OrCAD Моделирование с помощью PSpice

Аналоговые функциональные блоки

Линейные функциональные блоки моделируются в терминах соотношения между выходными и входными переменными в частотной области. По директиве .АС определяются значения комплексного коэффициента передачи блока на каждой частоте. При расчете рабочей точки по постоянному току и по директиве .DC берется значение коэффициента передачи на нулевой частоте (поэтому изображения по Лапласу всех узловых потенциалов не должны иметь составляющих типа 1/s). По директиве .TRAN выходная переменная блока вычисляется как интеграл Дюамеля (свертка входного воздействия с импульсной характеристикой блока), что значительно увеличивает длительность расчетов. Возможны следующие варианты задания линейных блоков.

Передаточная функция управляемого источника задается с помощью преобразования Лапласа:

Еххх <+узел> <-узел> LAPLACE {<выражение>}= + {<передаточная функция в s-области>}

Gxxx <+узел> <-узел> LAPLACE {<выражение>}= + {<передаточная функция в s-области>}

Например, передаточная функция активного RC-фильтра задается следующим образом:

EARC 2 О LAPLACE {V(9)}={5/(H-0.01*s)}

Фильтр с чебышевской передаточной функцией задается в виде

Еххх <+узел> <-узел> CHEBYSHEV {<выражение>}=<тип> + <граничная частота>* <затухание>*

Gxxx <+узел> <-узел> CHEBYSHEV {<выражение>}=<тип> + <граничная частота>* <затухание>*

Здесь <тип> - тип фильтра, принимающий значения: LP - фильтр нижних частот, HP - фильтр верхних частот, ВР - полосовой фильтр, BR - режекторный фильтр.

Для задания желаемой характеристики фильтра задается список граничных частот (для ФНЧ и ФВЧ задаются две частоты, для ПФ и РФ - четыре) и затем список затуханий на этих частотах в децибелах; порядок следования граничных частот безразличен. Приведем примеры:

Е1 3 4 CHEBYSHEV {V(10)}=LP 800 1.2К 0.10В 50dB

Е2 5 6 CHEBYSHEV {V(10)}=BP 800 1.2К 2К ЗК 0.1dB 50dB

Табличное описание комплексной передаточной функции в частотной области задается по формату

Еххх <+узел> <-узел> FREQ {<выражение>}=[KEYWORD] + <<частота>,<модуль>,<фаза>>* [DELAY]=<задержка>]

Сххх<+узел> <-узел> FREQ {<выражение>}=[ KEYWORD ] + << частота>,<модуль>,<фаза>>* [DELAY]=<задержка>]

Здесь частота задается в герцах, модуль передаточной функции - в децибелах, фаза передаточной функции - в градусах. Значения опорных точек указываются в порядке возрастания частоты. Максимальное количество точек - 2048. Например, передаточная функция типа фильтра верхних частот задается так:

EHIGHPASS 2 О FREQ (V(9)} (0,-60,69.1) (2kHz,-3,45) (5kHz,0,0)

С помощью ключевого слова KEYWORD изменяется способ задания таблицы передаточной функции. Оно может принимать следующие значения:

Ключевое слово DELAY задает дополнительную задержку, которая принимается во внимание при расчете фазовой характеристики фильтра.

В качестве еще одного примера составим структурную схему моделирования рассмотренной выше системы дифференциальных уравнений:

dx 1 /dt = -0,3x 1 + х 2 + х 1 2 - 3x 1 x 2 - x 1 ,

dx 2 /dt = 0,24 - 0,6x 2 + 4х 1 х 2 - 6х 1 2 х 2

с помощью интеграторов. На рис. 4.31, а представлена функциональная схема моделирования этой системы уравнений, а на рис. 4.31, б - ее реализация в компонентном базисе программы PSpice. В ней использованы управляющие источники напряжения E11, EI2 , заданные с помощью преобразования Лапласа и выполняющие операции интегрирования, а также нелинейные управляемые источники напряжения EF1, EF2 для вычисления правых частей системы уравнений. На входном языке программы PSpice задание на решение рассматриваемой системы уравнений имеет вид:

Laplace transforms

EM 1 0 LAPLACE {V(3)}={1/s}

EI2 2 0 LAPLACE {V(4)}={1/s}

EF1 3 0 POLY(3) (1,0) (2,0) (0,0) 0-0.3101-300001

EF2 4 0 POLY(3) (1,0) (2,0) (0,0) 0.6 0 -0.6 00400000-6

R1 1 01E9

R2201E9

R3301E9

R4401E9

.ICV(1)=0V(2)=0.4

.TRAN 0.1s 40s SKIPBP

На рис. 4.31, в показана реализация этой же схемы с помощью графического редактора PSpice Schematics. В ней использованы символы интеграторов INTEG и управляемых источников напряжения EVALUE из библиотеки символов amb.slb (см. Приложение 2 [7]). Резисторы R1, R2 на этой схеме необходимы только для соблюдения правил составления топологии схемы, согласно которым к выходным зажимам компонентов - в данном случае интеграторов - должна быть подключена нагрузка. Если это неудобно, то нужно отредактировать символ INTEGER, изменив атрибуты вывода Out (выход), изменив в разделе If unconnected (если вывод не подсоединен) значение параметра Float=UniqueNet - создать узел для подключения маркера. После этого резисторы Rl, R2 можно из схемы на рис. 4.21, в удалить.

а)

б)

в)

Рис. 4.21. Функциональная схема моделирования системы двух дифференциальных уравнений {а), ее реализация в виде принципиальной схемы, созданной вручную (б) и с помощью PSpice Schematics (в)

Словарь основных терминов

IBIS (I/O Buffer Information Specification) — стандарт описания входных/выходных комплексных сопротивлений компонентов, используемый при моделировании паразитных эффектов ПП

ICA — Internet Component Assistant — служба поиска компонентов в среде Интернет

IEEE symbol — изображение символа функционального блока в стандарте Института инженеров по электротехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE)

Inherent property — обязательный параметр объекта определенного типа (не может быть удален, имеет атрибут R — только для чтения)

Instance — конкретный экземпляр из набора объектов определенного класса Будем моделировать четырехпроводную трехфазную цепь при соединении обмоток генератора и фазных нагрузок приемника в звезду.

Interactive routing — трассировка, при которой индивидуальные соединения проводятся вручную при постоянном контроле за соблюдением правил проектирования DRC

Isolation — зазор между контактными площадками, переходными отверстиями, трассами проводников или областями металлизации и другими цепями сигналов