ORCAD PSPICE 9中新元件的創(chuàng)建方法

序言
　　電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用對(duì)電子設(shè)計(jì)的發(fā)展起了巨大的推動(dòng)作用。EDA技術(shù)的深入發(fā)展和廣泛應(yīng)用，帶給電子設(shè)計(jì)師更完善的設(shè)計(jì)方法，更短的設(shè)計(jì)周期，使其產(chǎn)品更具競(jìng)爭(zhēng)力。
　　ORCAD/PSPICE是ORCAD公司與MICROSIM公司將兩公司在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的ORCAD軟件包和PSPICE軟件集成在一起而構(gòu)成的EDA軟件系統(tǒng)，其功能相當(dāng)完整和強(qiáng)大。前段處理程序?yàn)镺RCAD CAPTURE，負(fù)責(zé)電路圖的繪制、仿真參數(shù)的設(shè)置以及產(chǎn)生網(wǎng)表等報(bào)告文件。在電路圖通過(guò)驗(yàn)證后，可以進(jìn)入后續(xù)的LAYOUT PLUS程序進(jìn)行印刷電路板的設(shè)計(jì)，或是進(jìn)入EXPRESS程序進(jìn)行可編程邏輯元件PLD或FPGA的設(shè)計(jì)。后段ORCAD PSPICE負(fù)責(zé)軟件的仿真驗(yàn)證。
　　本文著重介紹元件符號(hào)庫(kù)的建立、參數(shù)的修改、新元件的模型建立。

符號(hào)庫(kù)的修改和建立
　　EDA軟件的元件模型包括符號(hào)庫(kù)和相應(yīng)的參數(shù)。如果僅僅是電路原理圖或PCB圖的需要，則只需要符號(hào)庫(kù)的內(nèi)容。如果對(duì)該符號(hào)還必須作仿真，則該符號(hào)所代表的器件必須有參數(shù)的支持，即必須對(duì)符號(hào)賦予參數(shù)。所以一個(gè)元件模型是由符號(hào)和參數(shù)兩部分組成的。
　　ORCAD/PSPICE已經(jīng)內(nèi)建了約2萬(wàn)個(gè)常見(jiàn)的電子元件模型，但是隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和新元件的不斷問(wèn)世，或出于個(gè)性化設(shè)計(jì)需要，又或者內(nèi)建元件庫(kù)內(nèi)沒(méi)有合適的元件，這時(shí)就需要通過(guò)修改原有元件或創(chuàng)建新的元件等方法來(lái)建立符合要求的新元件。
1．修改原有元件的符號(hào)
　　修改原有元件的符號(hào)一般有復(fù)制、修改和保存三個(gè)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(duì)新建符號(hào)的參數(shù)做修改，則新建模型的參數(shù)屬性將保持不變，所以無(wú)論使用哪個(gè)元件，對(duì)仿真結(jié)果都沒(méi)有影響。

　　(1)復(fù)制。在原有的元件庫(kù)BREAKOUT.OLB中，選取MbreakN，將其復(fù)制，粘貼到新建的庫(kù)如LIBRARY2.OLB內(nèi)，選中復(fù)制后的元件，并點(diǎn)擊右鍵，出現(xiàn)如圖3的菜單。

　　(2)修改。點(diǎn)擊圖3菜單中的Edit Part，即出現(xiàn)元件編輯圖窗口，利用窗口右邊的畫(huà)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(hào)存盤(pán)（可按存盤(pán)快捷鍵）。
在完成以上三個(gè)步驟后，已經(jīng)建立起一個(gè)名為MbreakN'的新元件。因?yàn)槲葱薷钠淠Ｐ蛥?shù)，所以新元件的特性與原有的晶體管MbreakN完全一樣。
2．創(chuàng)建新的元件符號(hào)
　　其一般步驟：開(kāi)啟所要新增元件的元件庫(kù)，或全新的元件庫(kù)；編輯新元件圖,元件圖可由其他已有的元件復(fù)制過(guò)來(lái)；建立新元件管腳；編輯新元件屬性；存盤(pán)。
　　下面以一復(fù)合包裝LED為例，按照上述過(guò)程介紹創(chuàng)建新元件的步驟。
　　(1)打開(kāi)一新元件庫(kù)，并選取EDIT菜單里的NEW PART，則出現(xiàn)新元件屬性對(duì)話框，定義新元件的名稱為L(zhǎng)ED-BAR, 元件序號(hào)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(shù)目為5，設(shè)定封裝內(nèi)單元件的類型為相同。所有設(shè)置完成后按確定。
　　(2)在出現(xiàn)的新元件編輯圖窗口中，利用右邊的畫(huà)圖工具欄或PLACE菜單中的指令畫(huà)出一個(gè)LED，同時(shí)也可復(fù)制已有的LED。例如我們選取Discrete.lib里的LED, 按EDIT開(kāi)啟元件編輯，而編輯區(qū)中正是這個(gè)元件，選取整個(gè)元件圖粘貼到新元件編輯圖上即可，如圖4。

　　(3)對(duì)各個(gè)單元件的引腳進(jìn)行定義。點(diǎn)擊某個(gè)引腳后會(huì)出現(xiàn)一引腳屬性對(duì)話框，將各引腳進(jìn)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(xiàn)一同圖4相同的LED，重復(fù)步驟3定義其管腳。
　　(5)重復(fù)步驟4，將剩余的三個(gè)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(xiàn)元件屬性對(duì)話框，如圖6，在其中修改各個(gè)LED管的基本屬性，如管腳名，管腳數(shù)的顯示與否等。
　　(7)選取VIEW 菜單中的PACKAGE來(lái)觀看整個(gè)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(guò)雙擊任一單元件，切換到單個(gè)元件圖中。

　　(8)存盤(pán)完成新元件創(chuàng)建。

模型參數(shù)的修改
　　當(dāng)我們需要一些特定性能的元件而庫(kù)中沒(méi)有該元件時(shí)，可以通過(guò)元件編輯程序新建其仿真模型參數(shù)或修改現(xiàn)有元件的仿真模型參數(shù)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(shù)基礎(chǔ)上將其修改為合乎要求的元件。上面兩種建立符號(hào)庫(kù)的方法得到的新元件也可在調(diào)用后通過(guò)修改其原有的參數(shù)得到符合要求的新參數(shù)模型元件。
　　參數(shù)修改的一般步驟是：調(diào)用庫(kù)中的原有元件；打開(kāi)原有元件的模型參數(shù)窗口；修改參數(shù)；保存參數(shù)修改后的元件，即得新元件；仿真驗(yàn)證。
　　下面以硅整流二極管D1N4002為例，通過(guò)如上步驟來(lái)修改參數(shù)，以降低其門(mén)檻電壓Vb。
　　(1)調(diào)用原有的元件。從原有的元件庫(kù)Diod.odb中調(diào)用硅整流二極管D1N4002。為了驗(yàn)證的方便，繪制如圖8所示電路。

　　(2)打開(kāi)原有元件模型參數(shù)窗口。選中電路圖中的D1N4002，點(diǎn)擊右鍵，后選取菜單中EDIT PSPICE MODEL，則出現(xiàn)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(yǔ)句定義了它的所有模型參數(shù)。
.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(yǔ)句的一般格式如下：
.MODEL D [model parameters]
　　其中model name是模型名，D是二極管的類型代號(hào)，model parameters是模型參數(shù)及其值，在本例中IS是飽和電流，N是注入系數(shù)，RS是歐姆電阻，EG是禁帶寬度，CJO是零偏PN結(jié)電容，M是梯度因子，VJ是結(jié)電勢(shì)，F(xiàn)C是正偏耗盡電容系數(shù)，NR是ISR的發(fā)射系數(shù)，BV是反向擊穿電壓，IBV是反向擊穿電流，TI是渡越時(shí)間。
　　(3)修改參數(shù)。將飽和電流參數(shù)IS由原來(lái)的14.11E-9改為14.11E-8
　　(4)存盤(pán)。將參數(shù)修改后的元件保存，則得到符合要求的新元件。
　　(5)仿真驗(yàn)證。如圖8所示，對(duì)新、老兩個(gè)元件設(shè)置相同的直流掃描分析參數(shù)，掃描電壓為Vi，由-100V到20V，步長(zhǎng)為0.01V，分別對(duì)原有元件和新元件進(jìn)行仿真。運(yùn)行后將其各自的特性曲線集合到同一窗口下，得到圖10。對(duì)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(gè)正向偏壓部分的曲線向左移動(dòng)，門(mén)檻電壓Vb變小了?？梢?jiàn)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(wǎng)站上查找和下載所需的元件。對(duì)于入網(wǎng)的ORCAD用戶可以利用其元件信息系統(tǒng)(CIS COMPENT INFORMATION SYSTEM)從50多萬(wàn)個(gè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)查找或下載120萬(wàn)個(gè)元件，雙擊感興趣的元件就可以把它們擺到原理圖上，同時(shí)圖上的元件的參數(shù)及信息和數(shù)據(jù)庫(kù)的紀(jì)錄保持著一致，可以從原理圖上直接查看有關(guān)該元件的信息，或者把這些信息打印出來(lái)。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(hào)、封裝形式等其他數(shù)據(jù)，就能自動(dòng)查找到和下載所需元件。

結(jié)束語(yǔ)
　　通過(guò)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(shè)計(jì)和仿真環(huán)節(jié)，從而使整體的設(shè)計(jì)周期大幅縮短。