Функциональные источники сигналов
Поскольку в описании атрибутов нелинейных зависимых источников (точнее генераторов) нельзя использовать параметры компонентов схемы и математические функции, то для получения сложных функциональных зависимостей в MC используется шесть функциональных источников сигналов. Источники работоспособны при проведении всех видов анализа схем. Путь к источникам: ComponentAnalog PrimitivesFunction Sources. Два из них NFV и NFI можно определять алгебраическими выражениями в атрибуте VALUE с использованием всех переменных и математических функций, допустимых в MC. Источники позволяют задавать сложные воздействия, например все виды модулированных колебаний.
| функциональный источник напряжения (NFV) |
| функциональный источник тока (NFI) |
Четыре зависимых источника: NTIofV (ИТУН), NTIofI (ИТУТ), NTVofV (ИНУН), и NTVofI (ИНУТ) определяются с помощью атрибута TABLE где задаются таблицы параметров.
Диоды и стабилитроны
Имя диода в библиотеке компонентов – Diode, а стабилитрона – Zener. Путь к данным компонентам: ComponentAnalog PrimitivesPassive Components.
| диод (Diode) |
| стабилитрон (Zener) |
Данные компоненты имеют основные атрибуты: PART <имя> и MODEL <список параметров модели>. Определение атрибута MODEL возможно несколькими способами. Если компонент будет использоваться в нескольких схемах, то его целесообразно ввести в библиотеку моделей компонентов. В этом случае в поле атрибута MODEL вводится лишь имя диода из библиотеки моделей, например, MODEL=USER. При этом имя диода можно выбрать из уже имеющихся имен диодов в библиотеке щелчком мыши. Список имен, имеющихся в библиотеке, высвечивается в правом поле окна атрибутов. Если же необходимо внести в библиотеку моделей новый диод с новыми параметрами, то поступают следующим образом. Для обращения к библиотеке моделей выполняют команду FileOpen. В открывшемся окне выбирается из списка типов файлов файлы библиотеки Model Library по расширению .lbr. В результате открывается список с именами имеющихся в программе библиотек. Выбирается библиотека по ее имени в списке. Открывается выбранная библиотека. В левом верхнем поле, по щелчку мыши на черном треугольнике, открывается окно со списком моделей компонентов данной библиотеки. В этом окне выбирается интересующий компонент с именем Diode. Открывается окно с именами и параметрами диодов. (Отметим, что описанным способом можно открыть окно с моделями любого типа компонентов, входящих в данную библиотеку). Для добавления в библиотеку нового диода необходимо нажать кнопку Add. В левом окне с именем Name List в конце списка появляется строка с именем New. В правом поле параметров устанавливаются параметры модели по умолчанию, которые возможно редактировать с учетом значений параметров требуемой модели. Далее необходимо присвоить новому диоду имя в библиотеке моделей, которое будет появляться в правом поле окна атрибутов. Для этого вводиться новое имя в окне Name (слева вверху окна компонента), например USER. Щелкнув мышью в строке New, переносим имя USER в эту строку вместо New. После этого введенный диод можно использовать в любой другой схеме. Важно, что при выборе имени диода из библиотеки моделей в окне атрибутов, параметры модели диода автоматически записываются в окно текстового отображения схемы. Поэтому определение атрибута MODEL возможно путем использования уже существующей модели из правой части окна атрибутов с последующей корректировкой параметров в текстовом окне МС редактора.
Кроме описанных способов пользователь может осуществить ввод параметров в поле атрибута MODEL в виде текста. Обозначения наиболее важных параметров диода следующие:
| Обозначение | Параметр | Размерность | Значение по умолчанию |
| Level | Тип модели (1 – SPICE2G, 2 – PSpice) | 1 | |
| IS | Ток насыщения при температуре 27оС | А | 1014 |
| RS | Объемное сопротивление | Ом | |
| N | Коэффициент инжекции | ||
| TT | Время переноса заряда | с | |
| CJO | Барьерная емкость при нулевом смещении | Ф | |
| VJ | Контактная разность потенциалов | В | |
| M | Коэффициент лавинного умножения | 0,5 | |
| BV | Обратное напряжение пробоя (положительная величина) | В | |
| IBV | Начальный ток пробоя, соответствующий обратному напряжению пробоя (положительная величина) | А | 1010 |
| KF | Коэффициент, определяющий спектральную плотность фликкерного шума | ||
| AF | Показатель степени, определяющий зависимость спектральной плотности фликкерного шума от тока через переход | ||
| RL | Сопротивление утечки перехода | Ом |
С полным списком параметров диода, воспринимаемых программой МС, можно ознакомится в [1, 2, 3].
2.2.11. Соединители
Путь к соединителям: ComponentAnalog PrimitivesConnectors. В данном разделе размещены компоненты: Ground (земля), Tie (соединитель) и Jumper (перемычка без электрического контакта в точке пересечения с проводником).
| Компонент Ground должен обязательно содержаться в каждой схеме. Узлу, где подключен элемент Ground, программа МС присваивает номер 0 и считает потенциал в данном узле равным нулю. |
| Компоненты Tie имеют текстовое обозначение и используются для соединения двух и более разнесенных на схеме точек в один узел. Все одноименные элементы Tie считаются электрически соединенными. |
| Компоненты типа Jumper позволяют создавать пересечение без электрического контакта. В программе МС принято соглашение, что пересекающиеся проводники, имеющие символ точки при их пересечении, считаются электрически соединенными. |
Активные компоненты цепей
Биполярные транзисторы
Имена биполярных транзисторов в библиотеке компонентов – NPN и PNP. Путь к биполярным транзисторам: ComponentAnalog PrimitivesActive Devices.
| n-p-n транзистор (NPN) |
| p-n-p транзистор (PNP) |
Биполярные транзисторы имеют основные атрибуты: PART <имя> и MODEL <список параметров модели>. Определение атрибута MODEL возможно несколькими способами. Если компонент будет использоваться в нескольких схемах, то его целесообразно ввести в библиотеку моделей компонентов. В этом случае в поле атрибута MODEL вводится лишь имя биполярного транзистора из библиотеки моделей, например, MODEL=USER. При этом имя транзистора можно выбрать из уже имеющихся в библиотеке имен щелчком мыши. Список имен, имеющихся в библиотеке, высвечивается в правом поле окна атрибутов. Если необходимо внести в библиотеку моделей новый транзистор с новыми параметрами, то поступают следующим образом. Для обращения к библиотеке моделей выполняют команду FileOpen. В открывшемся окне выбирается из списка типов файлов файлы библиотеки Model Library по расширению .lbr. В результате открывается список с именами имеющихся в программе библиотек. Выбирается библиотеку по ее имени в списке. Открывается выбранная библиотека. Открывается окно со списком моделей компонентов данной библиотеки. В этом окне выбирается интересующий компонент с именем NPN или PNP. Открывается окно с именами и параметрами биполярных транзисторов. Для добавления в библиотеку нового транзистора необходимо нажать кнопку Add. В левом окне с именем Name List в конце списка появляется строка с именем New. В правом поле параметров устанавливаются параметры модели по умолчанию, которые возможно редактировать с учетом значений параметров требуемой модели. Далее необходимо присвоить новому транзистору имя в библиотеке моделей, которое будет появляться в правом поле окна атрибутов. Для этого вводиться новое имя в окне Name (слева вверху окна компонента), например USER. Щелкнув мышью в строке New, переносим имя USER в эту строку вместо New. После этого введенный транзистор можно использовать в любой другой схеме. Важно, что при выборе имени транзистора из библиотеки моделей в окне атрибутов, параметры модели транзистора автоматически записываются в окно текстового отображения схемы. Поэтому определение атрибута MODEL возможно путем использования уже существующей модели из правой части окна атрибутов с последующей корректировкой параметров в текстовом окне МС редактора.
Кроме описанных способов пользователь может осуществить ввод параметров в поле атрибута MODEL в виде текста. Обозначения наиболее важных параметров биполярного транзистора следующие:
| Обозначение | Параметр | Размерность | Значение по умолчанию |
| IS | Ток насыщения при температуре 27оС | А | 1016 |
| BF | Максимальный коэффициент усиления тока в нормальном режиме в схеме с общим эмиттером (без учета токов утечки) | 102 | |
| BR | Максимальный коэффициент усиления тока в инверсном режиме в схеме с общим эмиттером | ||
| NF | Коэффициент неидеальности в нормальном режиме | ||
| NR | Коэффициент неидеальности в инверсном режиме | ||
| VAF | Напряжение Эрли в нормальном режиме для модели Гуммеля-Пуна | В | |
| VAR | Напряжение Эрли в инверсном режиме для модели Гуммеля-Пуна | В | |
| RC | Объемное сопротивление коллектора | Ом | |
| RE | Объемное сопротивление эмиттера | Ом | |
| RB | Объемное сопротивление базы (максимальное) при нулевом смещении перехода база-эмиттер | Ом | |
| TF | Время переноса заряда через базу в нормальном режиме | с | |
| TR | Время переноса заряда через базу в инверсном режиме | с | |
| CJE | Емкость эмиттерного перехода при нулевом смещении | пФ | |
| VJE(PE) | Контактная разность потенциалов перехода база-эмиттер | В | 0,75 |
| MJE(ME) | Коэффициент, учитывающий плавность эмиттерного перехода | 0,33 | |
| CJC | Емкость коллекторного перехода при нулевом смещении | Ф | |
| VJC(PC) | Контактная разность потенциалов перехода база-коллектор | В | 0,75 |
| MJC(MC) | Коэффициент, учитывающий плавность коллекторного перехода | 0,33 | |
| CJS(CCS) | Емкость коллектор-подложка при нулевом смещении | Ф | |
| VJS(PS) | Контактная разность потенциалов перехода коллектор-подложка | В | 0,75 |
| MJS(MS) | Коэффициент, учитывающий плавность перехода коллектор-подложка | ||
| KF | Коэффициент, определяющий спектральную плотность фликкерного шума | ||
| AF | Показатель степени, определяющий зависимость спектральной плотности фликкерного шума от тока через переход |
С полным списком параметров биполярного транзистора, воспринимаемых программой МС, можно ознакомится в [1, 2, 3].
МОП транзисторы
Имена МОП транзисторов в библиотеке компонентов – NMOS и PMOS. Путь к биполярным транзисторам: ComponentAnalog PrimitivesActive Devices.
| n-МОП транзистор (NMOS, транзистор с каналом n-типа) |
| p-МОП транзистор (PMOS, транзистор с каналом p-типа) |
МОП транзисторы имеют основные атрибуты: PART <имя> и MODEL <список параметров модели>. Определение атрибута MODEL возможно несколькими способами. Если компонент будет использоваться в нескольких схемах, то его целесообразно ввести в библиотеку моделей компонентов. В этом случае в поле атрибута MODEL вводится лишь имя МОП транзистора из библиотеки моделей, например, MODEL=USER. При этом имя МОП транзистора можно выбрать из уже имеющихся имен источников в библиотеке щелчком мыши. Список имен, имеющихся в библиотеке, высвечивается в правом поле окна атрибутов. Если же необходимо внести в библиотеку моделей новый МОП транзистор с новыми параметрами, то поступают аналогично случаю биполярных транзисторов. Кроме описанных способов пользователь может осуществить ввод параметров в поле атрибута MODEL в виде текста. Ввод параметров или выбор модели МОП транзистора осуществляется также как и для ранее перечисленных компонентов. Обозначения наиболее важных параметров МОП транзистора следующие:
| Обозначение | Параметр | Размерность | Значение по умолчанию |
| LEVEL | Уровень модели (1,2,3) | 1 | |
| L | Длина канала | м | DEFL |
| W | Ширина канала | м | DEFW |
| VTO | Пороговое напряжение при нулевом смещении подложки | В | |
| KP | Параметр удельной крутизны | А/В | 2*105 |
| GAMMA | Коэффициент влияния потенциала подложки на пороговое напряжение | В1/2 | вычисляется |
| PHI | Поверхностный потенциал сильной инверсии | В | 0,6 |
| LAMBDA | Параметр модуляции длины канала (не используется при LEVEL=3) | 1/В | |
| RD | Объемное сопротивление стока | Ом | |
| RS | Объемное сопротивление истока | Ом | |
| RG | Объемное сопротивление затвора | Ом | |
| RB | Объемное сопротивление подложки | Ом | |
| IS | Ток насыщения переходов сток-подложка и исток-подложка | А/м2 | 1014 |
| CGSO | Удельная емкость перекрытия затвор-исток на длину канала за счет боковой диффузии | Ф/м | |
| CGDO | Удельная емкость перекрытия затвор-сток на длину канала за счет боковой диффузии | Ф/м | |
| CGBO | Удельная емкость перекрытия затвор-подложка за счет выхода затвора за пределы канала | Ф/м | |
| TT | Время переноса заряда через переход | с | |
| NSUB | Уровень легирования подложки | 1/см3 | нет |
| TOX | Толщина оксида | м | вычисляется |
| DELTA | Коэффициент влияния ширины канала на пороговое напряжение (не используется при LEVEL=1) | ||
| KF | Коэффициент, определяющий спектральную плотность фликкерного шума | ||
| AF | Показатель степени, определяющий зависимость спектральной плотности фликкерного шума от тока через переход |
С полным списком параметров МОП транзистора, воспринимаемых программой МС, можно ознакомится в [1, 2, 3].
Операционные усилители
Имя операционного усилителя в библиотеке компонентов – Opamp. Путь к биполярным транзисторам: ComponentAnalog PrimitivesActive Devices.
| операционный усилитель (Opamp) |
Операционный усилитель имеет основные атрибуты: PART <имя> и MODEL <список параметров модели>. Определение атрибута MODEL возможно несколькими способами. Если компонент будет использоваться в нескольких схемах, то его целесообразно ввести в библиотеку моделей компонентов аналогично случаю транзисторов. Кроме описанных способов пользователь может осуществить также ввод параметров в поле атрибута MODEL в виде текста. Обозначения наиболее важных параметров операционного усилителя следующие:
| Обозначение | Параметр | Размерность | Значение по умолчанию |
| LEVEL | Уровень модели (1,2,3) | 1 | |
| TYPE | Тип входного транзистора (используется только при LEVEL=3): 1 – NPN; 2 – PNP; 3 – JFET. | ||
| C | Емкость коррекции (используется только при LEVEL=3) | Ф | 3*1011 |
| A | Коэффициент усиления по постоянному току | 2*105 | |
| ROUTAC | Выходное сопротивление по переменному току | Ом | |
| ROUTDC | Выходное сопротивление по постоянному току | Ом | |
| VOFF | Напряжение смещения нуля (используется только при LEVEL=3) | В | 103 |
| IOFF | Разность входных токов смещения (используется только при LEVEL=3) | А | 109 |
| SRP | Максимальная скорость нарастания выходного напряжения (не используется при LEVEL=1) | В/с | 5*105 |
| SRN | Максимальная скорость спада выходного напряжения (не используется при LEVEL=1) | В/с | 5*105 |
| IBIAS | Входной ток смещения (используется только при LEVEL=3) | А | 107 |
| VCC | Напряжение положительного питания (используется только при LEVEL=3) | В | |
| VEE | Напряжение отрицательного питания (используется только при LEVEL=3) | В | 15 |
| VPS | Максимальное выходное положительное напряжение (используется только при LEVEL=3) | В | |
| VNS | Максимальное выходное отрицательное напряжение (используется только при LEVEL=3) | В | 13 |
| CMRR | Коэффициент подавления синфазного сигнала (используется только при LEVEL=3) | 105 | |
| GBW | Площадь усиления (не используется при LEVEL=1) | 106 | |
| PM | Запас по фазе на частоте единичного усиления (не используется при LEVEL=1) | градусы | |
| PD | Потребляемая мощность (используется только при LEVEL=3) | Вт | 2,5*102 |
| IOSC | Выходной ток короткого замыкания (используется только при LEVEL=3) | А | 2*102 |
С температурными параметрами операционного усилителя, воспринимаемыми программой МС, можно ознакомится в [1, 2, 3].
2.4. Создание новой библиотеки компонентов
Программа МС поставляется с большой библиотекой компонентов. Однако зачастую возникает необходимость пополнения библиотеки, в первую очередь за счет создания библиотек пользовательских компонентов и макромоделей типовых устройств. Создание новой библиотеки начинается с вызова диалогового окна New командой FileNew из меню главного окна. В появившемся диалоговом окне выбирается опция «создание библиотеки» (Library). После чего открывается диалоговое окно, которое позволяет создавать и редактировать компоненты в новой библиотеке. Если требуется сохранить новую библиотеку, то по команде FileSave открывается следующее диалоговое окно. Если в процессе работы с MC требуется открыть ранее созданную библиотеку или библиотеку, входящую в состав MC, то по команде меню FileOpen открывается диалоговое окно. В нижнем поле окна выбирается для открытия файлы библиотеки, т.е. Model Library (расширение .lbr). В левом верхнем поле в открывшемся списке выбирается имя требуемой библиотеки. Вновь созданную библиотеку можно подключить к системе MC несколькими способами:
- если компоненты из библиотеки используются только в одной схеме, то имя файла библиотеки можно указать с помощью атрибута символа компонента FILE, например FILE=USER.LIB;
- в файле, имя которого непосредственно указывается с помощью директивы .LIB, например, .LIB USER.LIB;
- в файле, ссылка на который (например .LIB USER.LIB) помещается в файл NOM.LIB, загружаемый в программу МС по умолчанию по директиве .LIB NOM.LIB (этот способ наиболее удобен для отлаженных библиотек).
2.5. Добавление в библиотеку компонентов и редактирование параметров
Часто возникает необходимость редактировать параметры компонентов в существующей библиотеке. После выбора имени библиотеки открывается диалоговое окно, в котором можно редактировать параметры существующих компонентов и добавлять новые компоненты. Для установки соответствия между компонентами библиотеки и их отображением на схеме применяется диалоговое окно редактора компонентов Component Editor, вызываемое командой меню WindowsComponent Editor. Для создания нового компонента выбирается имя группы в правом окне Component Editor, в которой он должен быть расположен, и нажимается кнопка Add Component (Добавить компонент). Образуется новый компонент с именем (Name) new_1, new_2 и т.д. После этого заполняются поля текстовой информации и включаются необходимые опции, определяющие, будет или не будет виден атрибут компонента при редактировании схемы в редакторе схем. Каждому новому компоненту присваивается уникальное имя, указывается имя условного графического обозначения (Shape), после этого изображение символа в левом окне принимает необходимый вид. Далее указывается имя математической модели, начальное расположение позиционного обозначения и расположение имен выводов. Если компонент является макромоделью (Macro, Subckt), логическим выражением (Logic Expression), устройством задержки сигналов (Pin Delay) или устройством контроля (Constraints), необходимо дополнительно ввести выводы и присвоить им имена. Для этого щелчком мыши в окне символа отмечается расположение узла вывода и в открывшемся окне указывается его имя и тип: Analog – аналоговый, Digital – цифровой, по умолчанию устанавливается тип Analog. Для создания новой группы в списке компонентов курсор подводится к имени группы предыдущего уровня иерархии и нажимается кнопка Add Group (Добавить группу). Созданной группе автоматически присваивается имя New Group, которое затем может быть изменено в открывшемся в левой части экрана окне Group (Группа). Например, для создания в группе Analog Library библиотеки новых компонентов курсором выбирается имя этой группы, нажимается кнопка Add Group и в окне Group заменяется стандартное имя New Group на User или любое другое.
Для редактирования условных графических отображений компонентов используется диалоговое окно Shape Editor, вызываемое командой меню WindowsShape Editor. В появившемся окне можно отредактировать уже имеющиеся условные графические отображения компонентов, а также создать необходимые новые. Работа в данном графическом редакторе предельно проста и не требует специальных пояснений.