QSPICE模拟仿真：各种类型的电源

在本文中，我们将通过描述其他类型的发生器来结束本文，这些发生器的功能更加多样、功能更加强大。

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的样本的信号，则可以使用“PWL 文件”。它可以描述任何类型的信号，因为其描述性样本存储在文本文件中。要将信号数据导入 QSPICE，您需要将文本文件附加为 PWL 函数。PWL 文件必须包含表示时间和值数据对的二维点列表，以逗号分隔，不包含标题信息。这种类型的生成器根据文本文件中定义的点之间的直线段绘制信号。通常，为了获得更准确的结果表示，建议增加用于描述结果的点数。这是因为点数越多，包含的细节就越多，从而提高了表示的清晰度和质量。示例数据文件如下：

0.01 , 518.37

0.02,510.53

0.03,514.40

0.04,511.22

0.05,506.37

0.06,504.43

0.07,502.53

0.08,505.50

0.09,507.89

0.10,508.81

0.11,502.77

0.12,511.68

0.13,512.51

0.14,514.44

0.15,513.56

0.16,517.69

第一列表示时间，以秒为单位，而第二列表示电压值，以伏为单位。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 属性：

PWL FILE=”samples.txt”

以下示例(图 1)显示了特殊传感器记录的地震轨迹。发生器显示真实的地震轨迹，持续时间约为 264 秒。还显示了要使用的电气图，其中包括 PWL 发生器和假负载电阻。信号取自“信号”节点。包含样本的文本文件为“samples.txt”，具有以下特征：

· 它在大容量内存上仅占用 49 千字节。

· 它由3000多个样本组成。

· 其时间分辨率为70毫秒。

它不是一个特别大的文件，由平均数量的记录组成，软件可以很好地管理它。

图 1：使用“PWL 文件”类型生成器，可以生成存储在文本文件中的任何信号

通过后续操作(我们将在下一篇文章中进一步探讨)，可以分析信号的 FFT，以探索和研究传感器的性能和响应。例如，图 2 显示了先前记录的地震信号的 FFT，非常清楚地突出了地震摆的特性。特别要注意信号的以下特征：

· 在此示例中，地震传感器的自然基频为 1 Hz，振幅为 14 dB。

· 图表突出显示了 3 Hz 处的重要第三谐波，这是完全正常的。

刚刚检查的快速傅立叶变换 (FFT) 是根据传感器记录的总共 264 秒的轨迹计算得出的。该图包括活动信号间隔(信号随时间变化)和安静信号间隔(信号恒定)。检查信号的 FFT 的可能性是一项非常重要的操作，但是，我们将在未来的文章中讨论。

图 2：地震信号的 FFT

密集使用 PWL 文件

完全有理由问这种类型的生成器是否也能处理大数据。下一个示例使用一个更大的 PWL 文件，其中包含大约 4 天间隔内环境温度的趋势。包含样本的文本文件是“temperatures.txt”，具有以下特征：

· Mass memory occupation of approximately 9 MB.

· It is made up of more than 379,512 samples.

· Its time resolution is 1 s.

· The recording duration is approximately 4 days.

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

1.000000 , 34.358040

2.000000 , 34.338650

3.000000 , 34.365350

4.000000 , 34.380930

5.000000 , 34.366310

6.000000 , 34.409220

7.000000 , 34.400480

8.000000 , 34.298600

9.000000 , 34.386330

10.000000 , 34.364720

电气图与上一个测试相同。运行模拟并显示“信号”节点上的电压将生成图 3 中的图形。尽管生成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。正如您所理解的，PWL 文件是一种非常强大的工具，可用于模拟各种波形。与预定义波形相比，它们具有多种优势，使其适用于各种应用。它们允许以任意精度定义波形，从而允许模拟无法用预定义波形表示或用数学方程描述的真实波形。它们还可用于模拟和分析音频信号，或者一般来说，时间域中的任何类型的现有信号。

图 3：四天温度记录图

QSPICE 仅用 3-4 秒就快速流畅地完成了模拟。结果和图表立即显示在 PC 显示器上，没有任何延迟。考虑到模拟涉及超过 380,000 条记录，这个结果令人惊讶。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。

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来获得有用的输出波形(参见图 4 中的相关图表)。其中一些功能如下所列：

· 单频调频电压源。

· 高斯脉冲电压源。

· 分段线性调频源。

第一个功能的语法如下：

SFFM(Voff Vamp Fcar MDI Fsig)

在哪里：

· Voff 是以伏特表示的直流偏移。

· Vamp 是以伏特表示的振幅。

· Fcar 是载波频率，以 Hz 表示。

· MDI 是调制指数。

· Fsig 是以 Hz 表示的信号频率。

第二个功能的语法如下：

GAUSS(Td Amp Sigma [Period])

在哪里：

· Td 是以秒为单位表示的时间延迟。

· Amp 是以伏特表示的振幅。

· Sigma 是以秒表示的标准差。

· 周期是可选的重复周期，以秒为单位。

第三个功能的语法如下：

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

对于 T1 之前的时间，电压是幅度为 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。可以给出任意数量的时频点。对于最后一个时间之后的时间，频率为最后一个频率。

图 4：一些数学函数允许生成特殊波形

结论

在本期 QSPICE 课程中，我们总结了电压和电流发生器的回顾，其中一些对设计人员来说非常有用且复杂。因此，他们拥有强大的工具来生成任何电信号，因此不太可能找不到正确的解决方案。这些信号生成方法有助于创建先进的电子电路并优化系统性能。电压和电流发生器是设计人员必不可少的工具，使他们能够生成任何电信号，从简单波形到复杂波形。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。许多电路通常需要特定的输入信号，它只能使用适当的电压和电流源来产生。