Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2007 №6

Создание и редактирование моделей в OrCAD 15.7 (программа Model Editor). Урок 1

Златин Иосиф


Данная публикация открывает серию статей, посвященных программе Model Editor, которая входит в пакет программ OrCAD 15.7. Эта программа предназначена для создания и редактирования моделей. Материал будет изложен в виде четырех уроков. Целью первого урока является ознакомление с возможностями и основными правилами работы с программой.

Все статьи цикла:

Вэтой статье будет рассказано о создании и редактировании моделей для компонентов, которые используются при моделировании в программе PSpice OrCAD. Мы сначала познакомимся с библиотеками моделей и кратким обзором инструментальных средств, которые необходимо использовать для их создания и редактирования. Здесь будут рассмотрены следующие вопросы:

  • что представляют собой модели;
  • систематизация моделей;
  • пути создания и редактирования моделей;
  • инструменты для создания и редактирования моделей;
  • создание условных графических обозначений (символов) для моделей компонентов.

Модель описывает электрическое поведение компонента. В зависимости от типа устройства, которое описывается, модель представляется либо в виде совокупности параметров, либо в виде списка соединений подсхемы. Оба способа описания модели — это текст с определенными правилами синтаксиса.

Программа PSpice имеет встроенные модели, которые описывают поведение разных типов устройств. Поведение этих встроенных моделей описывается рядом установочных параметров. Можно определить поведение устройства, которое основано на встроенной модели, устанавливая новые значения для всех или отдельных параметров модели в синтаксисе PSpice .MODEL. Например:

В дополнение к аналоговым моделям, встроенным в PSpice, синтаксис .MODEL применяется к временным характеристикам и характеристикам цифровых компонентов I/O (вход/выход).

Для некоторых устройств нет PSpice-моделей, полностью описывающих их поведение. Эти типы устройств описываются с использованием синтаксиса PSpice .SUBCKT/.ENDS или синтаксиса подсхемы.

Синтаксис подсхемы включает:

  • Списки соединений для описания строения и функций компонента.
  • Переменные входные параметры для подстройки модели.

Например:

Описания моделей сохраняются в файлах библиотек моделей. Библиотеки моделей должны быть сформированы таким образом, чтобы программа PSpice могла найти их.

Библиотеки моделей — текстовые файлы, содержащие одно или несколько описаний моделей. Как правило, название библиотеки моделей имеет расширение .LIB. Библиотеки моделей зарубежных компонентов, как правило, создаются изготовителем компонента. Например, MOTOR_RF.LIB содержит модели, созданные фирмой Motorola для ВЧ биполярных транзисторов.

Чтобы узнать больше о моделях, содержавшихся в библиотеке моделей, необходимо прочитать комментарии в начале описания модели. Для просмотра описаний моделей в библиотеке можно воспользоваться программой Model Editor или любым стандартным редактором текста.

Для компонентов в проекте программа PSpice ищет библиотеки моделей по названию модели, определяемому свойством Implementation.

Для того чтобы сконфигурировать библиотеки моделей необходимо:

  • определить пути к директории (каталогу) или пути к библиотекам моделей;
  • обозначить каждую библиотеку моделей, которую программа PSpice должна искать, и перечислить их в желательном порядке.

Для оптимизации поиска библиотек моделей PSpice использует индексы.

Можно создать модели, используя Model Editor, а затем вручную сформировать новые библиотеки. Модели проекта используются в одном проекте. Схематический редактор страницы автоматически создает модель проекта всякий раз, когда пользователь изменяет на странице схемы описание модели для образца компонента. Можно также создать модели, не используя Model Editor, а затем вручную сформировать новые библиотеки для определенного проекта.

Глобальные модели доступны для всех создаваемых проектов. Редактор символов компонентов (Part editor) автоматически создает глобальную модель всякий раз, когда пользователь создает условное графическое обозначение (УГО) с новым описанием модели. Программа Model Editor может также создавать глобальные модели. Можно создать модели, не используя программу Model Editor, а затем вручную сформировать новые библиотеки для использования их во всех проектах. Программа PSpice ищет библиотеки профайла перед библиотеками проекта и библиотеки проекта перед глобальными библиотеками.

Помимо модели и описаний подсхемы библиотеки моделей могут также содержать ссылки на другие библиотеки моделей, использующие синтаксис PSpice .LIB.

Пример: предположим, что имеются две пользовательские библиотеки моделей MYDIODES.LIB и MYOPAMPS.LIB, которые программа PSpice A/D должна искать при моделировании проекта. Тогда можно создать третью библиотеку моделей MYMODELS.LIB, которая содержит эти два обозначения: MYDIODES.LIB иMYOPAMPS.LIB и формирует MYMODELS.LIB для глобального использования. Поскольку MYDIODES.LIB и MYOPAMPS.LIB ссылаются на MYMODELS.LIB, они автоматически также конфигурируются для глобального использования.

Библиотеки моделей, которые первоначально инсталлированы с программой PSpice, внесены в список NOM.LIB.

Если щелкнуть по позиции Configuration Files в диалоговом окне Simulation Settings (рис. 1) и рассмотреть список файлов Library немедленно после инсталляции, можно увидеть введенные данные NOM.LIB в списке файлов Library. Пиктограмма означает, что эта библиотека моделей и любая из библиотек моделей, на которую имеются ссылки, содержит глобальные описания моделей.

Введенные данные NOM.LIB в списке файлов Library
Рис. 1. Введенные данные NOM.LIB в списке файлов Library

В зависимости от метода создания, имитационные (математические) модели PSpice бывают двух типов:

  • модели на основе характеристик устройства;
  • модели на основе шаблона.

Имитационные модели, основанные на характеристиках устройства, — модели, которые исторически используются в системе OrCAD. Можно извлечь параметры устройства из справочных данных.

Модели второго типа снабжены шаблонами и являются новым добавлением к библиотекам моделей PSpice. Имитационные модели на основе шаблона также могут упоминаться как параметризованные модели. Изменение параметра изменяет поведение модели. Модели PSpice на основе шаблона описывают поведение аналоговых устройств с помощью параметрических уравнений. Эти модели имеют тип .SUBCKT.

Шаблоны находятся в файле TEMPLATES.LIB. Параметризованные модели лучше всего подходят для использования с PSpice Advanced Analysis [5], а также для того, чтобы выполнить статистический анализ при изменении параметров модели.

Для имитационных моделей на основе шаблона можно добавить информацию о допусках и параметры анализа Smoke [5]. Для других имитационных моделей можно добавить только информацию о параметрах анализа Smoke. Отличия устройства модели на основе шаблона и на основе характеристик устройства приведены в таблице 1.

Таблица 1. Отличия устройства модели на основе шаблона и на основе характеристик устройства
Отличия устройства модели на основе шаблона и на основе характеристик устройства

Инструменты для создания и редактирования моделей

Есть два инструмента, которые можно использовать для создания и редактирования описаний моделей:

  • программа Model Editor;
  • редактор схем Capture.

Программа Model Editor используется, когда необходимо:

  • получить модели на основе справочных данных, предоставляемых изготовителями;
  • создать модели, основанные на шаблонах PSpice;
  • изменить поведение Model Editor;
  • отредактировать командный синтаксис PSpice для моделей (.MODEL и .SUBCKT).

Для моделей на основе шаблона текст модели может использоваться только для чтения и не может быть отредактирован с помощью Model Editor. Программа Model Editor не доступна из PSpice. Программа Model Editor преобразовывает информацию, которая вводится из справочных данных изготовителя устройства, одним из двух способов:

  • параметры модели устанавливаются в синтаксисе PSpice .MODEL;
  • параметры модели устанавливаются с помощью списка соединений подсхемы, созданного в синтаксисе PSpice .SUBCKT.

Программа Model Editor затем сохраняет эти описания в библиотеках моделей, в которых PSpice ищет имитационные модели.

Можно использовать Model Editor следующими способами:

  • Определить новую модель, а затем автоматически создать УГО. Любые новые модели и УГО автоматически доступны в любом проекте.
  • Определить только новую модель (без УГО). Можно выключить создание УГО новых моделей. Описание модели доступно в любом проекте, например, для изменения модели компонента.
  • Отредактировать описание модели для символа компонента на схеме. Это означает, что необходимо запустить Model Editor в редакторе схем, затем выбрать символ компонента на схеме. Редактор схемы автоматически присоединит отредактированную модель (которую Model Editor создаст) к выбранному символу компонента.
  • Исследовать или проверить электрические характеристики модели без моделирования PSpice. Это означает, что можно использовать Model Editor для быстрой проверки характеристик модели, сравнивая характеристики с информацией справочных данных или измеренными данными.
  • Добавить и изменить описания моделей на основе справочных данных или моделей PSpice на основе шаблона. Это означает, что можно создать новые параметризованные модели. Можно также для изменения величины параметров моделирования отредактировать существующие модели в параметризованных библиотеках.
  • Добавить и отредактировать данные Smoke в моделях, поддерживаемых Model Editor. Можно использовать Model Editor для добавления информации Smoke к модели PSpice на основе характеристик устройства. Редактирование информации Smoke возможно для всех типов моделей PSpice.

Программу Model Editor запускают, если необходимо:

  • создать модель и использовать модель в любом проекте (и автоматически создать УГО);
  • создать модель и получить описание модели, доступное для любого проекта (не создавая УГО);
  • исследовать или проверить характеристики данной модели, не используя PSpice.

Можно редактировать модели только для устройств, которые Model Editor поддерживает.

Для запуска Model Editor:

  1. В меню Пуск выберем Programs/ OrCAD 15.7/PSpice Accessories/Model Editor.
  2. В меню File выберем New или Open. Если программа Model Editor уже запущена из редактора схем Capture и необходимо продолжить работать с новой моделью, то:
    • сохраним открытую библиотеку моделей;
    • откроем или создадим другую библиотеку моделей;
    • найдем модель или создадим новую.

Для создания моделей, основанных на характеристиках устройства:

  1. В Model Editor откроем библиотеку.
  2. В меню Model выберем New.
  3. Определим название новой модели в текстовом поле Model Name.
  4. Выберем опцию Use Device Characteristic Curves.
  5. В списке From Model выберем тип устройства и нажмем OK.

Для некоторых компонентов необходимо указывать некоторые другие параметры. Например, для биполярных транзисторов (Bipolar Transistor) необходимо определить тип проводимости транзистора PNP или NPN. Можно характеризовать модели либо используя справочные данные, либо редактируя величины параметров модели.

Каждый график в Model Editor определяется только заданными параметрами. Для диода график прямого тока показывает только часть уравнения тока, связанного с характеристическими параметрами (такими как IS, N, Rs). Однако PSpice использует полное уравнение для модели диода, которая включает обратные характеристические параметры (такие как ISR, NR). Эти параметры могут иметь существенное влияние при малых токах. Это означает, что график, отображаемый в Model Editor, не совпадает в точности с графиком, отображаемым после моделирования в программе PSpice. При подстройке модели необходимо с помощью PSpice испытать и проверить модели.

Создание моделей на основе справочных данных

Наиболее общий способ охарактеризовать модель заключается в том, чтобы ввести информацию из справочных данных для каждой характеристики устройства. После того как пользователь удовлетворен поведением каждой характеристики, можно произвести с помощью Model Editor извлечение соответствующих параметров модели и сгенерировать график, показывающий поведение характеристики. Этот процесс называют подгонкой. Можно повторять этот процесс до получения удовлетворительных результатов, после чего сохранить их.

Определяя эксплуатационные характеристики для модели, можно эффективно использовать для большинства моделирований типовые величины, найденные в справочных данных. При проверке проекта можно также использовать для создания отдельных моделей величины наилучшего и наихудшего случая.

Кроме того, можно отредактировать параметры модели и наблюдать, как изменение их величин воздействует на характеристику устройства. При изменении параметров модели Model Editor повторно вычисляет поведение характеристик устройства и отображает новый график для каждой характеристики, подвергшейся воздействию.

Для заданной модели Model Editor отображает список характеристик устройства, а также список всех параметров модели и рабочих характеристик (рис. 2).

Рабочая область Model Editor для биполярного транзистора
Рис. 2. Рабочая область Model Editor для биполярного транзистора

Для подгонки модели:

  1. С помощью курсора выберем характеристику устройства, которую необходимо ввести (рис. 2).
  2. Введем информацию об устройстве из справочных данных.
  3. В меню Tools выберем Extract Parameters для извлечения всех важных параметров модели для текущих технических требований. В столбце Active в рамке Parameters для каждого извлеченного параметра модели появится галочка.
  4. Повторяйте шаги 1–3 до тех пор, пока модель не будет соответствовать заданному поведению.

Чтобы просмотреть измененные рабочие характеристики, на инструментальной панели нажмем кнопку Update Graph . Если рабочие характеристики рассматриваются перед подгонкой, то точки данных и график для текущих технических требований модели, возможно, не соответствуют требованиям.

В таблице 2 показаны типы устройств, для которых можно создать модели PSpice, основанные на характеристиках из справочных данных.

Таблица 2. Характеристики устройств, поддерживаемых Model Editor
Характеристики устройств, поддерживаемых Model Editor

Создание моделей, основанных на шаблонах PSpice

Для создания модели PSpice на основе шаблона выполним следующие шаги:

  1. В Model Editor создадим новую библиотеку или откроем существующую библиотеку.
  2. В меню Model выберем New.
  3. Определим название новой модели в текстовом поле Model Name.
  4. Выберем опцию Use Templates.
  5. В раскрывающемся списке From Model выберем тип устройства. Рассматриваемый тип устройства, вероятно, придется снабдить некоторыми другими деталями. Например, если это биполярный транзистор, то необходимо будет определить тип его проводимости (PNP или NPN).
  6. Нажмем OK

Окно параметров Simulation Parameters появляется со значениями по умолчанию всех параметров моделирования (рис. 3). Эти величины доступны для редактирования. Обратите внимание, что окно Model Text модели PSpice на основе шаблона недоступно для редактирования.

Диалоговое окно Simulation Parameters
Рис. 3. Диалоговое окно Simulation Parameters

При создании имитационных моделей на основе шаблона с помощью пользовательского интерфейса Model Editor, можно добавить информацию о допустимых отклонениях. Информация о допустимых отклонениях требуется только для выполнения анализа Advanced Analysis Monte Carlo и Advanced Analysis Sensitivity.

Столбцы Postol, Negtol и Distribution используются для определения информации о допустимых отклонениях. В столбцах Postol и Negtol определим соответственно положительные и отрицательные допустимые отклонения для каждого из параметров моделирования. Возможные типы распределения:

  • FLAT— использует плоскую функцию распределения;
  • BSIMD.4.2 — использует бимодальную функцию распределения;
  • GAUSS0.4— использует гауссову функцию распределения;
  • SKEW.4.8 — использует несимметричную функцию распределения.

По умолчанию тип распределения — FLAT. Тип распределения влияет на анализ Sensitivity и Monte Carlo.

В таблице 3 перечислены типы устройств, для которых с помощью Model Editor могут быть созданы модели на основе шаблона.

Таблица 3. Типы устройств, для которых могут быть созданы модели на основе шаблона
Типы устройств, для которых могут быть созданы модели на основе шаблона

Импорт существующей модели

Можно импортировать созданные третьей стороной модели Spice в формат, который понимает Model Editor. Импорт модели позволяет осуществлять редактирование модели с помощью пользовательского интерфейса Model Editor.

  1. Откроем Model Editor. В меню Пуск выберем Programs/OrCAD 15.7/PSpice Accessories/Model Editor.
  2. Откроем библиотеку моделей. В меню File выберем New или Open.
  3. В меню Model выберем Import.
  4. Выберем файл, содержащий описание модели, и нажмем Open.

Импортированная модель появится в библиотеке моделей. Рекомендуется использовать один файл только для одного описания модели. Файл свойств устройства, связанный с моделью, не импортируется.

Создание УГО в Model Editor является необязательным. По умолчанию разрешается автоматическое создание УГО. Однако если генерирование УГО предварительно блокировано, необходимо будет разрешить эту операцию перед созданием новой модели и УГО. Вместо того чтобы использовать УГО PSpice по умолчанию для новых моделей, можно использовать собственный набор стандартных УГО.

Для автоматического создания УГО для новых моделей:

  1. В меню Tools выберем Options.
  2. Выберем Always Create Part When Saving Model (рис. 4).
  3. Рис. 4. Диалоговое окно Options
    Рис. 4. Диалоговое окно Options
  4. Под Schematic Editor выберем Capture.
  5. Под Save Part To введем название библиотеки УГО для нового компонента.
  6. Выберем Path Same As Model Library для создания или открытия файла *.OLB, который имеет тот же самый префикс названия, что и открытая в данный момент библиотека моделей (*.lib). Пример. Если библиотека моделей — MYPARTS.LIB, то Model Editor создаст библиотеку УГО MYPARTS.OLB.
  7. Выберем User-Defined Part Library, а затем введем название файла в текстовое поле Part Library Name. Если выбирается определенная пользователем Part Library (библиотека УГО), Model Editor сохраняет все новые УГО к указанному файлу, пока он не будет изменен.

Когда сохраняются изменения, Model Editor делает следующее:

  • сохраняет описание модели в библиотеке моделей, которая была первоначально открыта;
  • если разрешено автоматическое создание УГО, сохраняет описание УГО в библиотеке моделей .OLB.

Если необходимо сохранить открытую модель в новой библиотеке, то:

  1. В меню File выберем Save As.
  2. Введем название новой библиотеки моделей.

Если необходимо сохранить описание модели, которое в настоящее время редактируется в другой библиотеке, то:

  1. В меню Model выберем Export.
  2. Введем название нового файла. Замечание: когда используется команда Export, описание модели сохраняется с расширением .MOD.
  3. Если необходимо, чтобы PSpice искал этот файл автоматически, сконфигурируйте его в Capture (используя перечень файлов Library вкладки Configuration Files в диалоговом окне Simulation Settings).

Нельзя экспортировать сложные модели в единственный файл MOD. Экспорт модели в тот же самый файл записывает поверх первоначальное содержание файла MOD.

Для сохранения новой модели и УГО:

  1. В меню File выберем Save, чтобы обновить MODEL_LIBRARY_NAME.LIB, MODEL_LIBRARY_NAME.PRP (и если было разрешено создание УГО, каталог MODEL_LIBRARY_NAME) и сохраним их на диске.

Чтобы использовать модели, добавим Model Library (.LIB) к проекту, для этого:

  1. В меню PSpice выберем Edit Simulation Profile. Откроется диалоговое окно Simulation Settings.
  2. Нажмем вкладку Configuration Files.
  3. Щелкнем Library в поле Category.
  4. Найдем библиотеку моделей с помощью кнопки Browse и нажмем Add to Design.

Запустим Model Editor из редактора схем:

  • определим допустимые отклонения на параметры модели для статистического анализа;
  • испытаем различные варианты поведения компонента;
  • усовершенствуем модель перед тем, как сделать ее доступной для всех проектов.

Когда необходимо выбрать образец компонента и отредактировать его модель, Model Editor автоматически создаст образец модели, которую можно затем изменить. После запуска Model Editor можно продолжить ввод информации из справочных данных и подстройку модели. Можно также использовать Model Editor для рассмотрения синтаксиса описания модели. Когда закончено рассмотрение, убедитесь, что Model Editor закрыт без сохранения библиотеки, так, чтобы редактор страницы схемы не создал образец модели. Когда программа Model Editor вызвана из схематического редактора, создание УГО блокировано.

Экземпляр модели — копия первоначальной модели компонента. Скопированная модель является локальной по отношению к проекту. Можно подгонять экземпляр модели, не вызывая конфликтов с любым другим проектом, который использует первоначальный компонент из библиотеки.

Экземпляры модели создаются только тогда, когда необходимо отредактировать модели из глобальных библиотек. Если для редактирования открыта модель из локальной библиотеки, после редактирования модель будет сохранена в той же локальной библиотеке. Когда схематический редактор создает копию, он сохраняет копию модели в DESIGN_NAME.LIB.

Для запуска редактирования экземпляра модели:

  1. В редакторе схем Capture выберем один компонент на странице схемы щелчком на нем.
  2. В меню Edit выберем PSpiceModel.

Если экземпляр модели найден, схематический редактор страницы запускает Model Editor, который открывает библиотеку проекта и загружает экземпляр модели. Если экземпляр модели не найден, схематический редактор страницы предполагает, что это новый экземпляр модели, делает копию первоначального описания модели в DESIGN_NAME.LIB и запускает Model Editor с новой загруженной моделью.

После того, как запущена программа Model Editor, можно перейти к изменениям модели. Когда необходимо сохранить результаты редактирования, для обеспечения связи экземпляра модели с выбранными экземплярами УГО в проекте делается следующее:

  • Программа Model Editor сохраняет описания модели в DESIGN_NAME.LIB.
  • Если библиотека новая, Model Editor конфигурирует DESIGN_NAME.LIB для локального использования.

Схематический редактор страницы назначает новое название модели (свойство Implementation) для каждого из выбранных экземпляров УГО. Для сохранения экземпляра модели, для обновления DESIGN_NAME.LIB и сохранения ее на диске в меню File выберем Save.

Прежде чем схематический редактор страницы запустит Model Editor, он сделает следующее:

  • сделает копию первоначальной модели и сохранит ее как экземпляр модели в SCHEMATIC_NAME.LIB;
  • сконфигурирует SCHEMATIC_NAME.LIB для использования в проекте, если это еще не сделано;
  • присоединит новое название экземпляра модели (свойство Implementation) для выбранного экземпляра УГО.

Литература

  1. Разевиг В. Д. Система проектирования OrCAD 9.2. М.: Солон-Р. 2001.
  2. Златин И. Моделирование на функциональном уровне в OrCAD 9.2 // Компоненты и технологии. 2003. № 3, 4.
  3. Златин И. В Монте-Карло с OrCAD 9.2 // Компоненты и технологии. 2003. № 5.
  4. Златин И. Графический анализ результатов моделирования в OrCAD 9.2 // Компоненты и технологии. 2003. № 7.
  5. Златин И. Расширенный анализ (Advanced Analysis) и режим анализа Smoke в PSD 15.0 и OrCAD 10.0 // Компоненты и технологии. 2004. № 4.
  6. Златин И. Advanced Analysis и режим анализа Sensitivity в PSD 15.0 и OrCAD 10.0 // Компоненты и технологии. 2004. № 5.
  7. Златин И. Advanced Analysis и режим анализа Optimizer в PSD 15.0 и OrCAD 10.0 // Компоненты и технологии. 2004. № 6, 8.
  8. Златин И. Advanced Analysis и режим анализа Monte Carlo в PSD 15.0 и OrCAD 10.0 // Компоненты и технологии. 2005. № 9.
  9. Златин И. Advanced Analysis и режим анализа Troubleshooting в PSD 15.0 и OrCAD 10.0 // Компоненты и технологии. 2006. № 1.
  10. Златин И. Программа Advanced Analysis и режим анализа Parametric Plotter в OrCAD 10.5 // Компоненты и технологии. 2006. № 2. x
  11. Златин И., Хамзин Н. Программа Transformer Designer (разработчик трансформаторов) в OrCAD 10.5 // Компоненты и технологии. 2006. № 5–8.
  12. Златин И., Хамзин Н. Программа Transformer Designer (разработчик трансформаторов) в OrCAD 10.5 // Компоненты и технологии. 2006. № 5–8.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке