Analoge CMOS-Schaltungen

Transkript

1 Analoge CMOS-Schaltungen PSPICE: ABM-Bauelemente 17. Vorlesung

2 Was versteht man unter "ABM Bauelemente"? Name: Analog Behavioral Modeling (ABM) = analoge Verhaltensmodelle durch mathematische Ausdrücke oder sog. Look-Up-abelle beschrieben aus PSPICE-Librarie ABM.slb Analoge CMOS-Schaltungen Folie 2

3 Beispiele für "ABM Bauelemente" ABM1 Spannungsblock mit einem Eingang ABM2 Spannungsblock mit zwei Eingängen ABM3 Spannungsblock mit drei Eingängen ABM1/I Stromblock mit einem Eingang ABM2/I Stromblock mit zwei Eingängen ABM3/I Stromblock mit drei Eingängen ABS Betragsfunktion ARCAN Arcustangensfunktion (im Bogenmaß) BANDPASS Bandpaßfilter CONS Konstante COS Kosinusfunktion (im Bogenmaß) DIFF Subtrahierer DIFFER Differenzierer EXP e-funktion... verschiedene Funktionen s. Anhang Analoge CMOS-Schaltungen Folie 3

4 Beispiel: Mittelwertsbildung durch ABM3 Bilden Sie von drei DC-Spanungen den Mittelwert durch "ABM3"!! Mittelwert der Spannungen = Defaultwert von ABM3 Holen des ABM3: durch "Draw/Get new Part/" "ABM3" Analoge CMOS-Schaltungen Folie 4

5 Beispiel: Funktionseingabe in ABM3 Geben Sie die folgende Funktion ein: V OU = V 1 V2 V3 Funktionseingabe in ABM3: durch Doppelklick auf den Rahmen von "ABM3" erscheint dann Funktionseingabe unter EXP1-EXP4 Analoge CMOS-Schaltungen Folie 5

6 Beispiel: Funktionseingabe in ABM3 Probieren Sie für verschiedene Werte der drei DC-Spanungen die Funktion aus und beobachten Sie das Ergebnis!! Analoge CMOS-Schaltungen Folie 6

7 Beispiel: Funktionseingabe in ABM3 Für unzulässige Eingaben z. Bsp. Wurzel aus (V 3 > V 2 ) wird der Betrag (V 3 > V 2 ) genommen!! V OU = V 1 V2 V3 Analoge CMOS-Schaltungen Folie 7

8 Beispiel: ABLE-ABM-Bauelement ABLE Wertetabelle für eine Spannung in Abhängigkeit vom Wert einer Eingangsspannung Aufgabe: Geben die untenstehende Schaltung ein und machen Sie eine DC-Sweep, indem Sie VES von -1 Volt bis 5 Volt variieren!! Interpretieren Sie die Ausgabe!! Analoge CMOS-Schaltungen Folie 8

9 PSPICE-Simulation Ausgabe der DC-Sweep-Simulation: lineare Interpolation zwischen den angegebenen Werten VOU VES=VIN Analoge CMOS-Schaltungen Folie 9

10 Beispiel: Simulation von Regelkreisen durch "Draw/Get new Part/" "Laplace" Beschreibung des Regelkreises durch Laplace-Funktion 1 z.bsp. P 1 -Glied Zeitkonstante 1 =0,001s H ( s) = s Malzeichen nicht vergessen!! Analoge CMOS-Schaltungen Folie 10

11 PSPICE-Simulation ransienten Simulation mit VPULSE=0 Volt auf 1 Volt in 10ns V IN auch komplizierte Regelglieder in Laplace-Darstellung V OU möglich!! (verzögerte Antwort des P 1 -Gliedes) Analoge CMOS-Schaltungen Folie 11

12 Beispiele für "ABM Bauelemente" Spannungssteuerung E und Stromsteuerung G durch E/GFREQ E/GLAPLACE E/GMUL E/GSUM E/GABLE E/GVALUE Steuerung in Abhängigkeit einer Frequenz Steuerung mit Hilfe einer Laplace-Übertragungsfunktion Steuerung durch Multiplizierung zweier Eingangsspannungen Steuerung durch Summierung zweier Eingangsspannungen Steuerung anhand einer Wertetabelle Steuerung durch Angabe einer mathematischen Funktion Analoge CMOS-Schaltungen Folie 12

13 Beispiel: Simulation von hermistoren hermistoren = (thermally sensitive resistor = temperaturempfindlicher Widerstand) Negative hermal Coefficient (NC)-Widerstand (Heißleiter) /Kaltleiters exponentielle Kennlinie der hermistoren Positive hermal Coefficient (PC)-Widerstand (Kaltleiter) Analoge CMOS-Schaltungen Folie 13

14 Analoge CMOS-Schaltungen Folie 14 Negative hermal Coefficient (NC)-Widerstand (Heißleiter) Beispiel: Simulation von NC-Widerstand ABM Bauelemente Modellgleichung ) ( ) ( ) ( B B e R e R R = =

15 Analoge CMOS-Schaltungen Folie 15 Negative hermal Coefficient (NC)-Widerstand (Heißleiter) Beispiel: Simulation von hermistoren Aufgabe: Passen Sie den hermistor an untenstehende Messergebnisse an!! ABM Bauelemente Messergebnisse: ) ( ) ( ) ( B B e R e R R = = Ω = Ω = = Ω = Ω = k C R R k C R k C R k C R 2,964 ) (60 ) ( 10 ) ( ) ( ) 25 ( 0

16 Beispiel: Simulation von hermistoren hermistor kann durch GVALUE simuliert werden Holen des GVALUE: durch "Draw/Get new Part/" "GVALUE" R1 aus Stabilitätserwägungen Analoge CMOS-Schaltungen Folie 16

17 Beispiel: Simulation von hermistoren Funktionseingabe in GVALUE: durch Doppelklick auf den Rahmen von "GVALUE" erscheint Achtung: PSPICE rechnet in Celsius, Vermeidung des eilens durch 0 C: Umrechnung auf K: 0 C=273,15 K Analoge CMOS-Schaltungen Folie 17

18 Beispiel: Simulation von hermistoren Geben Sie die folgende Funktion ein: I OU = V (% IN +,% IN ) e EMP B ( EMP ) mit EMP = aktuelle globale emperatur und R 25 C) = 10 kω = R( ) ( 0 Analoge CMOS-Schaltungen Folie 18

19 Beispiel: Simulation von hermistoren durch "Draw/Get new Part/" "PARAM" B parametrieren und verändern, bis Überstimmung mit den Messergebnissen erreicht ist R( 25 C) = kω R(0 C) = kω R(25 C) = 10 kω = R( R(60 C) = 2,964 kω 0 ) Analoge CMOS-Schaltungen Folie 19

20 Beispiel: Simulation von hermistoren wenn zu vielen Libraries: durch "Options/EditorSettings/... Analoge CMOS-Schaltungen Folie 20

21 Beispiel: Simulation von hermistoren durch.../"library Settings" Löschen usw. von Libraries möglich Analoge CMOS-Schaltungen Folie 21

22 PSPICE-Simulation Ausgabe der DC-Sweep-Simulation über der emperatur: mit B=3435 ungefähre Übereinstimmung mit Messergebnissen R( 25 C) R(0 C) R(25 C) R(60 C) = = kω = 10 = kω = kω 2,964 kω R( 0 ) Analoge CMOS-Schaltungen Folie 22

23 Zusammenfassung "ABM Bauelemente" Name: Analog Behavioral Modeling (ABM) = analoge Verhaltensmodelle verschiedene Funktionen siehe Anhang Beispiele: -Funktionseingabe bei ABM-Bauelemente -Simulation von ABLE-Bauelement -Simulation von Regelkreisen -Simulation von hermistoren Analoge CMOS-Schaltungen Folie 23

24 "ABM Bauelemente" ABM1 Spannungsblock mit einem Eingang ABM2 Spannungsblock mit zwei Eingängen ABM3 Spannungsblock mit drei Eingängen ABM1/I Stromblock mit einem Eingang ABM2/I Stromblock mit zwei Eingängen ABM3/I Stromblock mit drei Eingängen ABS Betragsfunktion ARCAN Arcustangensfunktion (im Bogenmaß) BANDPASS Bandpaßfilter CONS Konstante COS Kosinusfunktion (im Bogenmaß) DIFF Subtrahierer DIFFER Differenzierer EXP e-funktion FABLE Wertetabelle für einen Strom bzw. eine Spannung in Abhängigkeit von der Frequenz eines Eingangsstrom- bzw. einer Eingangsspannung (Bauteil besitzt je 1 Pin am Eingang und Ausgang) Analoge CMOS-Schaltungen Folie 24

25 "ABM Bauelemente" GAIN Verstärkung GLIMI Begrenzer mit Verstärkung HIPASS Hochpaßfilter INEG Integrierer LAPLACE Laplace-Glied LIMI Begrenzer LOG natürlicher Logarithmus LOG10 Zehnerlogarithmus LOPASS iefpaßfilter MUL Multiplizierer PWR Potenzfunktion x n PWRS Potenzfunktion x n SIN Sinusfunktion (im Bogenmaß) SQR Quadratwurzelfunktion SUM Summierer ABLE Wertetabelle für eine Spannung in Abhängigkeit vom Wert einer Eingangsspannung (Bauteil besitzt je 1 Pin am Eingang und Ausgang) AN angensfunktion (im Bogenmaß) Analoge CMOS-Schaltungen Folie 25

26 "ABM Bauelemente" FREQSteuerung in Abhängigkeit einer Frequenz ELAPLACESteuerung mit Hilfe einer Laplace-Übertragungsfunktion EMULSteuerung durch Multiplizierung zweier Eingangsspannungen ESUMSteuerung durch Summierung zweier Eingangsspannungen EABLESteuerung anhand einer Wertetabelle EVALUESteuerung durch Angabe einer mathematischen Funktion GFREQ Steuerung in Abhängigkeit einer Frequenz GLAPLACE Steuerung mit Hilfe einer Laplace-Übertragungsfunktion GMUL Steuerung durch Multiplizierung zweier Eingangsströme GSUM Steuerung durch Summierung zweier Eingangsströme GABLE Steuerung anhand einer Wertetabelle GVALUE Steuerung durch Angabe einer mathematischen Funktion Analoge CMOS-Schaltungen Folie 26