8-900-374-94-44
Статья является частью руководства, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей (ОУ) – от выбора типа ОУ до тайных приемов опытного разработчика и хитростей отладки. Руководство написано Брюсом Трампом, инженером-разработчиком с почти тридцатилетним стажем, успевшим до Texas Instruments поработать в легендарной компании Burr-Brown. В настоящее время Трамп является ведущим блогером информационного ресурса Texas Instruments “E2E” по аналоговой тематике и готовит к печати книгу об операционных усилителях.
Мы публикуем перевод руководства Трампа на нашем сайте регулярно – дважды в месяц.
Подписаться на получение уведомлений о публикации новых глав
Программы SPICE-моделирования являются полезным инструментом, помогающим обнаруживать потенциальные проблемы с устойчивостью схем усилителей. Рассмотрим один конкретный пример.
На рисунке 35 показан типовой неинвертирующий усилитель на базе OPA211 с несколькими незначительными типовыми особенностями. Звено R3 – C1 является входным фильтром. R4 – выходной резистор для защиты от коротких замыканий на выходе. Конденсатор CL имитирует пятифутовый кабель.
Рис. 35. Неинвертирующий усилитель с некоторыми типовыми особенностями
Анализ отклика системы на воздействие прямоугольного или ступенчатого сигнала является самым быстрым и простым способом поиска возможных проблем с устойчивостью. На рисунке 36 показана моделируемая схема. Можно заметить, что вход схемы притянут к земле, а тестовый сигнал подключается непосредственно к неинвертирующему входу ОУ. Таким образом, фильтр оказывается исключенным из схемы, так как он мог бы сгладить необходимый для моделирования фронт ступенчатой функции. Как гласит японская пословица, если вы хотите знать, как звонит колокол – ударьте его молотом, а не резиновой колотушкой!
Рис. 36. Моделируемая схема: входной вывод притянут к земле, а тестовый сигнал подключается непосредственно к неинвертирующему входу ОУ
В данном случае анализируется не только сигнал на выходе схемы (VOUT), но и напряжение на выходе ОУ (Vopamp). Выходные фильтры R4 и CL сглаживают напряжение VOUT, поэтому форма сигнала не показывает истинного перерегулирования ОУ. Чтобы оценить устойчивость схемы, нужно знать, как ведет себя операционный усилитель.
Обратите внимание, что амплитуда тестового импульса равна 1 мВ (что создает на выходе сигнал 4 мВ). Таким образом, выполняется анализ отклика схемы именно на малый сигнал. Импульс с большой амплитудой будет вызывать меньшее перерегулирование и не позволит обнаружить потенциальную неустойчивость.
Моделирование показывает примерно 27-процентное перерегулирование на выходе ОУ. Это слишком много для того чтобы быть уверенным в абсолютной устойчивости данной схемы при любых условиях (рисунок 37).
Рис. 37. Схема усилителя с 27-процентным перерегулированием может быть неустойчивой
Если учесть, что это – схема второго порядка, то запас по фазе составляет примерно 38°. Также обратите внимание, что на частотной характеристике наблюдается значительный пик амплитуды – это еще один признак потенциальной неустойчивости. Пик происходит на частоте 14 МГц – это частота осцилляций во временной области. Общепринятым ориентиром для обеспечения адекватной устойчивости является запас по фазе 45° или выше, что соответствует перерегулированию в 20% или менее (рисунок 38).
Рис. 38. Перерегулирование 20%, соответствующее запасу по фазе примерно 45º, в большинстве схем рассматривается как достаточное условие устойчивости
Есть и другие, более интересные виды анализа, которые вы можете выполнить с помощью SPICE-моделирования, например, анализ Боде для определения фазы и коэффициента усиления в контуре с разорванной ОС. Но для большинства относительно простых схем (один ОУ с контуром обратной связи) приведенный выше подход является хорошим индикатором возможных проблем с устойчивостью.
Стоит отметить, что качество SPICE-симуляции зависит от точности макромоделей ОУ. Даже лучшие модели SPICE превосходны, но не идеальны. Кроме того, моделирование не способно учесть неидеальность пассивных компонентов, паразитные параметры печатной платы, плохую развязку цепей питания, а ведь все это может повлиять на устойчивость схемы. Вот почему необходимо создавать опытные образцы, испытывать их, сравнивать показанные результаты с результатами моделирования и оптимизировать. SPICE – полезный, но все-таки не идеальный инструмент.
Покойный Боб Пиз, истинный гуру аналоговой схемотехники, скептически отзывался об использовании SPICE. Вот пример его мнения на этот счет: «SPICE It Up! … but does Bob Pease say no?».
Оригинал статьи
Список ранее опубликованных глав
- Диапазоны входных и выходных рабочих напряжений ОУ. Устраняем путаницу
- Что нужно знать о входах rail-to-rail
- Работа с напряжениями близкими к земле: случай однополярного питания
- Напряжение смещения и коэффициент усиления с разомкнутым контуром обратной связи — двоюродные братья
- SPICE-моделирование напряжения смещения: как определить чувствительность схемы к напряжению смещения
- Где выводы подстройки? Некоторые особенности выводов коррекции напряжения смещения
- Входной импеданс против входного тока смещения
- Входной ток смещения КМОП- и JFET-усилителей
- Температурная зависимость входного тока смещения и случайный вопрос на засыпку
- Использование входных резисторов для устранения входного тока смещения. Действительно ли они нужны?
- Использование входных резисторов для устранения входного тока смещения. Действительно ли они нужны?
- Почему в схемах с ОУ возникают колебания: интуитивный взгляд на две наиболее частые причины
- Приручаем нестабильный ОУ
- Приручаем колебания: проблемы с емкостной нагрузкой
Перевел Вячеслав Гавриков по заказу АО КОМПЭЛ
•••
www.compel.ru
Для определения параметров моделей диода было использовано САПР Microwave Office, так как в этой программе возможно определить наибольшее число параметров которые приведены на рисунке.
рис 3. Параметры диода в MWO
Идентификация параметров происходит по справочным данным, которые предоставляет изготовитель в документации на элемент. Для моделирования необходимо построить схему снятия вольт-амперных характеристик и подключить к программе файл со справочными данными. На графике необходимо отобразить две характеристики для экспериментальной и подстраиваемой модели.
Рис4. Схема для снятия ВАХ диода
После оптимизации значения характеристик будут совпадать и программа определит искомые параметры элемента.
Рис. 5. ВАХ диода после подстройки значений
В формате spice модель диода выглядит следующим образом:
.model 2D803AC9 D (Is=0.00417320696989924m Rs=0.00970840355989861 N=3.36233928910005 Xti=0.149201186151771 Bv=93454.467891107 Ibv=0.291430890691074m
+ Cjo=125792976.565639p M=0.0623015057189436 Fc=0.0634667940847039)
Для расчета параметров моделей полупроводниковых компонентов, а также магнитных сердечников, можно воспользоваться программой Model в среде MicroCap. На рисунке представлен интерфейс программы.
Рис 6. Интерфейс программы Model
В отличие от предыдущего случая, здесь не надо производить процесс подстройки, но для более точной модели придется задать больше справочных данных. После идентификации данных в программе строится график и определяются spice-параметры модели. Таким образом были получены модели транзисторов, которые необходимы для моделирования схемы. Для транзистора 2T3117A представлена spice-модель
.MODEL 2T3117A NPN (IS=501.657F
+ BF=282.144 NF=1.16176 VAF=100
+ IKF=1.05431 ISE=20.5297F
+ NE=1.36131 BR=2 IKR=988.851
+ ISC=1.181988E-017 RE=543.714M
+ RC=1.00912U CJE=39.2628P
+ VJE=700M MJE=499.227M
+ CJC=31.2633P VJC=699.997M
+ MJC=499.832M TF=493.812P
+ XTF=499.971M VTF=10
+ ITF=9.69242M TR=176.624N)
Модель цифрового компонента состоит из двух частей: интерфейсной модели (I/O model) и временной модели (timing model). Временная модель определяет задержки распространения цифровых состояний и ограничения снизу на длительности действия цифровых сигналов. Интерфейсная модель определяет сопротивления, эквивалентные схемы и времена переключения аналого-цифрового интерфейса. На рисунке представлена структура компонента 7410 (3ИНЕ)
Рис. 7. Структура компонента 7410
Для моделирования схемы необходимо создать модель на цифровой компонент, который содержит шесть триггеров Шмитта-инверторов. Для этого примера существуют стандартные временная и интерфейсная модели. Для создания подсхемы необходимо добавить шесть триггеров, задать землю и питание компонента, правильно указать все выводы микросхемы. Текст подсхемы в формате Spice привиден ниже.
Рис 8. Микросхема 1594тл2т
.SUBCKT SCHMITT A1 Y1 A2 Y2 A3 Y3 DGND Y4 A4 Y5 A5 Y6 A6 DPWR
+ optional: DPWR=$G_DPWR DGND=$G_DGND
+ params: MNTYMXDLY=0 IO_LEVEL=0
*
U1 inv DPWR DGND
+ A1 Y1
+ DLY_14 IO_STD_ST MNTYMXDLY={MNTYMXDLY} IO_LEVEL={IO_LEVEL}
U2 inv DPWR DGND
+ DLY_14 IO_STD_ST MNTYMXDLY={MNTYMXDLY} IO_LEVEL={IO_LEVEL}
U3 inv DPWR DGND
+ A3 Y3
+ DLY_14 IO_STD_ST MNTYMXDLY={MNTYMXDLY} IO_LEVEL={IO_LEVEL}
U4 inv DPWR DGND
+ A4 Y4
+ DLY_14 IO_STD_ST MNTYMXDLY={MNTYMXDLY} IO_LEVEL={IO_LEVEL}
U5 inv DPWR DGND
+ A5 Y5
+ DLY_14 IO_STD_ST MNTYMXDLY={MNTYMXDLY} IO_LEVEL={IO_LEVEL}
U6 inv DPWR DGND
+ A6 Y6
*
+ DLY_14 IO_STD_ST MNTYMXDLY={MNTYMXDLY} IO_LEVEL={IO_LEVEL}
.model DLY_14 ugate (tplhTY=15ns tplhMX=22ns tphlTY=15ns tphlMX=22ns)
.model IO_STD_ST uio (
+ DRVH=130 DRVL=130
+ ATOD1=»ATOD_STD_ST» ATOD2=»ATOD_STD_ST»
+ ATOD3=»ATOD_STD_ST» ATOD4=»ATOD_STD_ST»
+ DTOA1=»DTOA_STD» DTOA2=»DTOA_STD»
+ DTOA3=»DTOA_STD» DTOA4=»DTOA_STD»
+ TSWHL1=3.310ns TSWHL2=3.310ns
+ TSWHL3=3.310ns TSWHL4=3.310ns
+ TSWLh2=2.115ns TSWLh3=2.115ns
+ TSWLh4=2.115ns TSWLh5=2.115ns
+ DIGPOWER=»DIGIFPWR»)
.ENDS SCHMITT
Заключение
В результате работы были созданы библиотеки компонентов в САПР Altium Designer для моделирования схемы усилителя. Компоненты схемы описываются с помощью моделей, составленных на языке Spice. Сложность моделирования заключается в том, что при создании моделей необходимо учитывать большое количество параметров, которые известны только изготовителю компонента. Поэтому при создании требуется подробная документация на элемент. Также результат моделирования зависит от выбора метода расчета. В результате работы параметры моделей были определены через дополнительные программные пакеты. Результат работы будет известен после процесса моделирования.
Литература
В.В. Фриск. Основы теории цепей. Использование макета Microwave Office для моделирования электрических цепей на персональном компьютере.
М.А. Амелина, С.А. Амелин. Программа схемотехнического моделирования MicroCAP. Версии 9, 10.
С.Р. Тумаковский. Spice – первое знакомсто.
Научно-технические достижения последних лет прямо или косвенно связаны с успехами полупроводниковой промышленности.
На протяжении двух последних десятилетий возможности моделирования постоянно отставали от темпов развития технологии и растущих потребностей полупроводниковой промышленности.
Появление новых моделей порождало новые проблемы верификации, достоверности, точности, стандартизации, обучения.
Качество технологии проектирования характеризуется количеством циклов устранения ошибок, допущенных при проектировании, процентом параметрического брака в изготовленных изделиях, размером кристалла, техническими параметрами изделия. Требования к качеству проектирования постоянно возрастают. Это вызвано не только естественными требованиями рыночной конкуренции, но также применением полупроводников в областях, связанных с жизнеобеспечением человека, с искусственными органами, с космической и военной техникой.
Одновременно с проблемой достоверности моделей существует проблема быстродействия средств моделирования, которая приводит к необходимости использовать предельно упрощенные модели транзисторов и приближенные методы моделирования электронных цепей. Используемые в настоящее время модели и методы рождены в результате борьбы противоречий между их точностью, достоверностью и вычислительной эффективностью.
Для получения экономичной компактной модели используют упрощающие допущения, которые неизбежно приводят к потере достоверности моделирования и возрастанию неопределенности в знании области ее допустимого применения.
Максимальной точностью и достоверностью обладают классические программы схемотехнического моделирования (SPICE-подобные программы), которые основаны на машинном составлении системы обыкновенных дифференциальных уравнений электрической цепи и их решении без применения упрощающих предположений. В них используются численные методы Рунге-Кутта или метод Гира для интегрирования системы дифференциальных уравнений, метод Ньютона-Рафсона для линеаризации системы нелинейных алгебраических уравнений и метод Гаусса или LU-разложение для решения системы линейных алгебраических уравнений. Модификации этих методов направлены на улучшение сходимости или вычислительной эффективности без упрощения исходной задачи.
Для увеличения скорости моделирования SPICE-подобных программ при минимальном снижении достоверности используются методы, которые первоначально были разработаны для логического моделирования (методы ускоренного моделирования, «fast-SPICE simulation»). К ним относится моделирование только активной части цепи, т.е. путей распространения сигнала, учет временной неактивности (латентности) подсхем, применение табличных моделей активных элементов, применение различного временного шага и различных численных методов для разных подсхем, применение макромоделей и сочетание различных методов моделирования на разных уровнях иерархии проекта СБИС (гибридное электро-логическое моделирование), моделирование на дискретной сетке переменных, применение кусочно-линейных моделей элементов, экспоненциальная подгонка, учет изоморфизма подсхем и др.
Сочетание указанных приемов позволяет увеличить скорость моделирования в 10-100 раз и во столько же раз увеличить предельную размерность моделируемой цепи. Главной характеристикой таких программ является предельный размер электрической цепи, которую они позволяют моделировать за приемлемое время.
Недостатком методов ускоренного моделирования является снижение достоверности полученного результата. Так, использование свойства латентности подсхем приводит к необходимости принятия допущения о неактивности подсхем, поскольку строго говоря, подсхема бывает пассивной только функционально, но не электрически: ведь паразитные выбросы на шинах питания и земли, а также межсоединений, воздействуют на подсхему независимо от ее функциональной латентности (бездействия). Аналогично встает вопрос о критериях наступления события при событийном управлении процессом моделирования.
Фундаментальной причиной снижения достоверности при использовании методов ускоренного моделирования является то, что для получения достоверных критериев упрощения исходной задачи нужно сначала получить ее точное решение. В описанных же случаях такого решения априори нет. То есть все величины, на основании которых принимается решение о латентности, наступлении события или шаге сетки, и т.п., являются исходно неточными. По этой причине наряду с понятием точности при описании свойств программ моделирования используют понятие достоверности. Достоверность понимают как вероятность того, что результат моделирования имеет ожидаемую точность. Достоверность в данном случае не связана со стохастической природой объекта исследования.
Несмотря на то, что SPICE-подобные системы моделирования имеют наибольшую точность, потребность в ее дальнейшем увеличении существует с момента создания программы SPICE и до наших дней.
Большинство программ моделирования основаны на алгоритмах и даже используют исходные тексты программы SPICE-2G6 Калифорнийского университета в Беркли и имеют сохранившийся с тех пор и ставший стандартом де-факто входной язык описания схем. Отсюда и произошел термин «SPICE-подобные» средства схемотехнического моделирования, который применяется в тех случаях, когда необходимо подчеркнуть, что в программе не используются упрощающие предположения, снижающие достоверность результата, как, например, в системах «ускоренного» моделирования.
Все коммерческие программы находятся в состоянии непрерывной модернизации и адаптации к нуждам клиентов, поэтому их характеристики изменяются постоянно, хотя по существу различаются незначительно. Основное различие состоит в доверии к качеству продукта и в качестве технической поддержки. Наиболее распространенными средствами точного (SPICE-подобного) моделирования являются программы Eldo фирмы Mentor Graphics, HSPICE фирмы Synopsys, Inc., SmartSpice (Silvaco International), Spectre и PSpice (Cadence Design Systems).
Существует также множество других программ моделирования, с менее известными брендами: SEQUEL (Indian Institute of Technology), AIM-Spice (AIM-Software), DrSpice (Deutsch Research), Ngspice (ngspice.sourceforge.net), AVOSpice (AVOCAD), LTspice (Linear Technology), WinSpice (www.winspice.com), mentalSPICE (www.mental.com), IsSpice из пакета ICAP (Intusoft), CircuitMaker (Protel International) и др.
В SPICE-подобных средствах моделирования сохраняются те же численные методы, что и в оригинальной программе SPICE. Модификации делаются, в основном, для расширения области сходимости. Улучшение быстродействия и предельной размерности цепи достигается за счет более эффективного использования памяти, оптимизации кода, применения методов декомпозиции (моделирования по частям), многопотокового исполнения программы на многоядерных процессорах и многопроцессорных компьютерах, за счет учета разреженности матриц, оптимального вычисления токов сложных моделей транзисторов, которое занимает до 80% по данным Cadence (www.cadence.com) и до 30% по данным [405] от общего времени моделирования. Используют также группирование цепей в сильно связанные, которые решаются методом Ньютона-Рафсона и слабосвязанные, которые решаются методом «одношаговой релаксации» (www.mentorg.com).
Перечисленные приемы позволяют уменьшить время моделирования до 10 раз по сравнению с оригинальной программой SPICE и увеличить предельную размерность моделируемой цепи до нескольких сотен тысяч транзисторов для 32-битных процессоров и до нескольких миллионов транзисторов для 64-битных. Дополнительное ускорение моделирования можно получить на многопроцессорных компьютерах.
Одной из новых проблем моделирования является необходимость учета огромного числа паразитных элементов. Наиболее остро эта проблема встает при пониженном напряжении питания, когда увеличивается роль помех по сравнению с напряжением питания, а также в радиочастотных, глубоко субмикронных и нанометровых СБИС, динамика которых определяется не активными приборами, а пассивными линиями связи и паразитными элементами.
К паразитным элементам относятся емкости, индуктивности и сопротивления шин питания и земли, цепей синхронизации, линий связи, распределенное сопротивление подложки, а также взаимные индуктивности и перекрестные емкости. Количество паразитных элементов может в 100 раз превышать количество функциональных элементов СБИС (www.cadence.com). Моделирование таких цепей с помощью классической программы SPICE крайне неэффективно, поскольку с ростом размерности матрицы трудоемкость LiZ-факторизации приближается к 0(га3), где η — количество узлов в цепи, вместо среднего значения η = 1,1… 1,5 для цепи без паразитных элементов. Кроме того, классическая программа SPICE не использует свойство линейности и структуру матрицы паразитных элементов. Учет структуры матрицы может дать ускорение до 103 раз по сравнению со SPICE.
Для моделирования паразитных элементов используют символьные методы , иерархическую декомпозицию цепи, основанную на теории графов, методы подпространств Крылова, методы релаксации формы сигнала. При этом паразитные элементы группируют в отдельную линейную подсхему, которая анализируется независимо от нелинейной части цепи и впоследствии сшивается с ней итерационными методами.
Наряду с применением специализированных методов решения систем уравнений, описывающих паразитные элементы, используют методы редукции (сокращения размерности) системы уравнений. Для этого используют сингулярное разложение матрицы (SVD) и макромоделирование (теорему об эквивалентном генераторе). В процессе редукции системы контролируют сохранение устойчивости цепи. Однако методы редукции нельзя отнести к точным, поскольку при их осуществлении используется параметр допустимой погрешности редукции.
Отдельную задачу при топологических нормах менее 0,1 мкм и частотах выше 1 ГГц представляет моделирование длинных линий передачи, когда их невозможно заменить сосредоточенной RC-цепью. Распределенные линии передачи описываются системой линейных уравнений с S-параметрами.
В связи с тем, что для моделирования радиочастотных цепей используются методы, существенно отличающиеся от методов классической программы SPICE [406] (метод пристрелки и метод гармонического баланса), такие программы представляют собой отдельные коммерческие продукты (SmartSpice RF, HSpice RF и др.).
Возникшая около 10 лет назад технология микроэлектромеханических систем (MEMS) [181] побудила многие компании включить в SPICE-подобные программы средства моделирования и этих систем. Такие программы позволяют анализировать проект, содержащий одновременно электрические, механические и гидравлические элементы, а также блоки систем автоматического управления.
Программы для проектирования СБИС традиционно использовались на рабочих станциях Sun или HP, однако в последние годы большинство фирм быстро адаптировали свои программные средства к IBM PC-совместимым компьютерам, которые функционируют под ОС Windows, Linux и Solaris.
Общей тенденцией в развитии средств моделирования является их тесная интеграция с программами, выполняющими графический ввод электрической схемы, отображение и обработку результатов моделирования, проектирование топологии СБИС или печатной платы, экстракцию паразитных параметров топологии, идентификацию параметров моделей и макромоделей, приборно-технологическое моделирование и синтез макромоделей. Наметилась также тенденция к открытости и стандартизации моделей, языков описания схемы и форматов обмена данными между программами разных производителей. Это позволило использовать средства проектирования, составленные из компонентов, разработанных конкурирующими фирмами. Современные средства проектирования во многом следуют идеологии открытых систем.
Программы схемотехнического моделирования могут использоваться совместно с программами моделирования тепловых процессов, с программами приборно-технологического моделирования, с программами моделирования систем (например Simulink из пакета MATLAB) и с реальными компонентами систем и цепей. Такая связь выполняется с помощью итерационных алгоритмов сшивания решений, полученных в разнородных программно-технических системах.
Программы схемотехнического моделирования используют языки описания схемы SPICE, HSpice, AHDL, VHDL-AMS, Verilog-A и Verilog-AMS. Однако конечный пользователь чаще применяет графический ввод электрической схемы, не требующий обращения к символьным языкам.
Следует подчеркнуть, что многие фирмы скрывают суть используемых алгоритмов и не приводят методику оценки погрешности моделирования, ограничиваясь декларацией коммерчески привлекательных показателей. Однако отсутствие критики увеличивает непредсказуемость результата и, фактически, достоверность моделирования определяется не техническими свойствами программы, а доверием к фирме, ее репутацией, историей, авторитетом команды разработчиков. В этом отношении важны попытки разработать стандарты для оценки качества моделирующих средств, которые, однако, сталкиваются с проблемами быстрого старения стандартов по сравнению с процессами адаптации программ к бурно растущим потребностям рынка САПР.
studfiles.net
SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) — симулятор электронных схем общего назначения с открытым исходным кодом. Является мощной программой, используемой в разработке как интегральных схем, так и печатных плат для проверки целостности схемы и для анализа её поведения.
Интегральные схемы, в отличие от печатных плат, практически не поддаются макетированию перед производством. Кроме того, высокая стоимость создания фотолитографических масок и других этапов полупроводникового производства приводят к необходимости очень тщательной разработки и верификации. Симуляция схемы при помощи SPICE является общепринятым в полупроводниковой промышленности способом верификации работы схемы на транзисторном уровне (перед её реализацией в кремнии).
Для печатных плат, особенно небольшой сложности, возможно проводить макетирование. Но на макетной плате некоторые свойства схем могут быть неточны по сравнению с итоговой платой. Например, на макетной плате у печатных дорожек будут иные паразитные сопротивления и ёмкости. Подобные паразитные элементы часто можно оценить при помощи симуляции на SPICE.
SPICE был разработан в Electronics Research Laboratory в Калифорнийском университете в Беркли Лоуренсом Нагелем (Laurence Nagel) и его научным руководителем профессором Дональдом Педерсоном (Donald Pederson). SPICE1 был в значительной степени основан на более ранней программе CANCER,[1] написанной Лоуренсом с другим научным руководителем, профессором Рональдом Рохрером (Ronald Rohrer). Название программы расшифровывалось как «Computer Analysis of Nonlinear Circuits, Excluding Radiation» (Компьютерный анализ нелинейных схем, исключая радиацию), что было отсылкой к относительной свободе в Университете Беркли в 1960-х годах[2]. В то время большая часть симуляторов электронных схем разрабатывалась по грантам и контрактам министерства обороны США, одним из требований которых была возможность оценки влияния радиации на работу схем (См. Radiation hardening). После смены научного руководителя, Нагелю пришлось переписать проприетарный CANCER так, чтобы новую программу можно было опубликовать в открытом доступе, таким образом передав в общественное достояние.[3]
Впервые SPICE1 был представлен на конференции в 1973.[4] Программа была написана на языке FORTRAN и использовала анализ цепи методом узловых потенциалов для построения уравнений схемы. Метод узловых потенциалов имел ограничения в работе с индуктивностями, источниками переменного напряжения и с различными вариантами управляемых генераторов тока и напряжения. В SPICE1 было доступно небольшое количество элементов, программа использовала анализ переходных процессов (transient analysis) с фиксированным шагом по времени. Популярность пришла ко второй версии программы, SPICE2[5], в 1975 году. Она тоже была написана на FORTRAN, но имела больше элементов, позволяла изменять шаг по времени при анализе переходных процессов, уравнения цепей формулировались при помощи модифицированного метода узловых потенциалов (modified nodal analysis)[6], устраняя тем самым ограничения метода узловых потенциалов. Последняя версия SPICE, написанная на языке FORTRAN, — 2G.6 (1983 год). Следующую версию, SPICE3[7] разработал Томас Кворлс (Thomas Quarles) в 1989. Она написана на языке Си, использует тот же формат данных об электрических цепях (netlist) и поддерживает визуализацию в среде X Window System.
С ранних версий SPICE являлась программным обеспечением с открытыми исходными кодами, что способствовало её широкому распространению и применению. SPICE стала индустриальным стандартом симуляции электрических схем[8]. Исходные коды SPICE распространялись университетом по номинальной стоимости (по цене магнитной ленты). Лицензия изначально включала в себя условия, ограничивающие передачу кода в некоторые недружественные США страны, но в настоящее время программа распространяется по условиям лицензии BSD.
SPICE послужил основой для разработки множества других программ симуляции схем, как в академической, так и в промышленной среде. Первая коммерческая версия — ISPICE,[9] (National CSS). Наиболее выдающиеся коммерческие версии SPICE: HSPICE (изначально Meta Software, ныне Synopsys) и PSPICE (ныне Cadence Design Systems). Академические версии программы: XSPICE (Georgia Tech, с поддержкой смешанных аналого-цифровых моделей) и Cider (ранее CODECS, UC Berkeley и Oregon State Univ.; с поддержкой полупроводниковых устройств). Индустрия проектирования интегральных схем достаточно рано начала пользоваться SPICE, и, до развития коммерческих реализаций, многие компании-разработчики микросхем имели собственные проприетарные версии SPICE.[10] В настоящее время крупные производители микросхем развивают собственные программы симулирования на базе SPICE. Например, ADICE у компании Analog Devices, LTspice у Linear Technology, Mica у Freescale Semiconductor, TISPICE у Texas Instruments.
В 2011 году появление SPICE было отнесено к IEEE Milestone,[11] было отмечено, что SPICE и его производные стали неотъемлемой частью разработки практически любой интегральной схемы.
SPICE стал популярен, поскольку поддерживал анализ и содержал модели, необходимые для разработки интегральных схем того времени, и при этом был достаточно быстрым для практического использования.[12] Предшественники SPICE часто имели лишь одно предназначение, например BIAS[13] позволял рассчитывать режимы биполярных транзисторов; SLIC[14] производил анализ малых сигналов. SPICE комбинировал в себе несколько режимов анализа и достаточно обширную библиотеку моделей устройств.
SPICE2 включает в себя:
SPICE2 принимает netlist в текстовом виде на вход и выдает line-printer listings как результат своей работы. Такая программа была типичной для 1975 года. Листинги представляют либо колонки с номерами, соответствующими рассчитанным выходным параметрам (чаще всего, токам и напряжениям), либо представляли собой рисунок из символов (ASCII art). SPICE3 оставил формат netlist для описания схем, но позволил контролировать анализ с помощью командного интерфейса (CLI). Также в SPICE3 появились базовые варианты отрисовки схемы в графической среде X Window, по мере того, как Unix и рабочие станции становились более популярными.
wiki.sc
Язык и система SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) были созданы более двадцати лет назад в Department of Electrical Engineering and Computer Sciences, University of California, Berkeley. Язык предназначен для описания электрических цепей разной сложности, и он используется для расчета схем во временной и частотной областях, а также в статическом режиме. Эти типы расчетов используются в инженерной практике наиболее часто. При проведении моделирования все элементы схемы заменяются их математическими моделями. Таким образом, SPICE-модели являются полными.
Язык SPICE и системы на его основе используются во многих САПР; существуют разные их модификации. Например, в системе OrCAD 9.2 используется программа PSPICE. Заметим, что в системе OrCAD предусмотрен расчет логических устройств на основе булевой алгебры. Помимо PSPICE существуют и другие программы WinSPICE (некоммерческая программа, распространяется свободно), HSPICE, XSPICE и др. Языки, используемые во всех системах, имеют незначительные отличия и дополнения по сравнению с изначальной версией SPICE.
Язык SPICE может быть использован для моделирования цифровых узлов с использованием только электрических сигналов. Это подразумевает использование полных SPICE-моделей микросхем. Основная сложность, возникающая при полном моделировании внутренней электрической схемы микросхемы при автоматизированном проектировании, связана с размерностью вычислительной задачи и высоким порядком систем уравнений, описывающих цифровой узел. Уже для микросхем средней степени интеграции объем вычислений становится неоправданно большим.
Одним из методов, позволяющих существенно сократить размерность задачи, является использование макромоделей. Однако их удается построить только для очень ограниченного класса цифровых элементов — триггеров и логических элементов.
Еще одной трудностью, возникающей на пути полного схемотехнического моделирования цифрового узла на основе SPICE-моделей составляющих его элементов, является отсутствие в свободном доступе принципиальных электрических схем, тем более с номиналами пассивных и характеристиками активных элементов. Напротив, большинство крупных фирм старается сохранить эту информацию в тайне (особенно для новых разработок) В технической документации на микросхемы они лишь иногда приводят структурную схему, которая не дает практически ничего для составления SPICE-моделей.
Поэтому в настоящее время производители микросхем практически прекратили распространение их SPICE-моделей. Все большее развитие получает новый подход к моделированию микросхемы, основанный на IBIS-описании.
el-dvizhok.ru
Язык и система SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) были созданы более двадцати лет назад в Department of Electrical Engineering and Computer Sciences, University of California, Berkeley. Язык предназначен для описания электрических цепей разной сложности, и он используется для расчета схем во временной и частотной областях, а также в статическом режиме. Эти типы расчетов используются в инженерной практике наиболее часто. При проведении моделирования все элементы схемы заменяются их математическими моделями. Таким образом, SPICE-модели являются полными.
Язык SPICE и системы на его основе используются во многих САПР; существуют разные их модификации. Например, в системе OrCAD 9.2 используется программа PSPICE. Заметим, что в системе OrCAD предусмотрен расчет логических устройств на основе булевой алгебры. Помимо PSPICE существуют и другие программы WinSPICE (некоммерческая программа, распространяется свободно), HSPICE, XSPICE и др. Языки, используемые во всех системах, имеют незначительные отличия и дополнения по сравнению с изначальной версией SPICE.
Язык SPICE может быть использован для моделирования цифровых узлов с использованием только электрических сигналов. Это подразумевает использование полных SPICE-моделей микросхем. Основная сложность, возникающая при полном моделировании внутренней электрической схемы микросхемы при автоматизированном проектировании, связана с размерностью вычислительной задачи и высоким порядком систем уравнений, описывающих цифровой узел. Уже для микросхем средней степени интеграции объем вычислений становится неоправданно большим.
Одним из методов, позволяющих существенно сократить размерность задачи, является использование макромоделей. Однако их удается построить только для очень ограниченного класса цифровых элементов — триггеров и логических элементов.
Еще одной трудностью, возникающей на пути полного схемотехнического моделирования цифрового узла на основе SPICE-моделей составляющих его элементов, является отсутствие в свободном доступе принципиальных электрических схем, тем более с номиналами пассивных и характеристиками активных элементов. Напротив, большинство крупных фирм старается сохранить эту информацию в тайне (особенно для новых разработок) В технической документации на микросхемы они лишь иногда приводят структурную схему, которая не дает практически ничего для составления SPICE-моделей.
Поэтому в настоящее время производители микросхем практически прекратили распространение их SPICE-моделей. Все большее развитие получает новый подход к моделированию микросхемы, основанный на IBIS-описании.
По мере освоения LТspice и усложнения моделируемых схем нередко возникает необходимость представить уже отработанные узлы в виде нового компонента. LTspice дает такую возможность через создание символа компонента и Spice-файла к нему. Однако сам процесс преобразования схемной модели в символ в Help и в его русскоязычных переводах описан весьма скудно и даже малопонятно. Немудрено, что у начинающих возникает вопрос – “куда же лошадь запрягать?” Надеюсь, что это сообщение окажется неплохим дополнением ко второму видеоуроку по LTspice и будет полезным для изучающих этот симулятор самостоятельно.В то же время известны более компактные Spice-модели идеальных трансформаторов, одна из которых описана в статье L.G. Meares и Charles E. Hymowitz «SPICE Models For Power Electronics» (Spice-модели для силовой электроники)
www.intusoft.com/articles/satcore.pdf
Перепев этой модели, доведенный до уровня символ, под тем же названием, что и у авторов статьи, но с небольшими непринципиальными изменениями можно найти в громадном архиве LTspiceIV.zip, упоминавшемся в видеоуроке bsvi (файлы XFMR1.asy и XFMR2.asy, SUBCKT к ним в файле Sborka.lib).Именно эту модель возьмем в качестве прототипа для наших дальнейших изысков. Но при этом учтем одно интересное замечание из Help LtspiceIV:
«It is better to use a G source shunted with a resistance to approximate an E source than to use an E source. A voltage controlled current source shunted with a resistance will compute faster and cause fewer convergence problems than a voltage controlled voltage source. Also, the resultant nonzero output impedance is more representative of a practical circuit.»
В переводе это звучит так:
«Лучше использовать G-источник (ИТУН), шунтированный сопротивлением, чтобы аппроксимировать Е-источник (ИНУН — источник напряжения, управляемый напряжением), чем использовать просто Е-источник. Источник тока, управляемый напряжением, шунтированный сопротивлением, считается быстрее и вызывает меньше проблем со сходимостью, чем источник напряжения, управляемый напряжением. Кроме того, получаемые результаты благодаря ненулевому импедансу в большей степени репрезентативны по отношению к реальным цепям».
Обратимся теперь к базовой модели идеального двухобмоточного трансформатора из статьи L.G. Meares и Charles E. Hymowitz,
Рис.1 Модель идеального трансформатора, предложенная Кристо
gikk.ru
Ответ на этот вопрос зависит от того, почему вы хотите смоделировать полость в SPICE.
Резонатор резонатора имеет очень простую эквивалентную схему — это всего лишь сеть LC. Если вы пытаетесь добавить фильтр резонатора к нелинейному моделированию (например, микроволновому усилителю или генератору), то, вероятно, это будет самый простой способ с бесплатными инструментами — примите идеальное поведение и смоделируйте его как схему LC.
Если вам не нужно нелинейное моделирование (например, вы выполняете сопоставление внешнего интерфейса), я бы порекомендовал взглянуть на инструмент линейного моделирования, такой как QUCS. Симуляция будет намного быстрее, поскольку сводится к умножению набора s-матриц.
Если, с другой стороны, вы хотите смоделировать сам микроволновой резонатор, все становится немного сложнее. Большинство инструментов моделирования ЭМ подпадают под категорию «не дешево». Если вы хотите сделать это бесплатно, есть только несколько вариантов:
С точки зрения платного программного обеспечения на самом деле нет ничего дешевого. Если вы учитесь в университете, вы можете получить дешевую академическую лицензию на один из больших пакетов. Трехмерные полевые симуляторы «большой тройки» — это ANSYS HFSS, CST Microwave Studio и Altair FEKO. У всех есть свои плюсы и минусы, но для создания микроволнового резонатора все они должны быть примерно одинаковыми.
Все трехмерные полевые симуляторы будут давать S-параметры. Если вы не знакомы с S-параметрами (параметрами рассеяния), это набор коэффициентов, которые описывают амплитуду и фазу входов и выходов в многопортовой сети.
S-параметры определены в частотной области, и их проще всего использовать с линейным имитатором (например, QUCS).
Если вам нужно выполнить нелинейное моделирование с вашими S-параметрами, извлеченными из EM-моделирования, ваши варианты снова несколько ограничены. SPICE — это моделирование во временной области, а S-параметры определяются в частотной области. Существуют инструменты, которые могут генерировать приблизительные модели SPICE из данных S-параметров, но я не знаю, является ли какая-либо из них бесплатной.
В качестве альтернативы, вы можете выполнить нелинейное моделирование гармонического баланса (в любом случае, быстрее на микроволновых частотах), но я не думаю, что есть какие-либо бесплатные инструменты, которые делают это. Для этого есть два «стандартных отраслевых» инструмента: Agilent ADS. (дорого) и Микроволновая печь AWR (также дорого). Если вы студент, вы можете получить их бесплатно.
Надеюсь, это поможет!
ubuntugeeks.com
Основные способы ввода данных в NormCAD: На вкладке Данные В тексте отчета В режиме диалога (автоматический запрос данных при выполнении расчета) На вкладках документа (в таблицах) Ввод данных на вкладке
ПодробнееМеню Параметры Раздел. Меню Параметры Состав меню Параметры…-1 Параметры проекта…-1 Параметры редактора схемы…-4 Параметры транслятора…-5 Параметры моделирования…-6 Параметры размещения ячеек…-7
ПодробнееО НЕКОТОРЫХ ОСОБЕННОСТЯХ ПРОГРАММЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ NI MULTISIM 13 Bстатье рассмотрены новые возможности программы моделирования NI Multitsim 13 по расчету параметров и анализу цепей в автоматическом режиме.
ПодробнееКак выполнять расчеты в NormCAD Для выполнения расчета в окне Новый расчет выбирается нормативный документ и графический значок задачи. Далее задача запускается на расчет. Ввод данных в программу осуществляется
ПодробнееЛекция 31 Программное обеспечение САПР Программное обеспечение САПР (ПО) представляет собой совокупность программ, необходимых для обработки исходной информации по проектным алгоритмам, управления вычислительным
ПодробнееТОМСКНИПИНЕФТЬ ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ПРОГРАММА «Свая+» РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ г.томск 2010 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ 1. ВВЕДЕНИЕ…3 1.1. ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ…3 1.2. ТРЕБОВАНИЯ К ОБОРУДОВАНИЮ И ПРОГРАММНОМУ
Подробнее«MICROSOFT OFFICE EXCEL» Дисциплина «Программные средства профессиональной деятельности» Лектор: Ст. преподаватель кафедры «Электропривода и электрооборудования» Воронина Наталья Алексеевна Назначение
Подробнее«MICROSOFT OFFICE EXCEL» Дисциплина «Методы и средства автоматизации профессиональной деятельности» Лектор: к.т.н., Ст. преподаватель кафедры «Электропривода и электрооборудования» Воронина Наталья Алексеевна
ПодробнееСодержание 1 Назначение программы…2 2 Подключение и установка программы…3 2.1 Подключение установки с встроенным радиоканалом к ПК…3 2.2 Связывание установки с ПК, на котором установлена операционная
Подробнее14 2. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ САПР Современные САПР представляют собой сложный комплекс математических, программных, технических и других средств. Поэтому в составе САПР принято выделять следующие основные
ПодробнееОСНОВНЫЕ ОТЛИЧИЯ MULTISIM 14 ОТ ПРЕДЫДУЩИХ ВЕРСИЙ ПРОГРАММЫ Вновой версии программы NI Multisim 14 значительно расширены возможности пробников для измерения тока и напряжения и меню поиска компонентов.
ПодробнееНижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского Институт информационных технологий, математики и механики Кафедра программной инженерии Лабораторный практикум Основы работы с симулятором
ПодробнееМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПодробнееМакеты отчетных документов. Программа Источник обладает специальными средствами, позволяющими создавать макеты отчетных документов для представления результатов выполнения расчетных задач. Макеты отчетных
ПодробнееРаздел. Подсистема аттестации проекта Назначение подсистемы аттестации проекта…-1 Меню Средства подсистемы аттестации проекта…-4 Функция Анализ на минимальном быстродействии…-5 Функция Анализ на
ПодробнееКомплекс аппаратно-программных средств мониторинга ОКС 7 Книга 3 «Анализ сети» ЛЖАР.469411.085-03 РП Приложение 8 Нагрузка по маршрутам СОДЕРЖАНИЕ 1 ВВЕДЕНИЕ…3 2 НАЧАЛО РАБОТЫ…4 3 РАБОТА С ПРОГРАММОЙ…4
ПодробнееЛабораторная работа Определение электроемкости конденсатора по осциллограмме его разряда через резистор Методическое руководство Москва 04 г. Определение электроемкости конденсатора по осциллограмме его
ПодробнееООО «ПТП ЭРА-1» Рекламный вариант Оглавление Введение 3 Экран «Учет» 4 Основные элементы 4 Ввод/вывод линии в учет/из учета 5 Изменение максимального расхода по линии 5 Изменение оптимального диапазона
ПодробнееЭкспорт объектов базы данных. Для экспорта информации из объектов БД Источник следует щелкнуть левой кнопкой мышки на узле Экспорт объектов БД в дереве задач Источниками данных могут являться следующие
ПодробнееИнтегрированная система безопасности «777». Мастер отчётов 777+. Редакция 1.2 1 ИНТЕГРИРОВАННАЯ СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ «777» Мастер отчётов 777+ Руководство Пользователя Редакция 1.2 РОВАЛЭНТ, 2012 Интегрированная
ПодробнееООО «Экспертно-аналитические системы» Сайт: http://www.expasys.ru Электронная почта: [email protected] Телефон: +7 (8672) 40-76-29 Expasys Questionnaire Studio 2013 Lite College Edition Руководство пользователя
ПодробнееЭлектронные таблицы Разнообразие электронных таблиц в приложениях MS Excel (цифровые таблицы) SulSim (вывод данных в Excel) HYSYS (собств. Электр. таблицы) Maple (символьные таблицы) Введение Область применения
ПодробнееПодсистема аттестации проекта Общие сведения… 1 Меню Проект… 2 Меню Параметры… 3 Меню Схема… 4 Меню Выполнить… 5 Общие функции… 6 Графический редактор схем… 7 Подсистема трансляции схемы…
Подробнее«IT-КУБиК-Сервис» КУБиК:Бизнес-процессы руководство пользователя Киев 2014 При приобретении программы «КУБиК:Бизнес-процессы», согласно закону об авторских правах, Вы даете согласие не допускать копирования
ПодробнееПриложение 1 Приложение 2 Создание Web сайта в программе FrontPage Прикладная программа FrontPage 2003 это визуальный html-редактор для быстрого создания сайта. Язык HTML является основным языком программирования
ПодробнееОбщество с ограниченной ответственностью «Электронные технологии и метрологические системы» Программа Fundamental Tone Руководство оператора ЭТМС.424200.000-01 34 СОДЕРЖАНИЕ 1. Назначение… 3 2. Основные
ПодробнееМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Р.Е.
ПодробнееСодержание 1 О программе TDrive… 3 1.1 О программном обеспечении… 3 1.2 О руководстве пользователя… 3 2 Общее описание… 4 2.1 Описание главного окна TDrive… 4 2.1.1 Область работы с проектом
ПодробнееОглавление Глава 1. Интерфейс Solid Edge и базовые настройки программы… 4 Глава 2. Навигация в графической области…12 Глава 3. Эскизы в среде синхронного моделирования…15 Глава 4. Команды редактирования
ПодробнееРуководство Пользователя ОВЕН ПЧВ Работа с универсальным конфигуратором ОВЕН ПЧВ Рег. 07 Москва, 2014 Содержание 1 Назначение программного продукта… 3 2. Установка программы-конфигуратора на ПК… 4
ПодробнееПрограммный комплекс «АВС РНТЦ» Программный продукт АВС-РНТЦ предназначен для разработки сметной и ресурсной документации всеми участниками инвестиционностроительного процесса: ЗАКАЗЧИК ПРОЕКТИ- РОВЩИК
ПодробнееКраткие сведения о программном комплексе SimInTech Установка программы Чтобы установить программу SimInTech на своем компьютере, надо зайти на сайт http://simintech.ru. В верхнем меню выбрать пункт Загрузить
Подробнее2 Содержание 3 1 Установка приложения СКАД пульт 3 2 Запуск приложения СКАД пульт 5 3 Главный экран 6 4 Подключение к устройству по BlueTooth 9 5 Подключение к устройству по USB 10 6 Изменение идентификационных
Подробнееdocplayer.ru