Глава 4.

Моделирование с помощью PSpice

 

4.1. Составление задания на моделирование

 

4.1.1. Структура текстового задания на моделирование

Задание на моделирование для программы PSpice заносится в текстовые файлы. Знание их форматов при графическом вводе схемы не обязательно, но желательно, так как:

• значительно облегчает поиск ошибок при отладке схемы;
• позволяет создавать шаблоны новых символов компонентов;
• позволяет составлять текстовые описания макромоделей (иногда это проще, чем рисовать их схемы замещения).

При графическом вводе схем как с помощью программы PSpice Schematics, так и с помощью OrCAD Capture, создаются три файла задания с одним и тем же именем и различными расширениями имени: *.NET (таблица соединений), *.ALS (список подключения цепей к выводам компонентов) и *.CIR (список директив моделирования). При моделировании в PSpice непосредственно загружается файл *.CIR, в котором имеются ссылки на остальные файлы. Для его составления вручную на бумаге сначала рисуется принципиальная схема моделируемого устройства и присваиваются имена всем ее узлам (при графическом вводе этого делать не обязательно). Имена узлов могут быть целыми числами от 0 до 9990 или алфавитно-цифровыми символами длиной не более 131 символа. В качестве этих символов используются буквы латинского алфавита от А до Z, цифры 0, 1, ..., 9 и знаки «$», «_», «*», «/», «%». Стандартное обозначение ряда узлов приведено в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Глобальные узлы

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 — нет подключения), чтобы при проверке схемы они не включались в список ошибок.

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]), a V(I2) — напряжение на источнике тока 12. 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. п. 4.1.2).

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.

Строки комментариев содержат символ «*» в первой позиции. 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, максимальная длина строки 132 символа. Число пробелов между операторами в строке произвольное. Пробелы и запятые или знаки равенства эквивалентны.

Внимание!

Программа PSpice не различает прописные и строчные буквы.

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 13Г символ (рекомендуется не более 8 символов). Первый символ — одна из букв латинского алфавита от А до Z, далее в любом порядке — алфавитно-цифровые символы и знаки $, _, *, /, %. Первый символ имени компонента определяет его тип, например R1, ROUT, Q12 (табл. 4.2). При графическом вводе схем пользователь может вводить первый символ имени компонента по своему усмотрению, так как графические редакторы при составлении текстового описания схемы для передачи его в PSpice к именам всех компонентов в соответствии с табл. 4.2 автоматически добавят префиксы — это выполняется в соответствии с так называемыми шаблонами символов компонентов TEMPLATE (см. разд. 3.3). Поэтому на схемах компоненты можно именовать, не придерживаясь приведенных в табл. 4.2 правил (они должны быть учтены при составлении шаблонов символов). Например, транзисторы всех типов можно согласно ЕСКД именовать как V1, V2, V3..., а при составлении текстового описания схемы биполярный транзистор получит имя Q_V1, полевой — J_V2, МОП-транзистор -- M_V3 и т.д.

Таблица 4.2. Первые символы имен компонентов

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. В заключение указываются численные значения параметров компонента. В программе PSpice осуществляется масштабирование чисел с помощью суффиксов, приведенных в табл. 4.3.

Таблица 4.3. Масштабные коэффициенты

Допускается к масштабным суффиксам дописывать буквенные символы для улучшения наглядности обозначений. Так, сопротивление 5,1 кОм может быть записано несколькими способами: 5100, 5.1К, 5.1КОМ, 5.1КОНМ, 5.1е3, 0.0051еЗК. 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, как в программе Micro-Cap, 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.

При наличии ошибок, обнаруженных при трансляции схемы и при выполнении моделирования, на экран и в выходной файл *.OUT выводятся сообщения о них.

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:

С2 5 4 {CLOAD*2.5}

Это не допускается при задании:

• параметров NL, F, LEN, R, L, G и С линии передачи;
• температурных коэффициентов резистора TCI, TC2 в его описании (в модели резистора эти выражения допускаются);
• параметров линейно-ломаного сигнала PWL;
• полиномиальных коэффициентов зависимых источников типа Е, 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 функций с помощью директивы .FUNCTION). Кроме арифметических выражений допускается использование стандартных функций, приведенных в табл. 4.4.

Таблица 4.4. Обозначения стандартных функций

Выражения могут содержать математические операции, перечень которых приведен в табл. 4.5.

Таблица 4.5. Математические операции

Директивы моделирования начинаются с символа «.» в первой позиции (см. п. 4.1.2).