Моделирование электрических процессов в электронных средствах с помощью OrCad PSpice Проектирование электронных средств в среде2 автоматизированного моделирования электрических режимов работы OrCAD Cadense OrCad представляет собой один из мощнейших пакетов программ для моделирования в сфере проектирования электронных средств и печатных плат. Основные компоненты пакета OrCAD OrCAD Capture — графический редактор схем; OrCAD PSpice A/D — программа моделирования аналоговых и смешанных аналого-цифровых устройств, данные в которую передаются из OrCAD Capture; OrCAD PSpice Optimizer — программа параметрической оптимизации; OrCAD Layout — графический редактор печатных плат; сервер Component Information System — Система доступа к электронному каталогу компонентов. ПК Общие сведения о программе OrCad PSpice • • • • • • • Анализ по постоянному/переменному току Анализ шумов Анализ переходных процессов Фурье-анализ Параметрический анализ Температурный анализ Анализ разброса параметров методом Монте-Карло • Анализ чувствительности методом наихудшего случая Стандартные библиотеки среды OrCad предоставляют пользователю возможность выбора моделей различных элементов при создании моделей устройств. В среде OrCad PSpice можно создавать модели схем, состоящие из моделей элементов и функциональных блоков, что удобно при отработке принципов построения новых схем. Возможно включение разработанных пользователем PSpice моделей элементов в поставляемые библиотеки или создание из них новых библиотек. 3 Анализ по постоянному току 4 Позволяет получать характеристики схемы (токи, напряжения, мощности) при изменении параметров источников напряжения, тока, глобальных параметров схемы, параметров модели и температуры элемента. 600V 400V 200V 0V 0V 2V 4V 6V 8V V(R1:1) V_V1 10V 12V 14V 16V 5 Анализ по переменному току Позволяет проводить построение амплитудно-частотных характеристик схемы. Анализ проводится от источника переменного тока IAC или напряжения VAC, для которого указываются амплитудное значение переменной составляющей и величина постоянной составляющей. Задаются минимальное и максимальное значения частоты. 100A 50A 0A 4KHz 5KHz I(R1) I(R2) 6KHz 7KHz 8KHz 9KHz 10KHz Frequency 11KHz 12KHz 13KHz 14KHz 15KHz 16KHz Анализ шумов 6 Рассчитывается и выдается следующая информация для каждой частоты, для которой производится анализ по переменному току: • Шум генерируемый на выходе некоторого устройства, который складывается из шумов, генерируемых каждым резистором и полупроводником, из которых состоит данное устройство. Для полупроводникового устройства составляющая шума определяется режимами его работы; • Общий выходной и эквивалентный входной шум. Характеристика Способ определения Выходной шум Среднеквадратичное значение шумов всех элементов цепи Входной шум Эквивалентный входной шум, который бы обеспечивал на выходе соответствующий выходной шум в случае идеальной (не шумящей) цепи Вычисляется при делении общего выходного шума на шум, распространяющийся по анализируемой цепи от входа к выходу 7 Анализ переходных процессов 800 400 0 -400 0s IC(Z1) 0.2ms V(L2:2) 0.4ms 0.6ms 0.8ms 1.0ms Time 1.2ms 1.4ms 1.6ms 1.8ms 2.0ms 8 Фурье-анализ Панель OrCad / PSpice Кнопка Быстрого преобразования Фурье 2.0V 0V Осциллограмма сигнала -2.0V -4.0V 0s 50us 100us 150us 200us 250us 300us V(R4:2) Time 2.47V 2.00V Спектр сигнала 1.00V 0V 0Hz 50.0KHz 100.0KHz 150.0KHz V(R4:2) Frequency 200.0KHz 250.0KHz 283.5KHz Параметрический анализ 9 Представляет собой многократно повторяемые итерации одного из типов стандартных анализов, когда изменяется глобальный параметр, параметр модели, величина компонента или рабочая температура. 10 Параметрический анализ Параметрический анализ при R2=1,25,50 Ом 120V 80V 40V 0V 10.0us 10.2us V(Z1:C) 10.4us 10.6us 10.8us 11.0us Time 11.2us 11.4us 11.6us 11.8us 12.0us 11 Температурный анализ 120V 80V 40V 0V 10.0us 10.2us V(Z1:C) 10.4us 10.6us 10.8us 11.0us Time 11.2us 11.4us 11.6us 11.8us 12.0us Описание формата входного файла OrCad PSpice 12 При моделировании в PSpice непосредственно загружается файл *.cir. Для его составления сначала присваиваются имена всем узлам принципиальной схемы моделируемого устройства. Имена узлов могут быть целыми числами от 0 до 9990 или алфавитноцифровыми символами длиной не более 131 символа: R_R1 N63977 N63885 105k Узлы подключения элемента R_R1 После именования узлов составляют задание на моделирование, которое заносится в файл. Имя файла произвольное. Первая строка файла — строка заглавия, которая затем выводится в виде заголовка в выходном файле. Строки комментариев содержат символ «*» в первой позиции. * source GEN1004 Комментарий Строка продолжения начинается с символа «+» в первой позиции. Последняя строка файла .END. Порядок ввода промежуточных строк значения не имеет. Описание формата входного файла OrCad PSpice 13 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> <числовые данные>: R_R1 N63977 <номера N63885 двух или более узлов> Значение для R_R1 105k Узлы подключения элемента R_R1 Значение для R_R1 Первый символ имени Тип компонента С Конденсатор D Диод Q Биполярный транзистор R Резистор V Независимый источник напряжения Описание формата входного файла OrCad PSpice Полупроводниковые приборы, математические модели которых встроены в программу PSpice, описываются большим количеством параметров, задаваемых с помощью директивы .MODEL, имеющей структуру: .MODEL <имя модели> <имя типа модели> + (<имя параметра>= <значение>) Здесь <имя модели> — имя модели компонента схемы, например KT315V, D104. Тип компонента определяется <именем типа модели>. В данной работе используются следующие имена типа модели: D — для диода; NPN — для биполярного n-p-n транзистора; PNP — для биполярного p-n-p транзистора. В директиве .MODEL в круглых скобках указывается список значений параметров модели компонента (если этот список отсутствует или не полный, то недостающие значения параметров модели назначаются по умолчанию). .MODEL D104 D(IS=1E-10) .MODEL KT315V NPN(IS=1E-11 BF=50) 14 Пример задания на моделирование линейного стабилизатора напряжения в OrCad PSpice R2 150 Uвх 20…30 В VT1 2Т215Б-1 VT4 2Т831Г-1 VT2 2Т215Б-1 R1 10к Uвых 12,4…12,6 В R3 150 R4 6к R5 5к C1 1,5мк VT3 2Т215Б-1 VD1 2С164М-1 15 R6 7к Предлагаемый вариант реализации автоматизированного итеративного моделирования электрических и тепловых процессов с применением конвертера 1 1 Ввод электрической принципиальной схемы 2 5 4 2 Ввод конструкции 3 изделия 3 Ввод конструкции 6 4 Рассеиваемые ЭРЭ 7 печатных узлов мощности 8’ 5 Суммарные рассеиваемые мощности узлов 6 Интегральные температуры узлов 7 Рассеиваемые ЭРЭ мощности и граничные условия 8 Температуры ЭРЭ 8’ Температуры ЭРЭ в формате данных для OrCad. Следующий цикл итерации Подпрограмма составления заданий на моделирование в OrCad Конвертер данных 8 16 Спасибо за внимание