仿真元件设置及参数说明

ghl621 · 发表于 2010-7-15 21:59

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调入仿真元件库及仿真元件设置参数说明

提示：首先在设计管理器中选择Browse Sch页面，在该页面的Browse区域中的
下拉框中选择Libraries，单击Add/Remove按钮，在弹出的窗口上部搜寻下拉框中，
选择Protel99SE所在的文件夹，再选择路径：Protel99SE文件夹/Library\Sch，
在元件库显示窗口找到Sim，单击窗口下部的Add按钮，就可以看到在窗口中
的Selected Files区域将显示仿真元件库Sim的路径，最后单击OK按钮，就把仿
真元件库添加到了元件库管理器。
库文件选择窗口见本屏幕的左侧Browse Sch页面。

A.认识仿真元件库和库中的内容。
提示：Protel99SE中有如下仿真元件库：
7SEGDISP.lib：七段数码管库。
74xx.Lib：通用74系列数字集成电路库。
BJT.lib：双极型三极管。
BUFFER.lib：缓冲器库。
CAMP.lib：电流放大器库。
CMOS.Lib：CMOS数字集成电路库。
COMPARATOR.lib：比较器库。
CRYSTAL.Lib：石英晶体库。
DIODE.Lib：二极管库。
IGBT.lib：绝缘栅双极性晶体管库。
JFET.Lib：结型场效应晶体管。
MATH.lib：具有各种数学功能的两端口元件库。
MESFET.Lib：砷化镓场效应晶体管库。
MISC.lib：杂元件库。包括模数、数模和锁相等电路。
MOSFET.Lib：金属氧化物场效应管库。
OPAMP.lib：运算放大器库。
OPTO.lib：光耦器库。包括4N25。
REGULATOR.lib：稳压电源库。包括7805、7812、LM317和TL431。
RELAY.Lib：继电器库。5V、12V等继电器。
SCR.Lib晶闸管库。
Simulation Symbols/Lib：基本仿真元件库。包括电阻、电容、电感、各种电源等
基本仿真器件。
SWITCH.Lib：开关元件库。
TIMER.lib：时基电路库。包括555和556。
TRANSFORMER.Lib变压器元件库。
TRANSLINE.Lib：传输线元件库。
TRIAC.lib：双向晶闸管库。
TUBE.lib：电子管库。
UJT.lib：单结晶体管库。

B. Protel Advanced SIM99中的仿真元件库
  以下是 Protel Advanced SIM99中所包含的仿真元件库。这些元件从使用角度可以分为两类：一类是需要用户设置参数的元件，一类是不需要用户设置参数的元件。
1.需要用户设置参数的元件库
  下面这些元件库中的元件具有一些普通原理图库中元件所没有的仿真属性域。这些域需要用户来设定参数。
（1）Simulation Symbols.lib  通用器件（电阻、电容、电感、电源、受控源、熔丝等）
（2）Diode.lib    二极管
（3) Bjt.lib       晶体管
（4）Jfet.lib    结型场效应晶体管
（5）MOSfet.lib    金属氧化物半导体场效应晶体管
（6）Mesfet.lib       金属半导体场效应晶体管
(7)Switch.lib       开关
（8）Crystal.lib    石英晶体
(9) Relay.lib          继电器
（l0）Transformer.lib    互感（变压器）
(11)Transline.lib       传输线
(12) 74xx.lib       74系列TTL元件
(13)Cmos.lib    CMOS4000系列元件
2.不需要用户设置参数的元件库
(1)7segdisp.lib          通用的不同颜色7段LED。
(2)Buffer.lib          缓冲器件。
（3）CAmp.lib             电流放大器。
（4）Comparator.lib       比较器。
（5）IGBT.lib             绝缘栅双极型晶体管。
（6） Math.lib          具有运算功能的两端口器件。
（7）Misc.lib             各种不同的集成电路和其它器件。
(8) Opamp.lib          运算放大器。
（9）Opto.lib             光耦合隔离器件。
（l0）Regulator.lib       电源调节器。
（11）SCR.lib             晶闸管。
（12）Timer.lib          555时钟芯片。
(13) Triac.lib          三端双向晶间管。
（l4）Tube.lib          真空管/电子管。
（l5）UJT.lib             单结晶体管。
  注意：这些复杂元件的属性对话框中的 Part Type域中包含了这些器件所用的 SPICE模型的名字、不要改变 Part Type域，否则会改变这个元件的模型．

C．仿真元件参数的设置
  这些元件具有特殊的属性域如图3所示。其中仿真元件特有的属性域在Part Fields1-8和Part Fields9-16属性域中，其它元件与此相同。
1）Lib Ref ：元件模型，此项不可改动
2）Designator ：元件名称
3）Part type：  元件标称值
4）Temp：    工作温度，可选项
5）L：       长度，可选项
7）W：       宽度，可选项
1.电阻
在仿真库Symbols.Lib中有4种电阻类型可供仿真原理图用。
(l) RES       定值电阻
(2) RESSEMI    半导体电阻
(3) RPOT       分压电阻
(4) RVAR       可变电阻
2．电容
(1)CAP    定值无极性电容
(2)CAP2    定值有极性电容
(3)CAPSEMI    半导体电容
3.电感  INDUCTOR
4.二极管  Diode.lib
在库中包含了数目巨大的以工业标准部件命名的二极管.
5.电压/电流控制开关
(1)CWS默认电流控制开关
(2)SW默认电压控制开关
(3)SW05 VT=500.0m的电压控制开关
(4)SWM10 VT=0.01的电压控制开关
(5)SWP10  VT=0.01的电压控制开关
(6)STTL  VT==2.5 VH=0.1的电压控制开关
(7)TTL VT=2  VH=1.2  ROFF=100E+6的电压控制开关
(8)TRIAC  VT=0.99 RON=0.1 ROFF=1E+7的电压控制开关
6.传输线
（1）LITRA----无损传输线
（2）LTRA----有损传输线
（3）URC----均匀传输线

二 SIM99中的激励源描述及设置

一、激励源设置
1.直流源
  在库Simulation Symbols.lib中，包含了如下的直流源器件：
(1)VSRC       电压源。
(2)ISRC          电流源。
这些源提供了用来激励电路的一个不变的电压或电流输出。对直流源的属性对话框可如下设置：
● Designator----直流源器件名称。
● Part Type----电压源的电压或电流源的电流的幅值。
● AC----如果设计者欲在此电源上进行交流小信号分析，可设置此项（典型值为1）
● AC Phase----小信号的电压相位。
2．正弦仿真源
库 simulation symbols.lib中，包含了如下的正弦源器件：
(1)  VSIN       正弦电压源。
(2) ISIN       正弦电流源。
  通过这些源可创建正弦波电压和电流源。对正弦仿真源的属性对话框可如下设置；
● Designator—一设置所需的激励源器件名称，如INPUT。
● DC——此项将被忽略。
● AC——如果设计者欲在此电源上进行交流小信号分析，可设置此项（典型值为1）。
● AC Phase－一小信号的电压相位
● OFFSET——电压或电流的正弦偏置。
● Amplitude——正弦曲线的峰值，如 100m。
● Frequency——正弦波的频率，单位为Hz。
● Delay—一激励源开始的延时时间，单件为s
● Damping——每秒止弦波幅值上的减少量，设置为正值将使正弦波以指数形式减少。为负值则将使幅值增加。如果为0，则给出一个不变幅值的正弦波。
● Phase——时间为0时的正弦波的相移，如50。
3．周期脉冲源
库Simulation  Symbols.lib中，包含了如下的周期脉冲源器件。
(l)VPULSE          电压脉冲源。
(2)IPULSE          电流脉冲源.
  利用这些源可以创建周期的连续的脉冲。对周期脉冲源的属性对话框可如下设置：
● Designator----设置所需的激励源器件名称，如INPUT。
● DC------------此项将被忽略。
● AC----如果设计者欲在此电源上进行交流小信号分析，可设置此项（典型值为1）。
● AC Phase——小信号的电压相位。
● Initial Value——电压或电流的起始值。
● Pulsed——延时和上升时间时的电压或电流值。
● Time Delay——激励源从初始状态到激发时的延时；单位为秒。
● Rise Time—一上升时间，必须大于0。
● Fall Time——下降时间，必须大于0。
● Pulse Width----脉冲宽度，即脉冲激发状态的时间，单位为秒。
● Period——脉冲周期，单位为秒，如5u。
4．分段线性源（Prece－Wise－ Liner Source）
库Simulation Symbols.lib中，包含了如下的分段线性源器件：
(1)VPWL          分段线性电压源。
(2)IPVWL       分段线性电流源。
使用该分段线性源可以创建任意形状的波形。对分段线性源的属性对话枢可如下设置：
● Designator——设置所需的激励源器件名称，如INPUT.
● DC——此项将被忽略：
● AC——如果设计者欲在此电源上进行交流小信号分析，可设置此项（典型值为1）。
● AC Phase——小信号的电压相位。
● Time/Voltage——这一对数为时间/幅值；输入由空格隔开的最多8对数。该对数的Time/Current第一个数是单位为秒的时间，第二个数为当时的电压或电流的幅值，如0U 5V 5U 5V 12U OV  50U 5V  60U 5V  ●File Name——包含分段线性源数据的外部文件。文件必须在同一目录下，文件的扩展名为“pwl”。
注意：分段线性源可通过两种途径获得数据．
如下为分段线性源获得数据的两种途径。
(1)设计者可以用一列多达8个点的数据描述这个波形，可以直接在属性对话框中输入后点所定义的时间必须大于前点，否则，循环将终止。
(2)设计者可以通过一个ASCll码文本文件定义该波形，该文件包含不确定数目的点，该文件必须在同一目录下，同时该文件扩展名为PWL。该点的数据需成对输入。
格式为:时间幅值。
  文件中每一个数据行的起始符必须是一脉冲符+，并且每一行包括最多255个字符。该文件中的值必须以一个或多个空格或TAB符隔开。文件中，注解行的起始符必须是星号（*）。
5．指数激励源
库 Simulation Symbols.lib中，包含了如下的指数激励源器件：
(1)VEXP          指数激励电压源
(2)IEXP          指数激励电流源
  通过这些源可创建带有指数上升沿和下降沿的脉冲波形。对指数激励源的属性对话框可如下设置:
● Designator----设置所需的激励源器件名称，如lNPUT。
● AC----如果设计者欲在此电源上进行交流小信号分析，可设置此项（典型值为1）。
● AC Phase——小信号的电压相位。
● Initial Value——一时间为0时的电压或电流的幅值。
● Pulse Value——输出振幅的最大幅值。
● Rise Delay—一上升延迟时间，即输出值从起始值到峰值间的时间差，单位为秒。
● Rise Time——上升时间常数。
● Fall Delay----下降延迟时间，即输出值从峰值到起始值间的时间差，单位为秒
● Fall Time----下降时间常数。
6．单频调频源
库Simulation Symbols.lib中，包含了如下的单频调频源器件:
(1)VSFFM          电压源。
(2)SFFM          电流源。
通过这些源可创建一个单频调频波。对单频调频源的属性对话框可如下设置：
● Designator—一设置所需的激励源器件名称如INPUT。
● DC——此项将被忽略。
● AC—一如果设计者欲在此电源上进行交小信号分析，可设置此项（典型值为1）。
● AC Phase——小信号的电压相位。
● OFFSET——一偏置，如2.5。
● Amplitude——输出电压或电流的峰值，如 2.5。
● Carrier——载频，如 100KHz。
● Modulation——调制指数，如5.
● Signal——调制信号频率，如 10KHz。
注意：波形将用如下的公式定义。
V(t)= VO ＋VA*sin(2*PI*Fc*t＋MDI*sin(2*PI*Fs*t))
t 为当时时间    VO  为偏置    VA  为峰值       Fc  为载频
MDI  为调制指数    Fs  为调制信号频率
7．线性受控源
库Simulation  Symbols.lib中，包含了如下的线性受控源器件：
(1) HSRC    线性电压控制电流源。
(2) GSRC    线性电压控制电压源
(3)FSRC    线性电流控制电压源。
(4)ESRC    线性电流控制电压源。
对线性受控源的属性对话框可如下设置：
● Designator----设置所需的激励源器件名称如GSRC1。
● Part Type——对于线性电压控制电流源，设置跨导，单位为 S（西门子）。
对干线性电压控制电压源，设置电压增益，其无量钢。
对于线性电流控制电压源，设置互阻，单位为
对于线性电流控制电压源，设置电流增益，其无量纲。
二、定义仿真初始状态
1．定义仿真电路的节点
  为了很容易的识别电路中感兴趣的节点，可以使用网络标号给这些节点命名，如VIN、VOUT、CLOCK等。这样可以很容易识别这些节点信号。
2．定义仿真初始状态
  对于有些电路可能需要预设节点电压以促使模拟解的收敛。在仿真库中有两个特殊的初始状态预置符.NS和.IC。
（1）.NS 节点电压预置符，.NS用于设定节点电压以使电路顺利进入工作点分析状态，然后设定的电压值失效，继续进行实际的工作点分析。
(2).IC初始状态设置符，.IC用于在暂态分析中设定电路初始状态。
1．直流源（VSRC、ISRC、VSRC2）
建立直流电压源和电流源，为拟仿真的电路提供电源。
表1：直流源参数设置
Attribute/Part Fields 设置
Designator 直流电源标号
Part Type 电压或电流幅度
AC Magnitude 交流小信号的电压
AC Phase  交流小信号电压初相位
可在Simulation Sources工具板中点击直流电压按钮，直接放置+5V、-5V、+12V和-12V四种直流电压源。
说明：
（1）在下文中均以电压源为例说明。
（2）交流小信号电压是交流小信号分析的信号源。在SPICE中没有专门的交流小信号电压源，该信号存在于所有的电源或信号源中。交流小信号分析是线性分析，一般可设其幅度为1，初相位为0。这样，仿真得到的输出幅度即为增益，相位值即为相差。不管运行何种仿真，最好都设置交流小信号电压参数，可减少仿真出错。
（3）凡已提到过的电源属性设置在下面不再重复。
2．正弦源（VSIN/ISIN）
建立正弦波电压/电流源。
表2：正弦源参数设置
Part fields 设置
DC  工作点分析的直流分量
Offset  直流偏移量（如0.25）
Amplitude  幅度（如1）
Frequency  频率（如1K）
Delay  延时值（如500u）
Damping Factor  阻尼因子，以1/秒为单位。（如500）
Phase delay 正弦波的初相位（如90）
以表中参数仿真得图4所示图线：
图4
在Simulation Sources工具板中点击正弦波按钮，放置幅度为1，频率为1K、10K、100K和1MEG的正弦信号源。
3．脉冲源（VPUSE/IPUSE）
产生脉冲波形，如矩形波、梯形波和三角波等。
表3：脉冲源参数设置
Part Fields 设置
Initial Value 时刻为0的电平值（如0、0.5）
Pulsed Value 时刻为（Time Delay +Rise Time）的电平值（如1、-0.5）
Time Delay  从初始时刻到信号开始的时间延迟（如0、0.5m）
Rise Time  信号上升时间时间，应大于0（如1p、0.5m）
Fall Time  信号下降时间，应大于0（如1p、1m）
Pulse Width  高电平持续的时间（如1m、2m）
Period  周期，应大于上面三项值的和（如2m、3m）
Period Delay 脉冲初相位（如90、0）
以上表中两组数据仿真，可得方波和梯形波如图5：
图5
在Simulation Sources工具板中点击方波按钮，直接放置幅值为1，占空率为0.5，频率为1K、10K、100K和1MEG的方波信号源。
4．分段线性源（VPWL/IPWL）
建立分段线性电压/电流源。
表4：分段线性源参数设置
Part Fields 设置
Time-Voltage pairs  时间-幅值数对。由空格隔开的最多为8对数。
File Name 描述分段线性电压的文本文件。
分段线性源设置以折线连接而成的信号电源。位于Time-Voltage pairs栏中的数组“0 0 1 1 2 1 2.5 2 3.5 2 4 0”产生图6分段线性电压。
图6
如果转折点（包括起点和终点）超过8点，则以一个文本文件来描述。在文本中写入以空格隔开的时间-幅度数对，每行以255个字符为限。在File Name栏中填入路径和包括后缀的文件名。
5．指数源（VEXP/IEXP）
建立按指数规律变化的电压/电流源。
表5：指数源参数设置
Part Fields 设置
Initial Value 时刻为0时的电压（如0）
Pulse Value 脉冲最大值（如1）
Rise Delay 上升延迟时间（如1m）
Rise Time 上升时间常数（如1m）
Fall Delay 下降延迟时间（如5m）
Fall Time 下降时间常数（如0.5m）
下降延迟时间是从时刻0开始计算的。按表中参数仿真，得指数波形如图7。
图7
6．频率调制源（VSFFM/ISFFM）
频率调制源是以一个较低频率的信号调制另一个较高频率的信号。
表6：频率调制源参数设置
Part Fields 设置
Offset 输出信号直流偏移量（如1）
Amplitude 输出信号幅度（如1）
Carrier Frequency 载波信号频率（如100K）
Modulation Index（MDI）调制系数（如5）；MDI=频率偏移量/ FS
Signal Frequency（FS）调制信号频率（如10K）
按上表参数仿真，可得调制信号波形如图8。
图8
7．线性受控源
线性受控源有四种：
电压控制电流源（GSRC）函数关系为：Io=GVi，式中G称跨导。
电压控制电压源（ESRC）函数关系为：Vo=EVi，式中E称电压增益。
电流控制电流源（FSRC）函数关系为：Io=FIi，式中F称电流增益。
电流控制电压源（HSRC）函数关系为：Vo=HIi，式中H称互阻。
如在电压控制电流源GSRC中，设G=5（西门子），Vi=5（伏），则输出电流为25（安）。
8．非线性受控源（BVSRC/BISRC）
此类电源也被称为“方程定义源”，电源输出被一个使用者定义的表达式所规定。表达式中用到的电压或电流在电路的另一个节点上。
表达式中可用的数学运算符是+、-、*、/和^等，数学函数包括绝对值ABS()、平方根SQRT()、自然和常用对数LN()和LOG()、以e为底的指数EXP()、三角函数SIN()、ASIN()、COS()、ACOS()、TAN()、和ATAN()等、双曲函数SINH()、ASINH()、COSH()和ACOSH()等。
作为函数自变量的电压用V(NETLABEL)表示。如位于节点IN上的电压为V(IN)。下面的表达式都是合法的：
V(IN)^3、SIN(V(IN))。
表达式中引用的自变量电压是相对于接地节点GND而言的，所以在电学上而言是电位。也可以选用另外的节点（如CVOLT）作为参考点。此时函数式中的电压应表示为：
V(NETLABEL1,NETLABEL2) 这样，上面的表达式就要写成V(IN,CVOLT)^3。
说明：如果函数LOG()、LN()和SQRT()的自变量小于0，则按自变量的绝对值计算。如果除数为0或LOG()和LN()的自变量为0，将显示出错信息。
9．压控振荡源
有电压控制方波振荡器（SQRVCO）、电压控制三角波振荡器（TRIVCO）和电压控制正弦波振荡器（SINEVCO）等三种压控振荡源。压控振荡源的输出频率与输入的直流控制电压成正比。
表7：压控振荡源参数设置
Part fields 设置
LOW 输出最低电平
HIGH 输出最高电平
CYCLE 占空因数
RISE 波形上升时间
FALL 波形下降时间
在Part fields页中有C1~C5和F1~F5等10个选项。这些参数定义电压向频率的转化函数。C定义输入电压的5个值，如C1为0伏、C2为1伏、…等。F1到F5为对应于C1到C5的5个频率值，如F1为0赫、F2为1K赫、…等。如此，则输入信号为0伏时，输出信号的频率为0赫；输入信号为1伏时，输出信号的频率为1K赫；…等等。这5个点之间的电压-频率关系则由系统以线性插值自动计算。
图9
10．频率转为电压源（FTOV）
输出电压是输入信号频率的线性函数
表8：频率转为电压源参数设置
Part Fields 设置
VIL 输入阈电压下限
VIH 输出阈电压上限
CYCLES 每伏电压输出的波形周期数