Veelvoorkomende SPICE-Kwalen en Hoe Ze Te Vermijden

"Garbage in, garbage out." —Anoniem

SPICE is een betrouwbare simulatiemotor, maar het heeft een handvol eigenaardigheden die zelfs ervaren gebruikers kunnen struikelen. In dit artikel richten we ons op de subtiele bestandsformaat- en schakelings-topologieregels die SPICE afdwingt, niet op bugs die onjuiste resultaten produceren. Veel van deze kwalen waren specifiek voor SPICE 2g6, maar kunnen nog steeds opduiken in nieuwere releases.

Een Correct Bestandsbegin

Elke SPICE-netlist moet beginnen met een niet-componentregel – typisch een titel, commentaar, of een lege regel. Als de eerste regel een componentkaart is, stopt SPICE met een "ernstige fout" melding, vaak het probleem verkeerd toeschrijvend aan knooppuntverbindingen. Een simpele linefeed of commentaar is genoeg om de parser te voldoen.

Het Einde Moet Schoon Zijn

De laatste .end kaart moet geschreven worden zonder een end-of-line teken. Na het typen van .end, stop de cursor direct na de "d" en druk NIET op [Enter]. Anders rapporteert SPICE een "ontbrekende .end kaart" fout, wat de simulatie zelf niet beïnvloedt maar de output verontreinigt.

Knooppunt 0 Opnemen

Knooppunt 0 is de referentiemassa voor alle spanningsverklaringen. Elke geldige netlist moet knooppunt 0 bevatten; anders kan SPICE de spanningschaal niet resolveren. Bijvoorbeeld, een DC-analyse lijst spanningen relatief tot knooppunt 0, als in:

node voltage node voltage ( 1) 15.0000 ( 2) 0.6522

Hier is knooppunt 1 15 V boven massa, en knooppunt 2 is 0,6522 V boven massa.

Geen Open Schakelingen Laten

Open schakelingen – met name open spanningsbronnen – breken SPICE's vermogen om een stroompad te vinden. Bij het verbinden van een spanningsbron met de ingang van een afhankelijke bron (bijv. een op-amp model), voeg een hoge-waarde weerstand (vaak rbogus genoemd) toe om een minimale belasting te bieden en de simulatie draaiende te houden.

Vermijd "Onsterfelijke" Spanning/Spoel Lussen

SPICE behandelt spoelen als kortsluitingen en condensatoren als open schakelingen tijdens DC-analyse. Gevolgelijk veroorzaken ononderbroken lussen van spoelen of spanningsbronnen, of serie condensatoren zonder DC-pad, dat de solver faalt. Typische problematische patronen zijn:

netlist l1 2 4 10m l2 2 4 50m l3 2 4 25m

netlist v1 1 0 dc 12 l1 1 0 150m

netlist c1 5 6 33u c2 6 7 47u

Om dit te verhelpen, voeg een lage-weerstand shunt toe voor spoelen en een hoge-weerstand shunt voor condensatoren. Bijvoorbeeld:

originele netlist l1 2 4 10m l2 2 4 50m l3 2 4 25m

gecorrigeerde netlist rbogus1 2 3 1e-12 rbogus2 2 5 1e-12 l1 3 4 10m l2 2 4 50m l3 5 4 25m

De rbogus weerstanden zijn essentieel kortsluitingen (1 pΩ), wat ervoor zorgt dat de spoellus niet meer als een perfecte kortsluiting voor de solver lijkt. Voor condensatoren:

originele netlist c1 5 6 33u c2 6 7 47u

gecorrigeerde netlist c1 5 6 33u c2 6 7 47u rbogus 6 7 9e12

Een 9 TΩ shunt houdt het DC-pad zonder de AC-gedrag te beïnvloeden.

Stroom Meten in SPICE

Spanningsprobes zijn eenvoudig – refereer gewoon de twee knooppunten. Stroomprobes vereisen echter een spanningsbronreferentie. Als je schakeling zo'n bron mist, voeg een nulspannings "bogus" bron toe om de meting te verankeren:

c1 4 7 22u vbogus 6 4 dc 0 .print ac i(vbogus)

De AC-analyse geldt nog steeds, dus de nulspanningsbron verandert de simulatie niet.

Let op dat SPICE stroompolariteit toekent tegengesteld aan de conventionele richting voor een DC-bron. In een eenvoudige serie-schakeling:

voorbeeld v1 1 0 r1 1 2 5k r2 2 0 5k .dc v1 10 10 1 .print dc i(v1) .end

SPICE rapporteert –1 mA omdat stroom die de negatieve terminal van v1 verlaat als negatief beschouwd wordt. Het heroriënteren van de nulspanningsbron kan een positieve lezing forceren indien gewenst.

Fourier-analyse Tips

Bij het uitvoeren van een Fourier (frequentie-domein) analyse, print of plot altijd de doelgolfvorm; anders zal SPICE pauzeren en afbreken na het tonen van de "initiële transiënte oplossing". Voor pulsbronnen die blokgolven genereren, lever een realistische opstijg- en neerdaaltijd. Een ideale blokgolf (instantane randen) introduceert onjuist even harmonischen in SPICE's Fourier-transformatie.