對(duì)于SPICE建模，原計(jì)劃一個(gè)器件一個(gè)器件的分析，但不知何時(shí)可以?xún)冬F(xiàn)，那就先用這一篇把PSpice中用到的各種建模方法全部介紹完吧，這樣不管哪種器件，我們都有思路和方法了。

為何要建模

在PSpice A/D中內(nèi)建了很多常用的電子元器件符號(hào)及其對(duì)應(yīng)的模型，但是在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，元器件庫(kù)中恰好沒(méi)有合適的元器件，而且這種情況非常經(jīng)常，軟件庫(kù)文件中的元器件都是常規(guī)的，一旦是新的芯片，在自帶庫(kù)中基本上都找不到。

于是，原本信誓旦旦半天就可以完成的電路設(shè)計(jì)，卻因?yàn)檎也坏侥Ｐ?，只好擱置了~~~所以原理圖仿真在學(xué)會(huì)使用軟件之后，最大的困境就是器件找不到模型?！雪n⊙∥

今天在這里把目前最常用的建模方法和步驟給大家做介紹，遇到器件沒(méi)有模型時(shí)總會(huì)有辦法解決~~

01

編輯和修改已有的模型

找不到器件模型很常見(jiàn)，但也不需要一找不到模型就想著建模（自己有強(qiáng)迫癥或是領(lǐng)導(dǎo)有強(qiáng)迫癥的除外），在遇到庫(kù)中沒(méi)有找到模型時(shí)，我們可以考慮選用相近的型號(hào)器件代替，或者對(duì)模型庫(kù)中已有的器件進(jìn)行編輯，對(duì)主要的參數(shù)進(jìn)行修改以滿(mǎn)足仿真的要求。

樣例

某方波發(fā)生器電路，穩(wěn)壓管D1N4465的穩(wěn)壓值是10.05V。如果設(shè)計(jì)輸出的方波需要限幅為8V，那么我們可以直接修改D1N4465的模型參數(shù)。

步驟：1、點(diǎn)中穩(wěn)壓管D1N4465，右鍵在快捷菜單中選擇執(zhí)行Edit PSpice Model命令，這時(shí)系統(tǒng)會(huì)打開(kāi)Model Edtor工具，你慢慢等待就可以~~

2、進(jìn)入PSpice的Model Editor模塊后，我們能看到這個(gè)穩(wěn)壓管的模型文件內(nèi)容，找到我們最關(guān)注的參數(shù)Bv（PN節(jié)的反向擊穿電壓），將其參數(shù)值改為8.0。然后保存設(shè)置。（這時(shí)不要擔(dān)心會(huì)把自帶庫(kù)中的1N4465的管子參數(shù)給修改了，軟件只會(huì)把這個(gè)修改過(guò)參數(shù)的器件另存在這個(gè)工程文件的目錄下）

3、關(guān)閉Model Editor軟件，直接運(yùn)行原工程文件。從輸出波形可以看出，我們修改成功了。

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02

從IC廠家網(wǎng)站上下載Spice模型建模

如果你的電路中有這幾年新出現(xiàn)的元器件，那大概率都不可能有模型。但如果你的器件是一些半導(dǎo)體大廠商生產(chǎn)的，比如德州儀器(TI)、亞德諾(ADI)、英飛凌等，那可以直接到其官網(wǎng)上搜索，很大概率上能找得到。

譬如：

只要將其下載即可。

樣例

比如從TI的網(wǎng)站上下載OPA2132的PSpice模型文件：OPA2132.mod。由于PSpice識(shí)別的庫(kù)文件后綴名是.lib，所以直接將后綴名修改為lib，得到OPA2132.lib文件。【注：有時(shí)下載得到的是.cir或是.txt的，都可以直接修改后綴名】

步驟一：雙擊*.lib文件，打開(kāi)Model Editor工具

步驟二、為模型配置一個(gè).olb文件

執(zhí)行菜單欄中File→Export to Capture Part library，設(shè)置完畢后點(diǎn)擊OK。

步驟三、為模型選擇合適的外形

繼續(xù)執(zhí)行File→Model Import Wizard[Capture]，按照下圖的步驟，為該模型選擇合適的外形。點(diǎn)擊“Save Symbol”，關(guān)閉對(duì)話框后建模就完成了。

這樣，在在保存的目錄下就可以看到如下兩個(gè)文件：

那就已經(jīng)跟軟件自帶庫(kù)的裝備一樣了，也就預(yù)示器件的SPICE建模已經(jīng)完成。剩下就是如何調(diào)用和測(cè)試嘍

步驟四、在使用新模型的工程中添加入庫(kù)文件

在新建的工程原理圖窗口下調(diào)用新建的器件的.olb文件，畫(huà)出如下的二階濾波器的電路，在設(shè)置仿真分析方法時(shí)，選擇交流分析。

在運(yùn)行仿真之前還需要有如下操作：

執(zhí)行PSpice→Simulation Settings，按照下圖標(biāo)記的順序，將前面建好的.lib文件添加進(jìn)工程。

這樣，就可以點(diǎn)擊運(yùn)行，順利得到仿真結(jié)果了。

03

使用軟件自帶的建模APP創(chuàng)建模型

在這手機(jī)APP流行的時(shí)代，一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真軟件自然也得跟上潮流。這個(gè)寶藏APP藏在Capture的菜單欄中：Place->PSpice Component->Modeling Application

點(diǎn)擊打開(kāi)，就可以看到這里包含了很多種現(xiàn)在使用比較多的器件，比如大功率MOSFET，瞬態(tài)電壓抑制器、穩(wěn)壓管、獨(dú)立電源等

下面是其中幾個(gè)的建模界面，可以看出，這里只要根據(jù)器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)數(shù)據(jù)輸入到相應(yīng)編輯框內(nèi)就可以了，算是非常直觀的建模方式了。Cadence公司也在每次版本更新時(shí)增加種類(lèi)。

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樣例

某型號(hào)為L(zhǎng)QM18P_B0的一款高頻電感，由Murata Electronics公司生產(chǎn)，在官網(wǎng)上找到數(shù)據(jù)手冊(cè)，里面有如下的參數(shù)數(shù)據(jù)：

由于自帶庫(kù)中沒(méi)有這個(gè)型號(hào)，如果只用常規(guī)的電感模型，又無(wú)法體現(xiàn)它的性能。這時(shí)就選用Modeling App中的Inductor，打開(kāi)之后，將上圖中的重要參數(shù)填寫(xiě)到相應(yīng)的編輯框內(nèi)

點(diǎn)擊上圖的Place就完成了這個(gè)高頻電感的建模。

04

擬合特性曲線方式建模

PSpice提供一個(gè)專(zhuān)門(mén)建模的工具M(jìn)odel Edtor，在Cadence軟件中可以找到，前面第二種方法中我們其實(shí)也見(jiàn)到過(guò)了。只是那是系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)，這次需要自己找到后打開(kāi)

Model Editor工具提供了十幾種元件：Diode、Bipolar Transistor、Magnetic Core、IGBT、JFET、MOSFET、Operational Amplifier、Voltage Regulator、Voltage Comparator、Voltage Reference、Darlington Transistor，這些都可以通過(guò)輸入特性曲線來(lái)建立元件的PSpice Model。

這種方法的樣例可以參看之前推送過(guò)的

晶體三極管的SPICE模型構(gòu)建

在晶體三極管建模里有詳細(xì)的步驟，這里就不贅述了，大家記得點(diǎn)擊藍(lán)字哦????????

05

打包子電路建模

Model Editor工具和Modeling App都是有局限性的，都只有固定類(lèi)型的器件才可以使用。而子電路形式是所有元器件都可以使用的建模方式。也是我們見(jiàn)到的幾乎所有的模擬集成芯片所使用的建模方式。不信，你隨便選擇一個(gè)集成芯片的模型，右鍵看它的模型文件，都可以看到第一行幾乎都是以.SUBCKT 開(kāi)頭的。這就是子電路形式建模。第二種方法中我們下載的運(yùn)放模型就是子電路方式建模。

子電路的語(yǔ)句描述是：

.SUBCKT? ?? [NODE1 NODE2……]

……

.END

這里以構(gòu)建一個(gè)MOSFET的子電路，來(lái)說(shuō)明這種建模方式的步驟

樣例

某射頻功率MOSFET晶體管DE150-201N09A，數(shù)據(jù)手冊(cè)中沒(méi)有提供詳細(xì)的特性曲線，但它提供了SPICE模型電路，如下圖。它屬于SPICE三極模型的擴(kuò)展，里面包括了三個(gè)雜散電感LG、LS和LD；圖中的RD相當(dāng)于器件的導(dǎo)通電阻RDS(on)；Rds是電阻性漏電項(xiàng)；晶體管的輸出電容Coss和反向傳輸電容CRSS由反向偏置二極管建模，為器件提供變?nèi)荻O管響應(yīng)。Ron和Roff用于調(diào)整晶體管的開(kāi)啟延遲和關(guān)閉延遲。

數(shù)據(jù)手冊(cè)中提供的模型電路

步驟一、在原理圖設(shè)計(jì)工具Capture中繪制電路圖，并生成網(wǎng)表(netlist)

在原理圖繪制工具Capture中繪制原理圖，得到如下圖的電路。

繪圖區(qū)內(nèi)繪制子電路

圖中MOS管和二極管均選用BREAKOUT庫(kù)中的器件，并對(duì)其參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

.MODEL MNOS NMOS (LEVEL=3 VTO=3.0KP=2.7)

.MODEL D1 D (IS=.5F CJO=1P BV=100M=.5 VJ=.6 TT=1N)

.MODEL D2 D (IS=.5F CJO=1100PBV=500 M=.5 VJ=.6 TT=1N RS=10M)

.MODEL D3 D (IS=.5F CJO=300PBV=500 M=.3 VJ=.4 TT=400N RS=10M)

然后在工程界面下，選擇tools/Create Netlist，得到下圖所示對(duì)話框，利用軟件直接生成網(wǎng)表。

網(wǎng)表設(shè)置完成后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成網(wǎng)表文件，后綴名為.lib。

通過(guò)給定的路徑，我們可以在文件夾下找到剛剛生成的.lib文件

這其實(shí)就是該MOSFET的模型文件了。接下來(lái)從步驟二到步驟四跟第二種方法是完全一樣的哦，再來(lái)回顧一遍吧????????

步驟二、為模型配置一個(gè).olb文件

在工程目錄下找到lib文件，雙擊后，系統(tǒng)調(diào)用PSpice Model Editor工具，將此model 加入元件庫(kù)中：File→Export to capture Part library，獲得.olb文件。

步驟三、為模型選擇合適的外形

在Model Editor工具中繼續(xù)執(zhí)行File→Model Import Wizard [capture]，為該模型選擇合適的外形。此處模型可以采用系統(tǒng)默認(rèn)的，后面在原理圖中進(jìn)行修改，也可以直接從元件庫(kù)中找到可以兼容的直接應(yīng)用。如下圖所示的步驟進(jìn)行。保存符號(hào)后，關(guān)閉Model Editor。

這樣，在工程文件夾下就可以看到如下兩個(gè)文件：

這預(yù)示器件的SPICE建模已經(jīng)完成。

對(duì)于很多器件，其實(shí)內(nèi)部的子電路并不容易獲得，這時(shí)可以選用PSpice的ABM（Analog Behavioral Modeling）庫(kù)中的器件。

比如我們知道某穩(wěn)壓器的內(nèi)部框圖

那我們可以按照子電路建模的步驟一，在Capture中畫(huà)出實(shí)現(xiàn)該框圖行為關(guān)系的電路模型

上圖紅框中的都是ABM庫(kù)的器件。后面找時(shí)間專(zhuān)門(mén)推一期說(shuō)ABM庫(kù)哦，大家別急~~今天主要是熟悉建模的步驟。

然后根據(jù)步驟二和步驟三，得到該穩(wěn)壓器的外觀。

這樣也就大功告成了。

結(jié)束語(yǔ)

器件建模是電路仿真過(guò)程中最艱難的步驟之一，它不僅要求對(duì)器件的物理及電特性有深入了解，還要求擁有豐富的特定電路的應(yīng)用知識(shí)。但是器件的建模問(wèn)題決不是不能解決的，利用器件的Datesheet的信息，可以給器件建立一個(gè)初步模型。為了獲得電路建模的最佳結(jié)果，遵從“使用盡可能簡(jiǎn)單的模型”。

另外還有幾點(diǎn)：

1 不要使模型比實(shí)際需要的更復(fù)雜，哪怕一點(diǎn)也不行，過(guò)度復(fù)雜的模型只會(huì)使它運(yùn)行的更慢，出錯(cuò)的可能性更大；

2 建模本身就是一種妥協(xié)的做法；

3 不要害怕將電路分開(kāi)成各部分單獨(dú)測(cè)試，需要時(shí)可以獨(dú)立運(yùn)行和跟蹤調(diào)試子電路；

4 對(duì)功率器件使用ABM建模時(shí)要小心，它可能在一個(gè)工作點(diǎn)上運(yùn)行正確，但其他工作點(diǎn)可能產(chǎn)生不精確的結(jié)果

最后，最重要的是要知道自己在做什么。^_^

編輯：黃飛

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