Назад в библиотеку

Исследование возможностей PSPICE для моделирования и диагностирования аналого- цифровых устройств

Автор: Калугин Р.В., Гущин А.В., Мазуренко А.А., Зинченко Ю.Е.
Источник:

В отличие от успехов в цифровой диагностике в настоящее время практически отсутствуют системы автоматической генерации тестов для аналоговых и аналогово- цифровых (АЦ) устройств. Проектирование и диагностирование таких устройств невозможно представить без мощных САПР, ядро которых составляет язык моделирования аналоговых и аналогово-цифровых схем. В настоящее время существует порядка 15 таких языков [1], однако лидирующая роль принадлежит языку PSPICE. Исследованию возможностей языка PSPICE с целью использования его при проектировании диагностической системы для АЦ-устройств и посвящается данный доклад.

PSPICE (Personal Simulation Program with Integrated Circuits Emphasis) — промышленный стандарт программ-имитаторов является наиболее всемирно- известным и популярным пакетом моделирования [2]. Данная среда моделирования позволяет имитировать схемы, содержащие любые соединения аналоговых и цифровых устройств. Акцент сделан на аналоговое моделирование. Возможности программы позволяют существенно упрощать процесс верификации проекта и соответственно ускорять и удешевлять появление качественного готового продукта. Среда PSPICE работает одновременно и с аналоговыми и цифровыми алгоритмами моделирования, в результате чего моделирование аналого-цифровых схем происходит без потери производительности даже при наличии тесных связей аналоговых и цифровых частей проекта.

Среда PSPICE позволяет выполнять следующие типы анализов:

  1. Анализ по переменному/постоянному току – позволяет наблюдать реакцию схемы на различные входные сигналы.
  2. Параметрический анализ Монте-Карло – дает возможность исследования изменений в поведении схемы при различных параметрах элементов схемы. Эта функция особенно важна и может быть использована для моделирования параметрических неисправностей.
  3. Анализ наихудшего случая для цифровых схем – позволяет определить проблемы, связанные с временными задержками, что создает предпосылки для моделирования динамических неисправностей (Delay faults).

PSPICE включает встроенные библиотеки, состоящие из более чем 15 000 аналоговых и 1600 цифровых элементов устройств, которые разрабатывались по всему миру. Среди библиотек есть модели с параметрами, которые можно подстраивать под различные устройства. Особым преимуществом PSPICE является возможность создавать собственные элементы, как цифровые, так и аналоговые. Поведение аналоговых и цифровых элементов (схем) задается с помощью функционального блока использующего математические выражения и функции. Это позволяет создавать модели любых аналоговых устройств, существующих на данный момент. Пример PSICE описания аналоговой схемы и моделирования его работы приведен на рис 1.

Средства PSPICE позволяют также графически отображать результаты моделирования схем с высоким разрешением, что позволяет с высокой точностью просматривать их на экране или на бумаге.

PSPICE код и моделирование аналоговой схемы

Рисунок 1. PSPICE код и моделирование аналоговой схемы

Имеются следующие возможности среды моделирования PSPICE:

  1. отображение результатов моделирования в различных окнах;
  2. сравнение результатов моделирования схемы с эталонным значением;
  3. графическое отображение напряжений, токов, мощности сигналов и помех;
  4. применение комплексных арифметических выражений для сигналов;
  5. комментирование и разметка схемных цепей.

В среде PSICE формируются два выходных файла: файл результатов моделирования и файл, содержащий графические данные. Результаты моделирования представляются в текстовом и графическом виде. Текстовый способ наиболее информативен, графический – более нагляден и удобен для использования.

Средства для создания библиотечных элементов и схем среды PSPICE позволяют создавать свои библиотеки и в дальнейшем использовать их для визуального проектирования схем. Для создания библиотек можно использовать Model Editor, с помощью которого можно описать не только поведение каждого элемента библиотеки, но и нарисовать его условно-графическое обозначение. Значительным преимуществом PSPICE является возможность удаленной работы с базами данных библиотечных элементов, размещенных в сети Internet.

Открывает широкие перспективы интеграция PCPICE с платформой MATLAB SIMULINK, которая широко применяется для моделирования поведения динамических систем и цифровой обработки сигналов (ЦОС), широко-используемой для диагностирования АЦ-устройств.

Проведенные исследования показали, что язык и среда моделирования PSPICE обладает необходимыми функциональными возможностями для построения системы диагностики АЦ-устройств.

Литература

  1. Asbenden J.. The System Designer’s Guide to VHDL-AMS, Asbenden Designs Pty. Ltd. And Adelaide University, and Wayne Wolf, Princeton University, 2003.
  2. Хайнеман Р.. PSPICE. Моделирование работы электронных схем: пер. с нем. М: ДМК Пресс, 2005
Назад в библиотеку