Материал: Самосадный Автоматизированное проектирование устройств систем сбора-обработки Ч2 2015

Далее расчет ведется с автоматически изменяющимся внутренним шагом по времени. Этот шаг уменьшается на интервалах времени, соответствующих быстрым изменениям в схеме, и увеличивается на интервалах, на которых в схеме не происходит существенных изменений. Автоматический выбор шага опирается на заданные погрешности расчета (см. оператор .OPTIONS в приложении 1). Чем меньше заданные погрешности, тем меньше шаг и, следовательно, тем больше затраты машинного времени на расчет [3].

Примечания.

1)Опции: [/OP], [no-print value], [step ceiling value], [SKIPBP] не являются обязательными.

2)В некоторых новых версиях пакета программ допускается использовать функцию {SCHEDULE(X1,Y1,… XN,YN)} в дополнение к опции «максимальный шаг» для задания кусочно-постоянной функции (piecewise constant function), обеспечивающей разные величины «максимального шага» на разных временных интервалах расчетов.

3)Функция {SCHEDULE(X1,Y1,… XN,YN)} не является обязательной.

4)Оператор .TRAN устанавливает величины переменных TSTEP и TSTOP.

5)Величины TSTEP устанавливаются опцией “print step value”.

6)Величины TSTOP устанавливаются опцией “final time value”.

Команда (оператор, директива) .FOUR (Fourier analysis)

Оператор .FOUR обеспечивает разложение в ряд Фурье результатов расчета переходного

процесса. Сигнал, представленный во временной области (форма сигнала) преобразуется в свой образ в частотной области и представляется в виде компонентов ряда Фурье (Fourier components).

При расчетах используются следующие аргументы и опции.

Опция “output variable” («выходные переменные»). В профиле это выбор настройки “Output Variables”. Результаты расчета переходных процессов для величин, включенных в

список «выходных переменных», подвергаются разложению в ряд Фурье. В опцию «выходные переменные» могут включаться переменные в той же самой форме, как в операторы

.PRINT и .PLOT для анализа переходных процессов.

Опция “frequency value” («частота f1»). В профиле это выбор настройки “Center Frequency:______ Hz”. Задается величина основной частоты (fundamental frequency). Разложение

в ряд Фурье ведется не на всей длительности переходных процессов, определяемой в операторе .TRAN, а на последнем отрезке. Для этого используется интервал времени от конечного значения до начального значения, вычисляемый как отрезок времени длиной 1/f1.

Опция [number of harmonics] («число гармоник n»). В профиле это выбор настройки “ Number of Harmonics:______ ”. Указывается число рассчитываемых гармоник (от 1 до 100).

По умолчанию рассчитываются:

•нулевая гармоника A0 или постоянная составляющая сигнала (DC component), соответствующая частоте f0=0;

•основная гармоника или первая гармоника A1 (Fourier Component), соответствующая частоте f1 (fundamental frequency);

•гармоники со второй по девятую A2- A9 (Fourier Components, from 2nd to 9th harmonics),

соответствующие частотам f2-f9.

Примечания.

1)Применение оператора .FOUR требует наличия в задании оператора .TRAN.

2)Результаты расчетов использованием оператора .FOUR выводятся в виде таблицы в выходной текстовый файл. Эти результаты не передаваться в постпроцессор PROBE. В постпроцессоре PROBE используются

собственные средства расчетов для обеспечения преобразования Фурье, а именно может осуществляться быстрое преобразование Фурье (FFT).

3)Опция [number of harmonics] не является обязательной.

4)Длительность переходного процесса, задаваемого в операторе .TRAN не должна быть менее 1/f1.

46

Рис. 2.27 Настройки профиля Output File Options анализа Time Domain (Transient) схемы фильтра A_Filt

В соответствии с настройками профиля файл задания на проведение расчетов в данном случае содержит текст задания на моделирование, как показано ниже.

*Analysis directives:

.TRAN 0 361.45us 0 1ns

.FOUR 8300 V([V1]) V([OUT])

.PROBE V(*) I(*) W(*) D(*) NOISE(*)

.INC ".\a_filt-SCHEMATIC1.net"

Проведите расчеты. Получите выходные характеристики как представлено в приложении 3. Подтвердите на основе полученных расчетных данных основные параметры фильтра, относящиеся к анализу переходных процессов и спектральному анализу, а именно: проверьте и подтвердите положение частоты среза, определите задержку и ослабление выходного сигнала на частоте среза. Оцените степень нелинейных искажений сигналов и проанализируйте полученные спектры сигналов.

Примечание.

Преобразование Фурье можно проводить и в постпроцессоре PROBE, где спектральный анализ проводится с помощью быстрого преобразования Фурье БПФ (FFT), связанного с формированием результатов ДПФ основных расчетов по директиве .FOUR, но проводимого самостоятельно и непосредственно в постпроцессоре. Перед вычислением БПФ интерполируются отсчеты переменных так, чтобы количество отсчетов было кратно степени 2. Масштабирование спектра производится таким образом, чтобы получить те же результаты, что и при выполнении директивы .FOUR при выводе амплитуд гармоник. Разрешающая способность по частоте равна 1/T, где T- длительность интервала анализа. При расчете спектров сигналов с помощью БПФ максимальное количество отсчетов составляет 213 =8192.

Задача

Разработать и подтвердить работоспособность схемы формирователя аналогового сигнала на входе в АЦП последовательного приближения с УВХ. Диапазон входного сигнала ±10 В, полоса пропускания сигнала 10 кГц. Входной диапазон АЦП 0..+5 В.

Требуется:

•разработать схему формирователя аналогового сигнала;

•обосновать необходимость использования пассивного ФНЧ на входе в АЦП или отказ от использования фильтра; в случае принятия решения о необходимости использования фильтра, установить его в схему устройства;

•обосновать необходимость использования буфера-повторителя сигналов на входе в АЦП или отказ от использования такого блока; в случае принятия решения о необхо-

димости использования буфера, установить его в схему устройства. Рекомендации по решению задачи.

1) Получение характеристик проводите на основе примера проектирования активного фильтра, как представлено в Приложении 3.

48

Подведение итогов практических занятий по теме 1.

Подготовьте окончательный вариант файла отчета по выполненным заданиям. Сформулируйте вопросы (если они имеются). Представьте преподавателю результаты работы по теме в виде файла отчета, включая и список вопросов, если они имеются.

2.4 Рекомендации по выполнению задания

Под понятием «основные виды расчетов», вынесенном в заголовок данного раздела, понимается получение основных характеристик электронных схем, типичных для блоков и модулей систем СОД. Эти характеристики являются наиболее информативными и часто используются или требуются в процессах верификации работы схем при их проектировании, а также при тестировании-отладке реальных устройств на основе разработанных схем. Изучение материалов темы 1 рекомендуется проводить, имея в виду последующее практическое применение полученных знаний при разработке реальных изделий.

Внимание!

Использую техническую документацию, содержащуюся в *.pdf – файлах необходимо иметь в виду, что в ней достаточно часто используются термины «вывод на печать» для различной информации и результатах расчетов. Подразумевается в первую очередь информация, помещаемая (печатаемая) в выходной текстовый файл *.OUT результатов расчетов. Так сложилось исторически и это связано с тем, что синтаксис языка и большинство операторов (директив) начали применяться, когда графические средства представления результатов расчетов на компьютерах были редкостью и вывод мог осуществляться на печатающие устройства. Так, например, описание оператора .OP в файле PSpcRef.pdf выглядит следующим образом: «The .OP command causes detailed information about the bias point to be printed».

В ряде случаев термин «печать» может относиться также и к графической информации.

При выполнении заданий обратите внимание на то, что рекомендуется воспользоваться компонентами библиотеки BREAKOUT для задания полного набора параметров компонен-

тов. Очевидно, что достигнуть поставленной цели с помощью редактирования свойств компонентов, как для параметра Tolerance, нельзя или не рекомендовано. Тем не менее, можно

попробовать свои силы в редактировании свойств компонентов. Техническая документация это не запрещает, более того в ряде случаев рекомендует.

При этом необходимо иметь в виду, что редактирование свойств компонентов описано фактически только в техдокументации и является наряду с редактированием фильтров настроек и вывода свойств весьма тонкими и чувствительными операциями. Они слабо поддаются восстановлению средствами редактирования CAPTURE, поэтому стоит иметь в виду, что вернуться к исходному варианту и просто удалить введенные Вами настройки зачастую бывает невозможно. Фирма в таких случаях рекомендует пользователю воспользоваться прямым редактированием файла настроек prefprop.txt из поддиректории \CAPTURE рабочей директории пакета САПР. Рекомендуется заранее сделать резервную копию этого файла. В полной версии САПР такой файл действительно есть, он также находится в поддиректории CAPTURE дистрибутива. Переписывание его в рабочую директорию позволяет решить проблему восстановления результатов первоначальных настроек.

При работе с демонстрационными версиями может возникнуть проблема поиска такого файла. Его может просто не оказаться в составе файлов дистрибутива в явном виде. Тогда, очевидно может помочь переустановка САПР. Или, еще проще, скопируйте файл в архивную папку заранее и восстанавливайте оттуда.

Еще одним из неприятных и часто возникающих сбоев является искажение или просто изменения в файлах настроек профилей. Происходить это может, например, при проблемном копировании проектов с изменение имен и папок. Следствием могут быть ссылки на несуще-

50