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ORCAD/PSPICE 9中如何創建新元件
2014/11/14
Levi
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序言
電子設計自動化EDA技術的發展和應用對電子設計的發展起了巨大的推動作用。EDA技術的深入發展和廣泛應用，帶給電子設計師更完善的設計方法，更短的設計周期，使其產品更具競爭力。
ORCAD/PSPICE是ORCAD公司與MICROSIM公司將兩公司在電子設計領域得到廣泛應用的ORCAD軟件包和PSPICE軟件集成在一起而構成的EDA軟件系統，其功能相當完整和強大。前段處理程序為ORCAD CAPTURE，負責電路圖的繪制、仿真參數的設置以及產生網表等報告文件。在電路圖通過驗證后，可以進入后續的LAYOUT PLUS程序進行印刷電路板的設計，或是進入EXPRESS程序進行可編程邏輯元件PLD或FPGA的設計。后段ORCAD PSPICE負責軟件的仿真驗證。
本文著重介紹元件符號庫的建立、參數的修改、新元件的模型建立。
符號庫的修改和建立
EDA軟件的元件模型包括符號庫和相應的參數。如果僅僅是電路原理圖或PCB圖的需要，則只需要符號庫的內容。如果對該符號還必須作仿真，則該符號所代表的器件必須有參數的支持，即必須對符號賦予參數。所以一個元件模型是由符號和參數兩部分組成的。
ORCAD/PSPICE已經內建了約2萬個常見的電子元件模型，但是隨著半導體技術的發展和新元件的不斷問世，或出于個性化設計需要，又或者內建元件庫內沒有合適的元件，這時就需要通過修改原有元件或創建新的元件等方法來建立符合要求的新元件。
1．修改原有元件的符號
修改原有元件的符號一般有復制、修改和保存三個步驟。
下面以NMOS管為例子，將原有如圖1所示的元件修改為圖2表示的新元件。如果不對新建符號的參數做修改，則新建模型的參數屬性將保持不變，所以無論使用哪個元件，對仿真結果都沒有影響。
(1)復制。在原有的元件庫BREAKOUT.OLB中，選取MbreakN，將其復制，粘貼到新建的庫如LIBRARY2.OLB內，選中復制后的元件，并點擊右鍵，出現如圖3的菜單。
(2)修改。點擊圖3菜單中的Edit Part，即出現元件編輯圖窗口，利用窗口右邊的畫圖工具欄或PLACE菜單中的繪圖指令將原MOS管(圖1)修改為新MOS管(圖2）。
(3)保存。將修改后的符號存盤（可按存盤快捷鍵）。
在完成以上三個步驟后，已經建立起一個名為MbreakN'的新元件。因為未修改其模型參數，所以新元件的特性與原有的晶體管MbreakN完全一樣。
2．創建新的元件符號
其一般步驟：開啟所要新增元件的元件庫，或全新的元件庫；編輯新元件圖,元件圖可由其他已有的元件復制過來；建立新元件管腳；編輯新元件屬性；存盤。
下面以一復合包裝LED為例，按照上述過程介紹創建新元件的步驟。
(1)打開一新元件庫，并選取EDIT菜單里的NEW PART，則出現新元件屬性對話框，定義新元件的名稱為LED-BAR, 元件序號前綴為U，PCB元件封裝名稱DIP10,定義每一封裝里的單元件的數目為5，設定封裝內單元件的類型為相同。所有設置完成后按確定。
(2)在出現的新元件編輯圖窗口中，利用右邊的畫圖工具欄或PLACE菜單中的指令畫出一個LED，同時也可復制已有的LED。例如我們選取Discrete.lib里的LED, 按EDIT開啟元件編輯，而編輯區中正是這個元件，選取整個元件圖粘貼到新元件編輯圖上即可，如圖4。
(3)對各個單元件的引腳進行定義。點擊某個引腳后會出現一引腳屬性對話框，將各引腳進行定義，此處定義為(A,1)和 (K,10)，如圖5。
(4)選取VIEW菜單中的NEXT PART，出現一同圖4相同的LED，重復步驟3定義其管腳。
(5)重復步驟4，將剩余的三個LED管腳分別定義完畢。
(6)編輯新元件屬性。選取OPTION菜單中的PART PROPERTIES，出現元件屬性對話框，如圖6，在其中修改各個LED管的基本屬性，如管腳名，管腳數的顯示與否等。
(7)選取VIEW 菜單中的PACKAGE來觀看整個包裝的元件情況，如圖7。如果必要還可選取OPTION菜單中的PACKAGE PROPERTIES修改包裝屬性。也可通過雙擊任一單元件，切換到單個元件圖中。
(8)存盤完成新元件創建。
模型參數的修改
當我們需要一些特定性能的元件而庫中沒有該元件時，可以通過元件編輯程序新建其仿真模型參數或修改現有元件的仿真模型參數以做出合乎要求的新元件。
一般而言，比較快捷的模型建立方法是直接由元件廠商提供。而用戶較常用的情況就是在已有元件的仿真模型參數基礎上將其修改為合乎要求的元件。上面兩種建立符號庫的方法得到的新元件也可在調用后通過修改其原有的參數得到符合要求的新參數模型元件。
參數修改的一般步驟是：調用庫中的原有元件；打開原有元件的模型參數窗口；修改參數；保存參數修改后的元件，即得新元件；仿真驗證。
下面以硅整流二極管D1N4002為例，通過如上步驟來修改參數，以降低其門檻電壓Vb。
(1)調用原有的元件。從原有的元件庫Diod.odb中調用硅整流二極管D1N4002。為了驗證的方便，繪制如圖8所示電路。
(2)打開原有元件模型參數窗口。選中電路圖中的D1N4002，點擊右鍵，后選取菜單中EDIT PSPICE MODEL，則出現如圖9所示的model EDITOR窗口。
圖9中左邊是元件模型名稱D1N4002，右邊用PSPICE模型語句定義了它的所有模型參數。
.MODEL D1N4002 D(IS=14.11E-9 N=1.984 RS=33.89E-3 +EG=1.110 CJO=51.17E-12 M=.2762 VJ=.3905 FC=.5 +NR=2 BV=100.1 IBV=10 TT=4.761E-6)
二極管模型語句的一般格式如下：
.MODEL <model name> D [model parameters]
其中model name是模型名，D是二極管的類型代號，model parameters是模型參數及其值，在本例中IS是飽和電流，N是注入系數，RS是歐姆電阻，EG是禁帶寬度，CJO是零偏PN結電容，M是梯度因子，VJ是結電勢，FC是正偏耗盡電容系數，NR是ISR的發射系數，BV是反向擊穿電壓，IBV是反向擊穿電流，TI是渡越時間。
(3)修改參數。將飽和電流參數IS由原來的14.11E-9改為14.11E-8
(4)存盤。將參數修改后的元件保存，則得到符合要求的新元件。
(5)仿真驗證。如圖8所示，對新、老兩個元件設置相同的直流掃描分析參數，掃描電壓為Vi，由-100V到20V，步長為0.01V，分別對原有元件和新元件進行仿真。運行后將其各自的特性曲線集合到同一窗口下，得到圖10。對比兩二極管V-I特性曲線，左邊是修改后的，右邊是未修改的，可以看到整個正向偏壓部分的曲線向左移動，門檻電壓Vb變小了。可見修改后的二極管即是符合要求的新元件。
此外也可以從廠家的網站上查找和下載所需的元件。對于入網的ORCAD用戶可以利用其元件信息系統(CIS COMPENT INFORMATION SYSTEM)從50多萬個遠程數據庫查找或下載120萬個元件，雙擊感興趣的元件就可以把它們擺到原理圖上，同時圖上的元件的參數及信息和數據庫的紀錄保持著一致，可以從原理圖上直接查看有關該元件的信息，或者把這些信息打印出來。選擇和搜尋的功能被集成在ORCAD Capture的界面上，非常直觀，只要輸入元件號、封裝形式等其他數據，就能自動查找到和下載所需元件。
結束語
通過以上幾種途徑，工程師就可以得到任何所需的元件，可以將更多的精力集中在設計和仿真環節，從而使整體的設計周期大幅縮短。
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