32

ление копирования Direction; количество копий Times to step; копирование текста Copy text.

Рис. 3.7. Диалоговое окно задания параметров копирования

Последний этап можно выполнить вводом в буфер обмена выделенного фрагмента, выбором пиктограммы (Edit/Copy) или нажатием комбинации клавиш Ctrl+C и последующей вставкой фрагмента в нужное место схемы, вы-

бором пиктограммы (Edit/Paste) или нажатием комбинации клавиш Ctrl+V.

Перемещение, вращение, зеркальное отображение и удаление объектов

Все эти операции начинаются нажатием на пиктограмму и выбором одного или нескольких объектов. Перемещение осуществляется их перетаски-

Сохранение схемы

Нажатие на пиктограмму (File/Save), комбинация клавиш Ctrl+S сохраняют схему из активного окна, используя имя и путь, указанный на строке заголовка. Если схема не имеет имени, программа предлагает его ввести. По команде File/Save As схема сохраняется в новом файле.

3.3. Моделирование электрических процессов в схеме

Вид анализа характеристик схемы указывается в меню Analysis:

§Transient, Alt+1 – расчет переходных процессов;

§AC, Alt+2 – расчет частотных характеристик;

33

§DC, Alt+3 – расчет передаточных функций по постоянному току;

§Dynamic DC, Alt+4 – расчет режима по постоянному току и динамическое отображение на схеме узловых потенциалов, токов ветвей и рассеиваемой мощности;

§Transfer Function, Alt+5 – расчет малосигнальных передаточных функций в режиме по постоянному току;

§Sensitivity, Alt+6 – расчет чувствительности режима по постоянному току.

3.3.1. Анализ переходных процессов

Выбором команды Analysis/Transient выполняется переход в диалоговое

окно задания параметров моделирования переходных процессов, показанное на

рис. 3.8.

Рис. 3.8. Диалоговое окно задания параметров моделирования переходных процессов

Диалоговое окно содержит области команд, задания числовых парамет-

ров, опций, вывода результата моделирования.

Область команд содержит следующие команды:

§Run – начало моделирования;

§Add – добавление еще одной строки спецификации вывода результатов;

§Delete – удаление строки спецификации вывода результатов, отмеченной курсором;

§Expand – открытие дополнительного окна для ввода текста большого раз-

34

мера при расположении курсора в одной из граф, содержащих выражения,

например Y Expression;

§Stepping – открытие диалогового окна задания вариации параметров;

§Properties – открытие диалогового окна задания свойств интерфейса;

§Help – вызов справочной информации по разделу Transient Analysis.

Область задания числовых параметров содержит следующее:

§Time Range – указывается длительность интервала времени расчета пере-

ходных процессов. Формат ввода: Tmax, Tmin. По умолчанию Tmin = 0.

§Maximum Time Step – устанавливается максимальный шаг интегрирования.

Расчет переходных процессов ведется с автоматическим выбором перемен-

ного шага, величина которого определяется допустимой относительной ошибкой RELTOL.

§Number of Points – определяется количество точек, выводимых в таблицы,

т.е. количество строк в таблице вывода результатов; по умолчанию прини-

мается равным 51.

§Temperature – задается диапазон изменения температуры в градусах Цель-

сия; при выборе параметра Linear имеет формат High [,Low [,Step]]. Если опущены параметры Low (минимальное значение) и Step (шаг изменения температуры), то расчет проводится при единственной температуре, равной

High (максимальное значение); при выборе параметра List указывается спи-

сок температур.

Область опций содержит следующие операции:

§Run options – управление выдачей результатов расчетов: Normal – результа-

ты расчетов не сохраняются; Save – сохранение результатов расчетов в би-

нарном дисковом файле <имя схемы>.TSA; Retrieve – считывание послед-

них результатов расчета из дискового файла<имя схемы>.TSA, созданного ранее. При этом производится построение графиков и таблиц переходных процессов, как после обычного расчета.

§State Variables – установка начальных условий: Zero – установка нулевых начальных условий для потенциалов всех аналоговых узлов и токов через элементы индуктивности и неопределенных логических состояний“X” для

35

цифровых узлов; Read – чтение начальных условий из бинарного дискового файла <имя схемы>.ТОР, созданного с помощью State Variables Editor, пе-

ред каждым вариантом расчета при изменении температуры или другого па-

раметра; Leave – установка начальных условий, полученных по окончании расчета предыдущего варианта. При расчете первого варианта они полага-

ются нулевыми.

§Operation Point – включение режима расчета по постоянному току перед началом каждого расчета переходных процессов. Данные этого режима за-

меняют значение всех начальных условий, если они были установлены.

§Operation Point Only – расчет только режима по постоянному току(расчет переходных процессов не производится).

§Auto Scale Ranges – присвоение признака автоматического масштабирова-

ния по осям X, Y для каждого нового варианта расчетов. Если эта опция вы-

ключена, то принимаются во внимание масштабы, указанные в графах Х

Range, Y Range.

Вывод результатов моделирования включает следующее:

/ – переключение между логарифмической и линейной шкалой по оси Х;

/ – переключение между логарифмической и линейной шкалой по оси Y;

– вызов меню для выбора одного из 16 цветов окрашивания графиков; кноп-

ка окрашивается в выбранный цвет;

– запись в текстовый выходной файл таблицы отсчетов функции, заданной в графе Y Expression. Запись производится в файл<имя схемы>.TNO. Таблица просматривается в окне Numeric Output (вызывается клавишей F5). Количество отсчетов функции (число строк в таблице) задается параметром Numeric of Points в области задания числовых параметров;

P (Plot group) – номер графического окна, в котором должна быть построена ис-

следуемая функция;

X Expression – имя переменной, откладываемой по оси Х. При анализе переход-

ных процессов по этой оси откладывается время (переменная Т);

36

Y Expression – имя аналоговой или цифровой переменной, откладываемой по оси Y; допускается применение математических выражений и функций. Напри-

мер: V(5) – потенциал узла 5; V(6,4) – разность потенциалов между узлами 6 и 4; Vbe(VT1) – напряжение база-эмиттер транзистора VT1; I(V1) – ток через ис-

точник сигнала V1; I(V1)*V(V1) – мгновенная мощность источника сигнала V1; Cbc(Q1) – емкость перехода база-коллектор транзистора Q1; Q(С1) – заряд кон-

денсатора С1; FFT(V(6)) – спектр напряжения в узле 6 (при этом по оси X нуж-

но откладывать частотуF); D(QA) – логический уровень сигнала в цифровом узле QA;

X Range – минимальное и максимальное значения переменной Х на графике по формату High[,Low];

Y Range – минимальное и максимальное значения переменной Y на графике.

Моделирование начинается после нажатия на кнопкуRun, на пиктограм-

нажав на пиктограмму или на клавишу ESC.

3.3.2. Анализ частотных характеристик

Для расчета частотных характеристик к входу схемы должен быть под-

ключен источник гармонического или импульсного сигнала(Sine source, Pulse source). При расчете частотных характеристик амплитуда этого сигнала назна-

чается программой, равной 1 В, а частота меняется в заданных пределах. По-

этому если имеется один источник сигнала, то выходные напряжения будут совпадать с частотными характеристиками устройства. Если источников сигна-

ла несколько, то отклики от всех сигналов будут складываться с учетом фазо-

вых соотношений.

Выбором команды Analysis/AC… выполняется переход в диалоговое ок-

но задания параметров моделирования частотных характеристик, показанное на рис. 3.9.

38

§Frequency Step – шаг изменения частоты: Auto – автоматический выбор ша-

га по частоте; Linear – постоянный линейный шаг по частоте, DF = Fi +1 - Fi ,

зависит от количества точек на графике n (Number of Points) и определяется

Вывод результатов моделирования включает следующее: – вывод графика в прямоугольной системе координат; – вывод графика в полярной системе координат;

– вывод графика в виде круговой диаграммы.

Y Expression – имя переменной, откладываемой по оси Y. Переменные при рас-

чете частотных характеристик являются комплексными. Примеры их записи: V(1) – модуль напряжения в узле 1; db(V(1)) – модуль напряжения в узле 1 в де-

цибелах; re(V(1)) – действительная часть напряжения в узле 1; im(V(1)) — мни-

мая часть напряжения в узле 1; ph(V(1)) – фаза напряжения в узле 1 в градусах; gd(V(1)) – групповое время запаздывания напряжения в узле 1; INOISE – корень квадратный из спектральной плотности напряжения шума, приведенного ко входу; ONOISE – корень квадратный из спектральной плотности выходного на-

пряжения шума (графики INOISE и ONOISE нельзя строить одновременно с графиками других переменных).

3.3.3. Анализ передаточных характеристик по постоянному току

Для расчета передаточных характеристик к входу схемы должен быть подключен один или два независимых источника постоянного напряжения(то-

ка). В качестве выходного сигнала может рассматриваться разность узловых по-

тенциалов или ток, текущий через ветвь, в которую включен резистор. При мо-

делировании закорачиваются индуктивности, исключаются конденсаторы и рассчитывается режим по постоянному току для нескольких значений входных сигналов. Например, в случае подключения одного источника постоянного на-

39

пряжения рассчитывается передаточная функция усилителя, а при подключении двух источников – семейство статических выходных характеристик транзисто-

ра.

Выбором команды Analysis/DC… выполняется переход в диалоговое ок-

но задания параметров для моделирования передаточных характеристик по по-

стоянному току, показанное на рис. 3.10.

Диалоговое окно содержит, как и в рассматриваемых выше видах анализа,

области команд, задания числовых параметров, опций, вывода результата моде-

лирования. Рассмотрим команды, свойственные именно анализу передаточных характеристик.

передаточных характеристик

Область задания числовых параметров содержит следующее:

§Variable1 – задание первой варьируемой переменной.

§Variable2 – задание второй варьируемой переменной.

При задании варьируемых переменных указываются:

40

§Method – метод варьирования переменной: Auto – автоматический выбор шага изменения варьируемого параметра; Linear – постоянный линейный шаг; Log – постоянный логарифмический шаг; List – указывается список значений изменения варьируемого параметра.

§Name – имя источника, параметры которого варьируются. Выбирается из развертывающегося списка возможных источников. В случае отсутствия варьируемых параметров выбирается None.

§Range – диапазон изменения варьируемого параметра. Формат ввода: <ко-

нечное значение>, <начальное значение>, <шаг изменения>. Если задан ре-

жим Method/ Auto, то шаг изменения варьируемого параметра зависит от значения заданного в графеMaximum Change %. Если задан режим

Method/ List, то диапазон изменения варьируемого параметра задается в формате: <n1>, <n2>,…, <nn>.

3.3.4. Вариация параметров

Программа MC 7 позволяет при расчете переходных, частотных и переда-

точных характеристик провести многовариантный анализ путем вариации лю-

бого параметра компонента схемы или его модели(возможна вариация до 20

параметров). Для этого в диалоговом окне задания параметров(рис. 3.8 – 3.10)

выбирается команда Stepping (пиктограмма ). Открывается одноименное диалоговое окно, показанное на рис. 3.11.

41

Рис. 3.11. Диалоговое окно варьирования параметров компонентов

В области Parameter Type выбирается тип варьируемого параметра:

Component – значение параметра компонента схемы;

Model – параметр математической модели компонента;

Symbolic – доступен список параметров, определенный по директиве

DEFINE.

В строке Step What указывают имя варьируемого параметра, на трех по-

следующих строках – пределы и шаг его изменения.

В области Step It задается режим включения вариации параметров(Yes)

или выключения (No).

В области Method выбирается метод вариации параметра: Linear – ли-

нейная шкала; Log – логарифмическая шкала; List – список значений.

В области Change выбирается последовательность изменения параметров:

Step all variables simultaneously – одновременное изменение всех варьи-

руемых параметров;

Step variables in nested loops – поочередное изменение варьируемых параметров.

Программа MC 7 также позволяет при расчете переходных, частотных и передаточных характеристик выполнять параметрическую оптимизацию и ста-

тистический анализ по методу Монте-Карло. Описание необходимых для их выполнения команд, а также виды анализа: расчет режима по постоянному току

42

и динамическое отображение на схеме узловых потенциалов, токов ветвей и рассеиваемой мощности (Dynamic DC); расчет малосигнальных передаточных функций в режиме по постоянному току(Transfer Function); расчет чувстви-

тельности режима по постоянному току(Sensitivity) подробно изложены в [7– 9].

3.3.5. Описание основных команд процессора и постпроцессора моделирования

После перехода в режим моделирования характеристик открывается окно анализа характеристик. На рис. 3.12 показан пример окна анализа частотных характеристик.

Основные команды процессора моделирования:

Run (F2) – запуск моделирования;

Limits (F9) – задание параметров моделирования;

Stepping (F11) – вариация параметров;

Analysis Window (F4) – открытие графического окна результатов модели-

рования;

Numeric Output (F5) – вывод на экран численных результатов в табличной

форме;

Exit Analysis (F3) – завершение режима анализа и возвращение в окно редактора схем.

Основные команды постпроцессора моделирования:

Scale (F7) – вывод на весь экран части графика, выделенного при помощи курсора.

Cursor (F8) – режим электронного курсора для считывания координат двух точек на графике. Первый маркер устанавливается щелчком левой кнопки мыши, второй – щелчком правой. Ниже графиков выводится таблица,

43

Рис. 3.12. Окно анализа частотных характеристик

имеющая следующие столбцы: Left – значение переменной, отмеченной щелчком левой кнопки мыши, Right – значение переменной, отмеченной щелчком правой кнопки мыши, Delta — разность двух отсчетов, Slope – производная функции, рассчитанная по двум отсчетам. Каждая строка таблицы соответствует одной функции, последняя – независимой переменной.

Возвращение в обычный режим происходит при нажатии на пиктограмму

(выполнение команды Select).

Point Tag – вывод на график значений координат X, Y выбранной точки.

Horizontal Tag – вывод на график расстояния по горизонтали между двумя выбранными точками.

Vertical Tag – вывод на график расстояния по вертикали между двумя выбранными точками.

Data Points – отображение на графике расчетных точек.

45

Пассивные компоненты (Passive Devices)

Резистор (Resistor)

Графическое обозначение Основные атрибуты:

PART: <имя>

VALUE: <значение>[TC=<TC1>[,<TC2>]]

MODEL: <имя модели>

Параметры модели резистора приведены в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Конденсатор (Capacitor)

Графическое обозначение Основные атрибуты:

Атрибут PART: <имя>

Атрибут VALUE: <значение>[IC=<начальное значение напряжения>]

Атрибут MODEL: <имя модели>

Параметры модели конденсатора приведены в табл. 3.4.

46

Индуктивность (Inductor)

Графическое обозначение Основные атрибуты:

Атрибут PART: <имя>

Атрибут VALUE: <значение> [IС=<начальный ток>]

Атрибут MODEL: [имя модели]

Параметры модели индуктивности приведены в табл. 3.5.

47

Диод (Diode) и стабилитрон (Zener)

Основные атрибуты:

Атрибут PART:<имя>

Атрибут MODEL: [имя модели]

Модель диода задается в виде

.MODEL <имя модели> D [(параметры модели)]

Параметры модели диода приведены в табл. 3.6.

Основные атрибуты: Атрибут PART:<имя>

Атрибут MODEL: [имя модели]

Модели биполярных транзисторов (Bipolar transistor) задаются в виде

.MODEL <имя модели> NPN [(параметры модели)]

.MODEL <имя модели> PNP [(параметры модели)]

Модели МДП-транзисторов со встроенным каналом задаются в виде

.MODEL <имя модели> NMOS [(параметры модели)]

.MODEL <имя модели> PMOS [(параметры модели)]

Модели МДП-транзисторов с индуцированным каналом задаются в виде

.MODEL <имя модели> DNMOS [(параметры модели)]

.MODEL <имя модели> DPMOS [(параметры модели)]

Модели полевых транзистора с управляющим p-n – переходом задаются в виде

.MODEL <имя модели> NJFET [(параметры модели)]

.MODEL <имя модели> PJFET [(параметры модели)] Параметры моделей транзисторов приведены в [7–9].

Операционный усилитель (OPAMP)

Графическое обозначение

Основные атрибуты:

Атрибут PART: <имя>

Атрибут MODEL: [имя модели]

Параметры модели операционного усилителя приведены в табл. 3.7.

Таблица 3.7

50

51

Источники сигналов (Waveform sources)

Источник постоянного напряжения (Battery), источник постоянного тока (Isource)

Графическое обозначение

Источник постоянного напряжения

Источник постоянного тока

Основные атрибуты:

Атрибут PART:<имя>

Атрибут VALUE:<значение>

Источник импульсного напряжения (Pulse source)

Графическое обозначение

Основные атрибуты:

Атрибут PART:<имя>

Атрибут MODEL: <имя модели>

Модель источника импульсного напряжения задается в виде

.MODEL<имя модели> PUL ([список параметров])

Параметры модели источника импульсного напряжения приведены в табл. 3.8, форма импульсного сигнала – на рис. 3.13.

Таблица 3.8

53

Модель источника синусоидального напряжения задается в виде

.MODEL<имя модели> SIN ([список параметров])

Параметры модели источника синусоидального напряжения приведены в табл. 3.9, форма сигнала – на рис. 3.14.

Ключ (Switch)

Графическое обозначение

Основные атрибуты:

Атрибут PART:<имя>

54

n1> n2 – ключ разомкнут (OFF) при управляющем сигнале n1 ³ Xупр ³ n2;

Ron, Roff – сопротивление ключа в замкнутом и разомкнутом состоянии со-

ответственно.

Соединители (Connectors)

Общая точка (Ground)

55

Графическое обозначение

Элемент Ground обязательно должен вводиться в каждую схему перед выполнением моделирования. Электрической цепи с этим элементом програм-

ма МС 7 присваивает номер 0, её потенциал считается равным нулю.

Соединитель (Tie)

Графическое обозначение

Применяется для соединения двух или нескольких далеко разнесённых по схеме точек. Элементу Tie присваивается текстовая метка. Все элементы Tie с

одинаковыми метками считаются электрически соединёнными.

3.4.2. Цифровые устройства

Реальные цифровые интегральные схемы представлены в виде цифровых элементов (примитивов). При их соединении программа создает цифровые уз-

лы, в случае смешанной схемы(аналого-цифровой) выполняется сквозная ну-

мерация узлов. Цифровые узлы принимают значения, приведенные в табл. 3.10

и на рис. 3.15.

Таблица 3.10

Рис. 3.15. Логические состояния

Цифровые элементы всех типов задаются по общим правилам. В формате

SPICE:

Uxxx <тип> [(<список параметров>)]

56

+<+узел источника питания> <–узел источника питания> <список узлов>

+<имя модели динамики> <имя модели вход/выход>

+[MNTYMXDLY=<выбop значения задержки>]

+[IO_LЕVЕL=<уровень модели интерфейса>]

Параметр <тип> указывает тип логического устройства; в круглых скоб-

ках указываются через запятую значения одного или более параметров(напри-

мер, для схемы И указывается количество входов).

Модель динамики описывает динамические свойства устройства, имеет ключевые слова, приведенные в табл. 3.11.

Таблица 3.11

Модель вход/выход (UIO) содержит параметры: INLD – входная емкость; OUTLD – выходная емкость; DRVH – выходное сопротивление высокого уров-

ня; DRVL – выходное сопротивление низкого уровня; DRVZ – выходное сопро-

тивление утечки цепи; INR – входное сопротивление утечки цепи; TSWLH –

время переключения из «0» в «1»; TSWHL – время переключения из «1» в «0».

Параметр MNTYMXDLY позволяет назначить конкретному устройству

значение времени задержки, указанное в параметрах модели его динамики: 0 –

значение задержки задается параметромGlobal Settings/DIGMNTYMX; 1 – ми-

нимальное (MN); 2 – типичное (TY); 3 – максимальное (MX).

57

AtoD1/DtoA1; 2– интерфейс AtoD2/DtoA2; 3 – интерфейс AtoD3/DtoA3; 4 – интерфейс AtoD4/DtoA4.

Запаздывание сигнала в цифровых элементах определяется в двух моде-

лях: динамики и вход/выход.

Модель динамики определяет задержки распространения и такие - вре менные ограничения, как время установки (setup) и удерживания (hold). Модель вход/выход задает входные и выходные сопротивления, емкости и время пере-

ключения.

Аналого-цифровой преобразователь (AtoD converters)

Графическое обозначение

Временная диаграмма АЦП показана на рис. 3.16.

Рис. 3.16. Временная диаграмма АЦП

Имена узлов перечисляются в<списке узлов> в следующем порядке:

<аналоговый вход>, <опорное напряжение>, <общая точка>, <сигнал разреше-

ния>, <сигнал преобразования>, <сигнал переполнения>, <m-й разряд>, ..., < 1-й разряд>.

Модель динамики задается в виде

.MODEL <имя модели> UADC [(параметры)]

Цифроаналоговый преобразователь (DtoA converters)

Графическое обозначение

Временная диаграмма ЦАП показана на рис. 3.17.

Рис. 3.17. Временная диаграмма ЦАП

Модель динамики задается в виде

.MODEL <имя модели> UDAC [(параметры)]

Параметр модели: TSW_ _ – время установления (от момента изменения вход-

ного кода до момента достижения выходным напряжением уровня0,9 уста-

новившегося значения).

Логические элементы

В программе логические элементы подразделяются на две группы: стан-

дартные логические элементы(табл. 3.13); логические элементы с тремя со-

59

стояниями (табл. 3.14). Последние управляются сигналами разрешения(«0» –

выходной сигнал, имеющий высокоимпедансное состояние).

Модель динамики задается для стандартных логических элементов в виде

.MODEL <имя модели> UGATE [(параметры)]

Модель динамики задается для логических элементов с тремя состояния-

ми в виде

.MODEL <имя модели> UGATE [(параметры)]

Параметры моделей приведены в табл. 3.15.

61

Модель динамики триггеров спотенциальным управлением задается в

виде

.MODEL <имя модели> UGFF [(параметры)]

Модель динамики триггеров с динамическим управлением задается в ви-

де .MODEL <имя модели> UEFF [(параметры)]

Параметры модели триггеров приведены в табл. 3.17.

Таблица 3.17

Источник постоянного логического сигнала (Fixed Digital)

Графическое обозначение

Параметры модели источника постоянного логического сигналазадаются только в виде атрибутов (формат схем).

Основные атрибуты:

62

Атрибут PART:<имя>

Атрибут VALUE: <логический уровень> Атрибут I/O MODEL: <имя модели вход/выход>

Внутренние сопротивление источника задается при описании модели вход/выход. Модель динамики этот источник не имеет.

Генераторы цифровых сигналов (Stim)

Программа содержит генераторы 1-,2-,4-,8-,16-разрядных цифровых сигналов. По способу создания временной диаграммы они разделяются на два ти-

па: Stim и FStim.

Графическое обозначение

Модель генераторов Stim включает следующие атрибуты:

Атрибут PART: <имя>

Атрибут FORMAT: < формат>

Атрибут COMMAND: <имя команды описания формы сигнала>

Атрибут I/O MODEL: <имя модели вход/выход>

Атрибут TIMESTEP: <шаг по времени>

Атрибут IO_LEVEL: <номер макромодели интерфейса вход/выход>

Атрибут POWER NODE: <+узел источника питания>

Атрибут GROUND NODE: <–узел источника питания>

Переменная <формат> – это спецификация формата переменной<дан-

ные>, в которой представлены логические уровни сигналов генератора. Эта пе-

ременная представляет собой последовательность цифр, общее число которых

равно значению переменной <количество сигналов>. Каждая цифра принимает

значения 1, 3 или 4, что означает двоичную, восьмеричную и шестнадцатерич-

ную систему счисления.

Номера подключения выходов генератора к схеме задаются<списком

63

узлов>.

IO_LEVEL — необязательный параметр для выбора одной из четырех макромоделей интерфейса вход/ выход (по умолчанию 0).

TIMESTEP — необязательный параметр для задания периода квантова-

ния. По умолчанию устанавливается TIMESTEP=0.

COMMAND – параметр, включающий имя команды описания формы сигнала в текстовой форме. Описание формы сигнала задается в следующем виде:

.DEFINE < имя команды > <time> <логический уровень> <LABEL=<имя метки>>

<time> GOTO < имя метки > <n> TIMES

Каждая цифра переменной<данные> представляет собой логический уровень соответствующего выходного сигнала, который представлен в системе счисления 2m, где m — соответствующая цифра переменной <формат>.

Переменная <time> определяет моменты времени, в которых задаются ло-

гические уровни сигнала. Если перед значением переменной<time> имеется символ "+", то эта переменная задает приращение относительно предыдущего момента времени, в противном случае она определяет абсолютное значение от-

носительно начала отсчета времениt = 0. Суффикс "S" указывает размерность времени в секундах(допускается суффикс "nS" — наносекунды и т.п.). Суф-

фикс "С" означает измерение времени в количестве циклов, размер которых оп-

ределяется параметром TIMESTEP (переменная <шаг по времени>).

Переменная <данные> состоит из символов "О", "1", "X", "R", "F" или "Z",

интерпретируемых в заданном формате.

Переменная <п> задает количество повторяющихся циклов GOTO; значе-

ние п = –1 задает бесконечное повторение цикла.

Переменная <имя метки> используется при организации цикла с помо-

щью оператора перехода GOTO, который передает управление на строку, сле-

64

дующую за оператором LABEL= <имя метки>.

В генераторах FStim считывание временной диаграммы цифрового сигна-

ла выполняется из файла, специально созданного в текстовом редакторе.

Файл цифрового сигнала содержит следующее:

-заголовок (header), содержащий список имен сигналов;

-список значений сигнала (transitions), содержащий на одной или более строках моменты времени изменений сигналов и колонки их значений.

Заголовок имеет следующий формат: [TIMESCALE=<значение>]

<имя сигнала 1>...<имя сигнала п>...

ОСТ(<3-й бит сигнала>... 1-й бит сигнала>)...

НЕХ(<4-й бит сигнала>...< 1-й бит сигнала>)...

Имена сигналов могут разделяться запятыми или пробелами. Они распо-

лагаются на одной или нескольких строках. Максимальное количество сигналов

– 255, на одной строке могут размещаться не более 300 символов. Имена сигна-

лов перечисляются в том же порядке, в котором их значения приводятся во временных диаграммах.

Если перед именем сигнала не указывается название системы счисления,

он считается двоичным. Имена сигналов, записанных в восьмеричном коде,

предваряются кодом ОСТ и группируются по3 сигнала. Имена шестнадцате-

ричных сигналов имеют код HEX и группируются по 4 сигнала.

Список значений имеет формат: <время> <значение сигнала>

Список значений отделяется от заголовка пустой строкой. Для моментов времени изменений сигналов указываются их абсолютные значения(в секун-

дах) или приращение относительно предыдущего момента времени. Признак приращения – знак "+".

Модель генераторов FStim включает следующие атрибуты:

Атрибут PART: <имя>

Атрибут I/O MODEL: <имя модели вход/выход>

65

Атрибут FILE: <имя файла>

Атрибут SIGNAMES: <имя воздействия из файла сигналов>

Атрибут IO_LEVEL: <номер макромодели интерфейса вход/выход>

Атрибут POWER NODE: <+узел источника питания>

Атрибут GROUND NODE: <–узел источника питания>

Параметр <количество выходов> определяет количество узлов, к которым подключаются сигналы. Остальные параметры имеют тот же смысл, что для ге-

нераторов STIM.

В заключение следует отметить, что программа MC 7 позволяет исполь-

зовать для моделирования схем цифровые и аналоговые устройства, выпускае-

мые ведущими производителями электронных компонентов. Существует об-

ширная библиотека компонентов, имеющих оригинальные названия, присвоен-

ные производителями, и модели представленные в текстовом формате. Они расположены в меню: Component/Analog Library; Component/Digital Library.

Diвх определяется из справочных данных конкретного ОУ.

Напряжение также не зависит от величины входного сигнала, то есть вы-

зывает аддитивную погрешность усилителя, и вычисляется по формуле

68

Относительная погрешность коэффициента усиления неинвертирующего усилителя, обусловленная конечным значением KU ОУ, определяется выражением dKU =1(1+ KU g).

Параметры коэффициента усиленияKU и коэффициент передачи синфаз-

ного сигнала ОУКсф связаны между собой через коэффициент подавления синфазного сигнала M ñô = KU Kñô . Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя с учетом коэффициента подавления синфазного сигнала вычисляется по формуле

Относительная погрешность коэффициента усиления неинвертирующего усилителя, обусловленная наличием Ксф, определяется выражением

dKñô = 1 M ñô .

Выходное сопротивление неинвертирующего усилителя вычисляется по

формуле râûõ = râûõ ÎÓ (1 + KU g).

Существуют также погрешности, обусловленные температурным и вре-

менным дрейфом параметров ОУ, а также неточностью используемых резисто-

ров. Эти погрешности подробно рассмотрены в книге [10].

Выполним моделирование инвертирующего усилителя с коэффициентом

69

Используя приведенные выше формулы, получим следующие значения

Выполним моделирование неинвертирующего усилителя в режиме анали-

за передаточных характеристик по постоянному току(Analysis/DC…). В диало-

говом окне зададим параметры моделирования (рис. 4.2). Полученная в резуль-

тате моделирования передаточная характеристика приведена на рис. 4.3.

Рис. 4.2. Диалоговое окно задания параметров моделирования

передаточных характеристик

70

Рис. 4.3. Передаточная характеристика неинвертирующего усилителя

Анализ характеристики целесообразно выполнять с применением текстового выходного файла таблицы отсчетов функции, заданной в графеY Expression. Для этого перед моделированием необходимо нажать на пиктограм-

му в диалоговом окне задания параметров моделирования(рис. 4.2). Количество отсчетов функции (число строк в таблице) задается параметром Numeric of Points в области задания числовых параметров. Таблица просматривается в

окне Numeric Output, рис. 4.4 (вызывается клавишей F5 или пиктограммой в окне моделирования). Из полученных результатов следует, что максимальное выходное напряжение Uâûõ max » ±13,9 Â, напряжение смещения на выходе уси-

лителя, обусловленное Uñì и Diвх, Uâûõ ñì » 0,106В.

71

Рис. 4.4. Таблица отсчетов функции Uвых(Uвх)

Коэффициент усиления характеризуется наклоном передаточной характе-

ристики и для его определения можно использовать режим электронного курсо-

ра (Cursor (F8) ). Используя значения параметров в колонкеSlope, можно определить производную функции Uвых(Uвх), рассчитываемую по двум отсчетам

(рис. 4.3) и, следовательно, коэффициент усиления K = 99,95 .

Для определения границы линейного участка передаточной характери-

стики следует увеличить график передаточной характеристики путем выполне-

ния команды Scale (F7 или пиктограмма ), рис. 4.5, затем продлить линей-

ную часть характеристики, используя команду создания геометрических фигур

72

Рис. 4.5. Определение границы линейного участка передаточной характеристи-

ки

Options/Mode/Line (пиктограмма ). Точка, в которой характеристика и прямая начинают расходиться, и есть граница линейного участка передаточной характеристики усилителя. Для определения численного значения используется

команда Point Tag (пиктограмма ).

С помощью программы MC 7 можно определить входное и выходное сопротивления инвертирующего усилителя. Рассмотрим пример определения входного сопротивления. Его можно найти по известной методике: включается между источником сигнала V3 (E = 0,5Â) и входом усилителяUâõ (Input) рези-

методики используем Analysis/Transient и вариацию значения сопротивления

R4 – команда Stepping (пиктограмма ), рис. 4.7. По результатам моделирования (рис. 4.8) Râõ ÍÓ » 2 мОм.

Результаты моделирования с помощью программы МС7 неинвертирующего усилителя хорошо согласуются с расчетными значениями.

73

Рис. 4.6. Схема для определения входного сопротивления неинвертирующего усили-

теля

Рис. 4.7. Задание вариации значения сопротивления R4

74

Рис. 4.8. Результаты параметрического анализа

4.2. Активные фильтры

Активные фильтры состоят из ОУ, работающих в линейном режиме, и

пассивных элементов (в основном резисторов и конденсаторов). Они предна-

значены для формирования частотной характеристики заданного вида, т.е. для того, чтобы из всех подаваемых на их вход сигналов пропускать на выход схе-

мы сигналы лишь некоторых заранее заданных частот. Активные фильтры ши-

роко используются в медицинской аппаратуре, например, для получения электро-

кардиограмм, электромиограмм, для изучения частотного состава биотоков мозга.

Рассмотрим возможность использования программы МС7 для моделиро-

вания активных фильтров на примере исследования фильтра Чебышева.

Характеристика фильтра Чебышева имеет пульсации в полосе пропуска-

ния и монотонна в полосе подавления. Количество пульсаций определяется по-

рядком фильтра n, размах пульсаций задается при конструировании фильтра и обычно устанавливается на уровне0,5; 1; 2 или 3 дБ. Более крутой наклон ха-