Στοιχεία κυκλώματος και μοντέλου

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

Στοιχειώδη εξαρτήματα

Πηγές τάσης και ρεύματος

Γραμμές μετάδοσης

Τρανζίστορς και Διόδοι

Στοιχειώδη εξαρτήματα

Αντιστάσεις (Resistors)

Γενική μορφή :

RXXXXXXX N1 N2 VALUE

Παραδείγματα :

R1 1 2 100

RC1 12 17 1K

N1 και N2 είναι οι δύο κόμβοι του στοιχείου. VALUE είναι η αντίσταση (σε ohm) και μπορεί να είναι θετική ή αρνητική, αλλά όχι μηδέν.

Αντιστάσεις ημιαγωγών (Semiconductor Resistors)

Γενική μορφή :

RXXXXXXX N1 N2 <VALUE> <MNAME> <L=LENGTH> <W=WIDTH> TEMP=T>

Παραδείγματα :

RLOAD 2 10 10K

RMOD 3 7 RMODEL L=10u W=1u

Αυτό είναι μία πιο γενική μορφή της αντίστασης και επιτρέπει την μοντελοποίηση της επίδρασης της θερμοκρασίας και για τον υπολογισμό της πραγματικής τιμής της αντίστασης από αυστηρώς γεωμετρικές πληροφορίες και για τα χαρακτηριστικά της διαδικασίας. Αν το VALUE έχει οριστεί, αυτό υπερισχύει των γεωμετρικών πληροφοριών και ορίζει την αντίσταση. Αν έχει ορισθεί το MNAME, τότε η αντίσταση μπορεί να υπολογισθεί από τις πληροφορίες διαδικασίας (process information) μέσα στο μοντέλο MNAME και το δοσμένα LENGTH και WIDTH. Αν δεν έχει ορισθεί το VALUE, τότε τα MNAME και LENGTH πρέπει να ορισθούν. Αν το WIDTH δεν έχει ορισθεί, τότε αυτό παίρνεται από το εξ ορισμού πλάτος (width) που έχει δοθεί μέσα στο μοντέλο. Η (προαιρετική) τιμή του TEMP είναι η θερμοκρασία στην οποία η συσκευή πρόκειται να λειτουργήσει, και υπερισχύει του χαρακτηριστικού θερμοκρασίας (temperature specification) στο .OPTION control line.

Μοντέλο αντίστασης ημιαγωγού ( R ) (Semiconductor Resistor Model)

Το μοντέλο αντίστασης αποτελείται από process-related δεδομένα συσκευής, τα οποία επιτρέπουν τον υπολογισμό της αντίστασης από γεωμετρικές πληροφορίες και την διόρθωση για την θερμοκρασία. Οι διαθέσιμες παράμετροι είναι :

Το φύλλο αντίστασης (sheet resistor) χρησιμοποιείται μαζί με τις παραμέτρους narrowing, L και W, από το εξάρτημα της αντίστασης (resistor device) για τον καθορισμό της ονομαστικής τιμής της αντίστασης, από τον τύπο :

R = RSH (L - NARROW) / (W - NARROW)

Το DEFW χρησιμοποιείται για να παρέχει μία default τιμή για το W, εάν δεν έχει καθορισθεί για το εξάρτημα. Αν είτε το RSH ή το L δεν έχουν ορισθεί, τότε χρησιμοποιείται η στάνταρ default τιμή της αντίστασης, του 1 ΚΩ. Το ΤΝΟΜ χρησιμοποιείται για να υπερισχύσει της τιμής του circuit-wide που δίνεται στο .OPTIONS control line, όπου οι παράμετροι του μοντέλου έχουν μετρηθεί σε διαφορετική θερμοκρασία. Αφού έχει υπολογιστεί η ονομαστική αντίσταση, αυτή διορθώνεται για την θερμοκρασία με τον τύπο :

R(T) = R (T0) [ 1 + TC1 (T - T0) + TC2 (T - T0)^2]

Πυκνωτές (Capacitors)

Γενική μορφή :

CXXXXXXX N+ N- VALUE <IC=INCOND>

Παραδείγματα :

CBYP 13 0 1UF

COSC 17 23 10U IC=3V

Ν+ και Ν- είναι ο θετικός και αρνητικός κόμβος του στοιχείου, αντίστοιχα. VALUE είναι η χωρητικότητα σε Farads.

Η (προαιρετική) αρχική συνθήκη είναι η αρχική (για χρόνο μηδέν) τιμή της τάσης του πυκνωτή (σε Volts). Πρέπει να σημειώσουμε ότι, οι αρχικές συνθήκες (αν υπάρχουν) εφαρμόζονται μόνο αν έχει ορισθεί η επιλογή UIC Option στην .TRAN control line.

Πυκνωτές ημιαγωγών (Semiconductor Capacitors)

Γενική μορφή :

CXXXXXXX N1 N2 <VALUE> <MNAME> <L=LENGTH> <W=WIDTH> <IC=VAL>

Παραδείγματα :

CLOAD 2 10 10P

CMOD 3 7 CMODEL L=10u W=1u

Αυτή είναι μία πιο γενική μορφή του πυκνωτή, που μας επιτρέπει να υπολογίσουμε την πραγματική τιμή της χωρητικότητας από αυστηρώς γεωμετρικές πληροφορίες και τα χαρακτηριστικά της διαδικασίας. Αν έχει ορισθεί η VALUE, αυτό ορίζει την χωρητικότητα. Αν το MNAME έχει ορισθεί, τότε η χωρητικότητα υπολογίζεται από τις πληροφορίες επεξεργασίας μέσα στο μοντέλο MNAME και από τα δοσμένα LENGTH και WIDTH. Αν δεν έχει ορισθεί η VALUE, τότε πρέπει να ορισθούν τα LENGTH και WIDTH. Αν το WIDTH δεν έχει ορισθεί, τότε αυτό παίρνεται από το default width το οποίο δίδεται μέσα στο μοντέλο. Είτε το MNAME ή το VALUE, LENGTH και WIDTH πρέπει να καθορίζονται, αλλά όχι και τα δύο σετ.

Μοντέλο πυκνωτή ημιαγωγού (C) (Semiconductor Capacitor Model)

Το μοντέλο πυκνωτή περιέχει επεξεργασία πληροφοριών που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στον υπολογισμό της χωρητικότητας από αυστηρώς γεωμετρικές πληροφορίες.

name	parameter	units	default	example
CJ	junction bottom capacitance	F/meters2	-	5.e-5
CJSW	junction sidewall capacitance	F/meters	-	2.e-11
DEFW	default device width	meters	1.e-6	2.e-6
NARROW	narrowing due to side etching	meters	0.0	1.e-7

Ο πυκνωτής έχει μία χωρητικότητα, η οποία υπολογίζεται από τον τύπο :

CAP = CJ (LENGTH - NARROW) (WIDTH - NARROW) + 2 CJSW (LENGTH + WIDTH - 2 NARROW)

Επαγωγείς (Inductors)

Γενική μορφή :

LYYYYYYY N+ N- VALUE <IC=INCOND>

Παραδείγματα :

LLINK 42 69 1UH

LSHUNT 23 51 10U IC=15.7MA

N+ και Ν- είναι οι θετικοί και αρνητικοί κόμβοι του στοιχείου, αντίστοιχα. VALUE είναι η επαγωγή σε Henries.

Η (προαιρετική) αρχική συνθήκη είναι η αρχική (για χρόνο μηδέν) τιμή του ρεύματος του επαγωγέα (σε Amps), το οποίο ρέει από το Ν+, μέσω του επαγωγέα, στο Ν-. Πρέπει να σημειώσουμε ότι οι αρχικές συνθήκες (αν υπάρχουν) εφαρμόζονται μόνο αν έχει ορισθεί η επιλογή UIC στην .TRAN analysis line.

Αμοιβαίοι Επαγωγείς Σύζευξης (Coupled (Mutual) Inductors)

Γενική μορφή :

KXXXXXXX LYYYYYYY LZZZZZZZ VALUE

Παραδείγματα :

K43 LAA LBB 0.999

KXFRMR L1 L2 0.87

LYYYYYYY και LZZZZZZZ είναι το ονόματα των δύο coupled επαγωγέων και VALUE είναι ο συντελεστής σύζευξης, Κ, το οποίο πρέπει να είναι μεγαλύτερο από το μηδέν και μικρότερο ή ίσο με 1. Χρησιμοποιώντας την σύμβαση 'dot', τοποθετεί ένα 'dot' στο πρώτο κόμβο του κάθε επαγωγέα.

Διακόπτες (Switches)

Γενική μορφή :

SXXXXXXX N+ N- NC+ NC- MODEL <ON> <OFF>

WYYYYYYY N+ N- VNAM MODEL <ON> <OFF>

Παραδείγματα :

s1 1 2 3 4 switch1 ONs2 5 6 3 0 sm2 off

Switch1 1 2 10 0 smodel1

w1 1 2 vclock switchmod1

w2 3 0 vramp sm1 ON

wreset 5 6 vclock lossyswitch OFF

Οι κόμβοι 1 και 2 είναι οι κόμβοι μεταξύ των οποίων οι τερματικοί διακόπτες (switch terminals) συνδέονται. Το όνομα του μοντέλου είναι υποχρεωτικό ενώ οι αρχικές συνθήκες είναι προαιρετικές. Για τον ελεγχόμενο από τάση διακόπτη, οι κόμβοι 3 και 4 είναι οι θετικοί και αρνητικοί κόμβοι ελέγχου αντίστοιχα. Για τον ελεγχόμενο από ρεύμα διακόπτη, το ελεγχόμενο ρεύμα είναι αυτό που περνά μέσα από την καθορισμένη πηγή τάσης. Η κατεύθυνση ροής του θετικού ελεγχόμενου ρεύματος είναι από τον θετικό κόμβο, μέσω της πηγής, στον αρνητικό κόμβο.

Μοντέλο διακόπτη (SW/CSW) (Switch Model)

Το μοντέλο διακόπτη μας επιτρέπει να περιγράψουμε ένα σχεδόν ιδανικό διακόπτη στο SPICE. Ο διακόπτης δεν είναι ακριβώς ιδανικός, μέσα στο οποίο η τιμή της αντίστασης δεν μπορεί να αλλάξει από το μηδέν στο άπειρο, αλλά πάντα πρέπει να έχει μία πεπερασμένη θετική τιμή. Με την κατάλληλη επιλογή των ON και OFF αντιστάσεων, μπορεί να είναι πραγματικά μηδέν και άπειρη σε σχέση με άλλα στοιχεία κυκλωμάτων. Οι διαθέσιμες παράμετροι είναι :

*(Κοιτάξτε στην .OPTIONS control line για την περιγραφή του GMIN, του οποίου η default τιμή σε off-resistance είναι 1.0e+12 ohms).

Η χρήση ενός ιδανικού στοιχείου το οποίο είναι έντονα μη-γραμμικό, όπως ένας διακόπτης, μπορεί να προκαλέσει μεγάλες ασυνέχειες στις τάσεις των κόμβων του κυκλώματος. Μία αστραπιαία αλλαγή όπως αυτή της αλλαγής κατάστασης του διακόπτη, μπορεί να προκαλέσει στρογγύλεμα αριθμών (numerical roundoff) ή προβλήματα ανοχής τα οποία να μας οδηγήσουν σε λάθος αποτελέσματα ή δυσκολίες χρονισμού (timestep difficulties). Ο χρήστης των διακοπτών μπορεί να βελτιώσει την κατάσταση ακολουθώντας τα παρακάτω βήματα :

Πρώτον, είναι καλό να θέσουμε ιδανικές εμπεδήσεις διακοπτών τόσο μεγάλες ή μικρές ώστε να είναι ασήμαντες σε σχέση με τα άλλα στοιχεία του κυκλώματος. Χρησιμοποιώντας εμπεδήσεις διακοπτών που πλησιάζουν το ιδανικό σε όλες τις περιπτώσεις επιδεινώνουμε το πρόβλημα των ασυνεχειών που αναφέραμε πιο πάνω. Φυσικά, όταν μοντελοποιούμε πραγματικά εξαρτήματα, όπως τα MOSFETS, η ON αντίσταση πρέπει να ρυθμίζεται σε ένα ρεαλιστικό επίπεδο εξαρτώμενο από το μέγεθος του εξαρτήματος που μοντελοποιούμε.

Αν μία μεγάλη γκάμα από ON και OFF αντιστάσεις πρέπει να χρησιμοποιηθεί μέσα στους διακόπτες (ROFF/RON 1e+12), τότε οι ανοχή στα λάθη που επιτρέπεται κατά την διάρκεια της transient ανάλυσης, πρέπει να μειωθεί με την χρήση της .OPTIONS control line και καθορίζοντας την τιμή του TRTOL να είναι μικρότερη από την εξ ορισμού τιμή, που είναι 7.0 . Όταν διακόπτες τοποθετούνται γύρω από πυκνωτές, τότε η επιλογή CHGTOL πρέπει επίσης να μειωθεί. Προτεινόμενες τιμές για τις δύο αυτές επιλογές είναι 1.0 και 1e-16 αντίστοιχα. Αυτές οι αλλαγές πληροφορούν το SPICE 3 να είναι περισσότερο προσεχτικό γύρω από τα σημεία των διακοπτών, έτσι ώστε να μην προκληθούν καθόλου λάθη κατά την διάρκεια μιας αστραπιαίας αλλαγής στο κύκλωμα.

Επιστροφή στο The Spice Page