Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5

Chương 1: Vẽ mạch nguyên lý bằng ORCAD CAPTURE 1.1. Tổng quan về Orcad Capture 1.2. Vẽ một mạch nguyên lí bằng Orcad Capture 1.2.1. Khởi động Capture 1.2.2. Tạo một project mới 1.2.2.1. Cửa sổ Capture CIS 1.2.2.2. Tạo một new project 1.2.2.3. Thiết lập kích thước cho bản vẽ 1.2.2.4. Một số công cụ hay dùng trong việc vẽ mạch nguyên lý 1.2.3. Vẽ sơđồ nguyên lý 1.2.3.1. Tìm kiếm và chọn linh kiện 1.2.3.2. Đặt linh kiện 1.2.3.3. Sắp xếp linh kiện 1.2.3.4. Chạy dây và hiệu chỉnh linh kiện 1.2.4. Kiểm tra lỗi sơđồ nguyên lý 1.2.5. Tạo netlist 1.3. Tạo linh kiện mới từ cửa sổ Capture 1.3.1. Giới thiệu 1.3.2. Các bước tạo linh kiện mới 1.3.2.1. Tìm datasheet 1.3.2.2. Phân tích datasheet 1.3.2.3. Khởi động capture 1.3.2.4. Tạo thư viện chứa linh kiện 1.3.2.5. Bắt đầu tạo linh kiện 1.3.2.5.1. Tạo từng nhóm chân linh kiện 1.3.2.5.2. Chỉnh sửa và vẽđường bao 1.3.2.5.3. Lưu Chương 2: Vẽ mạch in bằng ORCAD LAYOUT PLUS 2.1. Giới thiệu tổng quan về phần mềm Orcad layout 10.5: 2.2. Nội dung 2.2.1. Khởi động Layout plus 2.2.2. Một số menu lệnh cơ bản 2.2.2.1. File 2.2.2.1.1. Open 2.2.2.1.2. Import 2.2.2.1.2. Export 2.2.2.2. Tools 2.2.2.2.1. Library Manager 2.2.2.2.2. OrCAD Capture 2.2.3. Tạo project mới 2.2.3.1. Liên kết Footprint 2.2.3.1.1. Một số footprint thông dụng 2.2.3.1.2. Liên kết footprint 2.2.4. Đặt footprint trên board mạch 2.2.4.1. Chỉnh sửa chân linh kiện 2.2.4.2. Tạo mới chân linh kiện 2.2.4.3. Những chú ý khi tạo mới chân linh kiện 2.2.5. Một số thao tác cần thiết trước khi Layout 2.2.6. Thiết lập môi trường thiết kế 2.2.6.1. Thiết lập đơn vịđo và hiển thị 2.2.6.2. Đo kích thước board mạch 2.2.6.3. Định nghĩa Layer Stack 2.2.6.4. Thiết lập khoảng cách giữa các đường mạch 2.2.6.5. Thiết lập độ rộng đường mạch in 2.2.6.6. Vẽ Board Outline 2.2.7. Sắp xếp linh kiện lên board mạch 2.2.7.1. Sắp xếp linh kiện bằng tay 2.2.7.2. Sắp xếp linh kiện tựđộng 2.2.8. Vẽ mạch 2.2.8.1. Vẽ tựđộng 2.2.8.2. Vẽ bằng tay 2.2.9. Hoàn thiện bản mạch 2.2.9.1. Chèn một đoạn text vào mạch in 2.2.9.2. Phủđồng cho mạch in 2.2.9.3. Kiểm tra lỗi 2.2.10. In mạch Layout Chương 3: Mô phỏng mạch bằng ORCAD PSPISE 3.1. Giới thiệu Orcad Pspice 3.1.1. Chức năng của Pspice 3.1.2. Ưu điểm của Pspice với một số phần mềm mô phỏng thông dụng 3.2. Lí thuyết 3.2.1. Các công cụ hỗ trợ cho việc mô phỏng 3.2.1.1. Orcad Capture 3.2.1.2. Simulus Editor 3.2.1.3. Model Editor 3.2.2. Mô phỏng 3.2.2.1. Mô phỏng từ cửa sổ CAPTURE 3.2.2.3. Mô phỏng sử dụng cửa sổ Pspice hoặc Pspice A/D3.2.2.3.1. Các bước thực hiện 3.2.2.3.2. Xác định lại loại phân tích từ một file mô phỏng có sẵn 3.2.3. Các dạng phân tích cơ bản 3.2.3.1. Phân tích DC Sweep 3.2.3.1.1. Thiết lập mô phỏng DC sweep 3.2.3.1.2. Phân tích biến thứ cấp 3.2.3.1.3. Vẽ họđặc tuyến với phân tích DC Sweep 3.2.3.2. Phân tích Bias point 3.2.3.2.1. Hàm truyền tín hiệu nhỏ DC 3.2.3.2.2. Phân tích độ nhạy DC 3.2.3.3. Phân tích AC Sweep/Noise 2.2.3.3.1. Phân tích AC Sweep 3.2.3.3.2. Phân tích nhiễu (noise) 3.2.3.4. Phân tích Transient và Fourier 3.2.3.4.1. Phân tích Time domain (Transient) 3.2.3.4.2. Phân tích Fourier 3.2.4. Các dạng phân tích nâng cao gồm nhiều phân tích cùng lúc 3.2.4.1. Parametric và Temparature 3.2.4.1.1. Phân tích Parametric (tham số) 3.2.4.1.2. Phân tích nhiệt độ 3.2.4.2. Monte Carlo và Sensitivity/worst-case 3.2.4.2.1. Phân tích Monte Carlo 3.2.4.2.2. Phân tích Worst case 3.2.5. Mô phỏng số 3.3. Ví dụ 3.3.1. Ví dụ mô phỏng một số mạch tương tự 3.3.1.1. Mô phỏng một mạch theo phân tích DC 3.3.1.1.1. DC Sweep 3.3.1.1.2. DC Sweep/ secondary sweep 3.3.1.1.3. Họđặc tuyến và đường tải 3.3.1.2. Mô phỏng một mạch theo phân tích bias point (điểm phân cực) 3.3.1.2.1. Phân tích Bias point 3.3.1.3. Mô phỏng một mạch theo phân tích AC/Noise 3.3.1.3.1. Phân tích AC Sweep 3.3.1.3.2. Phân tích nhiễu AC/Noise 3.3.1.4. Mô phỏng một mạch theo phân tích trong miền thời gian 3.3.1.5. Phân tích Monte Carlo và Sensitivity/worst case (phân tích độ nhạy) 3.3.1.5.1. Phân tích Monte Carlo 3.3.1.5.2. Phân tích Sensitivity/worst case 3.3.1.6. Phân tích Parametric và nhiệt độ 3.3.1.6.1. Phân tích Parametric 3.3.1.6.2. Phân tích nhiệt độ 3.3.2. Mô phỏng một mạch số

pdf144 trang | Chia sẻ: banmai | Ngày: 02/03/2013 | Lượt xem: 334 | Lượt tải: 0download
Tóm tắt tài liệu Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Layout Plus  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 73 Chọn OK. Di chuyển đoạn text đến vị trí cần chèn, click chuột. Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Layout Plus  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 74 2.2.9.2. Phủ đồng cho mạch in Mục đích của vấn đề này là để chống nhiễu cho mạch điện. Cách làm như sau: • Chọn Obstacle Tool. Nhấp chuột vào khung mạch, con chuột co thành dấu cộng nhỏ thì click phải, chọn Property. • Màn hình sẽ xuất hiện hộp thoại Edit Obstacle. • Trong khung Obstacle Type chọn: Copper Pour. • Trong khung Obstacle Layer chọn lớp cần phủ Copper Pour: có thể là TOP hay BOTTOM. • Trong khung Net Attachment thì chọn là GND hoặc POWER, tùy theo bạn muốn phủ theo GND hay POWER. • Nhấn OK. Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Layout Plus  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 75 2.2.9.3. Kiểm tra lỗi Sau khi vẽ xong bạn cần kiểm tra lại sự đúng đắn của mạch điện bằng cách click chuột vào DRC trên thanh công cụ. Nếu mạch có lỗi hoặc cảnh báo (bằng những vòng tròn màu đỏ) thì bạn phải sửa hết các lỗi thì mạch in thì thiết kế mới không đảm bảo bị chạm nhau. 2.2.10. In mạch Layout Để in mạch Layout vừa vẽ, bạn thực hiện các bước sau: • Chọn Option >> Post Process Settings Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Layout Plus  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 76 • Nhấp chuột phải vào lớp muốn in (vd: lớp BOTTOM), chọn Preview Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Layout Plus  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 77 • Vào menu File, chọn Print/Plot • Chọn như trên, nhấp chọn OK. Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Layout Plus  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 78 Kết quả bạn đạt được là: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  3.1. Giới thiệu Orcad Pspice 3.1.1. Chức năng của Pspice Orcad là một chương trình ứng dụng gồm đầy đủ các công cụ cho một người thiết kế mạch. Ngoài công cụ để vẽ mạch nguyên lí, vẽ mạch in, Orcad bao gồm cả chương trình mô phỏng khá mạnh, được biết đến với tên Orcad Pspice. Pspice là một chương trình mô phỏng hoạt động của một mạch điện tử. Điều này cho phép bạn có thể kiểm tra khả năng hoạt động của môt mạch vừa thiết kế trước khi tiến hành vẽ mạch in và làm việc với các linh kiện thật. Pspice có thể mô phỏng mạch tương tự, mạch số hoặc mạch hỗn hợp cả các linh kiện tương tự và số. Đây là một trong những ưu điểm quan trọng của Pspice. Bạn có thể mô phỏng một mạch từ chính cửa sổ Capture hoặc Capture CIS, hoặc cũng có thể mô phỏng từ các cửa sổ của Pspice. Sau khi tiến hành cài đặt Orcad, từ thanh start, vào menu Orcad bạn có thể thấy có rất nhiều mục đều có chữ Pspice. Mỗi mục ứng với một cửa sổ riêng biệt và mỗi cửa sổ cho phép bạn làm việc với các dạng mô phỏng khác nhau. Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 80 Nếu bạn chọn mục Pspice bạn chỉ có thể mô phỏng một mạch tương tự, nhưng nếu chọn mục Pspice A/D bạn có thể mô phỏng mạch tương tự, mạch số, hoặc mạch hỗn hợp gồm các linh kiện tương tự và số. Pspice A/D được thiết kế gồm các vòng lặp hồi tiếp song song để bạn có thể mô phỏng một mạch hỗn hợp gồm cả linh kiện số và tương tự một cách riêng lẻ. Bên cạnh Pspice và Pspice A/D, bộ công cụ Orcad cũng bao gồm một số công cụ thêm vào để quan sát khả năng hoạt động và đánh giá độ tin cậy của bản thiết kế trước khi chuyển đổi nó thành sản phẩm thực. Ví dụ như Pspice smoke analysis cho phép người sử dụng mô phỏng mạch theo phân tích smoke dùng phân tích mạch với những điều kiện nguy hiểm nhất (stress conditions) của linh kiện. Hoặc Pspice Optimizer dùng để cân chỉnh các số liệu trong bản thiết kế sao cho phù hợp với điều kiện thực tế, giúp người thiết kế quan sát xem mạch vừa thiết kế có đạt được các mục tiêu hoạt động mà họ đặt ra hay không. Ngoài ra còn có các công cụ nâng cao cho các công cụ vừa kể trên, dùng cho mục đích rộng hơn khi thiết kế mạch sát với thực tế và yêu cầu nhiều linh kiện hơn. Orcad được đưa ra với 2 bản chính thức, bao gồm bản full dành cho mục đích thương mại và bản lite dành cho sinh viên, được cung cấp miễn phí. Nếu sử dụng bản Lite thì rất ít linh kiện, và việc mô phỏng sẽ gặp nhiều khó khăn, ngoài ra trong bản thiết kế cũng giới hạn số lượng linh kiện, rất khó để thiết kế các mạch lớn. Do đó trong tài liệu này trình bày cách mô phỏng sử dụng bản Orcad full. Pspice chỉ cho phép mô phỏng trong số lượng các linh kiện có sẵn trong thư viện cung cấp kèm theo sản phẩm. Việc tạo linh kiện mới tuy thực hiện được nhưng rất phức tạp, do đó sẽ không trình bày kĩ trong tài liệu này. Tuy nhiên, thư viện của Pspice rất lớn, cho phép người thiết kế có thể mô phỏng lên đến 16.000 linh kiện tương tự và 1.600 linh kiện số, do đó với người sử dụng hoàn toàn có thể yên tâm sử dụng Pspice để mô phỏng hầu hết các loại mạch thông thường. Trong nội dung tài liệu này, do thời gian có hạn và kinh nghiệm sử dụng Orcad Pspice chưa nhiều nên chỉ giới thiệu một số chức năng cơ bản của Orcad Pspice. Những chức năng nâng cao và phân tích thực tế (Smoke hay Optimizer) chưa thể nghiên cứu rõ ràng nên không đưa vào tài liệu này. 3.1.2. Ưu điểm của Pspice với một số phần mềm mô phỏng thông dụng Pspice là phần mềm mạnh về mô phỏng tương tự, phân tích dạng sóng. Mặc dù thư viện linh kiện của Pspice khá lớn nhưng thiếu những linh kiện hiển thị trực quan nên rất khó quan sát mạch số. Tuy nhiên phần phân tích mạch tương tự của Pspice thì khá đầy đủ, thư viện linh kiện nhiều và cho nhiều dạng phân tích đáp ứng yêu cầu thực tế nên có thể sử dụng hiệu quả trong việc thiết kế mạch thực tế. Hiện nay, phần mềm mô phỏng khá nổi tiếng là Proteus. Đây là phần mềm mạnh về mô phỏng vi điều khiển. Orcad Pspice thì không mô phỏng được vi điều khiển. Tuy nhiên về thư viện linh kiện thì Orcad Pspice nhiều hơn và vì thế khả năng mô phỏng cũng đạt hiệu quả hơn, nhất là đối với dạng mạch tương tự. Phần mềm Protel cũng có phần mô phỏng tương tự như Orcad Pspice, và cũng có thể lấy thư viện linh kiện từ Orcad sang nên khả năng mô phỏng cũng tương đối mạnh. Tuy nhiên dạng phân tích của Protel thì không đa dạng bằng. Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 81 3.2. Lí thuyết 3.2.1. Các công cụ hỗ trợ cho việc mô phỏng 3.2.1.1. Orcad Capture Đây là công cụ để chuẩn bị bản vẽ cho việc mô phỏng. Trong cửa sổ của Orcad Capture người sử dụng có thể làm những công việc sau để phục vụ cho việc mô phỏng: • Tạo một project mới. • Vẽ mạch. • Thiết lập thông số cho các linh kiện trong mạch. • Thiết lập dạng sóng đầu vào. • Thiết lập chế độ và các tham số để mô phỏng. • Chọn điểm để mô phỏng. 3.2.1.2. Simulus Editor Đây là công cụ để định dạng dạng sóng đầu vào của mạch, công cụ này cho phép người sử dụng tự định dạng dạng tín hiệu biến đổi theo thời gian được dùng trong quá trình mô phỏng. Để chọn công cụ này, bạn làm như sau: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 82 Cửa sổ của công cụ này sẽ xuất hiện, bạn chọn biểu tượng để tạo một dạng sóng mới: Để tạo dạng sóng bạn chọn biểu tượng , hộp thoại sau sẽ hiện ra: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 83 Bạn gõ tên của dạng sóng mới, và chọn dạng sóng cần thiết lập. Với Stimulus Editor bạn có thể thiết lập các dạng sóng sau: • Các dạng sóng tương tự: sóng sin, xung, sóng theo hàm mũ, sóng PWL(piecewise linear), SFFM (single-frequency FM). • Với dạng sóng số: xung đồng hồ đơn giản, đến các tín hiệu xung phức tạp và chuỗi bus. Sau khi chọn dạng sóng, bạn sẽ thiết lập thông số cho dạng sóng mới, bấm Ok, một hộp thoại khác hiện ra. Bạn thiết lập các thông số cho dạng sóng mới, sau đó bấm apply, bạn sẽ được dạng sóng mới. Ví dụ với các thông số như sau sẽ có dạng sóng mới tạo là: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 84 Riêng đối với dạng sóng tương tự PWL và các dạng sóng số, Stimulus Editor cho phép bạn tự vẽ dạng sóng mà không cần hộp thoại thiết lập thông số, bằng cách nhấp chuột vào các điểm ngay trên màn hình hộp thoại Stimulus Editor. 3.2.1.3. Model Editor Đây là công cụ giúp người sử dụng nạp vào các thông số của linh kiện để phục vụ cho quá trình mô phỏng, những linh kiện này phải có trong thư viện của Orcad Pspice hoặc Orcad Capture, người sử dụng chỉ thay đổi các thông số của linh kiện, kèm theo đó là thay đổi các đặc tuyến của linh kiện. Các thông số nạp vào có thể lấy từ datasheet của linh kiện. Để chọn công cụ này bạn làm như sau: Từ cửa sổ của Model editor bạn chọn biểu tượng để chọn linh kiện, sau đó thay đổi thông số linh kiện bằng cách điền các thông số vào bảng xuất hiện trong hộp thoại: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 85 Có 2 cách để thay đổi thông số linh kiện, dùng đặc tuyến và dùng bảng tham số: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 86 Tổng kết lại, để chuẩn bị cho việc mô phỏng bạn cần có các công cụ tạo ra một số file dữ liệu, có thể tổng kết như hình vẽ: 3.2.2. Mô phỏng 3.2.2.1. Mô phỏng từ cửa sổ CAPTURE Để mô phỏng một mạch hoàn toàn mới, chưa có lưu trong Orcad 10.5, bạn mở cửa sổ Capture: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 87 • Từ cửa sổ Capture, chọn biểu tượng để tạo một project mới, hộp thoại sau hiện ra: Bạn chọn tên cho project, chọn Analog or Mixed A/D để định dạng file mô phỏng (nếu không chọn như trên thì file tạo ra sẽ không mô phỏng được), rồi bấm OK. Một hộp thoại khác hiện ra: Nếu file mô phỏng tạo mới hoàn toàn không kèm theo hay thừa hưởng từ một file có sẵn nào thì bạn chọn Create a blank project rồi bấm OK. Như vậy bạn đã tạo ra một file mô phỏng mới. Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 88 • Sau khi vẽ mạch (phần vẽ mạch đã được hướng dẫn trong chương 1), bạn chọn file >> save hoặc bấm Ctrl+S hoặc chọn biểu tượng để lưu mạch vừa vẽ, bạn chọn tab Pspice >> New simulation profile để thiết lập thông số cho quá trình mô phỏng, một hộp thoại như sau hiện ra: Bạn đánh tên của file mô phỏng sẽ tạo, nếu không sử dụng file đính kèm bạn chọn none như hình vẽ, nếu sử dụng file đính kém bạn chọn biểu tượng rồi chỉ đến đường dẫn đến file đính kèm. Sau đó bạn chọn Create để tạo file mô phỏng. Hộp thoại sau sẽ hiện ra, đây là hộp thoại thiết lập thông số cho quá trình mô phỏng: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 89 • Chọn dạng mô phỏng từ tab Analysis. Nếu là mô phỏng số thì chọn tab Options rồi chọn Gate-level simulation từ hộp Category như hình vẽ: • Sau khi thiết lập đầy đủ thông số cho quá trình mô phỏng, chọn dạng mô phỏng, bạn bấm OK, file hiện thời của bạn đã là một file mô phỏng. (Việc chọn dạng mô phỏng nào, thiết lập ra sao sẽ trình bày trong từng loại mô phỏng ở phần Các dạng mô phỏng.) • Lúc này, bạn có thể sửa chữa mạch của mình nhưng sau đó phải thiết lập lại thông số cho file mô phỏng như trên. • Tiếp theo bạn mở Pspice >> Marker và chọn một trong những loại công cụ có sẵn để đặt vào điểm cần quan sát khi mô phỏng. Việc chọn loại marker nào tuỳ thuộc vào loại thông số (dòng hay áp ...) bạn muốn xem ở cửa sổ Probe. • Sau khi đặt các Marker, bạn chọn Run từ tab Pspice hoặc bấm F11 để bắt đầu mô phỏng. Nếu không có lỗi gì xuất hiện thì bạn sẽ nhận được một cửa sổ Pspice hiển thị dạng sóng hoặc các thông số cần mô phỏng. • Nếu có lỗi xảy ra, bạn có thể xem lỗi hiển thị ngay phía dưới khung cửa sổ Pspice mới mở: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 90 • Lúc này bạn có thể sửa lỗi rồi tiếp tục mô phỏng như trên. • Nếu thành công bạn sẽ nhận được một cửa sổ Pspice có dạng sóng kiểu như sau: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 91 3.2.2.3. Mô phỏng sử dụng cửa sổ Pspice hoặc Pspice A/D 3.2.2.3.1. Các bước thực hiện Trong phần này bạn có thể thực hiện mô phỏng từ cửa sổ Pspice với một file chứa mạch đã được vẽ sẵn. • Mở cửa sổ Pspice hoặc Pspice A/D (nếu bạn muốn mô phỏng một mạch số hoặc một mạch hỗn hợp gồm cả linh kiện số và tương tự): • Trong cửa sổ Pspice (hoặc Pspice A/D) bạn chọn File >> New >> Simulation profile để tạo ra một file mô phỏng. Lúc này hộp thoại sau sẽ hiện ra: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 92 Bạn đánh tên file mô phỏng sẽ tạo vào ô Profile name, và đánh tên file có chứa mạch mà bạn cần mô phỏng vào ổ Inherit from an existing profile (đây phải là một file Pspice thì mới thực hiện mô phỏng được), rồi bấm Create. • Hộp thoai Simulation setting sẽ hiện ra, bạn thiết lập thông số để mô phỏng như trong phần mô phỏng từ cửa sổ Capture, rồi bấm OK. • Sau đó, bạn chọn Run từ menu Simulation để chạy file mô phỏng. 3.2.2.3.2. Xác định lại loại phân tích từ một file mô phỏng có sẵn Bạn cũng có thể định dạng lại file đang chạy để thực hiện một dạng mô phỏng khác, hoặc với một tham số mô phỏng khác. Từ cửa sổ Pspice bạn thực hiện các thao tác như trong phần 2.2.2.3.1. để mở file cần mô phỏng. Để thiết lập lai thông số cho việc mô phỏng, bạn chọn Edit profile từ menu Simulation. Hộp thoại Simulation settings sẽ hiện cho phép bạn chọn lại dạng mô phỏng mong muốn. Như vậy về cơ bản việc thiết lập thông số cho các loại mô phỏng là như nhau, chỉ khác trong phần thiết lập thông số trong hộp thoại Simulation settings. Do đó, từ phần này trở đi, khi thiết lập loại mô phỏng, tôi chỉ nhắc các phần thiết lập từ hộp thoại Simulation settings mà thôi. Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 93 3.2.3. Các dạng phân tích cơ bản Pspice có thể thực hiện cả dạng mô phỏng tương tự, mô phỏng số và mô phỏng hỗn hợp gồm cả linh kiện tương tự và số. Đối với mạch số, Pspice chỉ hỗ trợ mô phỏng linh kiện số theo dạng phân tích Transient cơ bản, bao gồm cả dạng phân tích worst-case (gồm 2 trường hợp min-max). Đối với mạch hỗn hợp thì tất cả các dạng phân tích dưới đây đều được thực hiện. Pspice có thể thực hiện các dạng phân tích sau: • Phân tích DC, AC và transient: các dạng phân tích dáp ứng của mạch đối với những đầu vào khác nhau. • Phân tích Monte Carlo, sensitivity, worst-case, và parametric: để phân tích sư thay đổi của mạch đối với các giá trị khác nhau của các linh kiện, thành phần trong mạch. • Phân tích Digital worst-case timing: dùng để phân tích những vấn đề về thời gian chỉ xảy ra do sự truyền tín hiệu nhanh hoặc chậm. Các loại phân tích của Pspice: Loại phân tích Lựa chọn trong Analysis type Biến phân tích Phân tích DC Điểm phân cực Đặc tuyến truyền đạt tín hiệu nhỏ DC Độ nhay DC Đáp ứng tần số Nhiễu Phân tích Trasient Phân tích Fourier Phân tích tham số Nhiệt độ Monte Carlo Độ nhạy/ Trường hợp khắc nghiệt nhất DC Sweep Bias point Bias point Bias point AC Sweep/Noise AC Sweep/Noise Time domain (Transient) Time domain (Transient) Parametric sweep Temperature Monte Carlo/Worst-case Monte Carlo/Worst-case Nguồn (áp hoặc dòng) Tham số Nhiệt độ Tần số Tần số Thời gian Thời gian 3.2.3.1. Phân tích DC Sweep Phân tích DC phân tích hoạt động của mạch ứng với trường hợp mạch sử dụng nguồn một chiều. Phân tích DC được có thể thực hiện các phân tích sau: • DC sweep: Phân tích môt nguồn, một tham số hoặc một sự thay đổi theo nhiệt độ của một mạch có đầu vào là điện áp, dòng điện một chiều. Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 94 • Bias point: Tình toán điểm phân cực của một mạch cho trước. • DC sensitivity: Là một phần trong kiểu phân tích bias point, dùng để phân tích độ nhạy của điện áp tổng hoặc điện áp thành phần. • Small-signal DC transfer: Cũng là một phần trong kiểu phân tích Bias point, dùng để tính toán độ lợi của tín hiệu nhỏ DC, trở kháng vào, trở kháng ra. Các điều kiện để thực hiện phân tích DC: Loại biến phân tích Yêu cầu Voltage Source Current Source Temperature Model Parameter Global Parameter Nguồn áp một chiều Nguồn dòng một chiều Pspice A/D Model (.MODEL) Tham số tổng được định nghĩa trong Parameter Block (.PARAM) Để thiết lập các loại phân tích DC nói chung, trong hộp thoại Simulation settings chọn DC Sweep trong hộp Analysis type. • Phân tích DC cho phép bạn phân tích một nguồn (nguồn dòng hoặc nguồn áp), tham số tổng hoặc tham số mô hình, hoặc nhiệt độ trong một khoảng giá trị nhất định. Điểm phân cực của mạch được tính toán đối với mỗi giá trị phân tích. Điều này rất hữu ích khi tìm hàm truyền đạt của một mạch khuyếch đại, ngưỡng cao và ngưỡng thấp của cổng logic … • Để thiết lập thông số một chiều (nguồn một chiều, hoặc dòng một chiều) thì chọn Properties từ tab Edit, sau đó chọn cột DC rồi đánh vào giá trị của nguồn: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 95 • Để tính toán thông số DC của một mạch tương tự, Pspice loại bỏ những thông số có liên quan đến thời gian ra khỏi mạch. Điều này được thực hiện bằng cách hở mạch tất cả các tụ, ngắn mạch tất cả các cuộn cảm, và chỉ sử dụng các giá trị một chiều của nguồn áp và nguồn dòng. Tương tự với các mạch số, tất cả các trễ truyền đều được thiết lập bằng 0, và các nguồn phát được đưa về giá trị ban đầu. 3.2.3.1.1. Thiết lập mô phỏng DC sweep Để thiết lập mô phỏng DC sweep thì phải dùng những nguồn độc lập và thiết lập mức điện áp hoặc dòng điện 1 chiều cho mỗi nguồn. Dùng một trong những thành phần sau: Đối với đầu vào là điện áp Dùng Khi thực hiện... VDC VSRC Chỉ phân tích DC Sweep hoặc phân tích Bias point (hàm truyền đạt) Phân tích nhiều thành phần cùng lúc trong đó có phân tích DC Sweep hoặc Bias point (hàm truyền đạt) Đối với đầu vào là dòng điện Dùng Khi thực hiện ... IDC ISRC Chỉ phân tích DC Sweep hoặc phân tích Bias point (hàm truyền đạt) Phân tích nhiều thành phần cùng lúc trong đó có phân tích DC Sweep hoặc Bias point (hàm truyền đạt) Cách thiết lập hoàn toàn giống cách thiết lập chung cho phân tích DC sweep: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 96 3.2.3.1.2. Phân tích biến thứ cấp Phân tích biến thứ cấp có thể được thiết lập nhờ các lựa chọn trong phần phân tích DC sweep. Khi lựa chọn phân tích thêm một biến thứ cấp thì một vòng phân tích nữa được thực hiện. Tức là, với mỗi sự thay đổi của biến thứ cấp thì biến sơ cấp được khảo sát qua tất cả các giá trị trong khoảng phân tích thêm một lần. Để thiết lập loại phân tích này bạn làm như sau: • Trong ô Options của loại phân tích DC Sweep, đánh dấu tick vào ô Secondary sweep . • Điền các giá trị tham số cần thiết và đánh dấu vào các lựa chọn thích hợp để xác định kiểu phân tích mong muốn. 3.2.3.1.3. Vẽ họ đặc tuyến với phân tích DC Sweep Có thể sử dụng phân tích DC Sweep với lựa chọn biến thứ cấp để vẽ một họ đặc tuyến của một linh kiện bán dẫn nào đó, đồng thời có thể vẽ đường tải của một điện trở hoặc của chính linh kiên đó bằng cách sử dụng Marker, thường dùng marker Current into pin đặt vào vị trí tính toán đường tải từ điện áp được phân tích. 3.2.3.2. Phân tích Bias point Đối với Pspice lúc nào điểm phân cực cũng được tính toán khi phân tích mạc, bất kể loại phân tích mà bạn chọn. Tuy nhiên nếu không chọn phân tích Bias point thì chỉ những điểm điện áp tương tự và những điểm trạng thái số được cho biết từ file đầu ra (file phân Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 97 tích được tạo ra từ PSpice hoặc PSpice A/D). Nếu kích hoạt loại phân tích Bias point thì từ file đầu ra ta có những thông số sau: • Danh sách tất cả các điểm điện áp tương tự. • Danh sách tất cả các điểm trạng thái số. • Dòng điện và công suất của tất cả các nguồn điện áp. • Các tham số tín hiệu nhỏ của tất cả các linh kiện. Tuy nhiên ngay cả khi đã kích hoạt phân tích Bias point bạn vẫn có thể bỏ những thông số về điểm phân cực tương tự và trạng thái số trong file đầu ra bằng cách chọn thẻ Options trong hộp thoại Simulation settings, chọn Output file trong hộp Category, rồi bỏ dấu tick trong ô Bias point node Voltage (NOBIAS): Để thiết lập phân tích Bias point, bạn có thể làm như sau: • Trong hộp thoại Simulation settings, chọn tab Analysis, chọn Bias point trong ô Analysis type. • Trong hộp Options, chọn General settings (thường đã được đánh dấu tick sẵn), điền các thông số cần thiết vào các mục và đánh dấu chọn các ô thích hợp cho yêu cầu mô phỏng của bạn. Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 98 • Sau đó bấm OK để lưu thiết lập vừa chọn, rồi bấm Run trừ menu Pspice để chạy mô phỏng. Ngoài việc phân tích Bias point cơ bản như trên, trong mục Bias point còn có thể thực hiện 2 loại mô phỏng sau: 3.2.3.2.1. Hàm truyền tín hiệu nhỏ DC Phân tích này tính toán hàm truyền tín hiệu nhỏ và cho biết độ lợi tín hiệu nhỏ, trở kháng ra, trở kháng vào. • Để thực hiện phân tích này thì trong mạch phải có ít nhất một nguồn đầu vào, ví dụ như VSRC. • Cách thiết lập phân tích hàm truyền tín hiệu nhỏ DC và tính độ lợi tín hiệu nhỏ: ¾ Trong hộp thoại Simulation settings, chọn tab Analysis, chọn Bias point trong ô Analysis type. ¾ Trong ô Options, chọn ô General settings, tick vào ô chọn Calculate small-signal DC gain (.TF). ¾ Điền tên của nguồn đầu vào vào ô From Input Source name. ¾ Điền giá trị cho điện áp ra hoặc dòng điện ra thông qua một nguồn điện áp trong ô To Output variable. Ví dụ: Đánh V(a,b) để chỉ định biến đầu ra là điện áp giữa 2 điểm a và b trong mạch. Hoặc đánh I (VDRIV) để chỉ biến đầu ra là một dòng điện thông qua nguồn áp VDRIV. Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 99 Tất cả các tính toán độ lợi từ nguồn đầu vào tới biến đầu ra đều kèm theo trở kháng vào và trở kháng ra. 3.2.3.2.2. Phân tích độ nhạy DC Phân tích độ nhạy DC tức là phân tích độ nhạy của một điểm điện áp (sự thay đổi của một điểm điện áp) đối với tham số của một trong những linh kiện sau: • Điện trở. • Nguồn dòng hoặc nguồn áp độc lập. • Chuyển mạch điều khiển bằng dòng hoặc áp. • Diode. • BJT. Thiết lập phân tích độ nhạy DC: • Trong hộp thoại Simulation settings, chọn tab Analysis, chọn Bias point trong ô Analysis type. • Trong ô Options, chọn General settings, tick chọn Perform Sensitivity analysis (.SEN). • Điền các thông số cần thiết vào ô Output variable. Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 100 • Bấm OK để lưu thiết lập mô phỏng vừa cài đặt. • Chọn Run từ menu Pspice hoặc bấm F11 để chạy mô phỏng. 3.2.3.3. Phân tích AC Sweep/Noise Phân tích này tính toán hoạt động của mạch ứng với trường hợp mạch sử dụng 1 dòng điện thay đổi. Phân tích AC and Noise có thể thực hiện các dạng phân tích sau: • AC sweep: Phân tích đáp ứng tần số của mạch tín hiệu nhỏ. Đầu ra bao gồm dòng điện và điện áp cả về mặt độ lớn và pha. Ngoài ra cũng có thể dùng cửa sổ vẽ đồ thị bode trong thanh Probe để quan sát các dạng phân tích này. • Noise: Cho biết đáp ứng đầu ra khi có nhiễu ở đầu vào, đồng thời tổng hợp nhiễu đầu ra khi có nhiều nguồn nhiễu ở đầu vào. (để phân tích nhiễu thì bạn phải dùng dạng phân tích AC sweep) 2.2.3.3.1. Phân tích AC Sweep Một số điều cần lưu ý trong phân tích AC Sweep: • Pspice phân tích đáp ứng tín hiệu nhỏ của mạch đối với tổng hợp các đầu vào bằng cách tính toán mạch quanh điểm phân cực và coi mạch như một mạch tuyến tính. Do đó, những linh kiện phi tuyến, chuyển mạch điều khiển bằng dòng bằng bằng áp, sẽ được chuyển đổi sang mạch tuyến tính tại điểm phân cực của nó. • Linh kiện số thì giữ nguyên trạng thái khi Pspice tính toán điểm phân cực. Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 101 • Vì phân tích AC Sweep chỉ thực hiện phân tích tuyến tính, nên nó chỉ xét tới độ lợi và đáp ứng pha của mạch, không giới hạn đó là dòng điện hay điện áp. • Cách tốt nhất để thực hiện phân tích AC Sweep là thiết lập cho độ lớn của nguồn bằng 1, để đầu ra đo được bằng chính độ lợi, từ đó thấy được rõ mối tương quan giữa đầu ra và đầu vào. Điều kiện để thực hiện phân tích AC Sweep: • Phải sử dụng một hoặc nhiều nguồn độc lập. • Phải thiết lập độ lớn xoay chiều và pha cho mỗi nguồn. Phân tích AC Sweep không giống phân tích DC Sweep, ở đây không có chỗ để thiết lập nguồn đầu vào, thay vào đó nguồn độc lập trong mạch phải chứa giá trị xoay chiều về cả độ lớn và pha. • Phải có một trong những nguồn sau trong mạch: Đối với đầu vào là điện áp Dùng Khi thực hiện VAC VSRC chỉ mình phân tích AC Sweep nhiều phân tích cùng lúc trong đó có phân tích AC Sweep Đối với đầu vào là dòng điện Dùng Khi thực hiện IAC ISRC chỉ mình phân tích AC Sweep nhiều phân tích cùng lúc trong đó có phân tích AC Sweep • Kích đúp 2 lần vào vào biểu tượng nguồn để mở bảng thông số, điền vào giá trị thích hợp dưới các cột. Tuỳ vào loại nguồn mà chỉ định giá trị xoay chiều của nó theo mẫu sau: Với nguồn VAC hoặc IAC Thiết lập giá trị trong cột Giá trị ACMAG ACPHASE độ lớn xoay chiều tính bằng Volts (đối với điện áp) và Amps (đối với dòng điện) pha xoay chiều tính bằng độ Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 102 Đối với nguồn VSRC hoặc ISRC Thiết lập giá trị trong cột Giá trị AC độ-lớn (Volts) hoặc pha (độ) Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 103 Thiết lập phân tích AC Sweep: • Chọn tab Analysis trong khung hộp thoại Simulation settings, trong hộp Analysis type chọn AC Sweep/Noise. • Trong hộp Options, chọn General settings (thường đã được chọn sẵn). • Thiết lập các thông số theo mẫu sau: 3.2.3.3.2. Phân tích nhiễu (noise) Khi tiến hành phân tích Noise, Pspice sẽ phân tích cho mỗi tần số được chọn trước trong phần phân tích AC analysis/Noise đối với những loại nhiễu sau: • Nhiễu trong linh kiện, bao gồm nhiễu được tạo ra ở đầu ra bởi tất cả các điện trở và linh kiện bán dẫn trong mạch. Nhiễu trong các linh kiện bán dẫn sẽ được chia ra thành các nhiễu thành phần ở một số vị trí thích hợp. Ví dụ: Diode sẽ được chia ra thành nhiễu rung, nhiễu nhiệt... • Nhiễu tổng ở đầu ra và nhiễu tương đương ở đầu vào. ¾ Nhiễu đầu ra: Giá trị hiệu dụng của tổng nhiễu gây bởi các thiết bị đối với đầu ra. ¾ Nhiễu đầu vào: Là nhiễu tương đương cần thêm vào ở đầu vào của mạch lí tưởng (mạch không có nhiễu) để tạo ra một đầu ra có nhiễu bằng nhiễu đầu ra( việc này dùng để tạo ra một mạch gần với mạch thực tế). Để tính được nhiễu đầu vào, Pspice lấy nhiễu đầu ra chia cho độ lợi mạch(tỉ số giữa đầu ra / đầu vào). Thiết lập phân tích nhiễu: • Trong hộp thoại Simulation settings, chọn AC sweep/noise trong hộp Analysis type. • Chọn General settings trong hộp Options. • Đánh dấu tick vào hộp Enable Noise. • Thiết lập các thông số cho việc mô phỏng: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 104 ¾ Output Voltage: một biến điện áp đầu ra theo dạng V(node,[node]), trong đó node là vị trí bạn muốn tính tổng nhiễu đầu ra. ¾ I/V Source: Tên của nguồn áp hay nguồn dòng độc lập mà bạn muốn tính tổng nhiễu đầu vào tương đương. ¾ Interval: điền vào tần số thứ n (n là một số nguyên dương), tại những tần số đó bạn sẽ thấy được nhiễu do các linh kiện thành phần, những dữ liệu này được tạo ra trong file .OUT của Pspice. Trong cửa sổ Probe, bạn có thể quan sát được tất cả nhiễu của linh kiện tại tần số chỉ định khi thiết lập phân tích AC sweep, Thông số Interval không ảnh hưởng tới những gì Pspice trình bày trên file dữ liệu Probe. • Bấm OK để lưu thiết lập cho file mô phỏng. • Sau khi bấm Run hoặc F11 để thực hiện mô phỏng, bạn chọn Add Trace từ menu Trace hoặc bấm vào biểu tượng để chọn những đại lượng muốn xem dạng sóng. Bạn có thể chọn các đại lượng theo những thông số sau: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 105 Để xem Dùng biến đầu ra như sau Nhiễu rung cho mỗi linh kiện Nhiễu vạch cho mỗi linh kiện Nhiễu nhiệt cho RB, RC, RE, RD, RG, RS của các thiết bị trên Nhiễu nhiệt tạo bởi các điện trở tương đương ở đầu ra của thiết bị số Tổng nhiễu cho một thiết bị Tổng nhiễu đầu ra cho một mạch Giá trị hiệu dụng của tổng nhiễu đầu ra cho một mạch Nhiễu tương đương ở đầu vào của mạch NFID(tên-linh-kiện) NFIB(tên-linh-kiện) NSID(tên-linh-kiện) NSIB(tên-linh-kiện) NSIC(tên-linh-kiện) NRB(tên-linh-kiện) NRC(tên-linh-kiện) NRD(tên-linh-kiện) NRE(tên-linh-kiện) NRS(tên-linh-kiện) NRG(tên-linh-kiện) NRLO(tên-linh-kiện) NRHI(tên-linh-kiện) NTOT(tên-linh-kiện) NTOT(ONOISE) V(ONOISE) V(INOISE) Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 106 3.2.3.4. Phân tích Transient và Fourier Dạng phân tích này cho phép phân tích hoạt động của mạch dựa trên theo thời gian. Phân tích Transient và Fourier có thể thực hiện các dạng phân tích sau: • Transient: Phân tích điện áp, dòng điện và các trạng thái số theo thời gian. • Fourier: Phân tích thành phần một chiều và phân tích dạng sóng theo chuỗi Fourier (theo kết quả của phân tích Transient). 3.2.3.4.1. Phân tích Time domain (Transient) Điều kiện để thực hiện phân tích Time domain (Transient): • Trong mạch phải có một trong những nguồn độc lập biến đổi theo thời gian sau(nguồn này có thể được tạo ra từ công cụ Stimulus Editor hoặc được lấy từ thư viện linh kiện của Orcad Pspice): Lấy từ Kí hiệu Chú giải Stimulus Editor VSTIM ISTIM DIGSTIM1 DIGSTIM2 DIGSTIM4 DIGSTIM8 DIGSTIM16 DIGSTIM32 Nguồn áp Nguồn dòng Nguồn mô phỏng số Thư viện Orcad Pspice VSRC VEXP VPULSE VPWL VPWL_RE_FOREVER VPWL_F_RE_FOREVER VPWL_N_TIMES VPWL_F_N_TIMES VSFFM VSIN ISRC IEXP IPULSE IPWL IPWL_RE_FOREVER IPWL_F_RE_FOREVER IPWL_N_TIMES IPWL_F_N_TIMES ISFFM ISIN DIGCLOCK Nguồn áp Nguồn dòng Tín hiệu xung đồng hồ Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 107 STIM1 STIM4 STIM8 STIM16 FILESTIM1 FILESTIM2 FILESTIM4 FILESTIM8 FILESTIM16 FILESTIM32 Nguồn mô phỏng số File mô phỏng số • Thiết lập điều kiện đầu cho các phẩn tử thụ động. • Trong mạch phải có một nguồn điều khiển theo thời gian. Thiết lập mô phòng Time domain (Transient): • Trong hộp thoại Simulation settings, chọn Time domain (Transient) trong phần Analysis type. • Chọn General settings trong phần Options. • Thiết lập các thông số cần thiết cho mô phỏng. • Bấm OK để lưu các thiết lập vừa cài đặt. Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 108 3.2.3.4.2. Phân tích Fourier Để thiết lập phân tích Fourier bạn phải thực hiện phân tích Time domain (Transient). Thiết lập phân tích Fourier: • Trong hộp thoại Simulation settings, chọn Time domain (Transient) trong phần Analysis type. • Chọn General settings trong phần Options. • Chọn trong phần General settings. • Trong hộp thoại Transient Output file options, tick chọn Perform Fourier Analysis. • Thiết lập các thông số cần thiết cho mô phỏng. • Bấm OK để lưu các thiết lập vừa cài đặt. Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 109 Lưu ý khi phân tích Fourier: • Phần chu kì lấy mẫu trong phân tích Fourier bằng bước nhảy được chỉ định trong phân tích Transient. (Phần này được thiết lập bởi ô Print values in the output file) • Ở trạng thái mặc định, phân tích Fourier sẽ hiển thị thành phần DC và từ sóng hài thứ nhất đến sóng hài thứ 9. Nhưng bạn cũng có thể thiết lập hiển thị toàn bộ dạng sóng hài của phân tích Fourier bằng cách chọn biểu tượng trong cửa sổ Probe của Pspice A/D khi tiến hành mô phỏng. 3.2.4. Các dạng phân tích nâng cao gồm nhiều phân tích cùng lúc Các loại phân tích nâng cao hoặc phân tích nhiều thành phần một lúc – như phân tích Monte Carlo, parametric, temperature, sensitivity/worst-case, sẽ cho kết quả là hàng loạt các phân tích DC sweep, AC sweep, transient tuỳ thuộc vào loại phân tích cơ bản mà bạn chọn. 3.2.4.1. Parametric và Temparature Trong dạng phân tích này, Pspice tính toán các tham số khác nhau của mạch tại những điều kiện khác nhau về tham số hay nhiệt độ mà người sử dụng chỉ định. 3.2.4.1.1. Phân tích Parametric (tham số) Phân tích Parametric là kiểu phân tích nhiều thành phần lặp đi lặp lại nhiều lần trong khi thay đổi biến tham số tổng (global parametric), biến mẫu (model parametric), giá trị thành phần hay nhiệt độ hoạt động của mạch. Bạn có thể có được kết quả tương tự bằng cách mô phỏng mạch nhiều lần, mỗi lần với những biến phân tích khác nhau. Điều kiện để thiết lập phân tích Parametric: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 110 • Thiết lập mạch theo các điều kiện sau tuỳ theo biến phân tích được chọn: Loại biến phân tích Điều kiện Voltage source Temperature Current source model parameter global parameter phải có nguồn điện áp một chiều (ví dụ VDC) Không cần điều kiện Phải có nguồn dòng một chiều (ví dụ IDC) Các mẫu có trong PSpice A/D (PSpice A/D model) tham số tổng được định nghĩa trong Pspice (có file .PARA) • Phải dùng một trong những phân tích sau: DC Sweep, AC Sweep, Transient Analysis. Thiết lập phân tích Parametric: • Trong hộp thoại Simulation settings, chọn Time domain (Transient) trong phần Analysis type. • Trong phần Options, đánh dấu tick chọn Parametric Sweep. • Thiết lập các thông số cần thiết cho việc mô phỏng. • Bấm OK để lưu các thiết lập mô phỏng. Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 111 3.2.4.1.2. Phân tích nhiệt độ Phân tích nhiệt độ là phân tích mạch ở những điều kiện nhiệt độ khác nhau, những nhiệt độ này có thể là một khoảng nhiệt độ hoặc một vài nhiệt độ được chỉ định trước. Nếu không thiết lập các giá trị nhiệt độ cho mô phỏng thì việc mô phỏng sẽ được thực hiện ở nhiệt độ 27°C. Thiết lập phân tích nhiệt độ: • Trong hộp thoại Simulation settings, chọn Time domain (Transient) trong phần Analysis type. • Chọn Temperature trong phần Options. • Thiết lập các thông số cần thiết để phân tích. • Bấm OK để lưu các thiết lập vừa cài đặt. 3.2.4.2. Monte Carlo và Sensitivity/worst-case Cả 2 dạng phân tích trên đều phân tích đầu ra của mạch dựa trên sự thay đổi của các linh kiện (được chọn làm tham số để biến đổi) trong giới hạn cho phép mà người sử dụng đặt ra. Nhưng Monte Carlo thì phân tích theo sự thay đổi ngẫu nhiên của linh kiện, còn Sensitivity/worst-case thì phân tích theo sự thay đổi của linh kiện theo từng giá trị, có thể phân tích theo sự thay đổi của từng linh kiện một hoặc phân tích tổng hợp tất cả các giá trị thay đổi của linh kiện cùng 1 lần. Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 112 3.2.4.2.1. Phân tích Monte Carlo Phân tích này sẽ cho biết đáp ứng của mạch với những sai số trong giới hạn cho phép của linh kiện khi thực hiện các phân tích nhiều thành phần, và có thể thực hiện với nhiều loại phân tích khác nhau (AC, DC, Transient). Trước khi tiến hành phân tích bạn phải thiết lập các thông số mẫu cho linh kiện và các sai số của linh kiện. Việc phân tích này sẽ tạo ra rất nhiều tham số làm cho file đầu ra rất lớn, nên rất khó cho việc add Trace cũng như dữ liệu file đầu ra lớn sẽ làm cho việc phân tích bị chậm lại khá nhiều. Thiết lập phân tích Monte Carlo: • Trong hộp thoại Simulation settings chọn một loại phân tích nào đó trong phần Analysis type. • Trong phần Options, chọn Monte Carlo/Worst-case. • Chọn More settings. • Chọn danh sách giá trị các tham số mẫu. • Chọn OK để lưu các thiết lập trên. Chức năng lưu tham số đã phân tích của Monte Carlo: (history support) • Chức năng này sẽ giúp bạn lưu các tham số đã phân tích bởi các chương trình phân tích Monte Carlo vào một file nào đó, sau này bạn có thể lấy ra dùng lại khi thực hiện các phân tích tiếp theo. • Chức năng này cũng cho phép bạn thực hiện so sánh kết quả của 2 phân tích Monte Carlo bằng cách thay đổi một hay nhiều giá trị tham số nào đó. Với loại phân tích này thì các thông số ngẫu nhiên được giữ nguyên. • Để lưu các file phân tích này, bạn làm như sau: ¾ Sau khi chọn phân tích Monte Carlo/ worst case trong phần Options, bạn bấm vào nút MC Load/Save. Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 113 ¾ Trong hộp thoại Load/Save Monte Carlo Parameter file, tick chọn ô Save parameter values in filename. ¾ Sau đó đặt tên và chọn đường dẫn tới file để lưu kết quả. ¾ Bấm Ok để lưu các thiết lập của bạn. • Để sử dụng lại một kết quả đã có sẵn của phân tích trước, bạn làm như sau: ¾ Sau khi chọn phân tích Monte Carlo/ worst case trong phần Options, bạn bấm vào nút MC Load/Save. ¾ Trong hộp thoại Load/Save Monte Carlo Parameter file, tick chọn ô Load parameter values in filename. Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 114 ¾ Chọn đường dẫn tới file kết quả cần dùng, file kết quả này phải có đuôi là .mcp. ¾ Bấm OK để lưu các thiết lập của bạn. 3.2.4.2.2. Phân tích Worst case Phân tích Worst case dùng để tìm những đáp ứng đầu ra của mạch dựa trên những điều kiện giới hạn của các tham số của nó. Một số lưu ý khi thực hiện phân tích này: • Đầu vào (Input): Phải đảm bảo đầy đủ các thông số sau: ¾ Dung sai của tham số. ¾ Thông số cho trường hợp xấu nhất (worst case). • Phân tích này không phải thực hiện với một tập hợp nhiều thông số mà chỉ thực hiện với trường hợp tất cả các tham số của mạch bị đẩy đến giới hạn cao nhất. Thiết lập phân tích Worst case: • Trong hộp thoại Simulation settings chọn một loại phân tích nào đó trong phần Analysis type. • Trong phần Options, chọn Monte Carlo/Worst-case. • Tick chọn vào ô Worst-case/Sensityvity. • Thiết lập các thông số cho mô phỏng. • Bấm OK để lưu các thông số vừa thiết lập. Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 115 3.2.5. Mô phỏng số Mô phỏng số là mô phỏng những đáp ứng của linh kiện số theo thời gian. Việc này được Pspice thực hiện theo phân tích Transient. Nếu tính toán điểm phân cực thì Pspice cũng xem linh kiện số như những linh kiện tương tự trong mạch. Các đầu vào số được dùng trong mô phỏng số: Nếu muốn tạo đầu vào số từ công cụ ... Thì sử dụng thành phần ... Cho những loại đầu vào số cụ thể sau ... Dùng Stimulus Editor Dùng các linh kiện trong Library DIGSTIMn DIGCLOCK STIM1 STIM4 STIM8 STIM16 FILESTIM1 FILESTIM2 FILESTIM4 FILESTIM8 FILESTIM16 FILESTIM32 nguồn tín hiệu hoặc bus tín hiệu đồng hồ tín hiệu kích thích 1 bit tín hiệu kích thích 4 bit tín hiệu kích thích 8 bit tín hiệu kích thích 16 bit tín hiệu kích thích dạng file 1 bit (1 bit file based) tín hiệu kích thích dạng file 2 bit (2 bit file based) tín hiệu kích thích dạng file 4 bit (4 bit file based) tín hiệu kích thích dạng file 8 bit (8 bit file based) tín hiệu kích thích dạng file 16 bit (16 bit file based) tín hiệu kích thích dạng file 32 bit (32 bit file based) Thiết lập một mô phỏng số: • Trong hộp thoại Simulation settings, chọn tab Analysis, chọn Time domain (transient) trong hộp Analysis type. • Thiết lập thông số cần thiết cho mô phỏng. Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 116 • Trong tab Options của hộp thoại Simulation settings chọn Gate-level simulation. • Bấm OK để lưu các thiết lập vừa cài đặt. 3.3. Ví dụ 3.3.1. Ví dụ mô phỏng một số mạch tương tự 3.3.1.1 . Mô phỏng một mạch theo phân tích DC 3.3.1.1.1. DC Sweep Thực hiện quét DC với mạch KĐ, chọn thông số quét là nguồn áp một chiều Vin với giới hạn quét từ -10 đến 20 V, bước nhảy 1V. Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 117 V V R1 33k R3 2.2k R4 1k R2 10k V2 9V R5 1k out 0 0 Q2 Q2N2222 in Vin 0 Thiết lập Simulation settings như sau: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 118 Dạng sóng có được sau khi mô phỏng như sau: 3.3.1.1.2. DC Sweep/ secondary sweep Thực hiện quét thứ cấp với mạch sau: V V R1 33k R3 2.2k R4 1k R2 10k V2 9V R5 1k out 0 0 Q2 Q2N2222 in Vin 0 Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 119 Thiết lập Simulation settings như sau: Dạng sóng có được sau khi mô phỏng như sau: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 120 3.3.1.1.3. Họ đặc tuyến và đường tải Mô phỏng biểu diễn đặc tuyến của BJT Q2SC945: Q1 Q2SC945V1 0Vdc V2 0Vdc 0 Chọn nguồn sơ cấp V1 : Start value: 0V End value: 1V Increment: 0.01V Chọn nguồn thứ cấp V2: Start value: 0V End value: 5V Increment: 0.01V Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 121 Thiết lập Simulation settings như sau: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 122 Dạng sóng có được sau khi mô phỏng như sau: Từ menu Trace-> Add trace, nhập vào khung Trace Expression phương trình đường tải như sau: (5V-V_V2)/50 với tải có giá trị 50Ω Kết quả mô phỏng như sau: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 123 3.3.1.2 . Mô phỏng một mạch theo phân tích bias point (điểm phân cực) 3.3.1.2.1. Phân tích Bias point Phân tích Bias point mạch sau : RBIAS 20k RS2 1k RS1 1k Q1 Q2N2222 Q2 Q2N2222 Q3 Q2N2222 Q4 Q2N2222 C1 5p out2out1 V1 V2 12V V3 -12V 0 0 VEE VDD VEE VDD R1 1k R2 1k 0 Thiết lập Simulation settings như sau: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 124 Kết quả có được sau khi mô phỏng như sau: 3.3.1.3. Mô phỏng một mạch theo phân tích AC/Noise 3.3.1.3.1. Phân tích AC Sweep Thực hiện phân tích AC Sweep đồi với mạch sau: C1 0.1u C3 1n V1 AC = 1V TRAN = DC = 0V R1 6k R3 3k R4 1k R2 2k V2 10V R5 1k 0 0 Q2 Q2N2222 C4 0.1u out V Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 125 Thiết lập Simulation settings như sau: • Trong hộp thoai Simulation setting chọn AC sweep/Noise trong khung Analysic type. • Chọn Logarithmic trong AC Sweep type sau đó nhập giải tần số cần quét vào, chú ý là tần số bắt đầu phải >= 1 HZ. • Nên chọn biên độ tín hiệu vào là 1V nếu chọn thang đo logarit. Chọn: • Start frequency: 1HZ • End frequency : 100kHZ • Points/ decade : 300 Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 126 Dạng sóng có được sau khi mô phỏng như sau: 3.3.1.3.2. Phân tích nhiễu AC/Noise Thực hiện phân tích nhiễu cho mạch sau: C1 0.1u C3 1n V1 AC = 1V TRAN = DC = 0V R1 6k R3 3k R4 1k R2 2k V2 10V R5 1k 0 0 Q2 Q2N2222 C4 0.1u out V Thiết lập Simulation settings cho phân tích nhiễu: • Trong hộp thoại Simulation setting chọn AC sweep/ Noise trong khung Sweep type. • Chọn Enable trong khung Noise analysis, các thông số của Noise analysis: ¾ Output Voltage: Đầu ra cần xác định nhiễu, có dạng V(node,[node]). ¾ I/V Sources: Tên của nguồn dòng hoặc nguồn áp đầu vào cần xác định nhiễu. ¾ Interval: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 127 Dạng sóng có được sau khi mô phỏng như sau: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 128 Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 129 3.3.1.4 . Mô phỏng một mạch theo phân tích trong miền thời gian Thực hiện phân tích trong miền thời gian (Time domain – Transient) đồi với mạch sau: Thiết lập Simulation settings như sau: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 130 Dạng sóng có được sau khi mô phỏng như sau: 3.3.1.5. Phân tích Monte Carlo và Sensitivity/worst case (phân tích độ nhạy) 3.3.1.5.1. Phân tích Monte Carlo Thực hiện mô phỏng theo phân tích Monte Carlo mạch sau: Q2 Q2N2222 Q1 Q2N2222 RS1 1k RS2 1k RBIAS 20k Q4 Q2N2222 Q3 Q2N2222 C1 5p out2out1 V1 V3 -12V V2 12V 0 0 0 VEE VDD VEE VDD RC1 CRES 1k RC2 CRES 1k Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 131 Bạn có thể thực hiện phân tích dựa trên sự biến đổi giá trị điện trở RC1 và RC2 bằng cách thiết lập giá trị cho các điện trở này là các bội số gồm 5% sai số của linh kiện trên tham số của R. Đầu tiên bạn thực hiện một phân tích DC Sweep với các giá trị là bội số của RC1 và RC2. Sau đó biểu diễn một tập hợp các giá trị RC1, RC2 biến đổi độc lập trong khoảng sai số là 5%. Thiết lập giá trị như sau: • Thay RC1 và RC2 với thành phần RBREAK từ thư viện BREAKOUT.OLB, thiết lập giá trị cho điện trở (VALUE=10k) và thiết lập quy chiếu cho nó trở tới tên của biến RC1 và RC2. • Chọn một thành phần RBREAK và chọn Pspice Model từ menu Edit, cửa sổ Model Editor hiện ra. • Tạo ra một CRES bằng cách thay thế đoạn mã sau .MODEL CRES RES( R=1 DEV=5% TC1=0.02 + TC2=0.0045) vào chỗ có đoạn mã .model Rbreak RES R=1 . Trong đó TC1 là hệ số nhiệt độ tuyến tính, TC2 là hệ số nhiệt độ phi tuyến. • Từ menu File của Model Editor, chọn Save. Trình editor này sẽ tự động kết nối CRES vào thành phần RBREAK bằng cách cập nhật những tính chất bổ sung cho linh kiện. • Kích đúp chuột vào thành phần RBREAK để hiển thị spreadsheet của linh kiện. • Trong hộp có tên IMPLEMENTATION đổi lại thành CRES, rồi kích Apply. • Đóng spreadsheet lại. Thiết lập simulation settings cho phân tích Monte Carlo như sau: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 132 Dạng sóng mô phỏng như sau : Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 133 Xuất ra ở dạng file như sau : 3.3.1.5.2. Phân tích Sensitivity/worst case Thực hiện mô phỏng mạch sau : C1 1u V1 AC = 1V TRAN = DC = 0V Rb1 10k Rc 1k Rb2 720 V2 10V RL 1k 0 0 Q2 Q2N2222 Cout 1u out Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 134 Thiết lập simulation settings : Kết quả như sau : Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 135 3.3.1.6. Phân tích Parametric và nhiệt độ 3.3.1.6.1. Phân tích Parametric Thực hiện phân tích mạch sau : Q1 Q2SC4444 V1 12VdcR1 560 R2 100k R3 56k C1 100uF C2 100uF Out V2 FREQ = 1khz VAMPL = 0.5V VOFF = 0V R4 50 R5 150C3 220u 0 Thiết lập simulation settings như sau : Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 136 Dạng sóng ngõ ra như sau : Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 137 3.3.1.6.2. Phân tích nhiệt độ Cũng với mạch trên bạn thực hiện phân tích nhiệt độ. Thiết lập simulation settings như sau: Ta mô phỏng ở 25°C kết quả V(out) như sau : Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 138 Ta tiến hành mô phỏng ở 150°C kết quả như sau : Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 139 3.3.2. Mô phỏng một mạch số Thực hiện mô phỏng một mạch giải mã 3 sang 8 như sau: Thiết lập simulation settings như sau: Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad 10.5 Orcad Pspice  Nhóm 1 – Lớp 04ĐT1 Page 140 Kết quả như sau: 1. Dư Nguyễn Hoàng Anh 2. Lê Hồng Hải 3. Ngô Vy Hậu 4. Nguyễn Thị Quỳnh Trang 5. Trần Nguyễn Cẩm Tú 6. Búp Phá Vông Vilayphon 7. Nguyễn Hoàng Vũ 8. Trần Anh Phương OrCAD Capture: Lê Hồng Hải Ngô Vy Hậu OrCAD Layout: Nguyễn Thị Quỳnh Trang Trần Nguyễn Cẩm Tú Trần Anh Phương OrCAD Pspice: Dư Nguyễn Hoàng Anh BúpPháVông Vilayphon Nguyễn Hoàng Vũ Biên tập Word: Dư Nguyễn Hoàng Anh Trình bày Slide: Trần Nguyễn Cẩm Tú Thiết kế bìa: Nguyễn Hoàng Vũ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG KHOA ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG Thực hiện: Nhóm 1 – 04ĐT1 Đà Nẵng, tháng 11 năm 2007

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfa1.PDF