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QSPICE:各种类型的电源-终(第5部分)

2023-10-27 15:54:11 Giovanni Di Maria 阅读:
在本文中,我们将通过介绍其他类型的发生器来结束对电源部分的回顾,它们的用途更加广泛,功能更加强大。

在上一篇文章中,我们介绍了主要类型的电压和电流发生器的操作和使用,它们是电子电路设计人员必不可少的工具。在本文中,我们将介绍用途更广、功能更强大的其他类型信号发生器,以结束本部分的回顾。r3cednc

PWL文件

如果设计人员需要特别复杂的波形或包含设备记录采样的信号,可以使用“PWL文件”。它可以描述任何类型的信号,因为其描述样本存储在文本文件中。要将信号数据导入QSPICE,您需要附加一个文本文件作为PWL函数。PWL文件必须包含表示时间和数值数据对的二维点列表,以逗号分隔,没有标题信息。这种类型的发生器根据文本文件中定义的点之间的直线段绘制信号。一般来说,为了获得更准确的显示结果,建议可以多增加一些用于描述结果的点数。这是因为更多的点可以包含更多的细节,从而提高结果表示的清晰度和质量。数据文件示例如下:r3cednc

0.01 , 518.37r3cednc

0.02 , 510.53r3cednc

0.03 , 514.40r3cednc

0.04 , 511.22r3cednc

0.05 , 506.37r3cednc

0.06 , 504.43r3cednc

0.07 , 502.53r3cednc

0.08 , 505.50r3cednc

0.09 , 507.89r3cednc

0.10 , 508.81r3cednc

0.11 , 502.77r3cednc

0.12 , 511.68r3cednc

0.13 , 512.51r3cednc

0.14 , 514.44r3cednc

0.15 , 513.56r3cednc

0.16 , 517.69r3cednc

第一列代表时间,以秒为单位,第二列代表电压值,以伏特为单位。要将文本文件作为PWL函数添加到电压或电流源,您可以在组件中写入以下SPICE代码:r3cednc

PWL FILE=”samples.txt”r3cednc

下面的示例(图1)显示了一个特殊传感器记录的地震记录。发生器显示的是真实的地震记录,持续时间约264秒。图中还显示了所使用的电路图,其中包括PWL发生器和一个假负载电阻。信号取自“Signal”节点。包含样本的文本文件是“samples.txt”,其具有以下特征:r3cednc

  • 仅占用49KB的存储。
  • 由3000多个样本组成。
  • 时间分辨率为70ms。

它由平均数量的记录组成,并不是一个特别大的文件,这款软件管理得很好。r3cednc

r3cednc

图1:使用“PWL文件”类型的发生器,可以生成存储在文本文件中的任何信号r3cednc

通过后续操作(我们将在下一部分中进一步探讨),可以分析信号的FFT(快速傅里叶变换),以便探索和研究传感器的性能和响应。例如,图2显示了前面记录的地震信号的FFT,它非常清楚地显示了地震摆动的特征。特别值得注意的是信号的以下特征:r3cednc

  • 在此示例中,地震传感器的自然基频为1Hz,振幅为14dB。
  • 该图突出显示了3Hz处重要的三次谐波,这是完全正常的。

刚刚研究的FFT是根据传感器记录的总持续时间为264秒的图线计算的。图中既包括信号随时间变化的活动信号区间,也包括信号恒定的静态信号区间。检验信号FFT可能性是一项非常重要的操作,我们将在以后的文章中对其进行研究。r3cednc

r3cednc

图2:地震信号的FFTr3cednc

PWL文件的密集使用

那么这种发生器是否也能处理大型数据?下一个示例使用的就是一个更大的PWL文件,其中包含大约4天时间内的环境温度变化趋势。包含样本的文本文件是“Temperatures.txt”,其具有以下特征:r3cednc

  • 占用存储约9MB。
  • 由超过379,512个样本组成。
  • 时间分辨率为1秒。
  • 记录时间约为4天。

这是一个非常大的文件,测试的目的是观察软件的性能。以下展示了文件前十行的表示形式,其中包含秒数(第一列)和温度(第二列):r3cednc

1.000000 , 34.358040r3cednc

2.000000 , 34.338650r3cednc

3.000000 , 34.365350r3cednc

4.000000 , 34.380930r3cednc

5.000000 , 34.366310r3cednc

6.000000 , 34.409220r3cednc

7.000000 , 34.400480r3cednc

8.000000 , 34.298600r3cednc

9.000000 , 34.386330r3cednc

10.000000 , 34.364720r3cednc

电路图与之前的测试相同。运行仿真并显示“signal”节点上的电压,会生成图3中的图形。虽然发生器将结果显示为电压,但存档中记录的数据实际上是温度测量值。设计人员必须始终考虑到这一事实。正如您所了解的,PWL文件是一种非常强大的工具,可用于仿真各种波形。与预定义波形相比,它们具有多种优势,使其可用于各种应用。PWL文件允许以任意精度定义波形,从而可以仿真无法用预定义波形表示或数学公式描述的真实波形。它们还可用于在时域中仿真和分析音频信号或任何类型的现有信号。r3cednc

r3cednc

图3:四天内记录的温度图形r3cednc

QSPICE在3-4秒内就快速、流畅地跑完了仿真。结果和图形立即出现在了电脑显示器上,没有任何延迟。考虑到仿真涉及超过380,000条记录,这个结果令人惊讶不已。管理如此大量的数据并非易事,需要使用复杂的算法来快速响应用户请求。r3cednc

数学函数

在电压和电流发生器中,可以实现一些自动数学函数以获得有用的输出波形(参见图4中的相关图形)。下面列出了其中一些功能:r3cednc

  • 单频FM电压源。
  • 高斯脉冲电压源。
  • 分段线性啁啾源。

第一个功能的语法如下:r3cednc

SFFM(Voff Vamp Fcar MDI Fsig)r3cednc

其中:r3cednc

  • Voff是直流偏移,单位为伏特。
  • Vamp是振幅,单位为伏特。
  • Fcar是载波频率,单位为赫兹。
  • MDI是调制指数。
  • Fsig是信号频率,单位为赫兹。

第二个功能的语法如下:r3cednc

GAUSS(Td Amp Sigma [Period])r3cednc

其中:r3cednc

  • Td是延迟时间,单位为秒。
  • Amp是振幅,单位为伏特。
  • Sigma是标准偏差,以秒为单位。
  • Period是可选的重复周期,以秒为单位。

第三个功能的语法如下:r3cednc

CHIRP(AMP T1 FREQ1 T2 FREQ2 […]) [LOG] [XTRAP]r3cednc

对于T1之前的时间,电压是振幅为AMP、频率为FREQ1的正弦波;对于T1和T2之间的时间,频率在FREQ1和FREQ2之间线性变化。可以给定任意数量的时间频率点。对于最后一点之后的时间,频率就是最后一点的频率。r3cednc

r3cednc

图4:一些数学函数允许生成特殊波形r3cednc

结论

在QSPICE课程的这一期中,我们结束了对电压和电流发生器的回顾,其中一些对于设计人员来说非常有用且先进。因此,他们可以拥有强大的工具来生成任何电信号,不太可能找不到正确的解决方案。r3cednc

这些信号生成方法有助于创建先进的电子电路和优化系统性能。电压和电流发生器是设计人员必不可少的工具,使他们能够生成从简单波形到复杂波形的任何电信号。电压和电流发生器可以根据不同的标准进行分类,例如生成的信号类型、波形和最终结果的精度。有很多电路通常需要特定的输入信号,这些信号只能使用合适的电压和电流源来生成。r3cednc

(原文刊登于EDN姊妹网站Power Electronics News,参考链接:QSPICE: The Various Types of Power Sources (Part 5),由Ricardo Xie编译。)r3cednc

相关阅读:

QSPICE:新型电子电路仿真器(第1部分)r3cednc

QSPICE:瞬态域分析(第2部分)r3cednc

QSPICE:各种类型的电源(第3部分)r3cednc

QSPICE:继续探讨各种类型的电源(第4部分)r3cednc

责编:Ricardo
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