;IN4 = “1”

Вследующем примере описан генератор шестнадцати сигналов. Пример иллюстрирует применение операции INCR и организацию цикла, число повторений которого определяется условием UNTIL.

U2 STIM (16, 4444) 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 IO_STM

; на STARTLOOP и выполнение ; первого оператора без задержки

Последний пример иллюстрирует применение смешанного формата, в котором сигналы узлов 1, 2 и 7 описаны в двоичном формате, а узлы 3, 4, 5, 6 - в шестнадцатеричном.

USTIM STIM(7,1141) 1 2 3 4 5 6 7 IO_STM

Второй вариант смешанного моделирования при работе с PSpice требует наличия в его составе опции Digital Files. Этот вариант заключается в поочередном, последовательном расчете аналоговой и цифровой частей схемы двумя разными программами. При этом аналоговая часть моделируется PSpice, а цифровая - какой-нибудь внешней специализированной программой, например PCLOGS, входящей в P-CAD. Обмен информацией между программами в этом случае осуществляется через файлы. PSpice формирует выходной файл, в который заносит логические сигналы Qвх, получаемые с выходов интерфейса А/Ц. Эти сигналы являются входными для цифровой модели, которая рассчитывается внешней программой логического моделирования. Эта программа в свою очередь должна сформировать свой выходной файл и занести в него логические сигналы Qвых, относящиеся к выходным узлам, подключенным к аналоговой части схемы. С этим файлом может работать PSpice, подавая считанные из него логические сигналы на входы интерфейса Ц/А, который преобразует их в сигналы Uвх. Таким образом, PSpice осуществляет расчет аналоговой части устройства и интерфейсов. Так что из схемы на рис. 2.1 только цифровая модель является внешней по отношению к PSpice.

Однако в действительности схему вида, представленного на рис. 2.1, по второму варианту в общем случае рассчитать нельзя. В этой схеме имеется обратная связь между аналоговой и цифровой частями, и рассчитывать их независимо друг от друга невозможно. Вариант последовательного смешанного моделирования применим только к схемам, в которых такие обратные связи отсутствуют. Подобная схема представлена на рис. 2.2. Она состоит из последовательно работающих цифровых и аналоговых блоков. К такому классу схем относятся многие измерительные системы, системы связи, системы физического эксперимента. В системах, имеющих такую последовательную структуру, можно на одной программе просчитать переходные процессы в первом блоке на протяжении всего заданного интервала времени. Затем на другой программе просчитать следующий блок, используя в качестве его входных сигналов уже полученные выходные сигналы предыдущего блока, и т.д. Такое последовательное смешанное моделирование и обеспечивает опция Digital Files.

а между вторым и третьим включается А/Ц интерфейс, транслирующий аналоговый сигнал в логический сигнал входов цифровых элементов.

Типичные подсхемы интерфейсов для ряда серий цифровых интегральных схем включены в прилагаемую к программе библиотеку DIGIO.LIB. Подобную библиотеку можно создать и самому для применяемых цифровых интегральных схем, пользуясь сведениями, приведенными в п. 2.2 и последующих пунктах.

При подготовке аналого-цифровой схемы к расчету можно использовать автоматическое или ручное расщепление смешанных узлов и включение интерфейсов.

При ручном способе подготовка схемы заключается в следующем.

♦Каждый смешанный узел расщепляется на аналоговый и один, два или более цифровых, которым присваиваются разные имена. Расщепление с двумя цифровыми узлами, как указывалось выше, обязательно производится, если к смешанному узлу подключены и выходы, и входы цифровых элементов. Тогда один цифровой узел относится к этим входам, а другой - к выходам. Кроме того, если к смешанному узлу подключено несколько входов разных цифровых элементов, то можно их представить одним цифровым узлом, а можно несколькими и к каждому в дальнейшем подключить свой интерфейс. Тогда эти интерфейсы автоматически отразят параллельное включение входных импедансов цифровых элементов. Если же не проводить такого разбиения, то надо вручную подсчитать эквивалентный импеданс входов и описать его в интерфейсе. Аналогичные альтернативные подходы возможны и в случае, если к одному смешанному узлу подключено несколько выходов цифровых элементов.

♦Аналоговая и цифровая части схемы описываются обычным образом. При этом в описании аналоговой части используются имена аналоговых узлов, а при описании цифровой части - цифровых. В операторах, описывающих цифровые элементы, указываемые для PSpice 5 узлы питания, как и при чисто цифровом моделировании, не имеют никакого значения. К этим узлам можно ничего не подключать.

♦Между аналоговыми и цифровыми узлами, получившимися в результате расщепления смешанных узлов, включаются интерфейсы. При этом между узлом выхода цифровой схемы и соответствующим ему аналоговым узлом включается Ц/А интерфейс - элемент типа N или собранная на его основе более сложная и точная интерфейсная подсхема. А между узлом входа цифровой схемы и соответствующим ему аналоговым узлом включается А/Ц интерфейс - элемент типа O или собранная на его основе более детальная интерфейсная подсхема.

передающего информацию из DOUT в OUT. К интерфейсам должны быть подключены не указанные на рисунке питающие напряжения, с помощью которых задаются уровни, соответствующие сигналам “0” и “1”.

Пусть, например, А/Ц интерфейс описывается библиотечным типом подсхемы с именем DA, а Ц/А интерфейс описывается библиотечным типом подсхемы с именем AD. И пусть узлы питания интерфейсов UP и “0”, причем потенциал UP должен быть равен 5 В. Используются также библиотечные модели задержек с именем MDL и входа/выхода с именем IO. Тогда описание схемы, соответствующей рис. 2.3б может иметь вид

Чаще узлы питания интерфейсов делают глобальными. Например, в библиотеке DIGIO.LIB используются имена $G_DPWR и $G_DGND. Тогда имена узлов питания не требуется передавать в подсхемы интерфейсов, так как они уже используются внутри этих подсхем.

Результаты расчета схемы с помощью Design Center приведены на рис. 2.4. В верхней части даны диаграммы логических сигналов в цифровых узлах, в нижней - графики напряжений в аналоговых узлах. Двойные линии при переключении цифровых сигналов соответствуют попаданию элементов в неопределенное состояние “X”. Это связано со сравнительно медленным изменением напряжения на входе IN2, в результате чего на элемент И-НЕ в течение некоторого времени подается сигнал, величина которого лежит между “0” и “1”.

Если в схеме рис. 2.3а присутствует сопротивление R3, то узел IN1 становится смешанным. Поскольку к этому узлу подключен выход инвертора и вход элемента И-НЕ, то этот узел расщепляется на три (рис. 2.3в): D1IN1 - цифровой выход инвертора, D2IN1 - цифровой вход элемента И-НЕ, IN1 - аналоговый узел. Между ними включаются интерфейсы O2, N2.

Рис. 2.4. Переходные процессы в аналого-цифровом генераторе импульсов

Таким образом, при наличии соответствующих библиотек вся подготовка схемы сводится к обычному описанию аналоговой и цифровой частей схемы и к указанию соответствующих библиотечных моделей входа/выхода и узлов источников питания интерфейсов. Пусть, например, для цифровых элементов схемы (см. рис. 2.3а) имеется в библиотеке модель задержек MDL, модель входа/выхода IO со ссылками на библиотечные подсхемы интерфейсов и подсхема DIGIFPWR, задающая потенциалы глобальных узлов питания интерфейсов $G_DPWR и $G_DGND. Тогда описание схемы (см. рис. 2.3а) может иметь вид

Рассмотрим теперь, как работает алгоритм автоматического расщепления смешанных узлов. Программа просматривает информацию о схеме, выявляет смешанные узлы и расщепляет их. Если к смешанному узлу подключено несколько входов и выходов цифровых элементов, то вводится по одному новому цифровому узлу на каждый вход и выход. Таким образом, в этих случаях цифровая схема как бы разрывается и цифровые элементы, подключенные к одному узлу, начинают взаимодействовать друг с другом только через интерфейсы к общему для них аналоговому узлу. При этом, если к одному узлу подключены несколько выходов цифровых элементов, то арбитраж между их сигналами решается уже не на основании механизма силы сигналов, рассмотренному в п. 1.3, а определяется результирующим сигналом в аналоговом узле.

Для вновь появляющихся аналоговых узлов сохраняется имя, заданное в описании схемы, а новым цифровым узлам присваивается имя <имя>$AtoD или <имя>$DtoA соответственно для узлов входов и выходов цифровых элементов. Здесь <имя> - это имя узла, указанное в описании схемы. Если при расщеплении смешанного узла образовалось несколько входных или выходных узлов, то в конце имени для каждого, кроме первого, добавляется порядковый номер, например <имя>$AtoD2. Ниже приведена секция выходного файла .OUT для Design Center, описывающая производимые замены в схеме, показанной на рис. 2.3а (в скобках даются комментарии и перевод сообщений программы).

****Generated AtoD and DtoA Interfaces ****

(Генерация А/Ц и Ц/А интерфейсов)

*Analog/Digital interface for node in1

(А/Ц интерфейс узла in1)

* Moving U2:IN1 from analog node IN1 to new digital node IN1$AtoD (Замена в U2: IN1 заменяется на новый цифровой узел IN1$AtoD)

X$in1_AD1 in1 IN1$AtoD $G_DPWR $G_DGND AD1

+PARAMS: CAPACITANCE= 100.0000E-15

(Предыдущий оператор задает подсхему А/Ц интерфейса X$in1_AD1 типа AD1, который описан в используемой элементом модели входа/выхода IO. В подсхему передаются имена аналогового и цифрового узлов, имена узлов питания и параметр - емкость)

*Moving U1:OUT1 from analog node IN1 to new digital node IN1$DtoA X$IN1_DA1 IN1$DtoA in1 $G_DPWR $G_DGND DA1

+ PARAMS: DRVH= 96.4 DRVL= 104 CAPACITANCE= 500.0000E-15

(Аналогичная рассмотренной выше замена в U1 узла IN1 на новый цифровой узел IN1$DtoA. Описание подсхемы Ц/А интерфейса и передача в нее необходимых параметров)

*Analog/Digital interface for node in2 (А/Ц интерфейс узла in2)

*Moving U2:IN2 from analog node IN2 to new digital node IN2$AtoD X$in2_AD1 in2 IN2$AtoD $G_DPWR $G_DGND AD1

+ PARAMS: CAPACITANCE= 100.0000E-15

*Analog/Digital interface for node out (А/Ц интерфейс узла out)

*Moving U2:OUT1 from analog node OUT to new digital node OUT$DtoA X$OUT_DA1 OUT$DtoA out $G_DPWR $G_DGND DA1

+ PARAMS: DRVH= 96.4 DRVL= 104 CAPACITANCE= 500.0000E-15

*Analog/Digital interface power supply subcircuits

X$DIGIFPWR 0 DIGIFPWR

(Ссылка на подсхему источников питания интерфейсов и передача в нее узла “земля” - 0)

.END ;(end of AtoD and DtoA interfaces) (Конец описания А/Ц и Ц/А интерфейсов).

При автоматической генерации интерфейсов программа ориентируется на подсхемы интерфейсов, указанные в модели входа/выхода элемента. В пп. 1.2 и 1.3 описывались параметры, задаваемые в модели входа/выхода. Однако там не упоминалась группа параметров, используемых только при автоматической генерации интерфейсов. Это параметры AtoD1, AtoD2, AtoD3, AtoD4 - имена подсхем А/Ц интерфейсов различных уровней, а также параметры DtoA1, DtoA2, DtoA3, DtoA4 - имена подсхем Ц/А интерфейсов различных уровней. По умолчанию первые из них имеют имя AtoDDefault, а последние - DtoADefault. Таким образом, для каждой модели входа/выхода можно задать до четырех вариантов подсхем интерфейсов. Они отличаются разной степенью точности: от простейших, имеющих только два состояния “0” и “1” и идеальные импедансы, до сложных, описываюших нелинейные ВАХ реальных элементов. Примеры подсхем интерфейсов будут приведены в пп. 2.3.2 и 2.4.2.

Те или иные подсхемы интерфейсов, имена которых заданы в модели входа/выхода, включаются в схему в зависимости от параметра IO_LEVEL, задаваемого при описании цифровых элементов. Например:

U2 NAND(2) $G_DPWR $G_DGND IN1 IN2 OUT MDL IO + IO_LEVEL=2.

.ENDS DIGIFPWR

В этом описании AGND - узел земли аналоговой части схемы. Параметр V задает напряжение питания, а параметр VGND - разность напряжений между “аналоговой” и “цифровой” землей. Сопротивления R1 и R2 включены в эту подсхему, чтобы избежать висячих узлов, поскольку подключенные к узлам питания интерфейсы не считается программой за обычные элементы.

Если в схеме используются цифровые элементы с разными уровнями сигналов, то удобнее подсхема DIGIFPWR, оформленная в виде, допускающем обращение к ней из подсхем интерфейсов для задания соответствующих напряжений в узлы питания интерфейса:

SUBCKT DIGIFPWR AGND

+OPTIONAL: DPWR=$G_DPWR DGND=$G_DGND

+PARAMS: V=5V VGND=0V VP DPWR DGND {V}

VG DGND AGND {VGND}

R1 DPWR AGND 10MEG

R2 DGND AGND 10MEG

.ENDS DIGIFPWR

При автоматическом обращении к этой подсхеме в момент генерации интерфейсов в виде X$DIGIFPWR 0 DIGIFPWR задаст узлам $G_DPWR и $G_DGND потенциалы 5 В и 0 В (значения по умолчанию). Но если в какойто подсхеме интерфейса надо некоторым узлам UP и UM задать, например, потенциалы 10 В и 0 В, то достаточно из этого интерфейса вызвать ту же подсхему с помощью оператора:

X1 0 UP UM DIGIFPWR PARAMS: V=10V.

На этом можно закончить общее описание подготовки схемы для смешанного параллельного моделирования. Задание подсхем интерфейсов будет подробно рассмотрено в последующих пунктах. А теперь коротко остановимся на более редко используемом варианте смешанного моделирования с помощью PSpice и внешней программы логического моделирования. Такое моделирование возможно только для аналогоцифровых схем, имеющих структуру, представленную на рис. 2.2. В этих случаях аналоговая часть схемы описывается в PSpice обычным способом. На

цифрового интерфейса отражает входной импеданс цифрового элемента, являющийся нагрузкой для аналоговой части схемы. Например, оператор

O1 ANALOG 0 DM1 DGTLNET=DIG IO

описывает интерфейс O1, имеющий модель с именем DM1 и модель входа/выхода с именем IO. Интерфейс преобразует разность напряжений между аналоговыми узлами ANALOG и 0 в логический сигнал цифрового узла DIG. Модель DM1 описывает входной импеданс между узлами

ANALOG и 0.

Цифровой узел, указываемый в операторе, не должен непосредственно соединяться с каким-либо аналоговым элементом, поскольку в противном случае PSpice автоматически вставит элемент O между цифровым входом (изменив его имя) и аналоговым узлом.

Модель А/Ц интерфейса имеет тип DOUTPUT и задается оператором вида

.MODEL <имя модели> DOUTPUT [<параметры модели>].

Параметры модели представлены в табл. 2.1.

Эквивалентная схема модели аналого-цифрового интерфейса представляет собой параллельное соединение нагрузочного сопротивления RLOAD и нагрузочной емкости CLOAD (входного сопротивления и входной емкости цифрового элемента), включенное между узлами <узел (+)> и <узел (-)>.

Множество возможных значений логического сигнала определяется параметрами модели S0NAME - S19NAME. Однако такая избыточность - 20 возможных значений, может использоваться только при смешанном моделировании с обращением к внешней программе логического моделирования. Для цифровых элементов PSpice 4 возможные значения - “0”, “1”, “X”, “Z”, для PSpice 5 - “0”, “1”, “X”, “Z”, “R”, “F”.

при желании описать гистерезис при изменении состояний. Если ни один из заданных диапазонов не содержит входного напряжения, то в качестве символа выходного сигнала выдается "?". При этом моделирование прерывается. Поэтому диапазоны напряжений в описании модели должны охватывать все возможные значения напряжений, которые могут появиться в моделируемой схеме.

Преобразование напряжений в логические сигналы интерфейс производит в моменты времени, кратные параметру TIMESTEP. Таким образом, этот параметр определяет точность, с которой фиксируются моменты пересечения напряжением пороговых величин различных значений логического сигнала. Чтобы с требуемой точностью определить момент пересечения, алгоритм аналогового моделирования делает шаг, не превышающий TIMESTEP на интервалах времени, на которых может произойти пересечение. По умолчанию TIMESTEP равен 1 нс и в любом случае не больше, чем 1/DIGFREQ (см. работы [1] и [3]). Во многих схемах такое высокое временное разрешение излишне и можно существенно сократить время расчета, увеличив TIMESTEP.

Параметры модели TIMESCALE, FILE, CHGONLY, FORMAT в

интерфейсах, передающих сигнал в цифровые элементы PSpice, не используются.

Приведем примеры описаний моделей А/Ц интерфейса. Оператор

.MODEL DM1 DOUTPUT RLOAD=1k CLOAD=2pf

описывает двузначную модель, в которой порог между состояниями “0” и “1” равен 0,5 В. Любое напряжение меньшее 0,5 В будет восприниматься как “0”, а большее - как “1”.

При желании отразить в модели различие между порогами состояний “0” и “1” и неопределенное состояние “X” оператор можно записать в виде

.MODEL DM1 DOUTPUT RLOAD=1k CLOAD=2pf

В этой модели напряжение меньшее 0,5 В воспринимается как логический "0", напряжение большее 0,7 В - как логическая "1", а напряжение между 0,5 В и 0,7 В - как неопределенное состояние "X".

Если требуется моделировать цифровой элемент с гистерезисом (такие элементы обладают повышенной помехоустойчивостью и используются в ряде схем), то это можно сделать, задав, например, такое описание модели:

O7 A B TO_TTL SIGNAME=OUT

описывает интерфейс, передающий в выходной файл сигнал с именем OUT, а оператор

OA1 1 0 TO_TTL

описывает интерфейс, передающий в выходной файл сигнал с именем A1 (символы, следующие в имени интерфейса за символом “O”).

В интерфейсе, записывающем сигналы в выходной файл, используются, помимо прочих, такие параметры модели, как FILE, FORMAT, CHGONLY, TIMESCALE. Параметр FILE задает имя файла, в который при моделировании записываются выходные логические сигналы. В задании на расчет может быть описано сколько угодно моделей аналого-цифровых интерфейсов, которые могут ссылаться на одни и те же или разные файлы. При ссылках на один файл из разных моделей эти ссылки должны быть идентичны. Например, нельзя в одной модели сослаться на некоторый файл как на C:TEST.DAT, а в другой сослаться на тот же файл как на TEST.DAT, даже если диск C: является текущим диском. Иначе при моделировании могут получиться непредсказуемые результаты.

Параметр FORMAT определяет формат записи в выходной файл. Подробные сведения о форматах приведены в работе [2].

Параметр CHGONLY определяет характер записи в файл: при CHGONLY=0 результаты записываются с шагом TIMESTEP; при CHGONLY=1 записываются только те шаги, на которых изменился хотя бы один из выходных сигналов.

Параметры TIMESTEP и TIMESCALE определяют масштаб времени, передаваемого в выходной файл. Если в аналоговой части схемы текущее время равно T то в выходной файл запишется величина, равная целой части от T TIMESCALE/TIMESTEP. Иначе говоря, цена временного шага в цифровой модели считается равной TIMESTEP/TIMESCALE и в выходной файл записывается время в единицах этих шагов. Поскольку, как было сказано ранее, величина TIMESTEP выбирается из соображений точности определения моментов пересечения порогов, параметр TIMESCALE позволяет согласовать единицы измерения времени в аналоговом и цифровом моделировании, если цена шага в цифровой модели много меньше, чем TIMESTEP. Например, если TIMESTEP=1 нс, а цена шага в цифровой модели равна 0.1 нс, надо задать TIMESCALE=10. При увеличении TIMESTEP с целью сокращения затрат времени на аналоговое моделирование надо пропорционально увеличивать и TIMESCALE.

+ S0VLO=-10 S0VHI=0.5 S1NAME=1 S1VLO=0.5 S1VHI=10)

.ENDS AtoD

В этом примере модель интерфейсного элемента описана внутри модели подсхемы и значение емкости передается в нее в качестве параметра. Модель интерфейсного элемента может быть вынесена из описания модели подсхемы и использоваться для нескольких разных типов подсхем. Тогда возможны два варианта описания емкости. В первом варианте в модели должно быть указано конкретное значение емкости CLOAD и оно будет одинаковым для всех цифровых элементов, использующих соответствующие подсхемы интерфейсов. При этом емкости, указанные параметром INLD в моделях входа/выхода цифровых элементов будут игнорироваться. Во втором варианте CLOAD вообще не указывается (тогда по умолчанию CLOAD=0), а в модели подсхем интерфейсов емкости вводятся в качестве отдельных элементов:

.SUBCKT AtoD A D UP UM PARAMS: CAPACITANCE=1e-15 O1 A UM AD1 DGTLNET=D IO

C1 A UM ={CAPACITANCE+0.01pF}

.ENDS AtoD

Величина 0.01 пФ прибавляется к емкости, чтобы она не оказалась равной нулю (что запрещено в PSpice) в случае, если в модели подсхемы будет передано CAPACITANCE=0.

В приведенных примерах входное активное сопротивление интерфейса считалось бесконечно большим. Это справедливо для цифровых элементов на МДП транзисторах. Для схем на ЭСЛ или ТТЛ элементах необходимо учитывать входное сопротивление. Для ЭСЛ элементов во многих случаях можно считать его постоянным и ввести или в модель интерфейсного элемента как параметр RLOAD с фиксированным значением, или добавить как отдельный элемент в подсхему. Для ТТЛ элемента такое приближение слишком грубое, так как реальная ВАХ (рис. 2.5а) существенно нелинейна и при нулевом входном напряжении протекает значительный ток смещения. Поэтому для повышения точности моделирования можно использовать эквивалентную схему интерфейса, представленную на рис. 2.5б. Ниже приведена модель подсхемы интерфейса, построенная по этой схеме и включенная в стандартные библиотеки Pspice.

.SUBCKT AtoD_STD_E A D DPWR DGND

+params: CAPACITANCE=0

Рис.2.5. Входная ВАХ ТТЛ элемента (а) и модель его интерфейса (б)

Детальное описание входной ВАХ, подобное приведенному выше, заметно повышает точность, но увеличивает время расчета. Поэтому применение моделей А/Ц интерфейсов с уточненной ВАХ оправдано только при запуске цифровых элементов от высокоомного источника сигнала, так как только в этом случае входные токи способны оказать заметное влияние на работу схемы.

В некоторых случаях, когда цифровые элементы, входящие в схему, имеют разные питающие напряжения, в модель подсхемы интерфейса можно включить оператор обращения к подсхеме питания DIGIFPWR, как это было указано в п 2.2.

2.4.ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ

2.4.1.ИНТЕРФЕЙСНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Основой построения подсхем Ц/А интерфейсов является элемент типа N - цифро-аналоговый интерфейсный элемент. Рассмотрим сначала Ц/А интерфейс, передающий сигнал с выхода цифрового элемента PSpice. Такие интерфейсы используются при параллельном смешанном моделировании. В этом случае оператор, описывающий интерфейс, имеет вид

N<имя> <интерфейсный узел>

+<узел низкого уровня> <узел высокого уровня>

+<имя модели>

+DGTLNET = <цифровой узел> <имя модели входа/выхода>

+[ IS = <начальное состояние>]

Цифро-аналоговый интерфейс транслирует логические сигналы заданного цифрового узла в источник соответствующих уровней напряжения с заданными выходными сопротивлениями и емкостями, подключенный к аналоговому узлу <интерфейсный узел>. Указанный в операторе цифровой узел не должен непосредственно соединяться с каким-либо аналоговым элементом, поскольку в противном случае PSpice автоматически вставит элемент N между цифровым выходом (изменив его имя) и аналоговым узлом.

Модель Ц/А интерфейса имеет тип DINPUT и задается оператором вида

.MODEL <имя модели> DINPUT [<параметры модели>]

задаются время включения (длительность фронта) SiTSW и значения сопротивлений SiRLO и SiRHI. Следует отметить, что фронты в Ц/А интерфейсе вносят некоторую путаницу в понятие задержки распространения сигнала. Поскольку задержка распространения измеряется по уровню 0,5 от

Таблица 2.2

ПАРАМЕТРЫ МОДЕЛИ Ц/А ИНТЕРФЕЙСА

+S1NAME=1 S1TSW=5.5ns S1RLO= 467 S1RHI=200; 140 Ом 3.5 В

+S2NAME=X S2TSW=3.5ns S2RLO=42.9 S2RHI=116; 31.3 Ом 1.35 В

+S3NAME=Z S3TSW=3.5ns S3RLO=200K S3RHI=200K)

Данный пример описывает интерфейсный элемент N1, подключенный между цифровым выходом с именем DIG и аналоговым узлом с именем ANALOG. Узлы подключения источников напряжений, определяющих уровни аналоговых сигналов - DIG_GND и DIG_PWR. Цифровой выход DIG использует модель входа/выхода IO. Параметры интерфейсного элемента N1 задаются моделью с именем DM1. В комментариях к строкам описания различных состояний приведены выходные сопротивления интерфейсного элемента и уровни напряжений при условии, что потенциал узла

DIG_GND=0, а потенциал DIG_PWR=5 В.

Теперь рассмотрим Ц/А интерфейс, передающий сигнал из входного файла. Этот текстовый файл может создаваться вручную или любой внешней программой логического моделирования. Возможные форматы файлов приведены в работе [2]. Оператор, описывающий интерфейс, имеет вид

N<имя> <интерфейсный узел> <узел низкого уровня>

+<узел высокого уровня> <имя модели>

+[ SIGNAME = <имя цифрового сигнала>]

+[ IS = <начальное состояние>]

Параметр SIGNAME = <имя цифрового сигнала> определяет имя сигнала во входном файле. Если этот параметр не задан, то в качестве имени логического сигнала будут приняты символы, следующие за символом "N" в имени элемента. Например, оператор

N7 7 0 30 FROM_CMOS SIGNAME=A

описывает интерфейс, воспринимающий из входного файла сигнал с именем A, а оператор

NA1 1 20 21 DM2 IS=0

описывает интерфейс, воспринимающий из входного файла сигнал с именем A1 (символы, следующие в имени интерфейса за символом “N”). При этом задано начальное значение этого сигнала - “0”.

Необходимо учитывать, что если в операторе начальное сотояние сигнала задано параметром IS, то отвечающее нулевому моменту времени значение этого сигнала во входном файле будет проигнорировано.

Передаваемые в модель подсхемы как параметры величины выходной емкости CAPACITANCE и выходных сопротивлений DRVH и DRVL высокого и низкого уровней цифрового элемента совпадают с величинами параметров OUTLD, DRVH и DRVL, заданными в модели входа/выхода цифрового элемента.

Приведенной форме вызова подсхемы должен соответствовать заголовок ее модели:

.SUBCKT <имя модели подсхемы>

+<цифровой узел> <интерфейсный узел>

+<узел высокого уровня> <узел низкого уровня>

+PARAMS: DRVH=<значение по умолчанию>

+DRVL=<значение по умолчанию>

+CAPACITANCE=<значение по умолчанию>

Простейшая модель подсхемы Ц/А интерфейса может состоять только из одного интерфейсного элемента и описания его модели:

.SUBCKT DtoA D A UP UM

+PARAMS: DRVH= 100 DRVL= 100 CAPACITANCE=1e-15 N1 A UM UP DIN DGTLNET=D IO

.model DIN dinput (

+CLO={CAPACITANCE}, CHI={CAPACITANCE},

+ S0NAME=0 S0TSW=3.5ns S0RLO=7.13 S0RHI=389; Ом 0.09 В

+S1NAME=1 S1TSW=5.5ns S1RLO= 467 S1RHI=200; 40 Ом 3.5 В

+S2NAME=X S2TSW=3.5ns S2RLO=42.9 S2RHI=116; 31.3 Ом 1.35 В

+S3NAME=Z S3TSW=3.5ns S3RLO=200K S3RHI=200K)

.ENDS AtoD

В этом примере модель интерфейсного элемента описана внутри модели подсхемы и значение емкости передается в нее в качестве параметров. Значения параметров DRVH и DRVL, передаваемые в подсхему при ее стандартном вызове, игнорируются. Если задавать напряжения высокого и низкого уровней UPI и UMI, питающие интерфейсный элемент, отличными от UP и UM, и задаться, например, постоянным отношением сопротивлений S0RHI/S0RLO=S1RLO/S1RHI=K, то в модели интерфейсного элемента можно учесть и параметры DRVH и DRVL. Обозначив выходные напряжения состояний “1” и “0” при холостом ходе на выходе через U1 и U2, можно получить выражения для выбора параметров:

Соотношение для сопротивлений S2RLO и S2RHI, описывающих неопределенное состояние “X”, обеспечивает средний между “0” и “1” уровень напряжения и среднее значение выходного сопротивления.

Приведенные выражения можно заложить в описание элементов интерфейсной подсхемы. Например, при K=2, U1=3,5 В, U0=0,09 В подсхема может иметь вид

.SUBCKT DtoA D A UP UM

.model DIN dinput (

+CLO={CAPACITANCE}, CHI={CAPACITANCE},

+S0NAME=0 S0TSW=3.5ns S0RLO={1.5*DRVL} S0RHI={3*DRVL}

+S1NAME=1 S1TSW=5.5ns S1RLO={3*DRVH} S1RHI={1.5*DRVH}

+S2NAME=X S2TSW=3.5ns S2RLO={DRVL+DRVH}

+S2RHI={DRVL+DRVH}

+S3NAME=Z S3TSW=3.5ns S3RLO=200K S3RHI=200K)

.ENDS AtoD

Возможны, конечно, и другие варианты подсхем Ц/А интерфейсов. В частности, так же как и для А/Ц интерфейсных подсхем, можно емкость указывать не в модели, а в виде отдельного элемента, можно включить в подсхему обращение к подсхеме питания DIGIFPWR, можно описать нелинейные выходные ВАХ.

2.5. ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ И АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Интерфейсные элементы не единственные, которые могут осуществлять взаимное преобразование цифровых и аналоговых сигналов. В PSpice имеются также модели аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей. В п. 2.5 рассмотрим первую из них.

Оператор, описывающий аналого-цифровой преобразователь (АЦП),

имеет вид

U<имя> ADC(<число разрядов>) <список узлов>

+<модель задержек> <модель входа/выхода>

+<узел сигнала разрешения> <узел запуска>

+[MNTYMXDLY=<уровень>] [IO_LEVEL=<уровень>],

где <список узлов> для PSpice 4:

<входной узел ><опорный узел> <земля>

промежуточного неопределенного состояния. Импульс запуска должен поступать через время задержки Tpcs после импульса разрешения и длиться в течение времени Tpds после окончания преобразования. Интервалы времени Tpsd, Tpcs, Tpds задаются как параметры модели задержек.

Приведем пример:

N1 ADC(4) UP UM SIG REF 0 CONV START OVRNG OUT3 OUT2 OUT1

+OUT0 ADCMDL IO

В примере описан элемент N1, являющийся четырехразрядным АЦП. SIG - аналоговый входной сигнал АЦП. Цифровым выходом являются сигналы OUT3 OUT2 OUT1 OUT0, из которых OUT3 соответствует старшему разряду, а OUT0 - младшему. На аналоговый узел REF подается опорное напряжение. Логические сигналы разрешения и запуска преобразования подаются на цифровые входы CONV и START. Выходной сигнал переполнения появляется на цифровом выходе OVRNG.

Оператор, описывающий цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП),

имеет вид

U<имя> DAC(<число разрядов>) <список узлов>

+<модель задержек> <модель входа/выхода>

+[MNTYMXDLY=<уровень>] [IO_LEVEL=<уровень>] ,

где <список узлов> для PSpice 4:

<выходной узел > <опорный узел> <земля>

+<узел старшего разряда> ... <узел младшего разряда>

для PSpice 5:

<узел питания +> <узел питания -> <выходной узел>

+<опорный узел> <земля>

+<узел старшего разряда> ... <узел младшего разряда>

Оператор описания модели задержек:

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

Модель ЦАП преобразует логические сигналы на входах разрядов в сигнал

аналогового напряжения Uвых между узлами <выходной узел > и <земля>. Выходное сопротивление равно нулю. Между узлами <опорный узел> и <земля> должно подключаться опорное напряжение Uоп, определяющее масштаб преобразования. Входное сопротивление модели между этими узлами равно 1/GMIN, где GMIN определяется оператором .OPTIONS. По

умолчанию GMIN=10-12.

Выходной сигнал Uвых равен Uоп (двоичный входной сигнал)/2M . Если какие-нибудь разряды входных сигналов имеют неопределенное состояние

“X”, то выходной сигнал равен среднему между значением Uвых в случае,

видам анализа: DC, AC, TRAN и т.д. Может быть также и несколько секций, относящихся к одному виду анализа, но к разным вариантам схемы. Это получается при расчете с использованием многовариантных видов анализа: .STEP, .TEMP, .MC, .WCASE и др. Кроме того, некоторые секции могут содержать семейства кривых. Например, семейство кривых в секции получается при использовании двухуровневого оператора .DC (т.е. оператора, изменяющего два параметра схемы).

При изображении кривых на графиках PROBE проводит интерполяцию точек, содержащихся в файле .DAT. При небольшом числе точек это может иногда приводить к недоразумениям, поскольку на графике появятся отрезки кривых, не соответствующие действительному ходу кривых.

В каждой версии PSpice и Design Center имеется свой постпроцессор PROBE. Постпроцессоры разных версий несовместимы друг с другом: каждый из них может работать только с файлом .DAT, подготовленным программой PSpice той же версии. Работа с PROBE существенно различается в зависимости от того, предназначена ли данная версия для работы в MS DOS (PSpice 4, PSpice 5, Design Center 5 для MS DOS), или в Windows (Design Center 5 и Design Center 6

для Windows). Однако основные приемы работы и основные команды являются общими для всех версий.

Запуск графического постпроцессора PROBE осуществляется командой

PROBE [<опции>][<имя файла>[.DAT]].

Работа с текстовой формой файла рассматриваться не будет, так как она используется крайне редко.

Если файл не указан, то по умолчанию в PROBE 4 предполагается файл PROBE.DAT, а в PROBE 5 для MS DOS предполагается файл, с которым в последний раз работал PROBE. В Design Center для Windows имя файла можно не указывать, а ввести в режиме диалога, пользуясь командой меню

FILE/OPEN.

Опции могут быть следующие:

3 Постпроцессор PROBE и редактор сигналов STMED

3.2. ОБОЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННЫХ И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ PROBE

В PROBE используется та же система размерностей, что и в PSpice. Отличие в масштабных суффиксах только следующее: используется символ m нижнего регистра для обозначения 10-3 и M верхнего регистра для обозначения 106. Суффиксы MEG и MIL не используются.

При обработке результатов расчета по постоянному току или переходных процессов можно использовать в постпроцессоре PROBE обозначения переменных, приведенные в табл. 3.1.

Форма I(<имя>) применима к двухполюсным элементам C, D, I, L, R, V. Формы Vx(<имя>) и Ix(<имя>) применимы к трех- и четырехполюсным элементам, для которых 'x' в зависимости от вида элемента может принимать

следующие значения:

Формы Vx(<имя>) и Ix(<имя>) можно применять и к двухполюсным элементам. В этих случаях "x" - номер полюса в описании элемента. Например, V1(R1) - напряжение первого полюса резистора R1. Соответственно V1(R1)-V2(R1) означает падение напряжения на R1.

Формы Vz(<имя>) и Iz(<имя>) применимы к длинной линии и 'z' может принимать одно из двух значений: A или B. A означает выводы A (первая пара узлов), а B - выводы B (вторая пара узлов).

В формах V(<узел>) и V(<узел+>,<узел->), если имя узла символьное, начинается не с цифры и совпадает с именем какого-нибудь компонента, то оно заключается в квадратные скобки.

Формы B(<имя K-элемента>) и H(<имя K-элемента>) описывают магнитную индукцию (в гауссах) и напряженность магнитного поля (в эрстедах) магнитного сердечника.

Не все токи могут фигурировать в качестве выходных величин. Нельзя непосредственно обращаться к токам элементов F и G - зависимых источников тока. Если все же эти токи требуются, надо включить последовательно в интересующую цепь источник нулевого напряжения и обращаться к току этого источника.

Для обозначения переменной, относящейся к внутреннему узлу или элементу подсхемы, перед узлом или элементом указывается имя подсхемы (или цепочка имен, если подсхемы вложенные), завершающееся символом ".". Например, V(X1.3) - напряжение узла 3 подсхемы X1; или V(XEXT2.XINT1.R3) - напряжение резистора R3 подсхемы XINT1, входящей в подсхему XEXT2.

Если идет работа с несколькими секциями файла .DAT (например, с несколькими вариантами многовариантного анализа), то все указанные выше обозначения означают переменные сразу всех секций (вариантов). Соответственно, если речь идет о выводе кривой на график, будет сразу выведено семейство кривых. Если же надо указать переменную конкретного варианта, то после ее имени надо ввести символ "@" и номер варианта. Например, V(4)@2 означает напряжение узла 4 второго варианта.

При работе в PROBE с результатами AC анализа используются те же обозначения переменных, что и для расчета по постоянному току и для расчета переходных процессов. Однако к этим обозначениям добавляются суффиксы, отражающие тот факт, что в данном случае все переменные - комплексные. Эти суффиксы приведены в табл. 3.2. Кроме того, помимо обычных выходных переменных в арифметических выражениях может указываться частота FREQUENCY.

При анализе шумов можно использовать обозначения:

V(INOISE) - корень из спектральной плотности эквивалентного шума на входе;

V(ONOISE) - корень из спектральной плотности шума на выходе.

(#1 + #2)/2 или #1 - #2 и будут построены соответственно кривая среднего значения или разности двух предыдущих.

При работе с цифровыми сигналами в PROBE 5 в выражениях могут использоваться следующие операции (в порядке убывания их старшинства):

{} - объединение сигналов в шину;

~- логическое отрицание;

* и / - умножение и деление сигналов шин; + и - - сложение и вычитание сигналов шин;

&- логическое И;

^- логическое исключающее ИЛИ;

| - логическое ИЛИ.

Результаты арифметических и логических операций с несколькими шинами представляются шиной с числом разрядов, достаточным для отражения результата. Операции с шиной и цифровым сигналом представляются шиной с тем же числом разрядов, что и участвующяя в операции шина.

В операциях с цифровыми сигналами можно использовать константы `0, `1, `F, `R, `X, `Z - значения сигналов. Кроме того, можно использовать многоразрядные константы, записываемые в формате r`<цифры>. Символ r определяет систему счисления: b - двоичная, o - восьмеричная, d - десятичная, h или x - шестнадцатеричная. Например, десятичное число 11 можно записать в следующих формах: b`1011, o`13, h`B, d`11.

Приведем некоторые примеры применения математических выражений. Если при анализе результатов DC анализа записать dIC(Q1)/dIB(Q1), то будет построен график дифференциального коэффициента передачи базового

тока транзистора Q1.

Если желательно построить характеристику некоторой переменной, например, V(4), отнормировав ее на максимальное значение, то достаточно записать V(4)/MAX(V(4)).

Если требуется определить размах изменения некоторой переменной,

например, V(4), то можно написать MAX(V(4))-MIN(V(4)).

Если желательно на одном графике получить кривые входного (например, V(1)) и выходного (например, V(2)) напряжений усилителя с коэффициентом усиления 100, то можно задать построение графиков величин V(1)*100 и V(2). Тогда обе кривые на графике будут иметь примерно одинаковый размах (в противном случае входной сигнал не был бы виден на фоне выходного).

3.3. НАЧАЛЬНЫЕ МЕНЮ PROBE

All None OK Cancel

Раздел All обеспечивает выбор всех секций. Если нужны только некоторые секции, то они указываются мышью. Ошибочный выбор можно отменить разделом меню None. После окончания выбора мышью указывается раздел меню OK.

В случаях, когда .DAT файл содержит очень много точек и PROBE работает в MS DOS, файл не может быть целиком загружен в память. В этих случаях после выбора секций может появиться еще одно меню типа:

Exit First_8000_data_points Last_8000_data_points Other

В этом меню предлагается выбрать для построения один из отрезков файла, содержащий 8000 точек. Если указать Other, то будет задан вопрос:

Enter a range: ,

в ответ на который следует ввести желательный диапазон значений аргумента. Если диапазон будет задан ошибочно, например минимальная величина не будет лежать в диапазоне изменений аргумента, то будет сделано замечание

Minimum value is not in the X axis domain. Ensure you enter X axis values

после чего можно повторить ввод диапазона значений аргумента. Если в выбранном диапазоне окажется более 8000 точек, то появится сообщение:

Range contains more than 8000 data points, list truncated

после чего программа перейдет в меню построения графиков, но данные будут усечены (truncated) на допустимом количестве точек.

В Design Center подобные ограничения на число точек в файле сняты.

3.4. ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ В PROBE

После того, как все операции в начальных меню произведены, или если в файле .DAT всего одна секция и начальное меню на экране не возникали, PROBE переходит в основное меню построения графиков. Все разделы этого меню различных версий PROBE для MS DOS и Windows приведены в работе [2]. Поэтому в дальнейшем ограничимся только описанием основных операций при построении и исследовании графиков.

подходов. Самое простое - при выводе на график малый входной сигнал домножать на большое число. Например, если надо вывести на один график малое напряжение V(IN) и примерно в 100 раз большее напряжение V(2), то в команде Add_trace можно задать список сигналов V(IN)*100 V(2) и напряжение V(IN) будет выводиться на график увеличенным в 100 раз.

Дополнительная возможность получения на одном графике кривых разномасштабных сигналов имеется в PROBE 5. Начиная с этой версии в разделе Y_axis имеется команда add_axis, позволяющая вводить на графике несколько Y осей с разными масштабами по ним. В этом случае, например, можно вывести на график кривую большого напряжения V(2), а затем выполнить команду Y_axis/Add_axis. На экране появится вторая Y ось (рис. 3.2). После этого командой Add_trace задается график малого напряжения V(IN), и масштаб вновь введенной Y-оси будет соответствовать этой переменной. Подраздел меню Y_axis/Color_option в MS DOS или Options/Trace Color Scheme в Windows позволяют выбрать цвета кривых, соответствующих различным Y осям. В частности, можно сделать так, чтобы кривые, соответствующие каждой из Y осей, обозначались одним цветом и тем же цветом писалось обозначение оси. Это позволяет легко видеть, к каким кривым на графике относится данная Y ось. Подробнее эти возможности рассмотрены в работе [2].

Не всегда целесообразно строить кривые в одной координатной сетке. Например, вряд ли целесообразно накладывать друг на друга кривые напряжений и токов. И уж конечно не имеет смысла строить в одной координатной сетке амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики. В этих случаях надо иметь на экране несколько координатных сеток (Plots). Для добавления на экран новой координатной сетки служит команда

Plot_control/Add-plot в MS DOS и Plot/Add Plot в Windows. В результате в графическом окне возникает новая сетка, в которой ось аргумента совпадает с первой координатной сеткой, а Y ось независима. В примере на рис. 3.3 в нижней координатной сетке построена АЧХ схемы, а в верхней - ФЧХ.

Рис. 3.3. Пример с двумя координатными сетками

Наличие общей X оси для разных координатных сеток часто неудобно. В PROBE для Windows это ограничение устранено. Имеется команда Plot/Unsync Plot, которая позволяет сделать X ось для вновь созданной координатной сетки несинхронизованной с другими сетками. Тогда для данной сетки можно выбирать аргумент, диапазон его изменения, масштаб независимо от аргумента других сеток в данном графическом окне.

Принципиально новые возможности построения множества различных координатных сеток имеются в PROBE для Windows. Раздел меню Window/New позволяет создавать новые графические окна, в которых могут изображаться графики с совершенно независимыми координатными сетками. В разных окнах могут быть графики, относящиеся к различным видам анализа схемы. Команда File/Open позволяет открыть в новом окне новый файл .DAT. Таким образом, на экране могут одновременно присутствовать результаты расчета различных вариантов схем, что облегчает сравнение их характеристик. Введенная в PROBE для Design Center 6 команда File/Append позволяет объединять результаты расчетов различных вариантов схем даже в

Масштаб по осям программа определяет автоматически исходя из полного диапазона изменения аргумента и функций. Однако масштаб по любой оси можно изменить, чтобы лучше разглядеть какой-нибудь участок графика. Задать масштаб этой оси можно, выполнив подкоманду Set_range в разделе меню, связанном с соответствующей координатной осью. По этой команде в ответ на предложение “Enter a range:” вводятся два числа, определяющие диапазон изменения переменной по данной оси координат.

В тех же подразделах меню X_axis или Y_axis можно изменить линейный масштаб данной оси на логарифмический и наоборот. При задании логарифмического масштаба надо помнить, что он возможен, только если переменная, откладываемая по данной оси, положительна.

Начиная с PROBE 5 имеются более простые и удобные способы изменения масштаба, чем команда Set_range. Для этого предназначены разделы меню Zoom в PROBE 5 и View в PROBE 6. Команды этих разделов позволяют резко уменьшать или увеличивать масштаб вокруг указанного центра (команды In и Out), перемещаться по увеличенному графику (команда Pan), вырезать из графика прямоугольную область и растягивать ее на все графическое окно. Подробнее эти команды описаны в работе [2].

Если в координатной сетке нанесено много кривых, то они могут перепутываться, накладываться друг на друга и в этом случае, несмотря на разные цвета кривых, иногда трудно отследить ход конкретной кривой. В разделе Plot_control имеются команды, позволяющие пометить кривые различными символами, что облегчает отслеживание отдельных кривых.

Остановимся на некоторых особенностях построения диаграмм цифровых сигналов при моделировании цифровых и аналого-цифровых схем. В этом случае аргументом может быть, конечно, только время. В качестве функций можно указывать сигналы, шины, арифметические и логические выражения в соответствии с правилами, приведенными в п. 1.2. Диаграммы сигналов размещаются друг под другом, как показано в примере на рис. 3.5. Неопределенное состояние “X” выделяется красным цветом и двойной линией. Высокоомное состояние “Z” выделяется синим цветом и тройной линией. Состояния переходов “R” и “F” выделяются серыми двойными наклонными линиями. Сигналы шин изображаются двойными линиями, внутри которых проставляется число, соответсвующее состоянию шины (нижняя диаграмма на рис. 3.5). Если в некоторые моменты времени состояние сигнала оказывается неоднозначным (Ambiguity Convergens), т.е. используемая логика работы не дает однозначного ответа на то, каково состояние сигнала, то в соответствующие отрезки времени сигнал выделяется желтым цветом и появляются сообщения о неоднозначности.

являющегося параметром семейства кривых, величина нагрузочного сопротивления, надпись типа транзистора. Эта надпись заключена в рамку с помощью подкоманды Box. Нагрузочная прямая и указатели выполнены подкомандами Line и Arrow. Координаты точки пересечения нагрузочной прямой и характеристики для IБ=4 мкА нанесены подкомандой Cursor/Label_point (в Probe для Windows такие координаты наносятся подкомандой Mark того же раздела Tools/Label, в котором вводятся другие графические элементы). Обозначения кривых на графике (см. рис. 3.2) сделаны теми же средствами. Обозначение Y оси как IC на рис. 3.1 сделано командой Y_axis/Change_title. Заголовки графиков на рис. 3.4 сделаны

Edit/Modify Title.

Построенные графики иногда желательно запомнить для последующего использования и сравнения с другими графиками, которые будут рассчитаны и построены позднее. Это можно делать командами раздела Display_control. В этом разделе можно запомнить (Save) графическое окно под некоторым именем, загрузить (Restore) ранее запомненное окно, удалить запомненное окно и т.д. Окна запоминаются в файле PROBE.DSP. Подробнее об этом см. в работе [2].

3.5. ИССЛЕДОВАНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ ГРАФИКОВ В PROBE

PROBE позволяет детально исследовать графики и измерить их характеристики. Особенно расширились эти возможности начиная с PROBE 5.

Прежде, чем проводить исследования, часто полезно убедиться, что графики достоверны. Дело в том, что при построении графиков программа берет реально посчитанные точки из файла .DAT и проводит их интерполяцию. Если точек в файле мало, то график является только грубым приближением к действительности. На нем могут отсутствовать какие-то важные элементы истинной зависимости, а положение его характерных точек - экстремумов, изломов и т.п. может сильно отличаться от действительности.

Начиная с PROBE 5 убедиться в достоверности графика можно, выполнив подкоманду Mark_data_points в разделе Plot_control в MS DOS или

Tools/Options в Windows. По этой команде на кривых высвечиваются истинные точки, по которым проводится интерполяция, и можно выяснить, достаточна ли их плотность. Если недостаточна (это особенно часто бывает в зависимостях, построенных с помощью оператора .DC), то следует повторить расчет с меньшим шагом в режиме DC, или с большим числом точек в режиме AC, или с заданием меньших погрешностей в режиме TRAN.

Cursor/Search_commands. Рассмотрим синтаксис и применение этих команд поиска.

В приведенной ниже команде и во всех ее элементах при записи допускаются сокращения: ключевые слова могут сокращаться до строчных букв, выделенных в каждом слове.

Команда поиска имеет формат:

Search [<направление>] [/<начальная точка>/]

+[#<число проверок>#] [<диапазон X>[,<диапазон Y>]]

+[FOR] [<число повторений>:] <условие>

Здесь <направление>] указывает направление поиска: Forvard - вперед, Backward - назад, т.е. в направлении нарастания или убывания аргумента X. По умолчанию подразумевается Forword.

[/<начальная точка>/] - та точка, от которой начинается поиск. Эта опция команды может принимать значения: Begin или * -начальная точка X оси; End или $ -последняя точка X оси; x<номер> -номер точки (это может использоваться только при построении функций обработки результатов многовариантного анализа, см. следующий п. 3.6).

[#<число проверок>#] определяет, на скольких точках должно повторяться условие, чтобы считаться выполненным. Смысл этой опции зависит от вида условия и будет указан ниже при описании различных условий.

[<диапазон X>[,<диапазон Y>]] задает интервалы поиска по соответствующим осям. По умолчанию эти интервалы совпадают с видимой на экране частью графика. Границы интервалов могут задаваться своими значениями или как относительные величины в процентах от полного диапазона изменения по соответствующей оси. При построении функций обработки результатов многовариантного анализа границы могут также указываться в формате x<номер>. Примеры задания диапазонов: (10, x1) -

Slope, определяет требуемый знак производной в искомой точке может принимать значения Positive, Negative, Both (по умолчанию). Значения уровня могут задаваться в виде:

♦числа, например, 10k;

♦процента от полного размаха функции, т.е. если min - минимальное значение функции, а max - максимальное, то задание Level 50% означает уровень min+0.5 (max-min);

♦отмеченной точки, например, y1 (это может использоваться только при построении функций обработки результатов многовариантного анализа, см. п. 3.6);

♦значения в децибеллах или абсолютных величинах, отсчитываемого относительно максимального (max) или минимального (min) значения функции; например, min+3db, max-3db - значения на 3 децибелла выше минимального и ниже максимального, или, например, max-1k, min+10;

♦значения в децибеллах или абсолютных величинах, отсчитываемого относительно текущей точки; в этих случаях перед величиной ставится точка: например, .3db, .-3db - значения на 3 децибелла выше или ниже текущего, или,

например, .-1k, .+10.

XValue (<значение>) - определение точки, в которой аргумент равен заданному значению. Значения могут задаваться теми же способами, как и в условии Level.

Приведем примеры функций поиска.

Команда SEARCHMAX или sma определяет точку максимума. Эта команда идентична команде Max, имеющейся в меню, и ее имеет смысл применять только в описаниях целевых функций, которые будут рассмотрены позднее. Команда “s2:pe” определяет вторую по порядку точку локального максимума. В примере на рис. 3.7, если перед этим курсор был в начале координат, определится точка 6.

Команда “sbtr” определяет первую при движении в обратном направлении точку локального минимума. Если в примере (см. рис. 3.7) перед этим выполнялась приведенная выше команда и курсор находился в точке 6, то будет определена точка 5.

Команда “sle(50%)” определяет ближайшую в прямом направлении точку, в которой функция равна среднему значению между своими минимальным и максимальным значениями. Если в примере (см. рис. 3.7) курсор был в начале координат, то при первом выполнении этой команды он перейдет в точку 1, в

Имя функции может содержать до 50-ти символов: латинских букв, цифр, символов подчеркивания. Имя не должно начинаться с цифры.

Аргументы функции 1, ..., N - номера групп последующих команд поиска, относящихся к какой-то одной переменной. При вызове функции эти аргументы заменяются именами или выражениями, указываемыми как параметры.

Список параметров представляет собой список идентификаторов, которые строятся по тем же правилам, что и имя функции (не должны начинаться с цифры). Параметры используются в командах поиска выделяемых точек. При вызове функции эти параметры заменяются числами.

Команды поиска выделяемых точек объединяются в общем случае в группы, относящиеся к различным переменным, и записываются по формату

<команда поиска> !<номер> ... ;

где <номер> - номер выделенной точки. Символ “;” в конце обязателен. Пример:

1| sle(50%,p)!1 sle(50%,n)!2;

В этом примере выделено две точки по уровню 50%: первая при положительной производной, вторая - при отрицательной.

Выражение, определяющее функцию, строится по принятым в PROBE правилам со следующими ограничениями.

♦В выражение могут входить константы, параметры целевой функции и координаты выделенных точек: x1, y1 и т.д.; обычные переменные типа V(1) и др. использоваться не могут.

♦Не могут использоваться функции нескольких переменных, такие как D, S, AVG, RMS, MIN, MAX и функции комплексных переменных M, P, R, IMG, G.

♦Добавлена функция MPAVG(<граница 1>,<граница 2>[,<коэффициент>]), вычисляющая среднее значение переменной Y в заданном диапазоне аргумента X. Границы диапазона задаются координатами X выделенных точек (например, x1, x3); <коэффициент> по умолчанию равен 1 и в этом случае указанные границы совпадают с границами диапазона; если же <коэффициент> не равен 1, то средняя точка диапазона соответствует среднему значению заданных границ, а длина диапазона умножается на заданный коэффициент.

Поясним применение рассмотренного аппарата. Пусть, например, в некоторой схеме по оператору .TEMP просчитаны при ряде температур

По умолчанию расширение файла .CIR. Если файл не указан, то его имя можно ввести в процессе диалога. Если при этом указать имя файла, которого нет, то этот файл может быть автоматически создан.

Опции при запуске STMED те же, что и при запуске PROBE (см. п 3.1). Экран программы имеет вид, представленный на рис. 3.8. Основная часть экрана отведена под графики сигналов, расположенные в одной или нескольких координатных сетках. Если имеются аналоговые и цифровые сигналы, то диаграммы цифровых сигналов размещаются в верхней части экрана. Они изображаются так же, как в PROBE: двойной красной линией выделяется неопределенное состояние, тройной синей линией выделяется высокоомное состояние, наклонными серыми линиями выделяются переходные состояния “R” и “F”, двойными линиями с проставленными внутри состояниями выделяются сигналы шин (см. рис. 3.8, сигнал UD) и т.д. Внизу под графиками помещается меню. Все разделы и подразделы меню STMED перечислены и пояснены в работе [2]. К тому же многие из них,

такие, как X_axis, Y_axis, Cursor, Hard_Copy, мало отличаются от аналогичных разделов в меню постпроцессора PROBE. Поэтому ограничимся только изложением последовательности и методики работы с основными разделами программы.

Plot_control. Однако переключиться в сетку цифровых диаграмм можно только командами Plot_control/Display_stimulus и

Plot_control/Undisplay_stimulus

Удаление с экрана ненужной сетки вместе с расположенными в ней графиками производится в разделе Plot_control/Remove_plot. Добавление новой сетки осуществляется командой Plot_control/Add_plot. Удаление с графика кривой одного из сигналов осуществляется командой Plot_control/Undisplay_stimulus, добавление новой кривой какого-либо из уже описанных сигналов - Plot_control/Display_stimulus.

Следует особо отметить, что нельзя путать команду

Plot_control/Undisplay_stimulus, удаляющую график с экрана, и команду

Delete_stimulus, удаляющую данный сигнал не только с экрана, но и из файла .CIR. Выполнение команды Delete_stimulus осуществляется следующим образом. На экране появляется подменю:

Если используется раздел Select, то появляется указание Use arrows and tab to move highlight , space to select, enter to delete (Используйте стрелки и клавишу

“Tab” для перемещения засветки, пробел для выбора, Enter для удаления). В ответ соответствующими клавишами или мышью перемещается засветка, указывающяя имя сигнала. Клавиша “Tab” переключает засветку с одной координатной сетки на другую. Клавишей “Пробел” производится выделение нужного сигнала (или сигналов). Повторное нажатие пробела снимает выделение сигнала. После того, как нужные сигналы выбраны, нажимается Enter. Поскольку команда Delete_stimulus опасна в том плане, что ее случайное применение может удалить сигнал из файла, то после ее выполнения появляется команда Undelete, которая позволяет восстановить ошибочно удаленный сигнал.

Рассмотрим теперь, как проводится модификация существующего аналогового сигнала. Для этого служит раздел меню Modify_stimulus. В начале работы в этом разделе выбирается (так же, как было описано выше для команды Delete) модифицируемый сигнал. После этого на экране (см. пример на рис. 3.9) возникает увеличенный график модифицируемого сигнала, список значений его параметров и меню модификации.

Рис. 3.10. Раздел Transiet_parameters для модели PWL

Несколько иначе выглядит работа в разделе Transiet_parameters для кусочнолинейного сигнала, описываемого моделью PWL (рис. 3.10). На экране высвечивается таблица точек излома и меню:

Add_corner - добавление точки излома после последней, описанной для данного сигнала;

Change_corner - изменение одной из точек излома (точка указывается курсором в таблице и нажимается

Enter);

Remove_corner - удаление одной из точек излома (точка указывается курсором в таблице и нажимается Enter);

Insert_corner - вставка точки излома (курсором в таблице и нажатием Enter указывается точка, перед которой должна быть вставлена точка).

После выбора того или иного раздела в меню координаты вводимой точки излома указываются или числами, или перемещением курсора и нажатием

Goto Until GE/GT/LE/LT - задание команд условной передачи управления;

отредактированного описания сигнала в файл

.CIR; при этом надо утвердительно ответить на вопрос: Abort without saving changes (Y/N)? -

действительно ли требуется уход без спасения результатов.

3 Постпроцессор PROBE и редактор сигналов STMED

3.7. РЕДАКТОР STMED В DESIGN CENTER 6

Редактор STMED в Design Center 6 отличается от предшествующих версий не только тем, что предназначен для работы в Windows. Изменено само назначение программы: теперь она заносит создаваемые или редактируемые сигналы в библиотеки сигналов - текстовые файлы с расширением .SLB. Эти файлы могут использоваться как программой PSpice, так и новой программой логического моделирования PLOGIC. Файлы включают в себя операторы .STIMULUS вида

.STIMULUS <имя сигнала> <модель сигнала> + <параметры модели>

Например:

.STIMULUS InputPulse PULSE (-1mv 1mv 2ns 2ns 50ns 100ns)

.STIMULUS DigitalPulse STIM (1,1)

+0S 1

+10NS 0

+20NS 1

.STIMULUS 50KHZSIN SIN (0 5 50KHZ 0 0 0 )

На имена сигналов, определенные операторами .STIMULUS, можно ссылаться в операторах, описывающих V и I элементы и цифровые элементы STIM.

В операторах .STIMULUS в качестве значений параметров моделей могут использоваться не только числа, но и произвольные имена, заключенные в фигурные скобки. Тогда значения, присваиваемые этим именам определяются оператором вида

.STIMULUS <имя параметра> PARAM <значение>

Например,

.STIMULUS InputPulse PULSE (-1mv {A} 2ns 2ns 50ns 100ns)

.STIMULUS A PARAM 1mV

Во входной язык PSpice добавлен оператор подключения библиотеки сигналов:

.STMLIB <имя файла[.STL]>

112 4. Идентификация параметров моделей с помощью PARTS

При описании аналоговых сигналов можно использовать не только численные, но и символьные значения параметров, заключенные в фигурные скобки. Например, можно задать амплитуду импульса как {A}. Тогда численное значение данного параметра A задается командой Tools/Parameters. В диалоговом окне вводится значение параметра в формате <имя>= <значение>. Подкоманда Save запоминает значение параметра, которое будет использовано всеми сигналами, ссылающимися на этот параметр. Подкоманда Apply приводит к немедленному учету параметра в моделях сигналов и к перестроению графиков без выхода из диалогового окна.

Переход к редактированию цифрового сигнала осуществляется так же, как для аналоговых сигналов: двойным щелчком на имени сигнала или выделением имени и выполнением команды Edit/Object. После этого на графике сигнала выделяются точки переключений. Для удаления какоголибо переключения надо выделить соответствующюю точку курсором и нажать клавишу Delete (то же самое можно сделать командой Edit/Delete). Для задания новой точки переключения надо выполнить команду Edit/Add transition или нажать “горячие” клавиши Alt-A. Тогда, если сигнал является битовым (не шиной), то появится меню, в котором можно выбрать одну из следующих команд:

После выбора команды на экране появляется курсор мыши в форме карандаша. Его следует переместить на график примерно в том месте, где желательно добавить момент переключения, после чего нажимается и удерживается левая кнопка мыши. Значение времени, соответствующее положению курсора, высвечивается в нижней строке графического окна. Уточнив расположение курсора следует отпустить левую кнопку мыши, и введенная точка изменит вид графика. Далее можно перевести курсор в другое место и задать новое переключение. Нажатие Esc прерывает выполнение данной команды. Выполнение прервется также, если войти в раздел Edit/Add transition для задания новой команды.

Если редактируется сигнал шины, то в разделе Edit/Add transition фигурируют следующие команды: