Моделирование в частотной области

(AC – Alternating Current Analysis)

При анализе частотных характеристик программа МС сначала рассчитывает режим исследуемой схемы по постоянному току, затем линеаризует характеристики всех нелинейных компонентов в областях их рабочих точек и выполняет расчет комплексных амплитуд узловых потенциалов и токов ветвей с использованием модифицированного метода узловых потенциалов. При проведении линеаризации цифровые компоненты заменяются их входными и выходными комплексными сопротивлениями, передача сигналов через цифровые компоненты не рассматривается.

К входу моделируемой в данном режиме анализа схемы должен быть подключен источник синусоидального SIN или импульсного сигнала PULSE или пользовательского сигнала USER. При расчете частотных характеристик комплексная амплитуда этого сигнала полагается равной 1 В, начальная фаза нулевая, а частота изменяется в пределах, указанных в окне задания параметров моделирования. Возможно подключение к схеме независимых источников напряжения V и тока I, для которых значения амплитуды и фазы задаются. Если используется один источник сигнала, то выходные напряжения будут совпадать с частотными характеристиками устройства. Если же источников несколько, то отклики от каждого из сигналов будут складываться.

После перехода в режим анализа частотных характеристик программа МС проверяет правильность составления схемы. При наличии ошибок в схеме автоматически выводятся информационные сообщения. При отсутствии ошибок программа составляет топологическое описание схемы и открывает окно задания параметров моделирования. В данном окне определяются следующие числовые параметры:

Frequency Range	- спецификация конечной и начальной частот анализа по формату Fmax, Fmin;
Number of Points	- количество точек по частоте, в которых производится расчет частотных характеристик. Минимальное значение 6;
Temperature	- диапазон изменения температуры в градусах Цельсия, при выборе опции Linear имеет формат High[, Low[, Step]] (параметры Low и Step могут быть опущены, и моделирование будет проводиться при температуре численно равной параметру High), при выборе опции List указывается список температурных значений, разделенных запятыми;
Maximum Change,%	- максимально допустимое приращение графика первой функции на интервале шага по частоте в процентах от полной шкалы. Используется только при выборе опции Auto;
Noise Input	- имя источника сигнала подключенного к входным узлам цепи;
Noise Output	- номера выходных узлов цепи по формату Node1[, Node2].

В окне задания параметров моделирования существует ряд опций:

Run Options	- управление выдачей результатов моделирования: Normal – результаты не сохраняются; Save – результаты сохраняются в файле <имя схемы>.asa; Retrieve – считывание последних результатов моделирования из файла <имя схемы>.asa;
State Variables	- установка начальных условий моделирования: Zero – установка нулевых значений для потенциалов всех аналоговых узлов и токов через катушки индуктивности и установка неопределенных логических состояний для цифровых узлов; Read – чтение начальных условий из файла <имя схемы>.top, созданного с помощью редактора переменных состояния (State Variables Editor), перед каждым вариантом расчета при изменении какого либо параметра; Leave – установка в качестве начальных условий моделирования значений, полученных при окончании предыдущего моделирования;
Frequency Step	- шаг изменения частоты: Auto – автоматический выбор шага по максимально допустимому приращению графика первой функции на интервале шага по частоте в процентах от полной шкалы (Maximum Change,%); Linear – постоянный линейный шаг; Log – постоянный логарифмический шаг;
Operation Point	- включение/выключение выполнения расчета по постоянному току перед началом расчета частотных характеристик. При включенном данном режиме результаты расчета по постоянному току принимаются в качестве начальных условий расчета частотных характеристик;
Auto Scale Ranges	- включение/выключение автоматического масштабирования по осям X и Y графиков результатов моделирования.

В нижней половине окна задания параметров моделирования определяются необходимые аналитические выражения для графического представления результатов. С помощью команд Add и Delete из командной строки, расположенной в верхней части окна, существуют возможности добавления и удаления графиков результатов моделирования. Для переключения между логарифмической и линейной шкалой по осям X и Y, изменения цвета и формирования текстового выходного файла <имя схемы>.tno для каждого графика имеется набор четырех соответствующих пиктограмм. В столбце P числом от 1 до 9 выбирается номер графического окна, в котором должно быть построено заданное аналитическое выражение. В столбце X Expression указывается имя переменной, откладываемой по оси X. При анализе частотных характеристик данная ось определяется как частота – F. При расчете импульсной характеристики с помощью преобразования Фурье по оси X откладывается время – T. В столбце Y Expression определяется непосредственно необходимое для построения аналитическое выражение или простая переменная. Для расчета уровня шума в столбце Y Expression вводятся выражения ONOISE или INOISE, при этом графики других переменных одновременно выводить на экран нельзя. При указании INOISE выводится график квадратного корня спектральной плотности напряжения или тока внутренних шумов цепи, пересчитанной к входным узлам. Если в качестве источника входного сигнала включен источник напряжения, то на вход пересчитывается спектральная плотность напряжения, а если источник тока, то спектральная плотность тока. При указании ONOISE выводится график спектральной плотности напряжения (суммы спектральных плотностей от внутренних источников шумов) на выходных узлах цепи. С помощью команды Expand из командной строки, расположенной в верхней части окна, существует возможность ввода длинных аналитических формул в столбцы X Expression и Y Expression. В столбцах X Range и Y Range по формату Max[, Min] (по умолчанию Min=0) задаются максимальное и минимальное значения переменных, откладываемых по осям X и Y соответственно. Для автоматического выбора диапазона переменных в этих столбцах вводится Auto.

Команды Stepping и Properties из командной строки, расположенной в верхней части окна задания параметров моделирования, диалоговые окна задания вариаций параметров компонентов при моделировании и определения настроек в режиме анализа соответственно.

Выход из режима моделирования в частотной области и возврат в режим редактора осуществляется по команде AC→Exit Analysis или нажатием функциональной клавиши F3.