Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
SPP_LAB_2006.pdf
Скачиваний:
8
Добавлен:
05.06.2015
Размер:
1.56 Mб
Скачать

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию

Московский государственный институт электронной техники (технический университет)

______________________________________________________________

А.А. Миндеева

Моделирование схем в системе OrCAD

Лабораторный практикум

Утверждено редакционно-издательским советом института

в качестве методических указаний

Москва 2006

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

УДК 621.382 (075.8)

Рецензент канд. техн. наук Ю.М. Кобзев

Миндеева А.А.

Моделирование схем в системе OrCAD: Лабораторный практикум. – М.: МИЭТ, 2006. – 112 с.: ил.

Лабораторный практикум разработан для практического обучения студентов навыкам схемотехнического моделирования в автоматизированной системе «OrCAD». В лабора-

торных работах в соответствии с возможностями этой системы рассматриваются схемы моделирования и методы определения основных параметров цифровых и аналоговых схем по полученным характеристикам.

Лабораторный практикум предназначен для более глубокого усвоения курса «Стан- дартные программы проектирования ИС» студентами III курса факультета ЭКТ и приоб- ретения практического опыта при схемотехническом проектировании схем для самостоя- тельной работы над курсовыми работами по курсам «Микросхемотехника», «Элементная база систем связи» и дипломным проектом.

© МИЭТ, 2006

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

Лабораторный практикум

Миндеева Алла Алексеевна

Моделирование схем в системе OrCAD

Редактор Л.М. Рогачева. Технический редактор Л.Г. Лосякова. Корректор Л.Г. Лосякова. Верстка

Е.А. Каменская

Подписано в печать с оригинал-макета 20.10.06. Формат 60x84 1/16. Печать офсетная. Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman. Усл. печ. л. 6,5. Уч.-изд. л. 5,6. Тираж 150 экз. Заказ 191.

Отпечатано в типографии ИПК МИЭТ.

124498, Москва, Зеленоград, проезд 4806, д. 5, МИЭТ.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

Предисловие

Бурные темпы развития интегральных схем ставят перед разработчиком задачи вы- полнения проектных работ в укороченные сроки. Однако при сокращении сроков проек- тирования сложность схем предъявляет повышенные требования к точности моделирова- ния характеристик, определяющих функциональные возможности схемы в диапазоне работоспособности. В связи с этим последнее время стали актуальны автоматизированные системы, позволяющие выполнить схемотехническое проектирование на РС.

Наиболее известной и часто используемой является автоматизированная система про- ектирования OrCAD.

В систему входят следующие программы:

Schematics графический редактор принципиальных схем, который одновременно

является управляющей оболочкой для запуска основных модулей системы на всех стадиях работы с проектом; текстовый и графический редакторы для описания структурной и электрической схем;

StmEd редактор входных сигналов (аналоговых и цифровых);

PSpice программа схемотехнического моделирования;

Probe программа графического отображения, обработки и документирования ре- зультатов моделирования;

библиотеки символов и макромоделей элементов.

Первая версия программы PSpice для IBM PC, созданная в 1984 г. корпорацией MicroSim, позволяла моделировать исключительно аналоговые устройства. Рассчитывались переходные процессы при действии различных входных сигналов, их спектры, режимы по постоянному току, частотные характеристики, спектральные плотности внутренних шу- мов и другие характеристики нелинейных и линеаризованных аналоговых устройств. В 1989 г. выпущена версия PSpice 4.0, позволяющая моделировать и смешанные аналого- цифровые устройства.

Уже в следующем, 1990 г., создана версия пятого поколения, обеспечивающая не только текстовый, но и графический ввод принципиальных схем в среде Windows, и одно- временно сменившая название теперь программа PSpice входит в состав программной системы Design Center.

Следующее поколение системы Design Center 6.0 (январь 1994 г.) характеризуется очень интересной возможностью расчета паразитных эффектов, присущих реальной пе- чатной плате, и проведения моделирования с их учетом. В нее также включено средство проектирования программируемых логических матриц.

Очередная версия Design Center 6.1 (август 1994 г.) пополнилась модулем параметри- ческой оптимизации.

Впоследней версии 6.2 (апрель декабрь 1995 г.) реализована возможность разработ- ки печатных плат, как в системах P-CAD.

Фирма OrCAD, основанная в 1985 г., в начале 1997 г. выпустила систему нового по- коления OrCAD 7.0 для Windows, в которой моделирование выполнялось с помощью про- граммы PSpice, а описание схемы в графическом схемном редакторе OrCAD Сapture. В начале 1998 г. фирма OrCAD поглотила фирму MicroSim, и в ноябре была выпущена но- вая система OrCAD 9.0, объединившая одной интегрированной оболочкой все перечис- ленные модули. В марте 2000 г. фирма OrCAD, преобразованная в отделение Cadence PCB System Division фирмы Cadence Designe Systems, выпускает версию OrCAD 9.2, в которую включает второй редактор принципиальных схем Schematics.

Врезультате пользователи получили первую на IBM PC систему сквозного проекти- рования печатных плат. Разработчики интегральных схем использовали эту систему толь- ко на этапе схемотехнического моделирования.

Данный лабораторный практикум направлен на развитие у студентов практического опыта в схемотехническом проектировании. В нем раскрыты возможности системы про-

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

ектирования при моделировании как цифровых, так и аналоговых схем, представлены схемы моделирования для получения различных характеристик и изложены способы оп- ределения основных параметров, характеризующих работу схем.

Влабораторных работах №№ 1 – 3 описание схем выполняется в текстовом редакторе для лучшего усвоения правил входного языка программы PSpice.

Все последующие работы выполняются в графическом редакторе.

Вкаждой лабораторной работе по полученным характерным зависимостям определя- ются параметры схемы.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

Лабораторная работа № 1. Исследование характеристик пассивных элементов при постоянных и импульсных

воздействиях

Цель работы: приобретение практических навыков при моделировании статических и динамических характеристик схем, состоящих из пассивных элементов.

Продолжительность работы – 4 ч.

Теоретические сведения

К пассивным элементам схемы относятся резисторы, конденсаторы и индуктивности. Для исследования характеристик элементов будем пользоваться программой схемотехни-

ческого моделирования – PSpice (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis for PC).

С помощью программы PSpice моделируется схема неограниченных размеров, так как максимальный размер схемы определяется исключительно объемом памяти РС (примерно 1 Мб на каждые 100 транзисторов или 400 вентилей).

Для подготовки схемы к моделированию необходимо с помощью текстового или гра- фического редактора создать входной файл с расширением .Cir.

При работе с программой разнообразная информация о схеме и результатах модели- рования записывается в отдельные файлы с различными расширениями (табл.1).

Одной из возможностей программы PSpice является моделирование схем в режиме постоянного тока:

в «рабочей точке»; при изменении источников постоянного напряжения или тока, температуры и других

параметров; по проверке чувствительности характеристик схем к изменениям параметров компо-

нентов.

Таблица 1

Назначение файлов, создаваемых в результате работы программы PSpice

Расширение

Назначение файла

имени фай-

 

ла

 

.сir

Текстовый входной файл задания на мо-

 

делирование для программы

.out

Текстовый файл результатов моделиро-

 

вания

.dat

Двоичный файл результатов моделирова-

 

ния, передаваемых программе PROBE

Анализ схемы по постоянному току для определения рабочей точки выполняется с за- короченными индуктивностями и разомкнутыми емкостями. Анализ по постоянному току

выполняется до анализа переходных процессов в схеме для определения начальных условий переходного процесса и до анализа по переменному току для малосигнальных моделей с тем, чтобы определить линеаризованные малосигнальные модели приборов.

Анализ по постоянному току может быть использован для определения характеристи- ки схемы по постоянному току: для этого описывается независимый источник напряжения или тока и задается шаг изменения входной переменной, при котором вычисляется значе-

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

ние выходной переменной. Также возможно в рамках анализа по постоянному току опре- делить чувствительность выходных переменных к изменениям параметров схемы.

Решения анализа схемы по постоянному току получаются как результат итерационно- го процесса, и хотя алгоритм, реализованный в программе, является надежным, в некото- рых случаях он не дает сходимости. Отсутствие сходимости в этом случае обычно являет- ся результатом ошибки при задании соединений в схеме, значений элементов или значений параметров моделей. При моделировании триггерных схем необходимо исполь-

зовать принудительную установку начального состояния схемы с помощью директивы

.NODESET.

Входной формат для программы PSpice является форматом свободного описания, т.е. нет жестких требований к последовательности записи входной информации. Всем элементам

иузлам электрической схемы присваиваются имена, которые содержат буквенно- цифровые символы. В качестве символа используются только латинские буквы от A до Z

ицифры от 0 до 9, а также знаки ($ _ * / %). Только первые восемь символов имени будут

Таблица 2

Буквенные обозначения масштабных коэффициентов

Обозначение

Масштабный

Обозначение

Масштабный

 

коэффициент

 

коэффициент

 

 

 

 

Т

1Е12

MI

25,4E-6

 

 

 

 

G

1E9

U

1E-6

 

 

 

 

MEG

1E6

N

1E-9

 

 

 

 

K

1E3

P

1E-12

 

 

 

 

M

1E-3

F

1E-15

 

 

 

 

использованы программой при трансляции данных. В качестве разделителей для обо- значений применяются пробелы, число которых может быть произвольным. Для продол- жения записи данных на другой строке необходимо записать знак плюс (+) в первой пози- ции следующей строки. Чтение строки продолжения в этом случае будет выполняться со второй позиции. В начале строки комментариев во входном файле ставится символ *.

При описании могут использоваться числа:

целые (155);

с плавающей точкой (3.345);

отрицательные (–155; –3.345);

целые или с плавающей точкой с масштабным коэффициентом, соответствующим степени числа (1Е-15; 2.314Е3);

целые или с плавающей точкой с буквенным масштабным обозначением (1F; 2.314K), приведенным в табл.2.

Символы, следующие сразу за числом и не являющиеся масштабным обозначением, игнорируются. Следовательно, символы 5 и 5V являются одним и тем же числом.

Задание

Лабораторная работа выполняется по подгруппам (табл.3).

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3

 

 

 

Варианты заданий для подгрупп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Номер под-

Схема на

 

 

Схема на

 

 

 

 

Схема на

Схема на

группы

рис.1

 

 

 

рис.2

 

 

 

 

рис.3

рис.4

 

 

R1,

V1,

V1,

R1,

R2,

 

 

 

Rн,

 

R1,

С1,

R1,

С1,

 

 

кОм

B

B

кОм

кОм

 

 

кОм

 

кОм

пФ

кОм

пФ

 

1

10

0÷7

2

2

2

 

Нет

1

 

2

4

1

10

5

5

 

2

7

0÷7

3

3

3

 

То же

1

 

3

6

1,5

10

5

6

 

3

3,5

0÷7

4

4

4

 

-"-

1

 

4

8

2

10

5

7

 

4

2

0÷7

5

5

5

 

-"-

1

 

5

10

2,5

10

5

8

 

5

1

0÷7

6

6

6

 

-"-

1

 

6

12

3

10

5

9

 

6

10

0÷5

7

7

7

 

-"-

1

 

7

14

3,5

10

5

10

 

7

5

0÷5

8

8

8

 

-"-

1

 

8

16

4

10

5

11

 

8

2,5

0÷5

9

9

9

 

-"-

1

 

9

18

4,5

10

5

12

 

9

2

0÷5

10

10

10

 

-"-

1

10

20

5

5

4

5

 

10

1

0÷5

2

1

1

 

-"-

1

 

1,2

2,4

5,5

5

4

6

 

11

10

0÷4

3

1,5

1,5

 

-"-

1

 

1,5

3

6

5

4

7

 

12

8

0÷4

4

2

2

 

-"-

1

 

2

4

6,5

5

4

8

 

1. Проверить закон Ома для R1 в схеме на рис.1. Для этого необходимо описать схе- му, задать режим анализа по постоянному току и рассчитать зависимость IR1 от V1, задав изменение напряжения в некотором диапазоне.

V1 R1

Рис.1. Схема моделирования для получения вольт-амперной характеристики

резистора

2. Описать схему резистивного делителя (рис.2) и рассчитать влияние нагрузочного сопротивления Rн на выходное напряжение VOUT.

R1

V1

VOUT

 

R2

Rн

Рис.2. Схема моделирования для получения зависимости выходного напряжения рези-

стивного делителя от нагрузочного сопротивления

3. Описать схему RC-интегратора (рис.3) и при воздействии входного прямоугольного импульсного сигнала получить переходную характеристику. Импульсный источник имеет следующие параметры: V1 = 0 B, V2 = 5 B, TD = .1 мкс, TR = 10 нс, TF = 10 нс, TW = .1 мкс, TPER = .3 мкс.

C1

VOUT

V1 R1

Рис.3. Схема моделирования переходной характеристики пассивного интегратора

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]