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

*Analysis directives:

.AC DEC 501 0.1 1000MEG

.NOISE V([OUT]) V_VSig

.WCASE AC V([OUT]) YMAX VARY BOTH HI

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

.INC ".\a_filt-SCHEMATIC5.net"

Итогом рассмотрения полученных при расчетах характеристик является заключение о необходимости повышения точности резисторов и конденсаторов для поддержания требуемых характеристик схемы ФНЧ.

Задача 1

Проведите все расчеты как представлено в приложении 3, раздел 5 для схемы проекта A_Filt, установите и подтвердите допустимый уровень точности для используемых в схеме резисторов и конденсаторов.

Задача 2

Для одной из схем, используемой при проведении DC-анализа проведите статистический анализ как дополнительный вид анализа к DC Sweep. Требуется подтвердить работоспособность схемы и установить требуемую точность резисторов и конденсаторов.

Краткие итоги.

На основе изучения материалов задания 3 темы и проведенного практического моделирования схем можно сформулировать следующие основные выводы:

•статистический анализ является важным дополнением к основным видам ана-

лиза DC Sweep, AC Sweep и Transient;

•для проведения статистического анализа могут использоваться директивы:

.OPTIONS (опция DISTRIBUTION);. DISTRIBUTION; .MODEL (спецификации DEV и

LOT);

•с помощью статистического анализа можно осуществлять оценку возможности сохранять работоспособность схем и поддерживать требуемый уровень параметров схем при работе с реальными компонентами, для которых необходимо учитывать разброс их параметров, возникающий при изготовлении компонентов или/и возникающий за счет учета условий эксплуатации (например, вариации емкости конденсаторов в зависимости от температуры).

Подготовьте материалы по выполнению задания 3 для файла отчета.

Подведение итогов практических занятий по теме 2.

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.

3.4 Рекомендации по выполнению задания

При выполнении пункта задания 1 обратите внимание на то, что при проведении DC Sweep анализа в некоторых версиях САПР перестает нормально работать отображение на схеме напряжений в узлах цепи и токов компонентов. В лучшем случае отображается, например действующие токи и потенциалы для последнего рассчитанного значения источника

86

при варьировании его параметров. При этом действующее (введенное в атрибутах значение величины напряжения не учитывается). Иногда могут быть проблемы даже с выводом значений токов, напряжений и мощности (значения не отображаются). Для нормальной работы в режиме отображения токов, напряжений и мощности на схеме рекомендуется перейти в настройках профиля на вид анализа Bias Point и проводить расчеты для этого вида анализа.

Внимание!

Демо-версии пакета программ могут не поддерживать в полном объеме проведение расчетов шумов, спектральный и статистический анализ. В этом случае рекомендуется отказаться от проведения данного вида анализа или пользоваться полной версией САПР.

При работе с мостом из терморезисторов необходимо иметь в виду следующее. Не обязательно ставить в плечо моста один резистор-датчик, достаточно часто используют и включение двух резисторов, используемых в качестве датчиков в разные плечи моста. Для остальных резисторов (не датчиков температуры) также неплохо бы внести некие изменения их номиналов в зависимости от температуры. Хорошо, если все резисторы находятся при одинаковых температурах. Однако, достаточно часто, на практике, их температуры могут отличаться. Отдельная вариация температур для каждого компонента в PSpice-расчетах не предусмотрена. Для решения этих проблем можно попытаться внести коррективы в модели обычных резисторов или даже заменить их на другие компоненты, включая ABM, комбинацию зависимых источников и пр. Использование источника напряжения в качестве питания моста не совсем корректно. По современным представлениям более правильным считается установка генератора тока, подобные прецизионные источники выпускаются в интегральном исполнении.

При выполнении заданий 1-3 и анализа результатов рекомендуется обратить внимание на содержание книги [4]. Представленные там рецепты могут помочь в осуществлении практических расчетов (наверное, за исключением рецепта 7).

При работе с вложенными циклами получение качественных графических результатов является делом весьма проблематичным. В этом случае можно попытаться получить текстовые значения в выходном файле.

При выполнении заданий по теме 2 необходимо помнить следующее. Параметры схем могут изменяться операторами: .DC, .STEP, .MC и .WCASE. Чтобы в подобных случаях не возникало недоразумений, в PSPICE принято правило: нельзя совмещать в одном задании на моделирование операторы, изменяющие одни и те же параметры. Поэтому операторы .MC и

.WCASE всегда несовместимы друг с другом, а операторы .DC и .STEP несовместимы в некоторых случаях. Например, можно совместить в задании оператор .MC и операторы .DC или .STEP, изменяющие напряжение каких-либо источников. Но эти операторы нельзя объединить, если .DC или .STEP изменяют параметры резистора [3].

Внимание!

При выполнении заданий по теме 2 возможно придется редактировать свойства компонентов и вводить новые переменные и параметры. Часть из них впоследствии будет сложно или невозможно удалить. В этом случае необходимо помнить о возможности прямого редактирования файла prefprop.txt или копирования его заранее подготовленной резервной копии. Рабочая версия файла находится в поддиректории \CAPTURE рабочей директории пакета САПР.

87

4. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ, ТЕМА 3

Тема занятий: «Формирование начальных воздействий и обработка результатов».

4.1.Учебное задание

1.Изучите возможности обработки результатов, а также примените на практике наиболее

характерные решения по обработки результатов и преобразованию данных в постпроцес-

соре PROBE.

2.Изучите особенности использования макросов и целевых функций для получения и обработки результатов вычислений в постпроцессоре PROBE.

3.Изучите возможности формирования начальных воздействий, а также примените на прак-

тике наиболее характерные решения по формирования сигналов начальных воздействий, создаваемых и модифицируемых с помощью редактора входных сигналов Stimulus Editor.

4.2.Рекомендации по использованию литературы

При выполнении учебного задания рекомендуется воспользоваться литературой, представленной в табл. 4-1, 4-2, 4-3. Помимо этого, учебные материалы и рекомендации по изучению литературы представлены непосредственно в разделе 4.3 учебного пособия.

Таблица 4-1

88

4.3. Порядок выполнения задания

Выполните задание 1

При выполнении пункта задания 1 необходимо изучить особенности обработки сигналов в постпроцессоре PROBE и освоить практическую работу по осуществлению преобразования и формирования сигналов в постпроцессоре PROBE. Перед началом проведения расчетов необходимо познакомиться с особенностями работы с программой PROBE, описанными в технической документации и изучить описание директивы .PROBE. Также рекомендуется познакомиться с материалами книг [4] и [5]. При изучении материалов необходимо помнить, что к изучению макросов и целевых функций мы вернемся в следующем пункте задания. Необходимо также иметь в виду, что в книгах [4] и [5] описывается программа PROBE и уста-

навливается связь с расчетами, характерными для САПР на основе использования редактора

SCHEMATICS.

Измерение амплитуды в децибелах

Проведите расчеты для схемы активного фильтра проекта A_Filt. Этот проект представ-

лен в приложении 3 и использовался в темах 1 и 2. Получите АЧХ схемы для сигналов на выходе схемы, как показано на рис. 4.1.

Рис.4.1. АЧХ схемы A_Filt

АЧХ, в виде как представлено на рис.4.1 трудно использовать, например, для измерения, крутизны характеристики.

Для удобства определения характеристик, принятых для описания работы фильтров, требуется представление амплитуды сигнала или усиления сигнала в децибелах. Для напряжений отношение двух сигналов в децибелах определяется по формуле:

где:

V1 – преобразуемая величина напряжения ([В]);

V2, [В] – величина, относительно которой вычисляется логарифм соотношения напряжений V1/V2, в нашем случае может принимать значение 1 В или 1∙10-6 В.

Хотя децибел используют для определения отношения двух сигналов, в технической литературе часто вводят абсолютные величины, имея в виду использование в качестве V2 неких «эталонных» или опорных амплитуд сигналов. Часто в качестве опорных значений используют величины в 1 В или 1 мкВ. В этом случае получают значения в децибел-вольтах или децибел-микровольтах. Обычно обозначение в децибел-вольтах (дБВ) или (dBV) использу-

89

ют, не указывая единицу измерений «вольт», то есть дБ или dB. Для обозначения децибелмикровольт используют сокращение дБмкВ или, с учетом применения в САПР – dBuV.

В постпроцессоре PROBE значение в дБ можно задавать следующим образом. Для гра-

фика, представленного на рис. 4.1 выполним команду: Trace>Add Trace.. По этой команде открывается окно Add Traces. В нижней части окна расположена строка “Trace Expression:”,

в редакционное поле которой можно набрать выражение DB(V(OUT)), как показано на рис.

4.2.

Рис.4.2. Окно Add Traces с набранным выражением DB(V(OUT))

После нажатия кнопки OK появляется АЧХ, где значение нормированной амплитуды или усиления (коэффициента усиления) представлено в децибелах, см. рис. 4.3.

Рис.4.3. АЧХ схемы A_Filt с величиной амплитуды по оси Y в дБ

Из АЧХ, как представлено на рис. 4.3, в постпроцессоре PROBE можно легко установить

следующие параметры схемы.

Частота среза (cutoff frequency).

Частоту среза можно установить с помощью курсора Probe (“Probe Cursor”). Частота f- 3dB, при которой по оси Y находится величина -3 дБ является частотой среза fC. В нашем слу-

чае fC≈8,3 кГц.

Полоса пропускания (Band Width, BW; bandwidth; pass band).

Для ФНЧ полоса пропускания сигнала BW определяется как диапазон частот от нижних частот (вблизи 0) до частоты среза fC = f-3dB. В нашем случае fC≈8,3 кГц.

90