Обработка ошибок, возникающих при моделировании

Если при моделировании схем возникают какие-либо проблемы, прежде всего необходимо определить их источник. Ошибки могут быть либо в самой цепи, либо возникать в процессе моделирования. Ниже приведены рекомендации по решению некоторых проблем, возникающих при анализе схем, опираясь на которые, пользователь может исправить проект и повторно запустить моделирование.

Ошибки при генерации списка цепей

После запуска программы моделирования с помощью команды меню Simulate » Run проводится проверка схемы и генерируется список цепей. Затем список цепей передается в программу SPICE, которая проводит расчет и выдает его результаты.

При возникновении ошибок во время создания списка цепей появляется окно Error dialog. Все возникающие ошибки записываются в файл с расширение ERR и именем проекта. Файл открывается автоматически после нажатия кнопки Yes в окне сообщения об ошибке.

Приведем возможные причины возникновения ошибок при создании списка цепей.

• Упомянутый в файле ошибок элемент неправильно подготовлен к процессу моде- лирования. Двойным щелчком мыши по компоненту проверьте, содержат ли поля Read Only Field правильные ссылки на необходимые модели. Если у пользователя возникают вопросы относительно того, какая информация нужна для моделирования схемы с тем или иным компонентом, полезно посмотреть пример с использованием этого элемента.

• Файла модели компонента, указанного в поле Read Only Field 3, нет в указанном каталоге. Такое может случиться, если библиотеки модели не были установлены (не подключены) или же каким-то образом удалены из исходного каталога, созданного при установке системы. Модели компонентов должны находиться в каталоге \Program Files\Design Explorer 99 SE\Library\Sim. Каталог должен содержать 28 папок моделей и подсхем. Если это не так, то, возможно, при инсталляции не была запущена программа Protel Special Libraries Installer. Запуск программы установки библиотек осуществляется из группы программ Protel 99 SE в меню Пуск системы Windows.

• Путь к файлу модели, определенный как (modeLpath), не соответствует действительному расположению модели. Причина этого - случайное перемещение модели в другой каталог на жестком диске. Отметим, что путь к модели хранится в файле Advsim99.INI.

Сходимость программы SPICE

Большинство проблем, возникающих при моделировании, связано со сходимостью. Что же в действительности подразумевается под этим термином? Подобно большинству программ моделирования модуль SPICE3 системы Protel, выполняющий рас-

чет режима по постоянному току, использует итерационный процесс решения описывающей схему системы уравнений. Если модулю не удастся рассчитать напряжения и токи в статическом режиме, то дальнейший анализ цепи невозможен.

Для определения постоянных напряжений и токов в рабочей точке цепи на каждом шаге моделирования программа SPICES решает систему линейных уравнений, выраженную в матричной форме. Цепь замещается массивом проводимостей, который переписывается в матрицу для формирования уравнения вида G * V = I. При наличии в цепи нелинейных элементов программа SPICE для расчета нелинейностей использует итерационный процесс решения системы линейных уравнений. Программа SPICE берет начальное приближение напряжения в узлах схемы, затем на основе проводимостей цепи рассчитывает токи ветвей. После расчета токов ветвей программа SPICE пересчитывает узловые напряжения, и процесс повторяется снова. Этот циклический процесс будет продолжаться до тех пор, пока все узловые напряжения и токи ветвей не достигнут заданной точности вычисления, т. е. пока процесс не сойдется.

Однако, если процесс расчета напряжений и токов не сходится за заданное количество итераций, программа SPICE генерирует сообщение об ошибке, например: singular matrix (вырожденная матрица), Gmin stepping failed (сбой метода пошагового изменения минимальной проводимости), source stepping failed (сбой метода пошагового изменения сигналов источников), iteration limit reached (достигнуто предельное число итераций), и прерьша-ет процесс моделирования. Программа SPICE использует результаты моделирования на данном шаге в качестве начальных приближений для следующего шага. Если процесс не может сойтись при анализе переходных процессов (пошаговое изменение времени), шаг приращения времени автоматически уменьшается и цикл вычислений повторяется. Когда шаг по времени достигнет своего минимального значения, модуль SPICE выдаст сообщение Timestep too small (слишком маленький шаг по времени).

♦ Точность вычисления и максимально допустимое число итераций задается в диа-логовом окне Analog Options.

Стратегия решения проблем сходимости

Приведенные ниже советы помогут пользователю решить проблемы сходимости. Сначала следует выключить все виды анализа, за исключением расчета рабочих точек. Начать следует с шага 1, а затем обдумать рекомендации по устранению ошибок.

1. Просмотрите одноименный файл ошибок с расширением .ERR. В нем описаны все встретившиеся ошибки при моделировании.

2. Проверьте правильность прорисовки схемы и связанность. А именно:

♦ Убедитесь в корректности соединения проводников схемы. Не допустимы несоединенные узлы и неподключенные элементы.

♦ Каждая схема должна иметь заземляющий узел, а каждый узел схемы должен иметь путь прохождения тока к земле. Некоторые компоненты, например трансформаторы и конденсаторы, могут изолировать узел от земли. Источники напряжения могут быть подключены к короткозамкнутым цепям, а цепи с источниками тока иметь обрыв.

♦ Не путайте математический ноль (цифру 0) и букву О.

♦ Пользуйтесь принятыми в SPICE буквенными масштабными множителями (MEG вместо М для обозначения множителя 1Е+6 или 106).

♦ Не допускаются пробелы между значениями и буквенными множителями. Например, емкость должна быть задана как l.OuF, а не 1.0 uF.

♦ Проверьте правильность установки параметров всех устройств и источников.

♦ Убедитесь в корректности задания коэффициента усиления всех зависимых источников тока и напряжения.

♦ Временно исключите последовательно включенные конденсаторы или источники тока.

♦ Временно исключите параллельно включенные катушки индуктивности или источники напряжения.

3. Увеличьте максимально допустимое число итераций в окне Analog Options (ITL1) до 300.

4. Добавьте устройства .NS (Nodeset), чтобы определить узловые напряжения. Если не определены начальные приближения узловых потенциалов, то можно воспользоваться этими элементами .NS для предварительной установки напряжения, которое будет использовано на первом шаге расчета рабочих точек. За более подробной информацией по использованию элемента Nodeset обратитесь к параграфу Задание начальных условий раздела Подготовка и проведение моделирования.

5. Если введение элемента .NS не помогает сходимости, попробуйте задать начальные условия при помощи элемента .1С. В этом случае значения напряжений в узлах поддерживаются постоянными во время расчета рабочей точки и разблокируются при анализе переходных процессов.

6. Включите опцию Use Initial Conditions (использовать начальные условия) диалогового окна Analyses Setup. Эта опция работает совместно с элементом .1С или с параметром 1С элемента схемы. Отличие этой опции состоит в том, что при ее применении расчет рабочей точки не проводится, а установленные напряжения в узлах используются в качестве начальных условий для анализа переходных процессов. За более подробной информацией по определению начальных условий обращайтесь к соответствующему параграфу раздела Подготовка и проведение моделирования.

7. Задайте параметры последовательных сопротивлений ваших моделей и увеличьте параметр GMIN в десять раз. Запретите использование начальных условий для полупроводниковых приборов, особенно для диодов.

Устранение ошибок, возникающих при анализе схемы по постоянному току

1. Проверьте правильность прорисовки схемы и связанность. Посмотрите общие ошибки, описанные в предыдущем разделе.

2. Увеличьте значение параметра ITL2 в диалоговом окне Analog Options до 200. Это позволит программе анализа по постоянному току пройти большее количество итераций на каждом шаге до прерывания.