В этом примере показана типовая реализация компаратора напряжения CMOS и то, как можно преобразовать подсхему SPICE в Simscape™ компонент с помощью subcircuit2ssc функция. Можно использовать компараторы напряжения CMOS в цепях аналого-цифрового преобразователя (АЦП) или генератора релаксации.
В порядок получения частотной характеристики малого сигнала системы этот пример включает в себя вход u, вывод y и включает в себя блок Solver Configuration с параметром Start симуляции из установившегося состояния. Можно использовать linmod функция для линеаризации этой модели.
В этом примере вы преобразуете эту подсхему компаратора напряжения в компонент Simscape и анализируете его в существующей модели. Список сетей SPICE с именем ee_CMOS_comparator.cir является списком сетей, который описывает модель компаратора напряжения CMOS.
% Display ee_CMOS_comparator.cir type('ee_CMOS_comparator.cir')
* CMOS Voltage Comparator * Simulation of Two-stage comparator * Input Signals VIN VP 0 AC 1V VOS VN 0 DC 0V * Power Supplies VDD VDD 0 DC 5V VSS VSS 0 DC -5V * External Components CL VOUT 0 2pF X1 VDD VSS VP VN VOUT COMPARATOR1 * Subcircuit for CMOS Voltage Comparator .SUBCKT COMPARATOR1 VDD VSS VP VN VOUT M1 N1 VN N2 VSS NMOS1 W=680u L=5u M2 N3 VP N2 VSS NMOS1 W=680u L=5u M3 N1 N1 VDD VDD PMOS1 W=5u L=5u M4 N3 N1 VDD VDD PMOS1 W=5u L=5u M5 N2 N4 VSS VSS NMOS1 W=5u L=5u M6 VOUT N3 VDD VDD PMOS1 W=60u L=5u M7 VOUT N4 VSS VSS NMOS1 W=30u L=5u M8 N4 N4 VSS VSS NMOS1 W=30u L=5u IS 0 N4 20u .MODEL NMOS1 NMOS VTO=1 KP=17U + LEVEL=1 + GAMMA=0.8 LAMBDA=0.015 PHI=0.6 + LD=0.5U CJ=5E-4 CJSW=10E-10 + U0=425 MJ=0.5 MJSW=0.5 CGSO=0.4E-9 CGDO=0.4E-9 .MODEL PMOS1 PMOS VTO=-1 KP=8U + LEVEL=1 + GAMMA=0.4 LAMBDA=0.02 PHI=0.6 + LD=0.8U CJ=5E-4 CJSW=10E-10 + U0=200 MJ=0.5 MJSW=0.5 CGSO=0.4E-9 CGDO=0.4E-9 .ENDS * Analysis *.DC VIN -1e-3 1e-3 1e-5 .AC DEC 10 1e-1 1e6 .PROBE .END
Откройте ee_CMOS_comparator модель, которая моделирует список сетей SPICE при помощи блоков SPICE из библиотеки Simscape Electrical™ Дополнительные компоненты. Эта модель включает подсистему, называемую CMOS Comparator. Эта подсистема является ручной реализацией подсхемы компаратора напряжения, которую вы замените на компонент Simscape, преобразованный из подсхемы SPICE.
% Open model open_system('ee_CMOS_comparator') set_param(find_system('ee_CMOS_comparator','FindAll', 'on','type','annotation','Tag','ModelFeatures'),'Interpreter','off')
% Display CMOS Voltage Comparator Subsystem open_system('ee_CMOS_comparator/CMOS COMPARATOR','force');
Подсистема описывает компаратор схематично. На графике ниже показаны выходы схемы компаратора CMOS.
ee_CMOS_comparator_plot;
Коэффициент усиления составляет около 100 дБ, а пропускная способность - около 3 кГц. Чтобы задать минимальное и максимальное входные напряжения постоянного тока и частоты развертки переменного тока, вернитесь на верхний уровень модели и дважды щелкните блок, помеченный как Define Sweep Parameters. Щелкните График результатов симуляции переменного тока постоянного тока в модели, чтобы запустить симуляцию и построить график результатов.
Однако для больших списков SPICE с несколькими подсхемами ручное преобразование может быть неэффективным, длительным и подверженным ошибкам. Simscape Electrical предоставляет вам способ автоматического преобразования нетлиста SPICE при помощи subcircuit2ssc функция.
Преобразовать компоненты SPICE можно с помощью одного из .cir или .lib расширения в компоненты Simscape с помощью subcircuit2ssc функция. The subcircuit2ssc функция преобразует каждую .subckt разделите внутри списка цепей SPICE на один компонент.
Создайте временную директорию, содержащий файлы валидации, и измените текущую рабочую директорию.
ee_CMOS_comparator_temporary_directory;
Файлы валидации ee_comparator_traf.mat и ee_comparator_freq.mat являются файлами MATLAB, которые хранят данные для передаточных характеристик SPICE и частотной характеристики малого сигнала.
Используйте subcircuit2ssc функция для преобразования подсхемы компаратора напряжения, ee_CMOS_comparator.cir, в файл Simscape и поместите его в новую директорию с именем +myComparator.
subcircuit2ssc('ee_CMOS_comparator.cir','+myComparator');
Netlist converted. Review Simscape component files and make manual edits for any unsupported items before building the Simscape library located at: +myComparator.
Сгенерируйте библиотеку Simscape с помощью ssc_build функция.
ssc_build myComparator;
Generating Simulink library 'myComparator_lib' in the current directory '/tmp/BR2021ad_1584584_202060/publish_examples0/tpd32f02ec_6cba_41ae_ae27_6c0dd7946af6' ...
Необходимо заменить подсистему компаратора CMOS на преобразованный компонент и перемонтировать клеммы. Чтобы увидеть код верификации, в Командном Окне MATLAB, введите edit ee_CMOS_comparator_verification. Скрипт автоматически соединяет компонент Simscape, сгенерированный в результате преобразования в модель. Затем он получает передаточные характеристики и частотную характеристику малого сигнала модели Simscape с помощью метода линеаризации. Напряжение входа передаточных характеристик в область значений от -1 В до 1 В, в то время как частотная область значений Диаграммы Боде в область значений от 0,1 Гц до 1 ГГц. Наконец, скрипт строит графики и сравнивает результаты симуляции между чистой моделью нетлиста SPICE, исходной моделью с подсистемой Simscape и моделью с преобразованным компонентом Simscape, полученным с помощью subcircuit2ssc.
На графике ниже показаны результаты симуляции трех различных моделей. Передаточные характеристики и частотная характеристика модели с преобразованным компонентом Simscape совпадают с характеристиками исходного нетлиста SPICE.
ee_CMOS_comparator_verification;
Наконец, удалите временную директорию и все его подкаталоги.
% Delete temporary directory if exist('originalDirectory','var') cd (originalDirectory); rmdir(temporaryDirectory,'s') clear temporaryDirectory originalDirectory; end