Визуальное моделирование электронных схем (стр. 1 из 7)
Введение
В 70-х гг. XX в. стали интенсивно разрабатываться программы анализа электронных схем с помощью ЭВМ. Наибольшую известность с некоторых пор получила программа SPICE (SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis), разработанная в Калифорнийском университете (США). Она оказалась очень удачной и фактически стала эталоном. Принятые в ней математические модели компонентов используются во многих программах систем автоматизированного проектирования (САПР), таких как ДИСП, ДИСП-ПК (Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет), Micro-CapV и им подобных. Первая версия программы PSpice для персонального компьютера (IBMPC) была создана в 1984 г. корпорацией MicroSim. С тех пор разработано достаточно много версий программы на платформе DOS, а в последнее время – на платформе Windows. Но все последующие версии используют те же алгоритмы, что и SPICE для компьютеров типа IBM 360, тот же формат представления входных и выходных данных. Основу системы DesignLab составляет программа PSpice [11, 16, 17]. Демонстрационную версию программы DesignLab можно получить через Internet по адресу www.microsim.com или www.orcad.com.
1. Управляющая оболочка Schematics
1.1 Графический редактор Schematics
Графический редактор Schematics позволяет создавать чертежи принципиальных схем в среде Windows и осуществлять запуск других программ, в частности PSpice – для моделирования аналоговых устройств и Probe – для графического отображения, обработки и документирования результатов моделирования.
Моделируемая схема может состоять из резисторов, конденсаторов, индуктивностей, диодов (включая стабилитроны и варикапы), биполярных и полевых транзисторов. Кроме того, из этих компонентов можно создавать макромодели или иерархические структуры более сложных электронных устройств – операционных усилителей, компараторов, тиристоров и др.
Графический редактор вызывается щелчком мыши по пиктограмме Psshed. В процессе его загрузки подключаются библиотеки графических символов компонентов и экран приобретает вид, показанный на рис. 1. Редактор Schematics имеет основное меню и панель инструментов. Основные символы панели инструментов совпадают с принятыми в системах MicroSoft.
Вначале нужно выбрать команду File, в ниспадающем меню – строку New, если создаётся новая схема, или строку Open, если загружается существующая схема. (Сокращённо порядок этих действий будем обозначать далее как File/ Open, разделяя имена команд и подкоманд косой чертой).
Рис. 1 - Экран графического редактораSchematics
Символы компонентов наносятся на схему по команде Draw/GetNewPart (или вызывается также щелчком по пиктограмме). После этого выбирается компонент для размещения на схеме. (Для ускоренного поиска компонента в строке PartName можно написать его имя.) Размещается компонент на чертеже нажатием кнопки Place или Place & Close. Последовательным нажатием левой кнопки мыши можно разместить необходимое количество компо-нентов на чертеже, после нажатия правой кнопки мыши компонент «отвязывается» от курсора мыши. Последние десять символов компонентов сохраняются в оперативном списке, из которого они быстро извлекаются нажатием на стрелку в правой части панели.
Проводники наносятся на схему по команде Draw/Wire или нажатием на пиктограмму с изображением карандаша.
Позиционные обозначения наносятся на схему автоматически (с возможностью их редактирования вручную после двойного щелчка левой кнопки мыши по выделенному обозначению компонента). Имена цепей проставляются автоматически и на чертёж не выводятся. Однако, если известны цепи, характеристики которых будут выводиться в программе Probe, цепи можно маркировать вручную. Для этого достаточно щелчком левой кнопки мыши выделить желаемую цепь и после двойного щелчка левой кнопки в меню Label указать имя цепи – цифровое, буквенное или смешанное. Например OUT2, IN, 123 и т.д.
Кроме того, при использовании специальных маркеров при нажатии на пиктограммы
и 
именовать цепи не обязательно – достаточно пометить маркером нужную цепь, и на графике после завершения анализа будет выведена соответствующая характеристика.Отметим, что освоить графический ввод схем достаточно легко, особенно если пользователь уже знаком с работой в любом другом графическом редакторе. Интерфейс графического редактора очень «дружественный» и осваивается достаточно быстро в процессе проб и ошибок.
1.1.1 Настройка конфигурации
Работа с графическим редактором начинается либо с загрузки созданного ранее файла схемы с расширением *.sch по команде File/Open, либо с очистки поля экрана выбором команды File/New. После этого приступают к настройке конфигурации схемного редактора с помощью команд меню Option (рис. 2). Параметры конфигурации при загрузке программы устанавливаются автоматически, однако иногда полезно их изменить или убедиться в их правильности. Параметры конфигурации заносятся в файл msim.ini и сохраняются при работе с последующими схемами.
Рис. 2 - Меню Option и диалоговое окно команды Option/DisplayOption
1.1.2 Установка параметров изображения
Устанавливаются следующие параметры (рис. 2б):
– GridOn – включение/выключение координатной сетки;
– Snap-to-Pin – включение/выключение режима привязки концов проводников при их нанесении на схему к ближайшему выводу компонента, находящегося в области захвата, радиус которой определяется параметром Gravity – радиусом области захвата;
– Rubberband – включение/выключение режима перемещения компонента вместе с присоединёнными к нему проводниками;
– Orthogonal – переключение режимов ввода только ортогональных проводников и проводников с произвольным наклоном;
– CursorXandY – вывод текущих координат курсора в строке состояния (рекомендуется включать всегда);
– GridSize – шаг координатной сетки (шаг координатной сетки рекомендуется устанавливать равным 1,25 мм, 2,5 мм или 0,1 дюйма – с таким шагом обычно выполнены фирменные библиотеки, поставляемые вместе с DesignLab).
1.1.3 Подключение библиотек
В верхней части меню команды EditorConfiguration в окне Libraries приведён список подключённых библиотек символов компонентов (с расширением.slb), а в строке LibraryPath – путь доступа к библиотекам.
Рис. 3 - Подключение библиотек символов а) и текстовых библиотек б)
Эти библиотеки подключаются к программе Schematic при её загрузке. Для редактирования списка этих библиотек щелчком выбирается кнопка LibrarySetting и открывается меню, показанное на рисунке 3а. Имя файла библиотеки указывается после щелчка по кнопке Browse в стандартном стиле Windows. После имени файла нажимается одна из кнопок Add* или AddLocal. В первом случае библиотека будет доступна для всех проектов, во втором – только для текущего проекта.
Подключение текстовых библиотек компонентов с расширением.lib выполняется по команде Analysis/LibraryandincludeFiles –открывается меню, приведённое на рисунке 3б. Дальнейший порядок действия аналогичен подключению библиотек символов.
1.2 Создание принципиальных схем
1.2.1 Размещение компонентов на схеме
Создание принципиальной схемы начинается с размещения компонентов. Нажатие на пиктограмму
вызывает появление окна выбора имени компонента (рис. 4).
Рис. 4 - Окно выбора имени компонента
Если в строке PartName указан символ * (по умолчанию), то в окне выводится алфавитный список компонентов, содержащийся во всех подключённых библиотеках. Можно также в строке PartName набрать имя компонента или его начальные символы. Нужный компонент указывается щелчком курсора, после чего его изображение выводится в центральном окне. После выбора компонента и нажатия кнопки Place или Place & Close его символ размещается на схеме, причём изображение перемещается вместе с курсором. При одновременном нажатии клавиш CTRI+R (Rotate) компонент поворачивается на 90о, CTRL+F (Flip) – зеркально отражается. Щелчок левой кнопки мыши фиксирует компонент, после чего на схеме можно разместить ещё одну копию. Щелчок правой кнопки мыши прекращает ввод данного компонента. Заметим, что выбранный компонент окрашен другим цветом, обычно красным, и перемещается по схеме после фиксации и удержания на нём курсора.
1.2.2 Размещение электрических цепей
После щелчка по пиктограмме
курсор приобретает форму карандаша. Начало цепи, точка излома, точка соединения с другой цепью или выводом компонента фиксируется щелчком левой кнопки мыши. Щелчок правой кнопки прекращает рисование цепи. При этом последний сегмент цепи окрашен в красный цвет, то есть данная цепь выбрана для редактирования.Электрические соединения проводников обозначаются жирной точкой. Если провести два проводника, не останавливаясь в точке их пересечения, то электрическое соединение не образуется. Точка соединения проставляется только для Т-образных пересечений. Поэтому для обеспечения электрического контакта пересекающихся проводников рисование второго проводника нужно закончить в точке пересечения с первым (нажатием левой кнопки). В результате возникнет точка электрического соединения, после чего можно продолжить рисование второго проводника от этой точки.
На схеме обязательно должен быть узел «земли», всегда имеющий имя 0, – к нему присоединяется символ AGND (аналоговая земля) из библиотеки port.slb.