Protel 99 SE软件中添加Spice仿真器件模型的方法

    在电子设计辅助软件中,Protel是最常用的软件,新版本的Protel软件增加了电路仿真功能,能够对设计的电路进行模拟分析。但是由于其仿真模型库中的元件比较少,使得许多特殊功能的电路无法进行仿真,因此必须添加所需的器件模型。
    由于Spice格式已经成为仿真器件模型的标准,电子元器件厂家通常都会给出器件的Spice模型,因此可以从生产厂家的产品资料光盘中得到,也可从Internet网查询这些模型,直接把这些模型转换为Protel器件模型,然后添加到Protel的仿真器件库中,增强Protel的仿真功能。本文介绍将Burr-Brown公司产品资料光盘中的运放Opa501添加到Protel仿真器件库中的方法。

1.绘制元件图形
    首先在Protel中建立一个原理图库文件如Schlib.lib,然后用主菜单中Tools下的New Componet命令创建一个新元件,在弹出的对话框Name中输入元件名Opa501。在Protel的设计窗口内绘出如图1所示的元件图形并保存文件。
 
2.输入元件的描述信息
    对绘制好的元件,需要输入元件的描述信息才能使用。打开Tools下的Description对话窗口,这里有Designator、Library Fields及Part Field Names三个选取项。其中Pan Field Names项采用缺省值,在Designator项的Default和Description栏中分别填人“U ”和“General-Purpose Operational Amplifier”。
    在Library Fields项中有八个栏目, 从TextField1到TextField8,这是元件最主要的描述信息。TextField1中需要填入器件的类型和Spice中的前缀,填人“type=SUBCKT(X)”。在TextField2中填入器件模型名“model= <parttype>”。在TextField3中填入器件模型的路径：“file={Model_Path}OpAmp(parttype>.ckt”,指明Opa501的器件模型在TextField4中填入的是器件模型的引脚列表,填入“pins=1:[5,3,6,1,2,8]”,其中1是指OPA501为单运放,只有一个部分组成。括号中的数字是器件的引脚号,并按同相端、反相端、正电源、负电源、输出端及其它功能端的顺序排列,这个排列顺序必须与厂家所给模型中的顺序一致。TextField5中输入“netlist=%D %1 % 2% 3 % 4 % 5 % M”,是器件的网络表数据,可以参考Protel
的SCH元件库SIM文件中器件的格式填写。TextField6到TextField8栏不用填写。

3.添加器件模型
    在Burr-Brown公司产品资料光盘中的Spice目录下找到Opa501.mod,用记事本打开,可以看到文件的内容如下：
*CONNECTIONS： NON — INVERTING INPUT
*              | INVERTING INPUT
*              | | P0SITIVE P0W ER SUPPLY
*              | | | NEGATIVE POW ER SUPPLY
*              | | | | OUTPUT
*              | | | | |
.SUBCKT 0PA501  1 2 3 4 5
C1 1 1 12 20.00E-12 ; 模拟相位响应特性参数
C2 6 7 4 0.00E-12 ;内部反馈电容,决定时间常数
DC 5 53 DX
DE 54 5 DX
DLP 90 91 DX
DLN 92 90 DX
DP 4 3 DX
EGND 99 0 POLY (2) (3,0) (4,0) 0.5 .5
FB 7 99 POLY(5) VB VC VE VLP VLN 0 12.64E9 -
10E9 10E9 10E9 -10E9
GA 6 0 11 12 251.3E-6
GcM 0 6 10 99 794.8E-12
ISS 3 10 DC 160.0E-6
HUM 90 0 VLIM 1K
J1 11 2 10 JX
J2 12 1 10 JX
R2 6 9 100.0E3
RD1 4 11 3.979E3
RD2 4 12 3.979E3
RO1 8 5.25
RO2 7 99.25
RP 3 4 26.12E3
RSS 10 99 1.250E6
VB 9 0 DC 0
VC 3 53 DC 5 ;电压箝位,确定最大电压工作范围
VE 54 4 DC 5 ;电压箝位。确定最大电压工作范围
VLIM 7 8 DC 0
VLP 91 0 DC 12.00E3
VLN 0 92 DC 12.00E3
.MODEL DX D(IS=800.0E-18)
.MODEL JX PJF(IS=7.500E-9 BE-TA=197.4E-6 VTO = -1)
.ENDS
    其中“SUBCKT OPA501 1 2 3 4 5”行定义了引脚的排列顺序为同相端、反相端、正电源、负电源、输出端,因此在上面第二步TextField4中填入的器件模型的引脚列表顺序必须和这里一致。然后,在Protel中,打开SIM目录下的SimulationModels.DDB 文件, 打开其中的OpAmp 文件。用File中的New命令创建一个文件名为Opa501.ckt的文本文件,打开这个文件, 将记事本中Opa501.mod的内容复制过来,然后保存文件。这样,就完成了Opa501的仿真模型的建立。

4.电路仿真实例

    图4是一个一阶低通滤波器的原理图,图中的运放是Opa501,V3是频率为400Hz、电压为1V的交流信号源,V1、V2是运放的工作电源。电路的仿真设置为瞬态(Transient)和AC扫描(AC Small Signal)仿真。瞬态仿真参数：起始时间为0s,停止时间为10ms,步长为10ns。AC扫描参数：启始频率为1Hz,停止频率为10kHz,测试点数为1000;运行仿真命令,得到的结果如图5、图6所示,图5是瞬态仿真的输出波形,其中vi是输入电压波形,vo是输出电压波形。图6是AC扫描仿真的输出波形,当输入信号频率增加时,输出电压VO的幅值降低。从图中可以得到图4电路的反相放大倍数为5,截止频率约为1.6kHz,这与实验结果相符。
 
  
    由于Protel仿真库中的器件采用的是Spice格式,所以可以通过以上方法将SPICE的器件模型添加到Protel中。在添加器件时,还必须参考Protel元件库中模型描述的句法和格式,对spice模型进行改动。例如在上述的例子中, 要将Opa501.mod改为Opa501.ckt。通过添加元件,可以增加Protel的仿真功能。