Компьютерные технологии в интроскопии.

Гр. А-15-01 (осенний семестр)

Лекция 3. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap V


1.Анализ переходных процессов (Transient Analysis)

В редакторе схем создается схема анализируемого устройства (например RLCO.cir).

Все виды анализов производятся с учетом предварительно установленных основных глобальных параметров (Options/Global Settings…)

-ABSTOL-допустимая ошибка расчета токов (1pA),

-CHGTOL-допустимая ошибка расчета зарядов (0.01pC),

-RELTOL-допустимая относительная ошибка расчета тока и напряжения (0.001),

-VNTOL-допустимая ошибка расчета напряжения (1e-6B),

-CPTIME-максимальное время расчетов(1e9c)

-GMIN-минимальная проводимость ветви (1pCm),

-ITL4-максимальное количество итераций,

- ITL5-общее максимальное количество итераций.

Подробнее о этих и других параметрах общих установок см. Приложение 1.

Выход в режим анализа Transient Analysis из редактора схем достигается командой Analysis/ Transient Analysis... После этой команды появляется окно пределов Transient Analysis Limits.

В этом окне задаются:

- Time Range (Tmax, Tmin)-временные пределы (аргумент),

- Maximum Time Step -наибольший временной шаг,

- Number of Points -количество точек для вывода в файл,

- Temperature –(Max, Min, шаг)- температура или диапазон температуры ().

- Run Optionsокно со списком, опции исполнения анализа:

-Normal- без записи результатов расчета

-Save- с записью результатов расчета в бинарном дисковом файле (Name.tsa)

-Retrieve- со считыванием последних результатов расчета из файла (Name.tsa) и построением графиков.

- State Variables окно со списком, опции статуса переменных состояния:

-Zero –нулевые начальные условия,

-Read –чтение начальных условий из бинарного файла Name.top, созданного с помощью редактора State Variables Editor (вход в этот редактор командой Transient/ StateVariablesEditor)

-Leave- при первом расчете используются нулевые начальные условия или условия, установленные в редакторе State Variables Editor, при повторном вычислении используются результаты предыдущих вычислений или условия, отредактированные в State Variables Editor

- Operating Point –переключатель, включение режима расчета по постоянному току перед началом каждого расчета переходных процессов, результаты используются в качестве начальных условий, актуально при расчете переходных процессов в электронных схемах.

- Operating Point Only –переключатель, расчет только режима по постоянному току (расчет переходного процесса не производится),

- Auto Scale Ranges –переключатель, автоматическое масштабирование.

(Этот переключатель позволяет задать автоматический выбор масштаба в заданном временном интервале. Для получения плавной кривой полезно повторить вычисления с выключеным Auto Scale Ranges)


В нижней части окна пределов находятся строки, содержащие:

-2 кнопки-переключатели для выбора типа масштабов по осям X и Y (линейные или логарифмические),

-окрашенная кнопка для вызова палитры и установки цвета графика,

-кнопка активизации вывода таблицы расчетных функций в файл

-текстовое окно P для задания номера графика (если номера совпадают для двух функций, то кривые строятся на одном графике)

-текстовое окно X Expression для задания аргумента графика (T –для временных диаграмм, F-для спектральных диаграмм)

-текстовое окно Y Expression для задания функции графика

-текстовое окно X Range для задания пределов аргумента графика

-текстовое окно Y Range для задания пределов функции графика

-текстовое окно для задания формата чисел на графике (например “5.3”-5-общее количество символов, 3-количество цифр после запятой)


Командные кнопки в верхней части окна пределов анализа позволяют

-Add - добавить еще одну функцию для построения графика (возникнет еще одна строка-копия строки, на которой стоял курсор до нажатии кнопки Add)

-Delete - удаление строки, на которой стоял курсор при нажатии кнопки,

-Expand – вывод расширенного окна для ввода выражения в окно, где находился курсор в момент нажатия кнопки.


Примечание. В выражение для искомой функции могут быть включены многочисленные стандартные алгебраические, тригонометрические и другие функции с действительными и комплексными аргументами, операторы, константы, переменные. Списки этих объектов можно открыть нажатием правой кнопки мыши, когда курсор стоит в окне Y Expression.

-Stepping - задание ступенчатого изменения одного или многих параметров (до 10) различных элементов схемы.

-Run – старт анализа и переход к окну с графиками. Для старта анализа можно также нажать 4-ую кнопку справа во втором ряду или задать команду из меню Transient/Run.

После завершение расчетов откроется окно Transient Analysis, в котором появятся графики искомых функций. Двойным щелчком по графику можно вызвать окно AnalysisPlotCharacteristics для изменения стиля оформления элементов графика. На график можно поместить пояснительный текст после нажатия кнопки ABS или REL.

Для выхода из режима анализа в режим подготовки схемы можно использовать команду меню Transient/Exit Analysis.


В примере RLC0.cir анализируется включение постоянной э.д.с. V2=1В в цепи с последовательным соединением резистора R1=10 Ом, конденсатора C1=1мкФ, и индуктивной катушки L1=1мГн. Строятся зависимости 1 -напряжения на источнике V(1), 2- напряжения на конденсаторе V(3), 3- напряжения на индуктивной катушке V(2)-V(3) при нулевых начальных условиях в интервале времени 0…2мс с шагом 0.1 мкс при температуре 27 градС. Кривые напряжений на элементах цепи показывают затухающие колебания в последовательном контуре после воздействия ступеньки напряжения.


2. Источники сигналов.


При анализе временных зависимостей приходится использовать источники различных сигналов. Ниже расматриваются примеры с различными источниками.


Источник синусоидального напряжения вызывается командой Component/AnalogPrimitives/WaveformSources/SineSource. После размещения источника в схеме в открывающемся окне Component следует в строке MODEL= ввести имя источника (в нашем примере –Vsin), затем нажать кнопки Models и Edit. Откроется список параметров источника, который следует заполнить. Другой способ -после команды Ok следует щелкнуть по корешку Text в нижней строке с линейкой горизонтальной прокрутки и открыть текстовое окно директив. В этом окне будет строка-заготовка для описания параметров источника:

.MODEL VSIN SIN ( )

В списке параметров окна Component или в директиве через пробел можно записать (F=”частота,ГцA=”амплитуда,ВDC=”постоянная составляющая,ВPH=“начальная фаза, радианRS=”внутреннее сопротивление,Ом“ RP=”период повторения огибающей,с“ TAU=”постоянная времени экспоненциальной огибающей,с”). В приведенной нотации э.д.с источника определяется формулой: e(t)=A*exp(TAU)*sin(2*pi*F*t+PH)+DC Первый способ задания параметров проще. Схема с гармоническим источником анализируется в примере RLC1.cir.

Аналогичным образом формируется источник периодического импульсного напряжения. Командой Component/AnalogPrimitives/ WaveformSources/PulseSources активизируется источник, размещается на схеме. В окне Component…записывают имя MODEL= Vpuls. В окне текстовых директив в круглых скобках выражения

.Model VPULS PUL ()

следует записать через пробел параметры

VZERO=”минимальный уровень напряжения,ВVONE=”максимальный уровень напряжения,ВP1=”момент начала переднего фронта (перехода от уровня VZERO к уровню VONE) импульса,с” P2=”конец переднего фронта, момент начала плоской вершины импульса (уровень VONE),с” P3=”начало заднего фронта, момент конца плоской вершины импульса,с” P4=”конец заднего фронта (перехода от уровня VONE к уровню VZERO) импульса,с” P5=”период повторения импульсов,с”.

Схема с импульсным источником анализируется в примере RLC2.cir.


Независимые источники напряжения V или тока I (вызываются командами Component/AnalogPrimitives/WaveformSources/V или I) позволяют формировать сигналы различной формы –импульсные (PULSE), синусоидальные (SIN), экспоненциальные (EXP), кусочно-линейные (PWL), частотно-модулированные (SFFM).

Задание типа сигнала и его параметров производят (через пробел) в окне Component…:


VALUE=PULSE v1 v2[td[tr[tf[pw[per]]]]]

Это соответствует выражениям

v(t)=v1 при 0<=t<=td

v(t)=v1+(v2-v1)/tr*t при td<=t<=td+tr

v(t)=v2 при td+tr<=t<=td+tr+pw

v(t)=v2-(v2-v1)/tf*t при td+tr+pw<=t<= td+tr+pw+tf

v(t)=v1 при td+tr+pw+tf <=t<=per

Примечание. Элемент выражения в прямых скобках может быть пропущен.


VALUE=SIN vo va [f[td[df[ph]]]]

Это соответствует выражениям

v(t)=v0+va*sin(2*PI*ph/360) при 0<=t<=td

и v(t)=v0+va*exp[-(t-td)*df]*sin(2*PI*f*(t-td)+2*PI*ph/360) при t>=td

Этот вариант источника рассмотрен в примере RLC3.cir


VALUE=EXP v1 v2[td1[tc1[td2[tc2]]]]

Это соответствует выражениям

v(t)=v1 при 0<=t<=td1

v(t)=v1+(v2-v1)*(1-exp(-(t-td1)/tc1)) при td1<=t<=td2

и v(t)=v1+(v2-v1)*(1-exp(-t+td1)/tc1)-(1-exp(-t+td2)/tc2) при t>=td2


VALUE=PWL t1 v1 t2 v2…[tn vn]

VALUE=SFFM v0 va f0[mi[fm]]

Это соответствует выражению


V(t)=v0+va*sin(2*PI*f0*t+mi*sin(2*PI*fm*t))


Функциональные источники (Function sources) –управляемые нелинейные источники переменных напряжения или тока:

-NFV-источник напряжения и NFI –источник тока с атрибутом

VALUE=”комбинации функций потенциалов узлов, токов элементов и времени

Вариант источника NFV , как источника амплитудно-модулированного сигнала рассмотрен в примере RLC4.cir. В этом примере показана передача амплитудно-модулированного сигнала в последовательном колебательном контуре.

Примечание. Мгновенные напряжения V(C1) записаны в таблицу RLC4.usr для последующего использования в User Source, т.к. в окне Limits против строки с этой функцией нажата кнопка записи в файл.

Нелинейные источники:

-NTVofIисточник напряжения, управляемый током,

-NTVofVисточник напряжения, управляемый напряжением,

-NTIofI источник тока, управляемый током,

-NTIofVисточник тока, управляемый напряжением c атрибутом

TABLE=”(x1,y1) (x2,y2) (x3,y3)…”.-таблица аргумента и функции.


Источник напряжения, задаваемый пользователем User source формируется с помощью файла RLC4.usr (получен в примере RLC4.cir). Имя этого файла записывают в атрибуте: FILE= Name.usr. Пример этого источника в файле RLC5.cir, где анализируется выходной сигнал амплитудного детектора.


3. Анализ Фурье

Режим Transient Analysis позволяет получить спектр разложения в ряд Фурье. В примере RLC6.cir показывается получение спектра амплитудно модулированного сигнала. Для ускорения демонстрации в этом примере используется прием предварительных вычислений в режиме SAVE с записью результатов расчета мгновенных значений в файл RLC6.tsa. Непосредственно в примере использован режим Retrieve, при котором строятся временные зависимости по значениям из файла RLC6.tsa. Затем программа проводит спектральный анализ.

Примечание. В этом примере рассматривается временной отрезок на втором периоде огибающей 25мс-50мс, что дает первую гармонику в 40Гц.


Приложение 1

Справка о параметрах общих установок.

Эти значения затрагивают моделирование и не часто изменяются. Имеются два типа установок: со значениями и с флажками. Локальные выборы могут быть определены в текстовом экране или в файле хранения текстов и связан к схемному решению, используя команды .INCLUDE и .OPTIONS. Значения по умолчанию могут весь быть введенными, защелкивая на Заданной по умолчанию кнопке внизу диалогового окна.


ABSTOL: этот параметр относится к допуску абсолютной погрешности для токов, чтобы сходиться на точке данных. Для большинства итераций точки времени, RELTOL будет перерегулирование это значение. Когда текущий нуль подходов, допуск относительной погрешности произведет меньшее значение, которое делало бы сходимость более трудной. ABSTOL дает абсолютную величину, что две последовательных итерации должны прибыть в пределах сходиться. Для цепей, которые содержат, высокие токи, увеличиваясь этот параметр помогут сходимости, если симуляция производит ошибку сходимости около пересечения нулевого уровня. При знании приблизительно самое низкое значение тока в контуре(цепи) позволяет Вам устанавливать этот параметр для значений несколько заказов(распоряжений) меньшей величины. Значение по умолчанию = 1e-12.



CHGTOL: параметр This определяет нижний предел на флюсе катушки индуктивности и заряде конденсатора. Когда контур(цепь) производит заряд конденсатора или флюс катушки индуктивности, который является ниже CHGTOL, имитатор будет использовать значение CHGTOL, чтобы предсказать в следующий раз шаг. Значение по умолчанию = 1e-14.


CPTIME: параметр This определяет максимальное ПРОЦЕССОРНОЕ ВРЕМЯ мгновенно, что MC5 может использовать, чтобы моделировать контур(цепь). Значение по умолчанию = 1e9.


DEFAD: параметр This определяет значение по умолчанию МОП, дренируют диффузионную область в единицах(блоках) разбитых на квадраты метров. Значение области только используется, если параметр модели CJ объявлен. Значение по умолчанию = 0.



DEFAS: параметр This определяет значение по умолчанию источника МОП диффузионная область в единицах(блоках) разбитых на квадраты метров. Значение области только используется, если параметр модели CJ объявлен. Значение по умолчанию = 0.


DEFL: параметр This определяет значение по умолчанию длины канала(борова) МОП в единицах(блоках) метров. Значение по умолчанию = 1e-4.


DEFW: параметр This определяет значение по умолчанию ширины канала(борова) МОП в единицах(блоках) метров. Значение по умолчанию = 1e-4.


DIGDRVF: параметр This определяет минимальную устойчивость диска для вычисления сил выхода устройства. Значение по умолчанию = 2.



DIGDRVZ: параметр This определяет максимальную устойчивость диска для вычисления сил выхода устройства. Значение по умолчанию = 20000.


DIGERRDEFAULT: параметр This определяет предел ошибки для технических требований связи. Когда этот предел ошибки достигнут, проверочное устройство связи не произведет никакие дальнейшие сообщения выхода. Другие проверочные устройства связи, которые не нажали их предел, продолжит оперировать. Значение по умолчанию = 20.


DIGERRLIMIT: параметр This определяет максимальный предел сообщения ошибки символа. Если этот предел достигнут, симуляция приостановлена. Значение по умолчанию = 10000.



DIGFREQ: параметр This определяет минимальный цифровой(пальцевой) такт. Timestep определен формулой 1/DIGFREQ. Значение по умолчанию = 1e10.


DIGINITSTATE: параметр This устанавливает исходное состояние всего триггера и запирается в контуре(цепи): 0 = Ясный, 1 = Набор, Все другие значения = X. Значение по умолчанию = 2.


DIGIOLVL: параметр This устанавливает заданный по умолчанию цифровой(пальцевой) уровень Вводов - вывода для моделей UIO. 1 через 4 уровня выборов 1 до 4. Значение по умолчанию = 1.


DIGMNTYMX: параметр This устанавливает заданный по умолчанию выбор позднего момента зажигания: 1 = минимум, 2 = типичный, 3 = максимум, 4 = минимум / максимум. Значение по умолчанию = 2.



DIGMNTYSCALE: параметр This определяет коэффициент масштабирования, имел обыкновение находить неопределенную минимальную временную задержку. Если минимальная временная задержка не определена, это получено уравнением (DIGMNTYSCALE*typical временная задержка). DIGMNTYSCALE должен быть между 0 и 1. Значение по умолчанию = 0.4.


DIGOVRDRV: параметр This определяет разность в диапазоне(ассортименте) силы выходной мощности привода, необходимом для одного выхода устройства, чтобы переутомить другие в специфическом узле. Диапазон(ассортимент) определен глобальными установками: DIGDRVF и DIGDRVZ. Значение по умолчанию = 3.



DIGTYMXSCALE: параметр This определяет коэффициент масштабирования, имел обыкновение находить неопределенную максимальную временную задержку. Если максимальная временная задержка не определена, это получено уравнением (DIGTYMXSCALE*typical, временная задержка) .DIGTYMXSCALE должна быть большая чем 1. Значение по умолчанию = 1.6.


GMIN: параметр This определяет значение устойчивости, помещенной поперек любого полупроводника pn соединение. Значение этой устойчивости равно 1/GMIN. Чтобы помогать сходимости, GMIN может быть увеличен к предельному значению, в котором эта паразитная устойчивость не будет иметь никакого столкновения на результатах симуляции. В большинстве случаев, GMIN не должен быть установлен в значение больше чем 1e-7. Значение по умолчанию = 1e-12.



ITL1: параметр This определяет максимальное количество итераций, позволенных в вычислении рабочей точки ПОСТОЯННОГО ТОКА. Если это не сходится в пределах указанного числа итераций, MC5 вызовет алгоритм пункта(точки) погрешности измерения ПОСТОЯННОГО ТОКА. В анализе переходных процессов, вычисление рабочей точки может быть выключено, но и АККУМУЛЯТОР, и анализ ПОСТОЯННОГО ТОКА должен быть способен вычислить рабочую точку. Значение по умолчанию = 100.


ITL2: параметр This определяет максимальное количество итераций, позволенных при каждом шаге в проекцию анализа ПОСТОЯННОГО ТОКА. Увеличение этого параметра может быть полезно в анализе ПОСТОЯННОГО ТОКА для цепей, которые содержат переключение. Значение по умолчанию = 50.



ITL4: параметр This определяет максимальное количество итераций, позволенных для пункта(точки) каждый предпринятое время. Если число итераций для специфического пункта(точки) времени превышает это значение, то MC5 приведет timestep и делать попытку раствора в пункте(точке) новое время. Увеличиваясь этот параметр, MC5 будет иметь большее количество итераций, чтобы быть способным сходиться на растворе ценой скорости симуляции. Значение по умолчанию = 10.


ITL5: параметр This определяет максимальное количество итераций, позволенных в переходной симуляции. Если общая сумма итераций достигает этого значения, то симуляция приостановлена. Значение по умолчанию = 1e9.



LIMPTS: параметр This определяет максимальное количество пунктов(точек), позволенных в числовой таблице(роторе) выхода. Значение по умолчанию = 0 = (бесконечный).


PERFORM_M: параметр This определяет число знаков - символов с обеих сторон пункта(точки) данных, который должен удовлетворить критерии поиска функции деятельности прежде, чем пункт(точка) данных принят. Это используется, чтобы минимизировать эффект данных с помехами.


PIVREL: параметр This определяет отношение(коэффициент) между самым большим входом(элементом) в массиве электропроводности и установке PIVTOL в вычислении алгоритма точки поворота. Значение по умолчанию = .001.



PIVTOL: параметр This определяет самое маленькое числовое значение, приемлемое как вход(элемент) матрицы Специи. Если падения(осень) входа(элемента) ниже PIVTOL, симуляция будет приостановлена, чтобы предотвратить числовое переполнение. Значение по умолчанию = 1e-13.


RELTOL: параметр This определяет допуск относительной погрешности, требуемый для MC5, чтобы сходиться на значении пункта(точки) данных. Когда разность между двумя последовательными итерациями напряжений и токов - меньше чем RELTOL, симуляция примет значения как раствор. Для сходимости, RELTOL может быть откорректирован в любом направлении, в зависимости от причины для неисправности. Цепи, которые нуждаются в большем количестве знаков - символов, которые будут приняты, должны использовать меньший RELTOL. (Изменяющиеся значения в странице пределов анализа - лучший выбор для достижения этого результата.) Производящий RELTOL больший даст симуляции больший допуск, чтобы сходиться в пределах. Однако, эта опция может вызывать существенную потерю точности. Значение по умолчанию = от .001 до .1 %.



RMIN: Это - минимальная абсолютная величина устойчивости резистора или активной устойчивости свинца устройства, (например BJT RB, RE, и RC).


SD: параметр This определяет число среднеквадратичных отклонений в пределах поля допуска. Значение, указанное для SD воздействует на количество нормальной совокупности, включенной в поле допуска, когда анализ Монте Карло определен. Значение по умолчанию = 2.58.


TNOM: параметр This устанавливает заданную по умолчанию температуру в Цельсий. Это должно быть температура, в которой любые модели были измерены. Значение по умолчанию = 27.



TRTOL: параметр This определяет константу в timestep алгоритме управления. Изменение(замена) TRTOL изменит симуляцию stepsize по анализу переходных процессов. Значение по умолчанию = 7.


VNTOL: параметр This обращается(относится) к допуску абсолютной погрешности для напряжений, чтобы сходиться на пункте(точке) данных. Для большинства итераций пункта(точки) времени, RELTOL будет перерегулирование это значение. Когда нуль подходов напряжения, допуск относительной погрешности произведет меньшее значение, которое делало бы сходимость более трудной. VNTOL дает абсолютную величину, что две последовательных итерации должны прибыть в пределах сходиться. Для цепей, которые содержат, высокие напряжения, увеличиваясь этот параметр помогут сходимости, если симуляция производит ошибку сходимости около пересечения нулевого уровня. При знании приблизительно самое низкое значение напряжения в контуре(цепи) позволяет Вам устанавливать этот параметр для значений несколько заказов(распоряжений) меньшей величины. Значение по умолчанию = 1e-6.



ШИРИНА: параметр This устанавливает ширину любой текстовой страницы выхода. Значение равняется числу колонн в странице. Значение по умолчанию = 80.


NOOUTMSG: Когда позволяется, этот флаг запрещает печать ошибок симуляции в выходном файле (*.tno). Значение по умолчанию = Выведенный из строя.


PRIVATEANALOG: Этот флаг определяет, имеют ли аналоговые устройства, которые используют образцовые инструкции, типа биполярных микротранзисторов, частные копии образцовой инструкции или совместно используют их образцовые инструкции с другими устройствами того же самого образцового названия. Когда флаг позволяется, тогда каждый раз параметр модели устройства изменен(заменен) через продвижение или Монте Карло, только его образцовый параметр изменен(заменен). Другие устройства того же самого названия имеют неизменные образцовые параметры. Когда выведено из строя, тогда все устройства с тем же самым названием будут иметь образцовое изменение(замену) параметра. Значение по умолчанию = Позволило.



PRIVATEDIGITAL: Этот флаг определяет, имеют ли устройства частные копии образцовой инструкции или совместно используют их образцовые инструкции с другими устройствами, которые используют то же самое образцовое название. Это работает тем же самым способом как PRIVATEANALOG. Значение по умолчанию = Выведенный из строя.


TRYTOCOMPACT: Когда контур(цепь), содержащий линию передачи с потерями проанализирован, алгоритм скручивания импульсной характеристики выполнен на строке. Когда этот флаг позволяется, MC5 будет пробовать удалить некоторых из менее важных пунктов(точек) в алгоритме, чтобы ускорить симуляцию, но торговля от - маленькая потеря точности. Значение по умолчанию = Выведенный из строя.



МЕТОД


МЕХАНИЗМ(ШЕСТЕРНЯ): Если позволяется, это выбирает интеграцию(объединение) Механизма(шестерни).


ТРАПЕЦЕИДАЛЬНЫЙ: Если позволяется, это выбирает трапецеидальную интеграцию(объединение).


Случайные файлы

Файл
37434.rtf
41569.rtf
16666-1.rtf
36443.rtf
57120.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.