Имитация цепей со смешанными сигналами

1. Выберите команду File » New » Project в главном меню.

2. Откроется диалоговое окно Create Project:

   1. В списке Locations выберите запись для вашего Workspace (или запись Local Projects, если вы не используете Workspace).
   2. В списке Project Type выберите запись <Empty> в разделе типа PCB.
   3. Введите Filter в поле Project Name.
   4. При необходимости задайте другие параметры в правой части диалогового окна (например, папку хранения) и нажмите кнопку Create.

   Будет создан новый проект, и запись проекта появится на панели Projects.

   

3. Щелкните правой кнопкой мыши по записи проекта на панели Projects и выберите в контекстном меню команду Add New to Project » Schematic.

   

4. Появится пустой лист нового документа схемы. Сохраните его на жесткий диск, щелкнув правой кнопкой мыши по его записи на панели Projects и выбрав в контекстном меню команду Save As. Откроется диалоговое окно Save As, готовое сохранить документ в том же месте, что и файл проекта. Введите Filter в поле File name и нажмите Save (вводить расширение не нужно, оно будет добавлено автоматически).
5. Поскольку вы добавили в проект новый документ, файл проекта изменился. Щелкните правой кнопкой мыши по записи проекта на панели Projects, затем выберите Save, чтобы сохранить изменения проекта.

Схема фильтра, которая будет моделироваться, показана ниже. В этом разделе мы найдем необходимые компоненты, настроим их свойства, а затем соединим схему.

Схема фильтра

Размещение компонентов, готовых к моделированию

1. Компоненты для схемы будут взяты из библиотеки Simulation Generic Components, которая по умолчанию поставляется вместе с установкой Altium Designer:

   1. Откройте панель Components, щелкнув кнопку Panels в правом нижнем углу рабочей области и выбрав Components в появившемся меню.

      

   2. Выберите библиотеку Simulation Generic Components в раскрывающемся списке в верхней части панели (если панель находится в компактном режиме) или в области Categories, доступ к которой осуществляется нажатием кнопки  в левом верхнем углу панели (если панель находится в обычном режиме). В панели будет представлен список компонентов, доступных в библиотеке.

      

2. Разместите операционный усилитель:

   1. В списке компонентов найдите компонент OpAmp with power terminals, щелкните правой кнопкой мыши по его записи и выберите в главном меню команду Place. Компонент появится прикрепленным к курсору в рабочей области, но пока не размещайте его.

      

      Вы можете использовать поле Component панели Search, чтобы быстро найти нужный компонент.
   2. Пока операционный усилитель «висит» на курсоре, нажмите клавишу Tab, чтобы открыть панель Properties, где можно отредактировать его свойства перед размещением компонента на схеме.

   3. В области General панели Properties измените Designator на U1.

      

   4. Нажмите кнопку Pause () в рабочей области, чтобы вернуться к размещению компонента.
   5. Щелкните в рабочей области, чтобы разместить экземпляр операционного усилителя.
   6. Вы останетесь в режиме размещения компонентов для размещения дополнительных экземпляров. Поскольку для этой схемы требуется только один экземпляр операционного усилителя, щелкните правой кнопкой мыши, чтобы выйти из режима размещения компонентов.

3. Разместите резисторы:

   1. На панели Components найдите компонент Resistor, щелкните правой кнопкой мыши по его записи и выберите в главном меню команду Place.
   2. Пока резистор «висит» на курсоре, нажмите клавишу Tab.
   3. Измените свойства компонента на открывшейся панели Properties следующим образом:
      • В области General измените Designator на R1.
      • В области Parameters измените Value параметра Value на 100K.

      

   4. Нажмите кнопку Pause () в рабочей области, чтобы вернуться к размещению компонента.

   5. Щелкните в рабочей области, чтобы разместить экземпляр резистора.

      

   6. Переместите курсор и щелкните в рабочей области, чтобы разместить еще один экземпляр резистора с тем же значением. Обозначение нового экземпляра будет автоматически увеличено (R2).

      

   7. Щелкните правой кнопкой мыши, чтобы выйти из режима размещения компонентов.

4. Разместите конденсаторы:

   1. На панели Components найдите компонент Capacitor , щелкните правой кнопкой мыши по его записи и выберите в главном меню команду Place.
   2. Пока конденсатор «висит» на курсоре, нажмите клавишу Tab.
   3. Измените свойства компонента на открывшейся панели Properties следующим образом:
      • В области General измените Designator на C1.
      • В области Parameters измените Value параметра Value на 112p.

      

   4. Нажмите кнопку Pause () в рабочей области, чтобы вернуться к размещению компонента.

   5. Щелкните в рабочей области, чтобы разместить экземпляр конденсатора.

      

   6. Пока конденсатор все еще «висит» на курсоре и готов к размещению следующего экземпляра, нажмите клавишу Tab.
   7. В области Parameters панели Properties измените Value параметра Value на 56p.
   8. Нажмите кнопку Pause () в рабочей области, чтобы вернуться к размещению компонента.
   9. Нажимайте Spacebar, чтобы поворачивать компонент с шагом 90° до правильной ориентации.

   10. Переместите курсор и щелкните в рабочей области, чтобы разместить еще один экземпляр конденсатора. Обозначение нового экземпляра будет автоматически увеличено (C2).

       

   11. Щелкните правой кнопкой мыши, чтобы выйти из режима размещения компонентов.

Добавление источников напряжения

Для питания схемы при моделировании необходимы источники напряжения.

1. Разместите источник напряжения VDD:

   1. Выберите команду Simulate » Place Sources » Voltage Source в главном меню.
   2. Пока источник напряжения «висит» на курсоре, нажмите клавишу Tab.
   3. Измените свойства источника на открывшейся панели Properties следующим образом:
      • В области General измените Designator на VDD и выберите DC Source в качестве Stimulus Type источника.

      • В области Parameters измените значения параметров следующим образом:

        DC Magnitude = 5
AC Magnitude = 0
AC Phase = 0

      

   4. Нажмите кнопку Pause () в рабочей области, чтобы вернуться к размещению источника напряжения.

   5. Щелкните в рабочей области, чтобы разместить экземпляр источника напряжения.

      

2. Разместите источник напряжения VSS:

   1. Пока источник напряжения все еще «висит» на курсоре и готов к размещению следующего экземпляра, нажмите клавишу Tab.
   2. Измените свойства источника на открывшейся панели Properties следующим образом:
      • В области General измените Designator на VSS и выберите DC Source в качестве Stimulus Type источника.

      • В области Parameters измените значения параметров следующим образом:

        DC Magnitude = -5
AC Magnitude = 0
AC Phase = 0

      

   3. Нажмите кнопку Pause () в рабочей области, чтобы вернуться к размещению источника напряжения.

   4. Переместите курсор и щелкните в рабочей области, чтобы разместить еще один экземпляр источника напряжения.

      

3. Разместите синусоидальный источник напряжения:

   1. Пока источник напряжения все еще «висит» на курсоре и готов к размещению следующего экземпляра, нажмите клавишу Tab.
   2. Измените свойства источника на открывшейся панели Properties следующим образом:
      • В области General панели Properties измените Designator на VIN и выберите Sinusoidal в качестве Stimulus Type источника.

      • В области Parameters панели Properties измените значения параметров следующим образом:

        DC Magnitude = 0
AC Magnitude = 1
AC Phase = 0
Offset = 0
Amplitude = 5
Frequency = 50K
Delay = 0
Dampling Factor = 0
Phase = 0

      

   3. Нажмите кнопку Pause () в рабочей области, чтобы вернуться к размещению источника напряжения.

   4. Переместите курсор и щелкните в рабочей области, чтобы разместить еще один экземпляр источника напряжения.

      

   5. Щелкните правой кнопкой мыши, чтобы выйти из режима размещения компонентов.

Соединение схемы

Соединение — это процесс создания электрических связей между различными компонентами схемы. В этом разделе схема будет соединена в соответствии с изображением ниже.

1. Выберите команду Place » Wire в главном меню.
2. Наведите курсор на точку подключения вывода "+" операционного усилителя — в месте расположения курсора появится красный маркер соединения (красный крест). Это означает, что курсор находится над допустимой точкой электрического подключения компонента.
3. Щелкните, чтобы зафиксировать начальную точку проводника.
4. Наведите курсор на точку подключения ближайшего вывода R2, пока не увидите, что курсор изменится на красный маркер соединения.
5. Щелкните, чтобы подключить проводник к выводу. Курсор освободится от этого проводника.
6. Соедините остальную часть схемы, как показано в видео ниже.
7. После завершения размещения всех проводников щелкните правой кнопкой мыши, чтобы выйти из режима размещения.

Добавление портов питания

1. Разместите порты питания GND:

   1. Выберите команду Place » Power Port в главном меню.
   2. Пока порт питания «висит» на курсоре, нажмите клавишу Tab.

   3. В области Properties панели Properties установите Name = GND и Style = Power Ground.

      

   4. Нажмите кнопку Pause () в рабочей области, чтобы вернуться к размещению порта питания.

   5. Разместите три порта питания, по одному на каждом из выводов "-" компонентов источников напряжения, как показано на изображении ниже.

      При необходимости поворачивайте «висящий» порт питания, нажимая Spacebar.

      

2. Разместите порты питания VDD:

   1. Пока порт питания «висит» на курсоре, нажмите клавишу Tab и установите Name = VDD и Style = Bar на панели Properties.
   2. Нажмите кнопку Pause () в рабочей области, чтобы вернуться к размещению порта питания.

   3. Разместите два порта питания, как показано на изображении ниже.

      

3. Разместите порты питания VSS:

   1. Пока порт питания «висит» на курсоре, нажмите клавишу Tab и установите Name = VSS и Style = Bar на панели Properties.
   2. Нажмите кнопку Pause () в рабочей области, чтобы вернуться к размещению порта питания.

   3. Разместите три порта питания, как показано на изображении ниже.

      

   4. Щелкните правой кнопкой мыши, чтобы выйти из режима размещения.

Добавление меток цепей

1. Разместите метку цепи для входной цепи:

   1. Выберите команду Place » Net Label в главном меню.

   2. Пока порт питания «висит» на курсоре, нажмите клавишу Tab и установите Net Name = IN.

      

   3. Нажмите кнопку Pause () в рабочей области, чтобы вернуться к размещению метки цепи.

   4. Щелкните, чтобы разместить метку цепи на проводнике между VIN и R1. Обратите внимание, что нижний левый угол метки цепи является ее точкой привязки — эта точка должна касаться проводника.

      

2. Разместите метку цепи для выходной цепи:

   1. Пока порт питания «висит» на курсоре, нажмите клавишу Tab и установите Net Name = OUT.

   2. Щелкните, чтобы разместить метку цепи на проводнике, выходящем с выходного вывода операционного усилителя.

      

   3. Щелкните правой кнопкой мыши, чтобы выйти из режима размещения.
3. Сохраните документ схемы, щелкнув правой кнопкой мыши по его записи на панели Projects и выбрав Save в контекстном меню.

Altium Designer позволяет запускать схемотехническое моделирование непосредственно из схемы. Моделирование настраивается и управляется из панели Simulation Dashboard.

1. Откройте панель Simulation Dashboard, щелкнув кнопку Panels в правом нижнем углу рабочей области и выбрав Simulation Dashboard в появившемся меню.

2. Разверните сворачиваемую область Verification панели и нажмите кнопку Start Verification. Для записей Electrical Rule Check и Simulation Models в этой области должны появиться зеленые флажки.

   

3. Если обнаружены какие-либо нарушения, найдите и устраните их, чтобы продолжить.

4. Разверните сворачиваемую область Preparation панели и убедитесь, что все три источника напряжения, добавленные на схему, отображаются в списке Simulation Sources и включены.

   

Настройка переходного анализа

Переходный анализ формирует выходные данные, подобные тем, что обычно отображаются на осциллографе, вычисляя переходные выходные переменные (напряжение, ток или мощность) как функцию времени в заданном пользователем интервале времени.

1. Разверните Analysis Setup & Run сворачиваемую область панели Simulation Dashboard и находящуюся в ней область Transient.

   

2. Убедитесь, что выбрана опция Interval (), и введите следующие значения:
   • From = 0
   • To = 60u
   • Step = 100n

   

3. Добавьте новое выражение для входного сигнала. Это выражение будет выведено в виде осциллограммы в документе результатов моделирования:

   1. Нажмите элемент управления Add под заголовком Output Expressions, чтобы добавить поле для нового выражения, которое будет выведено в виде осциллограммы в документе результатов моделирования.

      

   2. Нажмите кнопку  справа от добавленного поля, чтобы открыть диалоговое окно Add Output Expression, где можно настроить выходное выражение.

      

   3. В диалоговом окне Add Output Expression выберите Node Voltages из раскрывающегося списка в области Waveform и щелкните запись v(IN) в списке ниже. Выражение v(IN) будет добавлено в поле Expression Y диалогового окна.

   4. Нажмите Create в диалоговом окне Add Output Expression. Выражение появится на панели Simulation Dashboard .

      

4. Добавьте выходное выражение для выходного сигнала:

   1. Нажмите элемент управления Add на панели Simulation Dashboard, чтобы добавить поле для еще одного выходного выражения, затем нажмите кнопку  справа от добавленного поля.
   2. В диалоговом окне Add Output Expression выберите Node Voltages из раскрывающегося списка в области Waveform и щелкните запись v(OUT) в списке ниже.

   3. Выберите New Plot в раскрывающемся списке Plot Number, чтобы построить осциллограмму для этого выражения на другом графике в документе результатов моделирования. После выбора в раскрывающемся списке будет отображаться 2.

      

   4. Нажмите Create в диалоговом окне Add Output Expression, чтобы добавить выражение на панель Simulation Dashboard .

5. На этом настройка переходного анализа завершена. Его параметры должны выглядеть на панели Simulation Dashboard так, как показано ниже.

   

Настройка анализа AC Sweep

Анализ AC Sweep формирует выходные данные, показывающие частотную характеристику цепи, вычисляя малосигнальные выходные переменные AC как функцию частоты. Требуемым результатом малосигнального AC-анализа обычно является передаточная функция, например коэффициент усиления по напряжению.

1. На панели Simulation Dashboard разверните область AC Sweep внутри Analysis Setup & Run сворачиваемой области.
2. Выберите Decade в качестве Type развертки и введите следующие значения:
   • Start Frequency = 100m
   • End Frequency = 1meg
   • Points/Dec = 100

   

3. Добавьте выходное выражение для величины входного сигнала в децибелах:

   1. Нажмите элемент управления Add под заголовком Output Expressions, чтобы добавить поле для нового выражения, затем кнопку  справа от добавленного поля.
   2. В диалоговом окне Add Output Expression выберите Node Voltages из раскрывающегося списка в области Waveform и щелкните запись v(IN) в списке ниже.
   3. Выберите Magnitude (dB) из раскрывающегося списка Complex Functions в диалоговом окне Add Output Expression и нажмите Create.

   

4. Добавьте выходное выражение для величины выходного сигнала в децибелах:

   1. Нажмите элемент управления Add под заголовком Output Expressions, чтобы добавить поле для нового выражения, затем кнопку  справа от добавленного поля.
   2. В диалоговом окне Add Output Expression выберите Node Voltages из раскрывающегося списка в области Waveform и щелкните запись v(OUT) в списке ниже.
   3. Выберите Magnitude (dB) из раскрывающегося списка Complex Functions в диалоговом окне Add Output Expression и нажмите Create.

5. Добавьте выходное выражение для фазы входного сигнала в градусах:

   1. Нажмите элемент управления Add на панели Simulation Dashboard, чтобы добавить поле для еще одного выходного выражения, и кнопку  справа от добавленного поля.
   2. В диалоговом окне Add Output Expression выберите Node Voltages из раскрывающегося списка в области Waveform и щелкните запись v(IN) в списке ниже.
   3. Выберите Phase (Deg) из раскрывающегося списка Complex Functions в диалоговом окне Add Output Expression.
   4. Выберите New Plot в раскрывающемся списке Plot Number, затем нажмите Create в диалоговом окне Add Output Expression.

   

6. Добавьте выходное выражение для фазы выходного сигнала в градусах:

   1. Нажмите элемент управления Add на панели Simulation Dashboard, чтобы добавить поле для еще одного выходного выражения, и кнопку  справа от добавленного поля.
   2. В диалоговом окне Add Output Expression выберите Node Voltages из раскрывающегося списка в области Waveform и щелкните запись v(OUT) в списке ниже.
   3. Выберите Phase (Deg) из раскрывающегося списка Complex Functions в диалоговом окне Add Output Expression.

7. На этом настройка анализа AC Sweep завершена. Его параметры должны быть на панели Simulation Dashboard так, как показано ниже.

   

8. Файл конфигурации моделирования (project_sim_config.simcfg) появится в папке Settings\Simulation Documents структуры проекта на панели Projects. Сохраните документ, щелкнув правой кнопкой мыши его запись на панели Projects и выбрав команду Save As в контекстном меню.

   

   Откроется диалоговое окно Save As , готовое к сохранению документа в папке проекта на вашем жестком диске. Нажмите Save , чтобы сохранить документ в этом расположении по умолчанию и с именем по умолчанию.

9. Сохраните файл проекта, щелкнув правой кнопкой мыши его запись на панели Projects и выбрав команду Save в контекстном меню.

1. Нажмите кнопку Run справа от заголовка области Transient на панели Simulation Dashboard , чтобы выполнить переходный анализ.

   

2. Когда моделирование завершится успешно, панель Messages сообщит об успешном завершении моделирования. Ее можно закрыть.

3. Новый документ результатов моделирования с именем Filter.sdf автоматически откроется в редакторе SimData как вкладка документа. Он содержит один график Transient Analysis (обозначенный вкладкой в нижней части документа) с двумя областями построения, каждая из которых содержит одну осциллограмму — v(IN) и v(OUT) соответственно.

   

4. Переключитесь на документ схемы, щелкнув его вкладку в верхней части рабочей области.

5. Нажмите кнопку Run справа от заголовка области AC Sweep на панели Simulation Dashboard , чтобы выполнить анализ AC Sweep.

   

6. Закройте панель Messages .

7. Откроется документ результатов моделирования, содержащий один график AC Analysis. График включает две области построения, в каждой из которых по две осциллограммы.

   

8. Определите точку 3 дБ с помощью измерительных курсоров:

   1. Щелкните правой кнопкой мыши по кривой dB(v(OUT)) и выберите Cursor A.

   2. Установите курсор A в области низкочастотного пропускания, перетащив маркер (точное положение не критично, главное, чтобы он находился в области lowpass).

      

   3. Снова щелкните правой кнопкой мыши по кривой dB(v(OUT)) и выберите Cursor B.
   4. Панель Sim Data будет использоваться для помощи в позиционировании курсора (если панель не видна, нажмите кнопку Panels в правом нижнем углу рабочей области и выберите Sim Data в появившемся меню, чтобы отобразить ее).
   5. Наблюдая за значением B-A Measurement в области Measurement Cursors панели Sim Data , щелкните и перетащите курсор B, чтобы получить значение Y (усиление), равное -3.

   6. Можно увидеть, что результат X для Wave Name B составляет приблизительно 20k, что указывает на то, что точка 3 дБ фильтра равна 20 кГц.

      

   7. Чтобы очистить курсоры, щелкните правой кнопкой мыши по каждому маркеру курсора и выберите Cursor Off.
   8. Чтобы снять фильтрацию в документе, нажмите кнопку Clear в правом нижнем углу рабочей области.

9. Документ результатов моделирования (Filter.sdf) появится в папке Generated\Simulation Documents структуры проекта на панели Projects. Сохраните документ, щелкнув правой кнопкой мыши его запись на панели Projects и выбрав команду Save As в контекстном меню.

   

   Откроется диалоговое окно Save As , готовое к сохранению документа в подпапке Simulation папки проекта на вашем жестком диске. Нажмите Save , чтобы сохранить документ в этом расположении по умолчанию и с именем по умолчанию.

10. Переключитесь на документ схемы, щелкнув его вкладку в верхней части рабочей области.

11. На панели Simulation Dashboard разверните Results сворачиваемую область. Область будет содержать список выполненных запусков моделирования (в этом примере Transient Analysis и AC Analysis).

    

12. Чтобы показать результаты ранее выполненного переходного анализа, нажмите кнопку  справа от записи Transient Analysis и выберите Show Results.

    

    Откроется документ результатов моделирования с результатами переходного анализа.

13. Сохраните измененные документы проекта и сам проект, щелкнув правой кнопкой мыши их записи на панели Projects и выбрав команду Save в контекстном меню.
14. Если вы создали проект в подключенном Workspace, щелкните правой кнопкой мыши запись проекта на панели Projects и выберите команду Save to Server в контекстном меню, затем нажмите OK в открывшемся диалоговом окне Save to Server .