ORCAD/PSPICE 9中新元件的創(chuàng)建

序言
　　
電子設計自動化EDA技術的發(fā)展和應用對電子設計的發(fā)展起了巨大的推動作用。EDA技術的深入發(fā)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(chǎn)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(gòu)成的EDA軟件系統(tǒng)，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(shù)的設置以及產(chǎn)生網(wǎng)表等報告文件。在電路圖通過驗證后，可以進入后續(xù)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(shù)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(shù)。如果僅僅是電路原理圖或圖的需要，則只需要符號庫的內(nèi)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(shù)的支持，即必須對符號賦予參數(shù)。所以一個元件模型是由符號和參數(shù)兩部分組成的。
　　
ORCAD/PSPICE已經(jīng)內(nèi)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(fā)展和新元件的不斷問世，或出于個性化設計需要，又或者內(nèi)建元件庫內(nèi)沒有合適的元件，這時就需要通過修改原有元件或創(chuàng)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(shù)做修改，則新建模型的參數(shù)屬性將保持不變，所以無論使用哪個元件，對仿真結(jié)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(nèi)，選中復制后的元件，并點擊右鍵，出現(xiàn)如圖3的菜單。


　　
(2)修改。點擊圖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(jīng)建立起一個名為MbreakN"的新元件。因為未修改其模型參數(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
　　
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(chuàng)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(xiàn)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，元件封裝名稱DIP10,定義每一封裝里的單元件的數(shù)目為5，設定封裝內(nèi)單元件的類型為相同。所有設置完成后按確定。
　　
(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(qū)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(shù)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(chuàng)建。

模型參數(shù)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(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(diào)用后通過修改其原有的參數(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)用庫中的原有元件；打開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；仿真驗證。
　　
下面以硅整流二極管D1N4002為例，通過如上步驟來修改參數(shù)，以降低其門檻電壓Vb。
　　
(1)調(diào)用原有的元件。從原有的元件庫Diod.odb中調(diào)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(shù)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(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(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，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是渡越時間。
　　
(3)修改參數(shù)。將飽和電流參數(shù)IS由原來的14.11E-9改為14.11E-8
　　
(4)存盤。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(shù)，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?？梢娦薷暮蟮亩O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多萬個遠程數(shù)據(jù)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(shù)及信息和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，就能自動查找到和下載所需元件。

結(jié)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(huán)節(jié)，從而使整體的設計周期大幅縮短。