3.15.

63

Рис. 3.15. Настройка 2 профиля схемы R для варьирования параметра RL

Получите график зависимости напряжения в точке D в зависимости от изменения сопротивления R2. Введите значения тока для компонента R2. Вычислите значение мощности, рассеиваемой на R2. Получите и проанализируйте результаты как на рис. 3.16.

Рис. 3.16. Параметры схемы R при варьировании величины R2

При анализе полученных зависимостей убедитесь в правильности согласования по мощ-

ности, когда максимальная мощность выделяется на резисторе R2 при равенстве номиналов

R1≈R2.

Резистор R2 в реальной схеме может быть переменным резистором (потенциометром) и использоваться для подстройки параметров схемы. В данном случае очевидно, что выбор такого резистора должен быть исходя из максимальной рассеиваемой мощности резистором не менее 30 мВт.

Данным настройкам профиля (см. рис.3.13) и виду схемы соответствует следующий вид операторов задания на моделирование, а также описания и подключения компонентов.

*Analysis directives:

.DC LIN PARAM RL 0.1 20K 0.1K

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

64

.INC ".\r-SCHEMATIC1.net"

****INCLUDING r-SCHEMATIC1.net ****

*source R

Обратите внимание на использование директив .DC и .PARAM в задании на моделирование. При анализе задания на моделирование необходимо обратить внимание на то, что оператор .PARAM в данном случае задает величину 10 кОм, как константу, см. строку:

.PARAM RL=10K

Для переменной RL осуществляется варьирование величин от 0,1 до 20 кОм. В расчетах нельзя использовать нулевые значения сопротивлений. Варьирование осуществляется по команде:

.DC LIN PARAM RL 0.1 20K 0.1K

Краткие итоги.

Оператор .PARAM в практической работе 2 использовался и для задания константы и варьирования при расчетах глобального параметра RL, как задано в операторе .DC.

В результате варьирования величины сопротивления резистора R2 получены данные о максимальной мощности, рассеиваемой на резисторе и величине сопротивления резистора при этом.

Практическая работа со схемой проекта TB

Рассмотрим возможность варьирования температуры компонентов в операторе .DC. Для этого выполним расчеты схемы проекта TB. В этом проекте представлена схема резистивно-

го моста с подключенным к ним источником постоянного напряжения. Вид схемы представлен на рис. 3.17.

V+

0

Рис. 3.17. Схема резистивного моста проекта TB

Как показано на рис. 3.17 правое плечо моста (R) состоит из резистора R4 с условно независимыми от температуры характеристиками (пренебрегаем изменениями температурных

коэффициентов) и резистора R3 из библиотеки Breakout со следующим заданным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) в его модели: TC1=0,01.

Левое плечо моста состоит из резисторов R1 и R2 с условно независимыми от температуры характеристиками.

Сигнал рассогласования моста считывается как дифференциальный разностный сигнал с левого (Left) и правого (Right) плеч моста. Для получения табличных значений выходных характеристик используется псевдокомпонент VPRINT2.

65

Настройки профиля моделирования представлены на рис.3.18.

Рис. 3.18. Настройка профиля схемы TB для варьирования температуры в операторе .DC

Содержательная часть задания на моделирование (файл tb-schematic1-profile1.sim.cir) для этого профиля представлена ниже.

*Libraries:

*Local Libraries :

.LIB ".\tb.lib"

*From [PSPICE NETLIST] section of PSpice.ini file:

.lib "nom.lib"

*Analysis directives:

.DC LIN TEMP -50 150 0.1

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

.INC ".\tb-SCHEMATIC1.net"

.END

Как видно из задания в него включается библиотека проекта TB.LIB, содержащая описание компонента:

.model Rbreak RES R=1(TC1=0.01).

Кроме того в задание включается файл описания подключения компонентов TB-

SCHEMATIC1.net:

66

Примечания.

1)Необходимо обратить внимание на то, что в данном случае не используется оператор .TEMP, а задание температуры осуществляется непосредственно в операторе .DC.

2)В этих расчетах также не используется оператор . PARAM.

Табличные результаты расчетов (градуировочные характеристики моста) представлены в выходном файле в соответствии с директивой:

.PRINT DC V([RIGHT],[LEFT]).

Графические результаты расчетов представлены на рис. 3.19.

Рис. 3.19. Графические результаты расчетов схемы TB при варьировании температуры от -50

°C до 150 °C

Краткие итоги.

В результате проведенных расчетов для схемы резистивного моста, имитирующего работу измерительной схемы с термистором были получены градировочные характеристики в графическом и текстовом (табличном) варианте представления. Вариация температуры осуществлялась от -50 °C до 150 °C за счет настроек оператора .DC. Операторы .PARAM, .TEMP и .STEP при этом не использовались. Задавалась модель резистора с ТКС: TC1=0,01.

Задача 2

Для схемы TB (см. рис. 3.17) требуется заменить источник напряжения V1 на эквивалентный ему по действию источник тока («возбуждения моста»), осуществить настройку, расчеты работы моста и получить характеристики, идентичные тем, что получены при использовании источника напряжения +10 В (см. рис. 3.19).

Варьирование параметром модели

Рассмотрим возможность варьирования параметров модели, применительно к работе

схемы TB (см. рис. 3.17). Проведем сдвоенный анализ DC Sweep или анализ с проведением вложенных расчетов для цепи постоянного тока (Nested Sweep). Настройку профиля расчетов Primary Sweep оставим такой же, как и для предыдущих расчетов (см. рис. 3.18). Настройку расчетов Secondary Sweep осуществим для варьирования значений температурного

коэффициента сопротивления TC1 в диапазоне от 0,001 до 0,01 с линейным приращением (шагом) 0,001 или как набор из двух значений 0,001 и 0,01. Настройки профиля для первого варианта показаны на рис. 3.20.

67

Рис. 3.20. Настройка профиля схемы TB для сдвоенного анализа при варьировании темпера-

туры и параметров модели в операторе .DC

Директивы задания на моделирования с данными настройками профиля выглядят следующим образом.

*Analysis directives:

.DC LIN TEMP -50 150 0.1

+ LIN RES Rbreak(TC1) 0.001 0.01 0.001

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

.INC ".\tb-SCHEMATIC1.net"

При проведении анализа DC Sweep допускается варьирование двух переменных, выпол-

няемое в виде вложенных циклов, когда для фиксированного значения одной переменной, задаваемой как вторичной (Secondary Sweep) проводятся расчеты с варьированием первичной переменной (Primary Sweep). Далее процесс повторяется для нового значения вторичной

переменной. Вторичная переменная, таким образом, образует внешний цикл (Outer Loop) для проведения анализа, а первичная – внутренний или вложенный цикл (Nested Loop). Более подробно с такими расчетами можно познакомиться в файле техдокументации pspug.pdf в

разделе DC Analysis и пункте Nested DC Sweeps.

При настройке расчетов необходимо иметь в виду, что в качестве Primary Sweep мы используем вариацию температуры, а Secondary Sweep – значений ТС1. Вариацию TC1 вводим

как вариацию параметра TC1 модели RBreak. Обратите внимание на возможность варьирования только одной переменной для модели.

Проведите расчеты и получите характеристики изменения напряжения на выходе моста в зависимости от вариации температуры для различных значений температурных коэффициентов TC1, как показано на рис.3.21.

68

Рис. 3.21. Графические результаты расчетов схемы TB при варьировании температуры от -50

°C до 150 °C и изменении TC1 модели резистора

Постарайтесь интерпретировать результаты. К сожалению, идентифицировать полученные кривые средствами Probe в некоторых версиях САПР не удается. Дело в том, что такая возможность идентификации конкретной кривой предусмотрена в Probe. Выделив нужную

кривую щелчком мыши по ней можно получить по нажатию на правую кнопку мыши доступ к информации о кривой (выбрав опцию Information в открывающемся окне). Выбранная кри-

вая помечается белыми квадратами. В нашем случае могут помечаться как выделенные все кривые, выдается общее сообщение, в котором подтверждается, что это вложенный DC

Sweep анализ и вторичным параметром является TC1. Температура при этом показана как -

50 °C.

Краткие итоги.

Осуществлен сдвоенный анализ DC Sweep или анализ с проведением вложенных расчетов для цепи постоянного тока схемы резистивного моста, имитирующего работу измерительной схемы с термистором. Были получены градировочные характеристики в графическом варианте представления. Вариация температуры и коэффициента TC1 модели резистора осуществлялась за счет настроек оператора .DC. Операторы .PARAM, .TEMP и .STEP при этом не использовались. Задавалась модель резистора с 10 ТКС: от TC1=0,001 до TC1=0,01. Вариация температуры осуществлялась от -50 °C до 150 °C

Имеются проблемы с идентификацией конкретной градуировочной кривой для результатов расчетов в графическом виде.

В текстовом (табличном) виде выводится одна серия данных, соответствующая градуировочной кривой для TC1=0,001.

Подготовьте материалы по выполнению задания 1 для файла отчета.

3.3.2. Параметрический анализ

Приступите к выполнению задания 2. Изучите основные сведения о порядке и правилах проведения параметрического анализа, связанного с вариацией переменных, а также о получении результатов расчетов. Особое внимание следует уделить описанию и условиям применения директивы .STEP. Применение этой директивы является характерным признаком проведения параметрического анализа в PSpice-расчетах.

При выполнении пункта задания 2 необходимо освоить параметрический или многова-

риантный анализ как дополнительный вид анализа к анализам DC Sweep, AC Sweep и Transient.

69

Команда (оператор, директива) .STEP (parametric analysis)

Оператор .STEP обеспечивает вариацию параметров для всех основных видов расчетов. Оператор .STEP задает многовариантный расчет схемы с изменением от варианта к варианту заданного аргумента - переменной (параметра) схемы. При этом для каждого значения аргумента выполняются все указанные в задании виды расчетов схемы.

По своему действию оператор .STEP подобен действию оператора .TEMP, обеспечивающего вариации температуры для основных видов анализа: DC, AC, TRAN.

Результаты расчетов, заданные операторами .PRINT и .PLOT, выводятся отдельными таблицами и графиками для каждого значения аргумента, (подобно тому, как выполняются аналогичные действия для операторов .TEMP и .MC).

В PROBE можно построить набор семейства кривых для каждого значения аргумента. При расчетах используются следующие аргументы и опции.

Опция “Sweep type”. Эта опция задает тип варьирования аргумента и шаг вариации. Изменение аргумента может происходить линейно, в логарифмическом масштабе или как список значений. Типы варьирования:

•LIN – линейное изменение аргумента от начального (start value) до конечного значения (end value) с заданным постоянным шагом (increment value). Само слово LIN при этом может быть опущено;

•OCT – логарифмическое изменение аргумента по октавам с заданной величиной числа шагов или точек на октаву (points value);

•DEC – логарифмическое изменение аргумента по декадам с заданной величиной числа шагов или точек на декаду (points value);

•LIST – список значений, когда аргумент принимает последовательно введенные значения.

Примечания.

1)начальное значение (start value) может быть больше или меньше конечного значения (end value), поэтому приращение аргумента может идти в обоих направлениях;

2)величины: шаг (increment value) и число точек (points value) должны быть больше 0;

3)последовательность введенных значений в списке значений LIST может быть возрастающей или убывающей.

Опция “ Sweep variable name”. Эта опция задает тип аргумента. В качестве аргумента используется один из следующих типов:

•source (независимый источник напряжения или тока);

•model parameter (параметр модели);

•temperature (температура), задается с использованием ключевого слова TEMP; для каждого изменения температуры программа рассчитывает все температуро-зависимые параметры моделей;

•global parameter (глобальный параметр), задается с использованием ключевого слова PARAM; для каждого изменения параметра программа пересчитывает все зависимые от него математические выражения.

Примечания.

1)Использование параметров модели в ряде старых версий САПР имеет следующие ограничения. Нельзя использовать параметры L и W для МДП-транзисторов (но можно LD и WD) и любые температурные параметры, такие как TC1, TC2 для резистора и т.д.

2)Глобальные параметры задаются при использовании директивы .PARAM.

Оператор .STEP изменяет параметры элементов схемы и по действию он подобен, например, оператору .DC. Однако, не должно быть множественного задания параметров и

70