2339

Для описания принципиальных схем используется язык, который включает:

-язык описания схемы;

-язык управления заданием.

Рассмотрим язык описания схемы. Для определения схемы должны быть, во-первых, описаны все элементы, во-вторых, связи между элементами. Например, это может выглядеть так:

R5(1,5)=10 Ом - резистор R5, номиналом 10 Ом, находится между 1 и 5 узлами.

E1(2,3)=ТРАП (A=5, t0=1, t1=2, t2=4, t3=5) - источник напряжения,

трапецевидной формы с параметрами: А=5 B - амплитуда,

t0=1 мкс, t1=2 мкс - фронт между точками, t2=4 мкс, t3=5 мкс - срез между точками.

Источник включен между 2 и 3 узлами. Очевидно, все элементы и узлы должны нумероваться. В скобках могут указываться параметры элемента и их значения.

Впрограмме PSpice (схемотехническое моделирование на ПЭВМ) имеются встроенные математические модели типовых компонентов аналоговых устройств: диодов, транзисторов, независимых источников тока, магнитных сердечников, индуктивностей, резисторов, независимых источников напряжения, ключей и т. п.

Для каждого элемента представлены параметры его математической модели. Приведены названия параметров, их значения по умолчанию и единицы измерения.

Например, для диода указаны такие параметры, как ток насыщения при температуре 27град., значение по умолчанию 1.е-14 A, коэффициент неидеальности N (N=1 по умолчанию), объемное сопротивление RS (RS=0 Ом по умолчанию).

Математическая модель учитывает вольт-амперные характеристики диода, температурные зависимости параметров.

Вобщем виде в PSpice компонент описывается следующим образом:

<имя компонента><номера 2 или более узлов>[<имя модели>]<числовые данные>

<Имя компонента>- последовательность символов математических, алфавита и цифр, знаков $,-,*,%, длиной <=131, 1-й символ буква. 1-й символ определяет тип компонента. Например:

I - независимый источник тока;

С - конденсатор; D - диод;

R - резистор;

L - индуктивность и т. д.

<номера узлов> - перечисляются в определенном для каждого элемента порядке.

<Имя модели> - необязательный параметр.

<Числовые данные> - пишутся параметры модели элемента и их значения. Например

IS=5.81E-12

Числовые значения можно масштабировать с помощью масштабных множителей, которые могут записываться сразу за числом.

Приняты масштабные множители:

F=1.e-15, P=1.e-12, N=1.e-9, U=1.e-6, MIL=25.4e-6, M=1e-3, K=1.e+3 и т.

д.

Кроме численных значений параметров могут присутствовать идентификаторы параметров. Они должны заключаться в { }:

V1 6 0 DС {VPOW}

Имя компонента узлы имя модели значение параметра хранится в

VPOW.

Внутри { } допускаются арифметические выражения: C2 5 4

{CLOAD*2.5}

Кроме арифметических выражений можно использовать стандартные функции: ABS(X), EXP(X), LOG(X), LOG10(X), PWR(X,Y), SIN(X), COS(X),

SQRT(X), TAN(X), ATAN(X).

Директивы управления заданием

Они начинаются с . в первой позиции:

.AC - расчет частотных характеристик;

.DC - расчет режима по постоянному току;

.DISTRIBUTION - табличное определение закона распределения случайных величин;

.END - конец задания;

.ENDS - конец описания макромодели;

.FOUR - спектральный анализ;

.FUNC - определение функции;

.IC - задание начальных условий;

.LIB - подключение библиотеки компонентов;

.MODEL - описание моделей компонентов;

.TRAN - расчет переходных процессов;

.WCASE - расчет наихудшего случая;

.PRINT - результаты расчета представлены в виде таблиц в выходном файле;

.PLOT - результаты расчета в выходном файле в виде графиков, построенных в текстовом режиме.

Составление задания на моделирование начинается с именования узлов принципиальной схемы.

Имена узлов - от 0 до 9990 или алфавитно-цифровые символы. Узел "земля" - 0 всегда.

При ссылке на имена узлов, наименованные цифрами, цифры заключаются в ( ), при ссылке на имена узлов, представленные символами, символы заключаются в ([ ]). Например:

V(31); V([IV])

Принято соглашение, что узлы, имена которых начинаются с $,G_, являются глобальными. Глобальные узлы используются в макромоделях схемы. Глобальные узлы с одинаковыми именами автоматически соединяются в основной цепи и во всех макромоделях. Узел "0" - земля всегда считается глобальным. Глобальными узлами узлы с произвольными именами назначает директива .GLOBAL.

Дальше составляется задание на моделирование. Задание заносится в файл с расширением .CIR.

1-ая строка - заглавие, т. е. любой текст, кроме кириллицы. Комментарии: в 1-ой позиции знак "*"; в комментариях допустима

кириллица. Либо после директивы можно поставить ; после которой информация считается комментарием.

Последняя строка: .END.

Продолжение: + в 1-ой позиции строки. Число пробелов между операторами - любое. Большие и малые буквы не различаются.

Описания компонентов можно сделать 2-я способами:

-включением компонента в схему;

-с помощью директивы .MODEL.

Директива .MODEL

.MODEL <имя модели> <имя типа> ([<имя параметра>=<значению>] + [<спецификация случайного разброса значения параметра>]...) <Имя модели> - это имя компонента схемы.

<Имя типа> - RES - резистор, CAP - конденсатор, D - диод, IND - индуктивность и т. д.

В ( ) указывается список параметров компонента и их значений. Например: IS=1E-11 BF=50

Случайные отклонения указываются в % от номинального значения:

DEV=5% LOT=20%

Чтобы описать с помощью .MODEL параметры компонента, необходимо знать все параметры, заложенные в математической модели компонента. Эти параметры представлены в библиотеке типовых компонентов.

Если не использовать .MODEL, а описывать компонент включением его в схему, то:

Для резисторов необходимо следующее описание:

Rxxx <+узел> <-узел> [<имя модели>] <сопротивление> xxx - произвольные символы и цифры, не больше 7. Примеры:

R1 15 0 2K

К - масштабный множитель.

RGEN 1 2 2.4E4

R 12 3 0 RTEMP 5K

.MODEL RTEMP RES (R=3 DEV=5% TC1=0.01)

Конденсатор

Cxxx <+узел> <-узел> [<имя модели>] <емкость> Пример:

C1 15 0 56PF

Индуктивность

Lxxx <+узел> <-узел> [<имя модели>] <индуктивность> +[IC=<начальное значение тока>]

Пример:

L1 15 0 20MH

L3 4 6 2UH IC=2

Аналоговые функциональные блоки

Моделируются с помощью источников напряжения Е или тока G. Нелинейные передаточные функции задаются по формату:

Exxx <+узел> <-узел> VALUE={<выражение>} Gxxx <+узел> <-узел> VALUE={<выражение>}

Выражение представлено алгебраической формулой, в которую входят узловые потенциалы, разности узловых потенциалов, токов:

ESIGNAL 2 0 VALUE={50 mV*SIN(6.28*100kHz*TIME)*V(3,4)} GPW 6 0 VALUE={V(5)*I(VP)}

Формулы можно задавать в виде функций:

.FUNC F(X,Y)=50mV*EXP(-(x-5)*(x-5)/10)*Y E1 1 0 VAULE={F(TIME,V(1)*SIN(6.28*TIME))}

Табличное описание передаточной функции

Exxx <+узел> <-узел> TABLE {<выражение>} <<аргумент><функция>> Аналогично для Gxxx.

<Выражение> является входом таблицы. Сначала вычисляется значение выражения, потом с помощью линейной интерполяции по опорным точкам <<аргумент> <функция>> строится таблица.

Полупроводниковые приборы

Диод:

Dxxx <узел анода> <узел катода> <имя модели>[<коэффициент кратности Area>]

С помощью коэффициента имитируется параллельное включение нескольких одинаковых приборов.

Анализ характеристик цепи

С помощью директив управления заданием в PSpice можно рассчитать:

1)режим цепи по постоянному току в "рабочей точке";

2)режим по постоянному току при вариации источников постоянного напряжения или тока (многовариантный анализ);

3)чувствительность характеристик цепи к вариации параметров компонентов в режиме по постоянному току;

4)малосигнальные передаточные функции в режиме по постоянному

току;

5)частотные характеристики линеаризованной цепи при воздействии нескольких сигналов;

6)спектральную плотность шума;

7)переходные процессы при воздействии сигналов различной формы;

8)статистические испытания по методу Монте-Карло.

Например, расчет переходных процессов ведется по директиве:

.tran [/OP] <шаг вывода данных> <конечное время>+[<начальное время вывода данных>] [<max шаг вычислений>][UIC].

Расчет происходит от t0=0 до tконечн., которое задается.

Шаг интегрирования выбирается автоматически. Результаты выражаются в виде таблицы или графиков с интервалом, заданном в <шаг вывода>.

Мax шаг интегрирования задается как <max шаг вычислений>, по умолчанию он равен tконечн.

/OP - выводится полная информация о режиме по постоянному току.

Без /OP - выводятся значения узловых потенциалов в режиме по постоянному току.

UIC - отменяется расчет режима по постоянному току.

Результаты расчетов можно выводить в выходные файлы. Файлы с расширением OUT содержит таблицы результатов. Файл формируется по директиве:

.PRINT [DC] [AC] [NOISE] [TRAN] <выходная переменная>...

\ \ / /

можно указать только один из режимов. DC - режим по постоянному току;

AC - частотные характеристики; NOISE - уровень внутреннего шума; TRAN - переходные процессы.

Выходных переменных <= 8 в одной директиве .PRINT. Чтобы получить больше результатов, надо написать несколько директив .PRINT.

.PLOT [DC] [AC] [NOISE] [TRAN] <выходная переменная> +(<нижняя граница>, <верхняя граница>)...

По оси х границы определяются директивой DC, AC или другими. Программа PSPICE разработана для IBM-PC/AT на базе разработанной

еще в 70-х годах программы SPICE на ЭВМ IBM/360 (EC-техника). В PSPICE входит также программа идентификации параметров математических моделей полупроводниковых компонентов - PCAD.

Графический постпроцессор PROBE позволяет результаты моделирования передавать на другие машины, например на VAX.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Моделирование на регистровом уровне. Постановка задачи. Основные принципы.

Проектирование вычислительной машины начинается с разработки ее структурной схемы. После выбора схемы определяются устройства, входящие в нее, алгоритмы работы этих устройств и алгоритмы их взаимодействия.

Устройства представлены регистрами, блоками памяти и т.д. Информация, которая преобразуется в этих устройствах, рассматривается на уровне машинных слов. Длина машинного слова определяется разрядностью регистров запоминающего и арифметического устройства. Внутреннее

устройство регистров, счетчиков и т.п. считается заданным. Т. о. элементами устройств являются регистры, сумматоры и т.д. Схема устройства, построенная из таких элементов, называется ф у н к ц и о н а л ь н о й.

В функциональном проектировании задачами являются:

1)построение функциональной схемы;

2)разработка алгоритмов выполнения отдельных команд, алгоритмов передачи информации между устройствами.

После разработки функциональной схемы возникает задача анализа этой схемы. Обычно анализ схемы проводится через моделирование ее на компьютере. Моделирование функциональной схемы называется моделированием на уровне регистровых передач.

Принципы моделирования

Элементами устройств могут быть как достаточно сложные (регистры, счетчики, сумматоры), так и достаточно простые (триггеры, логические элементы, реализующие функции логических И, ИЛИ, НЕ). Поэтому моделирование должно предусматривать не только проверку работоспособности всей схемы, а также отдельных ее компонентов, но и проверку логики.

При моделировании на регистровом уровне не учитываются также параметры элементов, как: время срабатывания; время задержки; токи, напряжения, пороги срабатывания, нагрузочные способности.

Регистр предусматривается как устройство, хранящее n бит информации. Сигналы моделируются последовательностями нулей и функций.

Принято считать, что элемент состоит из двух частей:

-операционного устройства (ОУ);

-устройства управления (УУ).

Работа этих частей происходит по тактам.

УУ

Синхроимпульсы (импульсные такты) вырабатывает генератор синхросигналов. В каждом такте УУ вырабатывает сигнал, задающий

выполнение действия в ОУ. Обычно СВТ работают по программе. В каждый момент времени действие определяется конкретной командой этой программы.

ОУ - в его функции входят:

-запоминание информации;

-передача информации;

-преобразование информации. Передача информации:

-из одного регистра в другой;

-в оперативную память и из нее; Преобразование информации:

-сдвиг в регистре;

-установка состояния;

-изменение в заданных разрядах информации.

Подобные действия называются микрооперациями. Для инициирования микрооперации обычно задается свой сигнал. Команда состоит из нескольких микроопераций. Частота импульсов генератора синхросигналов выбирается таким образом, чтобы за такт могла быть выполнена самая длинная микрооперация. Короткие микрооперации могут выполняться несколько за один такт. Поэтому генератор синхросигналов делается многофазовым.

Модель СВТ на регистровом уровне состоит из двух частей (из двух описаний):

-структуры объекта;

-операционного описания.

Операционное описание соответствует действиям, происходящим в ОУ и

УУ.

Для моделирования на регистровом уровне очень неудобно использовать языки программирования. Поэтому разработаны и используются специальные языки моделирования.

Примером может являться язык CDL (Сomputer Design Language). Кратко познакомиться с ним можно в учебнике Ильина В.М. и др. "Автоматизация схемотехнического проектирования".

ОБЗОР ПРОГРАММ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

В 1996г. фирма ACCEL Technologies представила версию широко известной системы разработки печатных плат P-CAD на платформе Windows. Продукт получил новое название ACCEL EDA. С этого момента ACCEL EDA приобрел широкую популярность среди разработчиков электронных устройств. В сентябре 1999г. вышла последняя 15 версия продукта.

17 января 2000г. произошло слияние двух ведущих разработчиков EDA (Electronic Design Automation) систем - фирм Protel International и ACCEL Technologies, которые объединили свои усилия под торговой маркой фирмы Protel. С марта 2000г. ACCEL EDA сменил свое название и снова стал P- CAD’ом. Новый продукт получил номер 2000.

СИСТЕМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ ACCEL EDA 13.0

1 июня 1997г. начато тестирование первой бета-версии ACCEL EDA 13.0. ACCEL EDA 13.0 предназначена для полноценной работы в 32-разрядных ОС Windows 95 и Windows NT. Исключение составляет лишь автотрассировщик ACCEL PRO Route, реализованный как DOS-приложение, использующее встроенную систему Phar Lap DOS Extender. После выхода версии ACCEL EDA 13.0 ее можно считать достаточно отлаженной и рекомендовать для профессионального использования разработчиками электронной аппаратуры. Первые версии этой системы ACCEL EDA 12.0 и 12.1 имели ряд недостатков, из которых наиболее существенно - отсутствие иерархических структур в версии 12.0 и невозможность вывода на печать фрагментов схем или печатных плат (ПП). Теперь эти недостатки устранены. Основные дополнения, внесенные в версию 13.0.

ГРАФИЧЕСКИЕ РЕДАКТОРЫ ACCEL SCHEMATIC И ACCEL P- CAD PCB:

•введена команда File/Design Technology Parameters для задания различных технологических параметров проекта (определения контактных площадок и переходных отверстий, перечень допустимых зазоров, установка слоев ПП и классов цепей), которые могут быть применены к открытому проекту, заменяя их текущие значения;

•введены компоненты, имеющие до девяти закороченных друг с другом выводов (Jumpers, перемычки). Подведенная к одному выводу цепь оказывается электрически соединенной со всеми остальными;

•при выводе чертежей схем или ПП на принтеры или плоттеры возможен вывод изображения окна, размеры которого задаются пользователем;

•увеличено до 100 число одновременно открытых библиотек (ранее - не более 10) и обеспечена возможность открытия новых библиотек в процессе выполнения команды размещения компонентов;

•увеличено число цветов выделения объектов до 20;

•изменен способ упорядочивания объектов в списках компонентов, атрибутов и т. п. (теперь компонент С2 размещается в списке перед компонентом С11).

СХЕМНЫЙ РЕДАКТОР ACCEL SCHEMATIC

•добавлена команда задания ширины линий электрических цепей (ранее устанавливалась лишь ширина линий графики);

•при задании выводов компонентов предоставлена возможность выбора шрифта для номеров и позиционных обозначений выводов компонентов;

•появилась возможность назначения отдельным листам схемы индивидуальных форматов; •стало допустимым удаление лишних участков цепей (коллинеарных и перекрывающихся) при перечерчивании экрана;

•расширены функциональные возможности утилит DBX, разрешено производить запись данных в текущую схему.

РЕДАКТОР ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ ACCEL P-CAD PCB:

•предусмотрена загрузка без ошибок списка соединений ПП при наличии компонентов без подсоединенных корпусов, для таких компонентов используются типовые корпуса; •предусмотрена быстрая замена корпуса компонента аналогичным, имеющим то же число выводов и секций и одинаковые позиционные обозначения выводов;

•обеспечено создание контактных площадок в виде полигонов, просмотр графики контактных площадок и автоматическая генерация макросов апертур в формате RS-274-X управляющих Gerber-файлов;

•возможна простановка размеров в стандарте ANSI Y14.5M и изменение масштаба размерных стрелок;

•разрешена фиксация компонентов, не позволяющая их перемещать, вращать, удалять, переносить на другую сторону платы и т. п. Информация о зафиксированных компонентах передается в программу SPECCTRA и распознается утилитами DBX;

•расширены возможности ручной трассировки проводников: начало трассировки - в любой точке области металлизации (Т-образные соединения); удаление наложенных один на другой участков проводников; выбор способа прекращения прокладки трассы нажатием правой кнопки мыши; по команде DRC обнаруживаются трассы, ширина которых не равна значению атрибута WIDTH; возможность замены по команде Route/Miter Т-образных соединений Y-образными; возможность изменения размеров изгибов сглаженных проводников; введена "горячая" клавиша O для изменения типа сглаживания;