1. Современные программы моделирования электрических цепей, их краткие характеристики.

-Mircolab

-Electronic Workbench

-Orcad

2. Система схемотехнического проектирования OrCad (версия 9.2). Назначение, состав.

Назначение: программы моделирования и оптимизации аналоговых и смешанных аналого-цифровых устройств

Особенности: -графический ввод схем, -обширная библиотека компонентов, -быстрота и точность расчета, -различные виды анализа, -широкие возможности по обработке результатов

Состав: На рис. 1 представлена упрощенная структурная схема программных модулей PSpice 9.1, связанных с редактором схем Schematics (в программе существует еще редактор схем Capture).

Рис. 1

Краткое описание программных компонентов комплекса

PSpice 9.1 (student version) включает в себя следующие программы:

1. Schematics – графический редактор принципиальных схем, одновременно являющийся управляющей оболочкой для запуска программы PSpice A/D.

2. PSpice A/D – моделирование аналого-цифровых схем, графическое отображение, обработка и документирование результатов моделирования.

3. PSpice Design Manager – менеджер проектов, автоматически загружающийся при открытии любой из программ комплекса и позволяющий посмотреть иерархическую структуру проекта. Менеджер проектов является управляющей оболочкой для запуска всех программ в составе комплекса.

4. PSpice Model Editor – расчет параметров моделей компонентов (п/п приборов, интегральных микросхем, магнитных сердечников) по справочным или каталожным данным.

5. PSpice Stimulus Editor – создание источников сигналов различной формы.

6. PSpice Optimizer – параметрическая оптимизация аналого-цифровых устройств.

7. Layout – Редактор топологии печатных плат.

Из управляющей оболочки Schematics возможен вызов других модулей системы, что не исключает и их автономного запуска.

3. Программа Schematics. Графический ввод схем.

Schematics – графический редактор принципиальных схем, одновременно являющийся управляющей оболочкой для запуска программы PSpice A/D.

Из управляющей оболочки Schematics возможен вызов других модулей системы, что не исключает и их автономного запуска.

Графический редактор Schematics заимствован из популярного в свое время пакета DesignLab. и предназначен только для передачи данных в программы моделирования PSpice, которая в отличии от DesignLab включает в себя графический редактор Probe, и параметрический оптимизатор PSpice Optimizer. Если же необходимо разработать печатную плату, то в отличии от DesignLab, где Schematics был напрямую связан с редактором печатных плат PCBoards, необходимо созданную в Schematics схему импортировать в программу Capture по команде File>Import Design и затем по команде Tools>Create Netlist составить список соединений проекта для дальнейшей передачи в Layout. Еще одним отличием является, то что в DesignLab программа расчет параметров моделей компонентов (п/п приборов, интегральных микросхем, магнитных сердечников) по справочным или каталожным данным имела название Parts. В остальном, в рамках изучаемого нами курса, программные комплексы DesignLab и PSpice 9.1 отличий не имеют.

4. Подготовка к моделированию. Запуск программ Pspice и Probe: построение графиков и их обработка. Просмотр результатов моделирования, файлы .Out, .Dat.

Файл результатов моделирования .out

* Адрес файла задания на моделирование

* Schematics Version 9.2

* Дата и время создания файла

**** Повторение файла задания на моделирования .cir

**** Описание используемых моделей

**** Различная информация о компонентах схемы и задании на моделирование // Зависит от настройки директивы

.OPTIONS

**** Результаты моделирования // Выводимая информация зависит от характера используемых директив моделирования .TRAN, .DC, .AC, .TEMP, .OPTIONS и т.д., а также директив управления выдачей результатов моделирования .PRINT, .PLOT.

**** Статистика выполнения задания // Зависит от настройки директивы .ОPTIONS, но в любом случае выводится итоговое время выполнения задания «TOTAL JOB TIME»

Список переменных, заносится в файл результатов ***.dat, для загрузки в PROBE после ее вызова.

5. Структура текстового задания на моделирование, файлы .Cir, .Net, .Als.

Файлы с расширением .cir, .net, .als создаются либо при подготовке к моделированию путем выбора в меню Аnalysis пункта Create Netlist, либо автоматически при запуске программы PSpice A/D, при этом создается также файл результатов моделирования .out . Эти файлы имеют одинаковые имена, совпадающие с именем файла графического изображения схемы, но разные расширения. Файл с расширением «cir» содержит задание на моделирование; файл с расширением «net» содержит список соединений (номера узлов схемы и компоненты, которые к ним подсоединены); файл с расширением «als» содержит список соответствий узлов схем выводам компонентов. Все рассматриваемые файлы представляют собой текст и могут быть просмотрены в любом текстовом редакторе. Наиболее удобно просматривать эти файлы с помощью встроенного текстового редактора PSpice 9.1, при этом запуск на просмотр осуществляется из программы PSpice A/D. Файлы записываются в ту директорию, где находится файл графического изображения схемы с расширением .sch. Пользователю эти файлы бывают нужны на этапе поиска ошибок в схеме, когда при визуальном анализе графического изображения схемы ошибку найти не удается. Рассмотрим структуру этих файлов.

1. Файл списка соединений .net:

Содержит описание компонентов схемы

<Имя компонента 1> <Узел 1> <Узел 2>…<Узел n> <Параметры компонента 1>

<Имя компонента 2> <Узел 1> <Узел 2>…<Узел n> <Параметры компонента 2>

………………………………………………………………………………………

<Имя компонента n> <Узел 1> <Узел 2>…<Узел n> <Параметры компонента n>

2. Файл списка соответствий узлов схемы выводам компонентов .als:

<Тип компонента 1>_<Имя компонента 1> Имя компонента 1(вывод 1=узел № вывод 2=узел №… вывод n=узел №)

<Тип компонента 2>_<Имя компонента 2> Имя компонента 2(вывод 1=узел № вывод 2=узел №… вывод n=узел №)

…………………………………………………………………………………………………………………………………….

<Тип компонента n>_<Имя компонента n> Имя компонента n(вывод1=узел № вывод 2=узел №… вывод n=узел №)

3. Файл задания на моделирования .cir:

* Адрес файла

* Schematics Version 9.2

* Дата создания файла

** Analysis setup** // Задание на моделирование .TRAN, .DC, .AC, .TEMP, .OPTIONS и т.д.

.Директива моделирования 1 <Параметры>

.Директива моделирования 2 <Параметры>

………………………………………………

.Директива моделирования n <Параметры>

** Список задействованных библиотек компонентов**

.lib "Адрес библиотеки 1"

.lib "Адрес библиотеки 2"

………………………………………………

.lib "Адрес библиотеки n"

** Список соединений **

<Имя компонента 1> <Узел 1> <Узел 2>…<Узел n> <Параметры компонента 1>

<Имя компонента 2> <Узел 1> <Узел 2>…<Узел n> <Параметры компонента 2>

………………………………………………………………………………………

<Имя компонента n> <Узел 1> <Узел 2>…<Узел n> <Параметры компонента n>

** Список задействованных моделей компонентов**

. MODEL <Имя модели 1> <Тип модели1> (Параметры модели1)

. MODEL <Имя модели 2> <Тип модели 2> (Параметры модели 2)

………………………………………………………………………………………

. MODEL <Имя модели n> <Тип модели n> (Параметры модели n)

** Директивы управления выдачей результатов моделирования**

.PRINT [DC] [TRAN] [АС] <выходная переменная> // Вывод результата расчета в виде таблиц.

.PLOT [DC] [TRAN] [АС] <выходная переменная> // Вывод результата расчета в виде графиков.

.PROBE <выходная переменная> // Подключение графического постпроцессора PROBE.

.END // Директива, объявляющая конец задания на моделирование

6. Директивы моделирования. Краткие характеристики.

4.1.2. Директивы моделирования

Программа PSpice рассчитывает следующие характеристики электронных цепей:

• режим цепи по постоянному току в «рабочей точке» (Bias Point);

• режим по постоянному току при вариации источников постоянного напряжения или тока, температуры и других параметров цепи (DC Sweep);

• чувствительность характеристик цепи к вариации параметров компонентов в режиме по постоянному току (Sensitivity);

• малосигнальные передаточные функции в режиме по постоянному току (Transfer Function);

• характеристики линеаризованной цепи в частотной области при воздействии одного или нескольких сигналов (AC Sweep);

• спектральную плотность внутреннего шума (Noise Analysis);

• переходные процессы при воздействии сигналов различной формы (Transient Analysis);

• спектральный анализ (Fourier Analysis);

• "статистические испытания по методу Монте-Карло и расчет наихудшего случая (Monte Carlo/Worst Case);

• многовариантный анализ при вариации температуры (Temperature) и других параметров (Parametric).

С помощью модуля PSpice Optimizer выполняется параметрическая оптимизация (см. разд. 5.4).

Каждому виду расчета соответствует определенная директива. Их полный перечень приведен в табл. 4.6.

Таблица 4.6. Директивы моделирования

Имя Назначение

Расчет стандартных характеристик

.АС Расчет частотных характеристик

.DC Расчет режима по постоянному току

.FOUR Спектральный анализ

.NOISE Расчет уровня внутреннего шума

.OP Передача в выходной файл параметров схемы, линеаризованной в окрестности рабочей точки

.SENS Расчет малосигнальных чувствительностей в режиме по постоянному току

.TF Расчет малосигнальных передаточных функций в режиме по постоянному току

.IRAN Расчет переходных процессов

Управление выдачей результатов

.PLOT Представление результатов расчета в выходном файле в виде графиков, построенных в текстовом режиме