Система схемотехнического моделирования и проектирования Design Center

         

Структура задания на моделирование


Задание на моделирование для программы PSpice заносится в текстовые файлы. При графическом вводе схем с помощью программы Schematics создаются три файла задания с одним и тем же именем и расширениями имени .cir, .net и .als. При составлении этого задания непосредственно с помощью текстового редактора достаточен  один файл .cir. На бумаге составляется принципиальная схема, и  присваиваются имена всем ее узлам (при графическом вводе с помощью Schematics это делать необязательно). Имена узлов могут быть целыми числами от 0 до 9990 или алфавитно-цифровыми символами длиной не более чем 131 символ. В качестве этих символов используются буквы латинского алфавита от A до Z, цифры 0, 1, ..., 9 и знаки “$”, “_”, “*”, “/”, “%”. Стандартное обозначение ряда узлов приведено в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Имя узла

Напряжение/уровень

Описание 

0

0 В

Аналоговая “земля”



$G_CD4000_VDD

5 В

Источник питания к-МОП ИС

$G_CD4000_VSS

0 В

$G_DPWR

5 В

Источник питания ТТЛ ИС

$G_DGND

0 В 

$G_ECL_10K_VEE

-5,2 В

Источник питания ЭСЛ 10К ИС

$G_ECL_10K_VCC1

0 В

$G_ECL_10K_VCC2

0 В

$G_ECL_100K_VEE

-4,5 В

Источник питания ЭСЛ 100К ИС

$G_ECL_100K_VCC1

0 В

$G_ECL_100K_VCC2

0 В

$D_HI

“1”

Логическая “1”

$D_LO

“0”

Логический “0”

$D_X

“X”

Неопределенное логическое состояние X

$D_NC

Не подключенный к схеме вывод цифрового компонента

Логические состояния цифровых узлов $D_HI, $D_LO, $D_X поддерживаются постоянными независимо от того, с чем они соединены. Узел $D_NC применяется для обозначения неиспользуемых выводов (аббревиатура NC означает Not Connected). 

При ссылке на цифровые имена узлов они заключаются в круглые скобки, например V(6) – потенциал узла 6. Имена узлов в виде алфавитно-цифровых символов при ссылках на них заключаются в квадратные скобки [ ], чтобы отличить их от имен компонентов.
Например, потенциал узла IN обозначается как V([IN]), а V(I2) –напряжение на источнике тока I2. Заметим, что в программе Probe при ссылке на алфавитно-цифровые имена узлов квадратные скобки не нужны, они отсутствуют и в выходном файле с расширением .out.

В программе существует соглашение, что все узлы, имена которых начинаются с символов $G_, являются глобальными, например узел $G_POS. Глобальные узлы используются в схемах, имеющих макромодели. Глобальные узлы с одинаковыми именами автоматически соединяются в основной цепи и во всех макромоделях. С их помощью удобно прокладывать цепи питания, синхронизации и т. п. (узел “земля” 0 всегда является глобальным). Глобальные узлы с произвольными именами назначаются с помощью директивы .GLOBAL (см. разд. 3.3).

После именования узлов составляют задание на моделирование, которое заносится в файл. Имя файла произвольное, в качестве расширения имени рекомендуется использовать .cir, воспринимаемое программой PSpice по умолчанию. Первая строка файла – строка заглавия, которая затем выводится в виде заголовка в выходном файле (в ней может быть помещен любой текст, не содержащий кириллицу). Строки комментариев содержат символ “*” в первой позиции (в них допускается использование и кириллицы). Конец любой строки после знака “;” также воспринимается как комментарий. Последняя строка файла .END. Порядок ввода промежуточных строк значения не имеет, за небольшим исключением:

– строка описания функции .FUNC должна быть помещена до ссылки на нее;

– директива .OPTIONS NOECHO запрещает запись в выходной файл расположенной после нее части описания схемы.

Строка продолжения начинается с символа “+” в первой позиции. Число пробелов между операторами в строке произвольное. Пробелы и запятые или знаки равенства эквивалентны.

Внимание! Программа PSpice не различает большие и малые буквы.

В одном файле можно объединить задания на моделирование нескольких цепей; каждое задание начинается со своего заголовка и заканчивается директивой .END.



При наличии ошибок в задании на моделирование, обнаруженных на этапе его  трансляции или при выполнении моделирования, на экран и в выходной файл с расширением имени .out выводятся сообщения об ошибках, основные из которых перечислены в Приложении 2.

Предложения входного языка программы PSpice делятся на описания компонентов и директивы.

Описанием компонента

считается любая строка, не начинающаяся с символа “.” (кроме первой строки и строк комментариев и продолжений). Описание компонента имеет следующую структуру:

<имя компонента> <номера двух или более узлов> [<имя модели>]

+ <числовые данные>

Имя компонента состоит из последовательности символов латинского алфавита и цифр, общая длина имени не должна превосходить 131 символа (рекомендуется не более 8 символов). Первый символ – одна из букв латинского алфавита от A до Z, далее в любом порядке –  алфавитно-цифровые символы и знаки “$”, “_”, “*”, “/”, “%”. Первый символ имени компонента определяет его тип, например R1, ROUT, Q12 (табл. 3.2).

Таблица 3.2

Первый символ имени

Тип компонента

B

Арсенид-галлиевый полевой транзистор (GaAsFET) с каналом n-типа

C

Конденсатор

D

Диод

E

Источник напряжения, управляемый напряжением (ИНУН)

F

Источник тока, управляемый током (ИТУТ)

G

Источник тока, управляемый напряжением (ИТУН)

H

Источник напряжения, управляемый током (ИНУТ)

I

Независимый источник тока

J

Полевой транзистор с управляющим p– n-переходом (FET)

K

Связанные индуктивности и линии передачи

L

Индуктивность

M

МОП-транзистор (MOSFET)

N

Аналого-цифровой преобразователь на входе цифрового устройства

O

Цифро-аналоговый преобразователь на выходе цифрового устройства

Q

Биполярный транзистор

R

Резистор

S

Ключ, управляемый напряжением

T

Линия передачи

V

Независимый источник напряжения

W

Ключ, управляемый током

U

Цифровое устройство

X

Макромодель

<


Заметим, что помимо перечисленных выше компонентов схем в состав моделируемого устройства могут входить и не электронные элементы (электрические машины, системы автоматического управления и др.), оформленные в виде макромоделей.

Номера узлов подключения компонента к схеме перечисляются в определенном порядке, установленном для каждого компонента (см. ниже). Имя модели компонента не является обязательным параметром. Далее указываются численные значения параметров компонента. В программе PSpice осуществляется масштабирование чисел с помощью суффиксов, приведенных в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Суффикс

Масштабный коэффициент

Наименование

F

10


Фемто

P

10


Пико

N

10


Нано

U

10


Микро

MIL

25,4·10


Мил (0,001 дюйма)

M

10


Милли

K

10


Кило

MEG

10


Мега

G

10


Гига

T

10


Тера

С

Признак целого числа тактов цифровых сигналов

Допускается к масштабным суффиксам дописывать буквенные символы для улучшения наглядности обозначений. Так, сопротивление 5,1 кОм может быть записано несколькими способами: 5100, 5.1K, 5.1KOM, 5.1KOHM, 5.1e3, 0.0051e3K. При этом допускается присоединять суффикс и к числам, представленным в форме с плавающей точкой, как в последнем примере. Суффикс MIL используется при задании геометрических размеров МОП-транзисторов.

Сопротивления, емкости и индуктивности должны быть постоянными величинами (зависимость от времени или от токов и напряжений, к сожалению, не допускается). Они могут быть как положительными, так и отрицательными величинами. Исключение составляет анализ переходных процессов, где отрицательные значения емкостей и индуктивностей могут привести к ошибкам в расчете. В любом случае нулевые значения параметров компонентов не допускаются.

Помимо числовых значений в предложениях входного языка программы могут использоваться идентификаторы параметров, которые заключаются в фигурные скобки { }.


Например, постоянное напряжение источника питания может быть задано с помощью параметра VPOWER: 

 

VP   6   0   DC   {VPOWER}

Внутри фигурных скобок допускаются символы арифметических выражений, например:

C2 5 4 {CLOAD*2.5}

Это не допускается при задании:

– параметров NL, F, LEN, R, L, G и C линии передачи;

– температурных коэффициентов резистора TC1, TC2 в его описании (в модели резистора эти выражения допускаются);

– параметров линейно-ломаного сигнала PWL;

– полиномиальных коэффициентов зависимых источников типа E, F, G, H;

– в именах узлов и параметрах директив .AC, .DC и др.

Выражение должно помещаться на одной строке длиной не более 131 символа (громоздкие выражения целесообразно оформлять в виде функции с помощью директивы .FUNCTION). Кроме арифметических выражений допускается использование  стандартных функций, приведенных в табл. 3.4.

Таблица 3.4

Функция

Определение

Комментарий

ABS(x)

Абсолютное значение x

ACOS(x)

Арккосинус x

Результат в радианах

ARCTAN(x)

Арктангенс x

ASIN(x)

Арксинус x

ATAN(x)

Арктангенс x

ATAN2(y,x)

Арктангенс y/x

COS(x)

Косинус x

x

в радианах

COSH(x)

Косинус гиперболический x

x

в радианах

DDT(x)

Производная dx/dt

Применяется только при анализе переходных процессов

EXP(x)

Экспонента числа

x

IF(t,x,y)

x, если t –  истинно,

y, если t –  ложно

t – булевая переменная

IMG(x)

Мнимая часть x

LIMIT(x,min,max)

min, если x<min,

max, если x>max,

x, если min<x<max

Ограничитель с линейной областью

LOG(x)

Натуральный логарифм x

LOG10(x)

Десятичный логарифм x

M(x)

Модуль x

Эквивалентно ABS(x)

MAX(x,y)

Максимум x, y

MIN(x,y)

Минимум x, y

P(x)

Фаза x

Равна 0 для вещественных чисел

PWR(x,y)

Степенная функция |x|
 

PWRS(x,y)

+|x|
, если x<0

-|x|
, если x>0

R(x)

Действительная часть x

SDT(x)

Интеграл


Применяется только при анализе переходных процессов

SGN(x)

Знак x

SIN(x)

Синус x

x

в радианах

SINH(x)

Синус  гиперболический x

x

в радианах

STP(x)

1, если x
0,

0, если x
0

SQRT(x)        

 


TAN(x)          

Тангенс x

x

в радианах

TANH(x)

Тангенс гиперболический x

x

в радианах

ATAN(x)       

Арктангенс x

Результат в радианах

TABLE(x,x
,y
,...)

Табличная зависимость функции y от x

Задаются координаты точек (x
,y
), в промежуточных точках используется линейная аппроксимация

<


Выражения могут содержать следующие математические операции:

Символ операции

Назначение

Арифметические операции

+

Сложение



Вычитание

*

Умножение

/

Деление

Логические операции

~

Логическое отрицание

|

Логическое ИЛИ

^

Логическое исключающее ИЛИ

&

Логическое И

**

Бинарный оператор

Операции отношений (для функции IF)

==

Равно

!=

Не равно



Больше

>=

Больше или равно



Меньше

<=

Меньше или равно

Директивы моделиpования начинаются с символа “.” в первой позиции (см. табл. 3.5).

Таблица 3.5

Имя  

Назначение

Задание начальных условий

.IC

Задание начальных условий

.NODESET

Задание узловых потенциалов по постоянному току на начальной итерации

.SAVEBIAS

Запись в файл узловых потенциалов схемы

.LOADBIAS

Считывание из файла узловых потенциалов схемы

Pасчет стандаpтных хаpактеpистик

.OP

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

.TF

Расчет малосигнальных передаточных функций в режиме по постоянному току

.SENS

Расчет малосигнальных чувствительностей в режиме по постоянному току

.DC

Расчет режима по постоянному току

.TRAN

Расчет переходных процессов

.FOUR

Спектральный анализ

.AC

Расчет частотных характеристик

.NOISE

Расчет уровня внутреннего шума

Многовариантный анализ

.STEP

Вариация параметров

.TEMP

Назначение температуры окружающей среды

Статистический анализ

.MC

Статистический анализ по методу Монте-Карло

.WCASE

Расчет наихудшего случая

Управление выдачей результатов

.PLOT

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

.PRINT

Представление результатов расчета в выходном файле в виде таблиц

.PROBE

Передача данных в графический постпроцессор Probe

.VECTOR

Создание файла с результатами моделирования цифровых устройств

.WATCH

Выдача промежуточных результатов анализа на экран программы PSpice в текстовом виде

.WIDTH

Назначение длины строк выходного файла

Модели устройств

.MODEL

Описание моделей компонентов

.DISTRIBUTION

Табличное определение закона распределения случайных величин

.SUBCKT

Начало описания макромодели

.ENDS

Конец описания макромодели

Вспомогательные файлы, определение функций и параметров

.FUNC

Определение функции

.PARAM

Определение глобальных параметров

.INC

Включение во входной файл другого файла

.LIB

Подключение библиотеки моделей компонентов

.END

Конец задания

Прочие директивы

.EXTERNAL

Спецификация внешних портов

.OPTIONS

Установка параметров и режимов работы программы

.STIMLIB

Задание имени файла с описанием внешних воздействий

.STIMULUS

Задание внешних воздействий

Задание текстовых переменных, текстовых выражений или имен файлов, используемых в описании цифровых устройств

Взаимодействие с графическим редактором Schematics

.ALIASES

Начало списка соответствий имен выводов графических обозначений компонентов именам цепей схемы, к которым они подключены

.ENDALIASES

Конец списка соответствий

Перейдем к подробному объяснению правил составления описаний компонентов и директив.


Содержание раздела