Erstellen eines Simulationsmodells

Auf einen Blick

Dieser Artikel erklärt, wie Sie Schaltungskomponenten in Altium Designer durch das Erstellen, Importieren, Definieren und Verwalten von Simulationsmodellen für die Simulation vorbereiten. Er stellt gängige Möglichkeiten zur Beschaffung von Modellen vor, darunter Herstellerdateien und manuell erstellte Modelldateien. Anschließend zeigt er, wie Sie Simulationsmodelle im Workspace erstellen und speichern, wichtige Modellinformationen wie Modellname, Datei, Beschreibung und Parameter festlegen und die Modelle später bei Bedarf bearbeiten. Wenn Sie eine verständliche Anleitung suchen, um Komponenten für die Simulation vorzubereiten und die zugehörigen Modelle in Ihrem Workspace zu organisieren, hilft Ihnen dieser Leitfaden, sicher voranzukommen. Lesen Sie weiter.

- Wie Simulationsmodelle erstellt oder beschafft werden, etwa durch heruntergeladene Herstellerdateien, kopierte textbasierte Modelle und manuell geschriebene Teilschaltungsdateien.
- Wie Sie Simulationsmodelle in Altium Designer und einem verbundenen Workspace erstellen, speichern, verknüpfen und bearbeiten.
- Welche Informationen erforderlich sind, um ein Simulationsmodell korrekt zu definieren, einschließlich Modellnamen, referenzierter Dateien und Parameter auf Modellebene.
Mit KI tiefer einsteigen:

Um einen Schaltungsentwurf mit dem Mixed-Signal-Schaltungssimulator von Altium Designer zu simulieren, müssen alle Bauteile in der Schaltung simulationsbereit sein – das heißt, mit jedem Bauteil muss ein Simulationsmodell verknüpft sein.

Die Art des Modells und seine Beschaffung hängen weitgehend vom Bauteil und bis zu einem gewissen Grad auch von den persönlichen Vorlieben des Entwicklers ab. Viele Bauteilhersteller stellen Simulationsmodelle für ihre Bauteile bereit. In der Regel müssen Sie lediglich die benötigte Modelldatei herunterladen und mit dem Schaltplanbauteil verknüpfen. Erfahren Sie mehr über das Hinzufügen von Simulationsmodellen zum Design.

Manche Modelle müssen unter Umständen von Grund auf neu erstellt werden – beispielsweise mithilfe der hierarchischen Teilschaltungssyntax, um die erforderliche Teilschaltungsmodelldatei (*.ckt) zu erstellen.

Erstellen eines neuen Simulationsmodells

Einige Modelle werden von Herstellern und Lieferanten als herunterladbare Textdateien bereitgestellt. Manchmal werden die Modelldaten statt als Download-Datei als Text auf einer Webseite angezeigt. In diesem Fall können Sie in Altium Designer eine neue Modelldatei erstellen und den Inhalt der Webseite in diese kopieren und einfügen. Verwenden Sie dazu den entsprechenden Befehl im Untermenü File » New » Mixed Simulation, wie unten gezeigt.

Befehle zum Erstellen einer neuen, leeren Modelldatei.
Befehle zum Erstellen einer neuen, leeren Modelldatei.

Um den richtigen Modelltyp (*.MDL, *.CKT usw.) zu bestimmen, prüfen Sie den Textinhalt des Modells.

Anschließend können Sie die Informationen aus der Modelldatei kopieren und in den Modelleditor einfügen.

Beispiel für den Textinhalt eines Simulationsmodells.
Beispiel für den Textinhalt eines Simulationsmodells.

  • Die Verwendung von Strömen durch Induktivitäten in einem Ausdruck für den Wert einer funktionalen Quelle wird unterstützt.
  • Die Anfangsbedingungsanweisung (.IC) wird innerhalb einer Teilschaltung unterstützt.
  • Um wiederholte Bursts transienter Vorgänge zu simulieren, können Sie die Funktion EXP in unabhängigen Quellen mit den folgenden Parametern verwenden:

    EXP(V1 V2 Td1 Tau1 Td2 Tau2 Tpulse Npulse Tburst),

    wobei:

    • Tpulse – Impulsperiode
    • Npulse – Anzahl der Impulse pro Burst
    • Tburst – Wiederholperiode der Bursts
  • Ausgangsströme von P-Kanal-Transistoren (BJT, JFET, MOSFET, MESFET) werden als hineinfließende Ströme behandelt, sodass sie mit N-Kanal-Transistoren übereinstimmen.
  • Wenn Sie ein Modell auf Grundlage eines anderen Modells erstellen, können Sie jetzt das Modellschlüsselwort AKO verwenden. Im unten gezeigten Beispiel hat das Modell QP dieselben Parameter wie das Modell QP350, mit der Ausnahme, dass BF geändert und VA festgelegt wird.

    .MODEL QP350 PNP(IS=1.4E-15 BF=70 CJE=.012P CJC=.06P RE=20 RB=350 RC=200)

    .MODEL QP AKO:QP350 PNP(BF=150 VA=100)

    Bei Verwendung der Syntax AKO erfolgt eine Fehlererkennung, wenn die Modelldefinition eine unendliche Rekursion ( Bild anzeigen) oder ein fehlendes Basismodell ( Bild anzeigen) enthält.

Erstellen eines Workspace-Simulationsmodells

Altium Designer bietet in Verbindung mit einem verbundenen Workspace die Möglichkeit, Workspace-Simulationsmodelle zu erstellen und zu verwalten. Sobald ein Workspace-Simulationsmodell erstellt wurde, kann es zum Erstellen eines oder mehrerer Workspace-Bauteile verwendet werden.

Workspace-Simulationsmodelle werden automatisch erstellt, wenn Sie einem Bauteil, das im Component Editor im Einzelbauteil-Bearbeitungsmodus definiert wird, eine Simulationsmodelldatei hinzufügen und das Bauteil anschließend in Ihrem Workspace speichern. Sie können Workspace-Simulationsmodelle jedoch auch direkt im Workspace erstellen, wie nachfolgend beschrieben.

  1. Öffnen Sie das Panel Components und blenden Sie die Modelle ein, indem Sie oben im Panel auf die Schaltfläche  klicken und Models auswählen.

    Blenden Sie Models im Panel Components ein.
    Blenden Sie Models im Panel Components ein.

  2. Navigieren Sie zur Kategorie Simulations und wählen Sie Create Component aus dem Menü der Schaltfläche  aus.

    Navigieren Sie im Panel Components zu den Simulationsmodellen und wählen Sie den Befehl zum Erstellen eines neuen Modells aus. 
    Navigieren Sie im Panel Components zu den Simulationsmodellen und wählen Sie den Befehl zum Erstellen eines neuen Modells aus.

  3. Geben Sie im daraufhin geöffneten Dialogfeld Create New Item die erforderlichen Informationen ein, stellen Sie sicher, dass die Option Open for editing after creation aktiviert ist, und klicken Sie auf OK. Das Workspace-Simulationsmodell wird erstellt und der temporäre SimModel-Editor wird geöffnet. Dabei wird ein .SimModel Dokument als aktives Dokument im Designbereich angezeigt. Dieses Dokument wird entsprechend der Elementrevision im folgenden Format benannt: <Item><Revision>.SimModel (z. B. SIM-001-0001-1.SimModel).

    Beispiel für die Bearbeitung der ersten Revision eines Workspace-Simulationsmodells – der temporäre SimModel-Editor stellt das Dokument bereit, mit dem Sie Ihr Simulationsmodell definieren.
    Beispiel für die Bearbeitung der ersten Revision eines Workspace-Simulationsmodells – der temporäre SimModel-Editor stellt das Dokument bereit, mit dem Sie Ihr Simulationsmodell definieren.

  4. Verwenden Sie das Dokument, um das Workspace-Simulationsmodell nach Bedarf zu definieren. Weitere Informationen hierzu finden Sie unter Definieren des Simulationsmodells.
  5. Speichern Sie das Modell im Workspace mithilfe des Bedienelements Save to Server rechts neben dem Eintrag des Simulationsmodells im Panel Projects. Das Dialogfeld Edit Revision wird angezeigt. Darin können Sie den Namen und die Beschreibung ändern sowie bei Bedarf Freigabehinweise hinzufügen. Nach dem Speichern werden das Dokument und der Editor geschlossen.
  6. Das Dokument mit der Quelldefinition des Simulationsmodells, *.SimModel, wird in der Revision des Workspace-Simulationsmodells gespeichert. Das Simulationsmodell wird im Panel Components in der Kategorie Simulations angezeigt.

    Ein gespeichertes Workspace-Simulationsmodell im Panel Components
    Ein gespeichertes Workspace-Simulationsmodell im Panel Components

    Die im Workspace gespeicherten Daten umfassen die Modelldefinition in der Datei .SimModel sowie alle referenzierten .mdl- oder .ckt-Dateien. Wechseln Sie im Explorer-Panel zur Registerkarte der Aspektansicht Preview und klicken Sie dann auf eine referenzierte Datei, um eine Vorschau ihres Inhalts anzuzeigen. Gegebenenfalls werden auch Parameter auf Modellebene angezeigt.

    Sehen Sie sich das gespeicherte Workspace-Simulationsmodell im Panel Explorer an. Wechseln Sie zur Registerkarte der Aspektansicht Preview, um die gespeicherten Daten anzuzeigen.
    Sehen Sie sich das gespeicherte Workspace-Simulationsmodell im Panel Explorer an. Wechseln Sie zur Registerkarte der Aspektansicht Preview, um die gespeicherten Daten anzuzeigen.

Ein gespeichertes Workspace-Simulationsmodell kann anschließend mit einem Workspace-Bauteil verknüpft werden, wenn Sie das Bauteil im Component Editor im Modus Einzelbauteilbearbeitung oder Stapelbearbeitung von Bauteilen definieren.

  • Aus Sicht eines Entwicklers fasst ein Workspace-Bauteil alle Informationen, die zur Darstellung dieses Bauteils in sämtlichen Designdomänen erforderlich sind, in einer einzigen Einheit zusammen. Es kann daher als Container betrachtet werden – als „Sammelbehälter“, in dem alle Domänenmodelle und parametrischen Informationen gespeichert werden. Hinsichtlich seiner Darstellung in den verschiedenen Domänen enthält ein Workspace-Bauteil nicht die Workspace-Domänenmodelle selbst, sondern Verknüpfungen zu diesen Modellen. Diese Verknüpfungen werden beim Definieren des Bauteils festgelegt.
  • Workspace-Simulationsmodelle können auch beim Import vorhandener Bauteilbibliotheken älterer Generationen (SchLib, PcbLib, IntLib, DbLib, SVNDbLib) im Workspace erstellt werden. Die Benutzeroberfläche für diesen Vorgang – der Library Importer – bietet einen intuitiven Ablauf, der die anfangs ausgewählten Bibliotheken übernimmt und in Ihren Workspace importiert. Erfahren Sie mehr über den Library Importer.

Definieren des Simulationsmodells

Zum Definieren des Modells in einer SimModel-Datei sind die folgenden Informationen erforderlich:

  • Model Name – verwenden Sie dieses Feld, um den Namen des Modells anzugeben. Beim Zurückspeichern in den Workspace wird dieser Eintrag als Name der Revision des Simulationsmodell-Items verwendet.

    Dies muss der Name sein, der in der referenzierten Modell- oder Subcircuit-Datei angegeben ist.

    Bei der Referenzierung einer MDL-Datei muss der Name dem Namen in der Zeile .MODEL der Modelldefinition entsprechen. Betrachten Sie ein Diodenmodell mit der folgenden Definition:

    .MODEL 1N4002 D(IS=2.55E-9 RS=0.042 N=1.75 TT=5.76E-6 CJO=1.85E-11 + VJ=0.75 M=0.333 BV=100 IBV=1E-5 )

    Der Modellname lautet hier 1N4002. Dieser Name muss in das Feld Model Name eingegeben werden.

    Bei der Referenzierung einer CKT-Datei muss der Name dem Namen in der Zeile .SUBCKT der Modelldefinition entsprechen. Betrachten Sie ein Sicherungsmodell mit der folgenden Definition:

    .SUBCKT FUSE 1 2 PARAMS: CURRENT=1 RESISTANCE=1m SW1 1 2 3 0 SMOD OFF BNLV 3 0 V=(abs(v(1,2)))
    .MODEL SMOD SW (VT=\{(CURRENT*RESISTANCE)\} RON=1g ROFF=\{RESISTANCE\})
    .ENDS FUSE

    Der Modellname lautet hier FUSE. Dieser Name muss in das Feld Model Name eingegeben werden.

  • Model File – bei einem Modell, das mithilfe einer .mdl- oder .ckt-Datei definiert wurde, verwenden Sie die Schaltfläche Browse, um die benötigte Datei aus einer verfügbaren Bibliothek auszuwählen.
  • Description – geben Sie eine Beschreibung des Modells ein, beispielsweise seinen Zweck. Beim Zurückspeichern in den Workspace wird dieser Eintrag als Description der Simulationsmodellrevision verwendet.
  • Parameters – Parameter auf Modellebene für das Modell (siehe Parameter auf Modellebene).
  • Model Preview – schreibgeschützte Anzeige des Inhalts der referenzierten .mdl- oder .ckt-Datei.

Parameter auf Modellebene

Sofern zutreffend, können Parameter auf Modellebene direkt in der SimModel-Datei definiert werden, da sie Bestandteil der Modelldefinition sind. Der Bereich Parameters des Dokuments wird automatisch mit den für das gewählte Modell relevanten Parametern gefüllt. Parameterwerte können direkt bearbeitet werden – klicken Sie in der Liste auf das zu einem Parameter gehörende Feld Parameter Value und geben Sie den gewünschten Wert direkt ein.

Bei den integrierten SPICE3f5-, den unterstützten PSpice- und den Subcircuit-Modelltypen werden die verfügbaren Parameter automatisch im Bereich Parameters aufgelistet.

Definieren Sie Parameter für das Modell als Teil seiner Definition – durch direkte Bearbeitung.
Definieren Sie Parameter für das Modell als Teil seiner Definition – durch direkte Bearbeitung.

Wenn ein simulationsfähiges Bauteil in einem Design platziert wird, kann ein Simulationsparameter auf Bauteilebene einen anderen Wert haben als derselbe Parameter auf Modellebene. Bei der Erstellung der Netzliste hat der Parameter auf Bauteilebene Vorrang. Parameter auf Bauteilebene werden als Teil des jeweiligen Bauteils definiert. Weitere Informationen finden Sie unter Erstellen eines neuen Workspace-Bibliotheksbauteils.

Bearbeiten eines Workspace-Simulationsmodells

Sie können jederzeit zu einem beliebigen Workspace-Simulationsmodell zurückkehren und es direkt bearbeiten. Wählen Sie die Kategorie Simulations im Components-Panel aus (die Option Models muss im Menü des Panels aktiviert sein, damit diese Kategorie zugänglich ist), klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Eintrag eines Simulationsmodells und wählen Sie im Kontextmenü den Befehl Edit aus. Der temporäre Editor wird erneut geöffnet. Dabei wird die im Workspace-Simulationsmodell enthaltene Datei mit der Quelldefinition des Simulationsmodells zur Bearbeitung geöffnet. Nehmen Sie die gewünschten Änderungen vor und speichern Sie das Dokument anschließend in der nächsten Revision des Workspace-Simulationsmodells.

Wenn Sie ein Workspace-Simulationsmodell ändern und diese Änderung in einer neuen Revision des Modells speichern, sind alle Workspace-Bauteile, die dieses Modell verwenden, praktisch nicht mehr aktuell, da sie weiterhin die vorherige Revision verwenden. In den meisten Fällen werden Sie diese Workspace-Bauteile erneut speichern und dabei die jeweiligen Modellverknüpfungen auf die neuesten verfügbaren Revisionen aktualisieren wollen. Um diesen Vorgang zu vereinfachen, bietet ein Workspace in Verbindung mit Altium Designer die Möglichkeit, übergeordnete Bauteile beim erneuten Speichern eines Workspace-Simulationsmodells zu aktualisieren, nachdem Sie das Modell über die direkte Bearbeitung geändert haben.

Weitere Informationen zum Aktualisieren übergeordneter Bauteile beim Speichern eines Domänenmodells finden Sie auf der Seite Erstellen & Bearbeiten von Inhalten.

Erzeugen von SimModel-Dateien

SimModel-Dateien können mit dem Befehl Tools » Generate SimModel Files aus dem aktiven Schaltplanbibliotheks- oder Datenbankbibliotheksdokument erzeugt werden.

  • Diese Funktion ist nur für Standard-Datenbankbibliotheken (DbLibs) verfügbar. Aus SVN-Datenbankbibliotheken (SVNDbLibs) können keine SimModel-Dateien erzeugt werden.
  • Beim Erzeugen von SimModel-Dateien werden nur Bauteile in aktuell aktivierten Tabellen berücksichtigt.

Nach dem Aufrufen des Befehls wird das Dialogfeld Generate SimModel Files angezeigt. Jede SimModel-Datei samt der enthaltenen Simulationsmodelldefinition wird auf Grundlage der Simulationsmodellverknüpfung eines Schaltplanbauteils in der aktiven Schaltplanbibliothek erstellt (bzw. anhand der Simulationsinformationen eines Bauteildatensatzes in der aktiven Datenbankbibliothek). Verwenden Sie die Bedienelemente im Dialogfeld, um die Erzeugung einer oder mehrerer SimModel-Dateien nach Bedarf zu konfigurieren. Standardmäßig wird ein Unterordner mit dem Namen Sim Models erstellt. Ändern Sie diesen Namen bei Bedarf in einen geeigneteren Namen. Wenn der angegebene Ordner bereits vorhanden ist, wird er verwendet; andernfalls wird er erstellt.

Das Dialogfeld Generate SimModel Files
Das Dialogfeld Generate SimModel Files

Nachdem Sie die Optionen wie gewünscht festgelegt haben, klicken Sie auf OK. Die Erzeugung wird gestartet. Nach Abschluss des Vorgangs wird ein Bestätigungsdialogfeld angezeigt, das angibt, wie viele SimModel-Dateien erzeugt wurden. Alle referenzierten .mdl-, .ckt- oder .scb-Dateien werden ebenfalls zusammen mit den SimModel-Dateien gespeichert.

Eine erzeugte SimModel-Datei kann anschließend verwendet werden, um eine neue Revision eines Simulationsmodell-Items in Ihrem verbundenen Workspace zu erstellen. Öffnen Sie eine SimModel-Datei und verwenden Sie den Befehl File » Save to Server, um im daraufhin geöffneten Dialogfeld Choose Planned Item Revision eine geplante Item-Revision eines Simulationsmodell-Items in Ihrem Workspace auszuwählen (oder direkt eine neue zu erstellen).

Bei der Migration aus einer integrierten Bibliothek können Sie die Quell-Schaltplanbibliotheken (SchLib) erhalten, indem Sie die IntLib in Altium Designer öffnen und die Option zum Extrahieren der Quellbibliotheken wählen. Beim Erzeugen von SimModel-Dateien aus einer Datenbankbibliothek werden nur Bauteile in aktuell aktivierten Tabellen berücksichtigt.

Die Benennung der SimModel-Dateien hängt vom Typ der Quellbibliothek ab:

  • Schematic Library – jede SimModel-Datei wird nach dem Namen des Simulationsmodells benannt. Wenn mehrere Schaltplanbauteile dieselbe Simulationsmodellimplementierung enthalten (gleichnamiges Simulationsmodell), wird nur eine einzige SimModel-Datei mit diesem Namen erzeugt.
  • Database Library – jede SimModel-Datei wird nach dem Namen des Simulationsmodells benannt, der im Feld Sim Model Name eines Bauteildatensatzes angegeben ist. Wenn mehrere Bauteildatensätze (über aktivierte Tabellen hinweg) dieselbe Simulationsmodellimplementierung enthalten (gleicher Eintrag im Feld Sim Model Name), wird nur eine einzige SimModel-Datei mit diesem Namen erzeugt.

SPICE-Modell-Assistent

Bestimmte in SPICE integrierte Modelle analoger Bauelemente unterstützen eine zugehörige Modelldatei (*.mdl), in der sich erweiterte Verhaltenseigenschaften parametrisch definieren lassen (z. B. Halbleiterwiderstand, Diode, BJT). Diese Modelldatei von Hand zu erstellen und anschließend manuell mit dem gewünschten Schaltplanbauteil zu verknüpfen, kann recht aufwendig sein. Der SPICE Model Wizard erleichtert diese Aufgabe. Mit dem Assistenten lassen sich die Eigenschaften eines solchen Bauelements anhand der vom Benutzer erfassten Daten definieren. Die Parameter – entweder direkt eingegeben oder aus bereitgestellten Daten extrahiert – werden automatisch in eine Modelldatei geschrieben, die anschließend mit dem ausgewählten Schaltplanbauteil verknüpft wird.

Der SPICE Model Wizard bietet eine komfortable, teilautomatisierte Lösung zum Erstellen und Verknüpfen eines SPICE-Simulationsmodells für eine Reihe analoger Bauelemente, die in SPICE integriert sind und eine verknüpfte Modelldatei (*.mdl) benötigen. Die Verhaltenseigenschaften des Modells werden anhand der Informationen definiert, die Sie im Assistenten bereitstellen. Der Umfang dieser Informationen hängt vom Bauelementtyp ab, für den Sie ein Modell erstellen möchten – von der einfachen Eingabe von Modellparametern bis hin zur Eingabe von Bauelementdaten aus einem Herstellerdatenblatt oder aus Messungen am physischen Bauelement.

Die folgenden Abschnitte erläutern die Verwendung des Assistenten – vom Aufrufen bis zur Überprüfung.

Assistenten aufrufen

Der Assistent wird im Schaltplansymboleditor über den Befehl Tools » XSpice Model Wizard in den Hauptmenüs aufgerufen.

Die Startseite des SPICE Model Wizard
Die Startseite des SPICE Model Wizard

Auf den beiden folgenden Seiten des Assistenten können Sie Folgendes auswählen:

  • Welches Bauelement Sie aus der Liste der unterstützten Bauelementtypen modellieren möchten.
  • Ob das anschließend erzeugte SPICE-Modell einem vorhandenen Bauteil im Bibliotheksdokument oder einem neuen Bauteil hinzugefügt werden soll, das der Assistent erstellt und diesem Dokument hinzufügt.
Der SPICE-Modellassistent ist im Wesentlichen eine Sammlung von Assistenten – einer für jedes unterstützte Bauelementmodell.

Unterstützte Bauelementtypen

Mit dem Assistenten lassen sich SPICE-Modelle für die folgenden analogen Bauelementtypen erstellen:

  • Diode
  • Halbleiterkondensator
  • Halbleiterwiderstand
  • Stromgesteuerter Schalter
  • Spannungsgesteuerter Schalter
  • Bipolartransistor
  • Verlustbehaftete Übertragungsleitung
  • Übertragungsleitung mit gleichmäßig verteilten RC-Parametern

Modell benennen

Einer der wichtigsten Schritte beim Durchlaufen der Seiten des Assistenten ist die Vergabe eines Namens für das zu erstellende Modell. Erst nachdem Sie einen Namen eingegeben haben, können Sie mit der Parameterdefinition im Assistenten fortfahren.

Nach der Erstellung wird dieser Name im Feld Model Name des Dialogs Sim Model angezeigt. Auch die Modelldatei selbst wird unter diesem Namen erstellt (<ModelName>.mdl). Wenn Sie mit dem Assistenten einem neuen Bibliotheksbauteil ein Modell hinzufügen, wird der angegebene Modellname auch als Bauteilname verwendet.

Bei der Benennung des Modells können Sie außerdem eine kurze Beschreibung eingeben. Diese kann die Funktion des Modells (z. B. Semiconductor Resistor) oder einen konkreteren Hinweis auf einen Wert oder eine Konfiguration (z. B. NPN BJT) enthalten.

Zu modellierende Eigenschaften

Nachdem Sie dem Modell einen Namen gegeben haben, gelangen Sie zu einer oder mehreren Seiten, auf denen die zu modellierenden Eigenschaften festgelegt werden. Die vom Assistenten unterstützten Modelltypen lassen sich in die folgenden zwei Gruppen unterteilen:

Ein in der Modelldatei für ein Bauelement angegebener Parameter überschreibt den in der SPICE-Engine hinterlegten Standardwert.
  • Modelle, bei denen Daten eingegeben werden müssen, aus denen die Parameter zur Definition der gewählten Bauelementeigenschaften extrahiert werden. Die eingegebenen Daten stammen entweder aus direkten Messungen am physischen Bauelement oder aus einem Herstellerdatenblatt. Weitere Informationen finden Sie im Abschnitt Durch Parameterextraktion aus Daten erstellte Bauelementmodelle.
Der Assistent berücksichtigt nur Parameter, die sich innerhalb einer Modelldatei definieren lassen. Parameter, die für ein Bauelement auf Bauteilebene definiert werden können, sollten auf der Registerkarte Parameters des Dialogs Sim Model festgelegt werden, nachdem der Assistent die Modelldatei erstellt hat.

Modell erzeugen

Nachdem Sie die erforderlichen Daten bzw. Parameter definiert haben, zeigt der Assistent das erzeugte Modell an. Dieser Inhalt wird in der MDL-Datei gespeichert.

Vorschau des Inhalts der erzeugten Modelldatei.
Vorschau des Inhalts der erzeugten Modelldatei.

Sie können das Modell direkt auf dieser Seite bearbeiten und haben damit die volle Kontrolle über die Modellspezifikation.

Wenn Sie mit der Modelldefinition zufrieden sind, klicken Sie auf Next, um zur letzten Seite des Assistenten zu gelangen. Durch Klicken auf Finish können Sie das Modell speichern. Legen Sie im Dialog Save SPICE Model File fest, wo die erzeugte MDL-Datei gespeichert werden soll. Standardmäßig wird die Datei im selben Verzeichnis wie das Schaltplanbibliotheksdokument gespeichert. Bei Bedarf können Sie an dieser Stelle auch den Dateinamen ändern.

Wenn Sie festgelegt haben, dass das Modell einem neuen Bauteil zugeordnet werden soll, wird dieses Bauteil erstellt und dem Bibliotheksdokument hinzugefügt.

Obwohl das Modell automatisch mit dem neuen oder vorhandenen Bauteil verknüpft wird, sollten Sie grundsätzlich die Zuordnung der Pins des Schaltplanbauteils zu den Pins des Modells überprüfen. Öffnen Sie den Dialog Sim Model für das zugeordnete Modell und prüfen Sie die Pinzuordnung im Bereich Pin Mapping des Dialogs. Nehmen Sie bei Bedarf Änderungen vor. Definieren Sie nach Bedarf auf der Registerkarte Parameters des Dialogs die Werte weiterer für das Modell verfügbarer Parameter.

Durch direkte Parametereingabe erstellte Bauelementmodelle

Bei den folgenden Bauelementmodellen extrahiert der Assistent keine Parameterinformationen aus eingegebenen Daten. Stattdessen werden die Modelle durch direkte Eingabe der Werte für die zugehörigen Parameter erstellt. Bei der Eingabe von Parameterwerten sind einige Punkte zu beachten:

  • Wenn für einen Parameter kein Wert angegeben wird, enthält die erstellte Modelldatei keinen entsprechenden Eintrag. In diesem Fall wird der intern in SPICE hinterlegte Standardwert verwendet. Anders ausgedrückt: Wird in einer Modelldatei ein Wert für einen Parameter angegeben, überschreibt dieser Wert den Standardwert des Parameters.
  • Wenn der Standardeintrag für einen Parameter im Assistenten „-“ lautet und kein Wert für diesen Parameter eingegeben wird, verwendet SPICE intern für Berechnungen den Standardwert null.

Halbleiterkondensator

Die folgenden Parameter lassen sich für dieses Bauelementmodell mit dem Assistenten definieren. Wenn Sie einen Wert eingeben, wird der betreffende Parameter in die erzeugte MDL-Datei geschrieben.

CJ

 

Sperrschichtkapazität der Bodenfläche (in F/m²).

CJSW

 

Sperrschichtkapazität der Seitenwand (in F/m).

DEFW

 

Standardbreite des Bauelements (in Metern). (Standardwert = 1e-6).

NARROW

 

Verengung durch seitliches Ätzen (in Metern). (Standardwert = 0).

Halbleiterwiderstand

Die folgenden Parameter können für dieses Bauteilmodell mit dem Assistenten definiert werden. Wenn Sie einen Wert eingeben, wird der entsprechende Parameter in die generierte MDL-Datei geschrieben.

TC1

 

Temperaturkoeffizient erster Ordnung (in Ohm/˚C). (Standardwert = 0)

TC2

 

Temperaturkoeffizient zweiter Ordnung (in Ohm/˚C²). (Standardwert = 0)

RSH

 

Flächenwiderstand (in Ohm).

DEFW

 

Standardbreite (in Metern). (Standardwert = 1e-6).

NARROW

 

Verengung durch seitliches Unterätzen (in Metern). (Standardwert = 0).

TNOM

 

Messtemperatur der Parameter (in ˚C). Wenn kein Wert angegeben wird, wird der Standardwert verwendet, der TNOM auf der Registerkarte Advanced des Dialogfelds Advanced Analyses Settings zugewiesen ist (Standardwert = 27).

Stromgesteuerter Schalter

Die folgenden Parameter können für dieses Bauteilmodell mit dem Assistenten definiert werden. Wenn Sie einen Wert eingeben, wird der entsprechende Parameter in die generierte MDL-Datei geschrieben.

IT

 

Schwellenstrom (in Ampere). (Standardwert = 0).

IH

 

Hysteresestrom (in Ampere). (Standardwert = 0).

RON

 

Widerstand im eingeschalteten Zustand (in Ohm). (Standardwert = 1).

ROFF

 

Widerstand im ausgeschalteten Zustand (in Ohm). Dieser ist standardmäßig auf 1/GMIN eingestellt. GMIN ist ein erweiterter SPICE-Parameter, der auf der Registerkarte Advanced des Dialogfelds Advanced Analyses Settings angegeben wird. Er legt den minimalen Leitwert (maximalen Widerstand) jedes Bauteils in der Schaltung fest. Sein Standardwert beträgt 1e-12 Siemens, woraus sich für ROFF ein Standardwert von 1000 GOhm ergibt.

Spannungsgesteuerter Schalter

Die folgenden Parameter können für dieses Bauteilmodell mit dem Assistenten definiert werden. Wenn Sie einen Wert eingeben, wird der entsprechende Parameter in die generierte MDL-Datei geschrieben.

VT

 

Schwellenspannung (in Volt). (Standardwert = 0).

VH

 

Hysteresespannung (in Volt). (Standardwert = 0).

RON

 

Widerstand im eingeschalteten Zustand (in Ohm). (Standardwert = 1).

ROFF

 

Widerstand im ausgeschalteten Zustand (in Ohm). Dieser ist standardmäßig auf 1/GMIN eingestellt. GMIN ist ein erweiterter SPICE-Parameter, der auf der Registerkarte Advanced des Dialogfelds Advanced Analyses Settings angegeben wird. Er legt den minimalen Leitwert (maximalen Widerstand) jedes Bauteils in der Schaltung fest. Sein Standardwert beträgt 1e-12 Siemens, woraus sich für ROFF ein Standardwert von 1000 GOhm ergibt.

Verlustbehaftete Übertragungsleitung

Die folgenden Parameter können für dieses Bauteilmodell mit dem Assistenten definiert werden. Wenn Sie einen Wert eingeben (oder ein Flag setzen), wird der entsprechende Parameter in die generierte MDL-Datei geschrieben.

R

 

Widerstand pro Längeneinheit (in Ohm/Einheit). (Standardwert = 0).

L

 

Induktivität pro Längeneinheit (in Henry/Einheit). (Standardwert = 0).

G

 

Leitwert pro Längeneinheit (in Siemens/Einheit). (Standardwert = 0).

C

 

Kapazität pro Längeneinheit (in Farad/Einheit). (Standardwert = 0).

LEN

 

Länge der Übertragungsleitung.

REL

 

Steuerung der Stützpunkte (in beliebigen Einheiten). (Standardwert = 1).

ABS

 

Steuerung der Stützpunkte (in beliebigen Einheiten). (Standardwert = 1).

NOSTEPLIMIT

 

Ein Flag, das bei Aktivierung die Beschränkung aufhebt, nach der Zeitschritte kleiner als die Leitungslaufzeit sein müssen. (Standardmäßig nicht gesetzt).

NOCONTROL

 

Ein Flag, das bei Aktivierung die Begrenzung des Zeitschritts anhand von Faltungsfehlerkriterien verhindert. (Standardmäßig nicht gesetzt).

LININTERP

 

Ein Flag, das bei Aktivierung für die Berechnung verzögerter Signale die lineare Interpolation anstelle der standardmäßigen quadratischen Interpolation verwendet. (Standardmäßig nicht gesetzt).

MIXEDINTERP

 

Ein Flag, das bei Aktivierung anhand eines Kriteriums bestimmt, ob die quadratische Interpolation anwendbar ist, und andernfalls die lineare Interpolation verwendet. (Standardmäßig nicht gesetzt).

COMPACTREL

 

Eine spezifische Größe zur Steuerung der Verdichtung vergangener Werte, die für die Faltung verwendet werden. Standardmäßig wird hierfür der Wert des Parameters für die relative Simulationsfehlertoleranz (RELTOL) verwendet, der auf der Registerkarte Advanced des Dialogfelds Advanced Analyses Settings definiert ist.

COMPACTABS

 

Eine spezifische Größe zur Steuerung der Verdichtung vergangener Werte, die für die Faltung verwendet werden. Standardmäßig wird hierfür der Wert des Parameters für die absolute Stromfehlertoleranz (ABSTOL) verwendet, der auf der Registerkarte Advanced des Dialogfelds Advanced Analyses Settings definiert ist.

TRUNCNR

 

Ein Flag, das bei Aktivierung die Verwendung des Newton-Raphson-Iterationsverfahrens zur Bestimmung eines geeigneten Zeitschritts in den Routinen zur Zeitschrittsteuerung einschaltet. (Standardmäßig nicht gesetzt; stattdessen wird ein Versuch-und-Irrtum-Verfahren verwendet, bei dem der vorherige Zeitschritt jedes Mal halbiert wird).

TRUNCDONTCUT

 

Ein Flag, das bei Aktivierung die standardmäßige Verkürzung des Zeitschritts zur Fehlerbegrenzung bei der eigentlichen Berechnung impulsantwortbezogener Größen aufhebt. (Standardmäßig nicht gesetzt).

Damit das resultierende Modell simuliert werden kann, muss mindestens zwei der Parameter R, L, G und C sowie dem Parameter LEN ein Wert zugewiesen werden. Sie können im Assistenten erst fortfahren, wenn diese Bedingungen erfüllt sind.

RC-Übertragungsleitung mit gleichmäßig verteilten Parametern

Die folgenden Parameter können für dieses Bauteilmodell mit dem Assistenten definiert werden. Wenn Sie einen Wert eingeben, wird der entsprechende Parameter in die generierte MDL-Datei geschrieben.

K

 

Ausbreitungskonstante. (Standardwert = 2).

FMAX

 

Maximale relevante Frequenz (in Hertz). (Standardwert = 1.0G).

RPERL

 

Widerstand pro Längeneinheit (in Ohm/Meter). (Standardwert = 1000).

CPERL

 

Kapazität pro Längeneinheit (in Farad/Meter). (Standardwert = 1.0e-15).

ISPERL

 

Sättigungsstrom pro Längeneinheit (in Ampere/Meter). (Standardwert = 0).

RSPERL

 

Diodenwiderstand pro Längeneinheit (in Ohm/Meter). (Standardwert = 0).

 

Durch Parameterextraktion aus Daten erstellte Bauelementmodelle

Bei Dioden und Bipolartransistoren (BJT) extrahiert der Assistent Parameterinformationen aus den von Ihnen eingegebenen Daten. Welche Parameter für die Aufnahme in die Modelldatei extrahiert werden, hängt von den jeweiligen Eigenschaften der Diode oder des Bipolartransistors ab, die bzw. den Sie modellieren möchten.

Die Art der Dateneingabe variiert je nach Eigenschaft. In einigen Fällen müssen Sie konkrete Zahlenwerte eingeben, in anderen Fällen Kennliniendaten. In jedem Fall stammen alle Daten aus direkten Messungen am Bauelement, aus einem Herstellerdatenblatt oder aus einer Kombination beider Quellen.

Bei kennlinienbasierten Daten liefern mehr eingegebene Datenpunkte dem Assistenten ein genaueres „Bild“ der Quelldaten, was wiederum zu einer höheren Genauigkeit der extrahierten Parameterwerte führt.

Wenn Sie Kennliniendaten eingeben müssen, tragen Sie eine Reihe von Datenpunkten aus der zugrunde liegenden Kennlinie in die vom Assistenten bereitgestellte Tabelle ein. Wenn die Daten im Format mit kommagetrennten Werten (*.csv) vorliegen, können Sie sie über die verfügbare Schaltfläche Import Data importieren. Der Assistent verwendet die eingegebenen Daten, um die erforderlichen Modellparameter zu extrahieren. Die Ergebnisse der Extraktion werden auf einer nachfolgenden Seite des Assistenten angezeigt – sowohl als extrahierte Parameterwerte als auch in einem Vergleichsdiagramm mit den eingegebenen Daten und den anhand der extrahierten Parameter berechneten Werten. Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel für eine solche Darstellung der Parameterergebnisse.

Geben Sie Quelldaten ein, damit der Assistent die erforderlichen Modellparameter extrahieren kann.
Geben Sie Quelldaten ein, damit der Assistent die erforderlichen Modellparameter extrahieren kann.

Sie können die extrahierten Parameterwerte bearbeiten, um die Genauigkeit des Diodenmodells weiter zu verbessern. Der grafische Vergleich wird entsprechend den Änderungen aktualisiert.

Diode

Die folgenden Abschnitte beschreiben die einzelnen Eigenschaften, die Sie für eine Diode modellieren können. Jeder Abschnitt erläutert die extrahierten Parameter sowie die Quelldaten, die der Assistent für deren Extraktion benötigt.

Bipolartransistor (BJT)

Beim Erstellen eines Modells für einen Bipolartransistor (BJT) müssen Sie im SPICE-Modellassistenten die Quelldaten auswählen, aus denen die Parameterinformationen extrahiert werden:

  • Messdaten – wählen Sie diese Option, wenn Ihre Quelldaten aus Messungen am realen Bauelement stammen und Sie ein präzises Modell entwickeln möchten, das alle Aspekte des Gleichstromverhaltens beschreibt.
  • Herstellerdatenblatt – wählen Sie diese Option, wenn Ihre Quelldaten aus einem Datenblatt stammen. Datenblätter enthalten in der Regel nicht genügend Informationen, um alle Aspekte des BJT-Bauelements zu modellieren. Sie enthalten jedoch normalerweise ausreichend Informationen, um ein Bauelementmodell zu erstellen, das ausschließlich für den vorwärtsaktiven Bereich geeignet ist.
Beim Erstellen eines BJT-Modells müssen Sie im Assistenten außerdem die Polarität des Transistors angeben – NPN oder PNP.

Die Unterschiede zwischen diesen beiden Optionen betreffen hauptsächlich die Extraktion der Parameter, die die Gleichstrom-Spannungs-Kennlinien des BJT modellieren. Bei den Sperrschichtkapazitäten in Sperrrichtung und den Transitzeiten ist die Parameterextraktion bei beiden Optionen identisch.

Die folgenden Abschnitte beschreiben die einzelnen Eigenschaften, die Sie für ein BJT-Bauelement modellieren können, jeweils in Bezug auf die Art der Quelldaten (Messdaten oder Datenblatt). Dabei werden die jeweils extrahierten Parameter und die Quelldaten erläutert, die der Assistent für deren Extraktion benötigt.

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Funktionsverfügbarkeit

Die Ihnen zur Verfügung stehenden Funktionen hängen davon ab, über welche Altium-Lösung Sie verfügen – Altium Develop, Altium Agile Teams, Altium Agile Enterprise oder Altium Designer (mit aktivem Laufzeitvertrag).

Wenn Sie eine dokumentierte Funktion in Ihrer tatsächlich verwendeten Software nicht sehen, wenden Sie sich an den Altium-Vertrieb, um mehr zu erfahren.

Legacy-Dokumentation

Die Dokumentation von Altium Designer wird nicht mehr versioniert. Wenn Sie auf Dokumentation für ältere Versionen von Altium Designer zugreifen müssen, besuchen Sie den Abschnitt Legacy-Dokumentation auf der Seite Andere Installer.

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