ABM器件在电路仿真中的应用

原创于 2025-10-20 04:00:51 发布 · 415 阅读

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#ABM # PSpice # 滤波器 # 延迟 # 行为模型

第13章模拟行为模型

章节概要

13.1. ABM设备
13.2. 练习
练习1
练习2
练习3

模拟行为模型（ABM）器件是传统Spice电压控制源的扩展版本，其中包括作为电压控制电压源（VCVS）的E器件和作为电压控制电流源（VCCS）的G器件。它们通过传递函数、数学表达式或查找表来描述电子器件或电路的行为。

ABM可以提供一种系统级方法来设计电子电路。电子系统可用框图表示，其中每个模块由一个ABM器件代表，从而减少总的仿真时间。如果系统满足要求的规格，则每个模块可依次被其最终的电子电路所替代。或者，已实现的电子电路也可被等效的ABM模块所替代。

ABM器件有两种类型：一种是具有差分输入和双端输出的PSpice等效器件，另一种是具有单输入和输出引脚的控制系统部件。标准的E、F、G和H器件可在模拟元件库中找到，而ABM器件则可在ABM元件库中找到。

13.1. ABM器件

扩展源提供了五个额外的函数，定义如下：

值
数学表达式
表格
查找表
Freq
频率响应
切比雪夫
滤波器特性
拉普拉斯
拉普拉斯变换

示意图0

图13.1 电压幅度倍增器。

图13.1 显示了使用ABM表达式值器件实现倍压器的典型应用。该ABM具有差分输入（IN +, IN −）和双端输出（OUT+,OUT−）。首次放置ABM时，默认表达式为 V(输入+, 输入−) 计算输入引脚IN +和IN−上的电压差。为了乘以2的系数，该表达式首先用花括号括起来。 2*{V(%IN +, %IN−)}

示意图1

图13.2 倍压器的输入和输出波形。

可应用于ABM表达式的其他数学函数如表 13.1所示。

函数	表达式
ABS	绝对值
SQRT	平方根 √x
PWR	x^jexp
PWRS	xexp
LOG	自然对数 ln(x)
LOG10	以10为底的对数 log10(x)
EXP	e^x
SIN	sin
COS	cos
TAN	tan
ATAN	反正切 tan⁻¹

条件语句也可以应用于ABM部件。例如，在图13.3中，如果输入电压大于 4V，则输出0V否则输出5V。这实际上是一个比较器。结果波形如图13.4所示。

示意图2

图13.3 ABM比较器。

示意图3

图13.4 ABM比较器结果。

一阶159赫兹低通滤波器图13.5可以通过传递函数来定义：

$$
\frac{V_{out}}{V_{in}} = \frac{1}{1+j \frac{\omega}{\omega_c}}
$$

其中截止频率由以下给出

$$
\omega_c = \frac{1}{CR} = 2\pi f
$$

$$
f = \frac{1}{2\pi CR} = \frac{1}{2\pi \times 10^{-6} \times 10^3} = 159.15\,\text{Hz}
$$

图13.5 低通滤波器。

图13.6 低通滤波器频率响应。

拉普拉斯ABM可用于实现滤波器电路，其中传递函数被转换到s域，s = jω 且 ω = 2πf，因此低通滤波器的传递函数由s域定义

$$
\frac{V_{out}}{V_{in}} = \frac{1}{1 + s\tau}
$$

其中

$$
\tau = CR = 10^{-6} \times 10^3 = 10^{-3} \,\text{or}\, 0.001\,\text{s}
$$

该滤波电路在图13.7中重新绘制，其传递函数如下：

$$
\frac{V_{out}}{V_{in}} = \frac{1}{1+0.001*s}
$$

Note : 输入s的系数时，请确保输入的是乘数，即 1+0.001*s ，而不是 1+0.001s 。

图13.7 拉普拉斯低通滤波器。

图13.8 拉普拉斯滤波器的低频响应。

在图13.9所示电路中，两个输入均接地，但ABM表达式引用了一个名为“source”的网络名称。这在减少电路布线复杂性方面非常有用，特别是当多个ABM由单一源驱动时。注意，由于使用的是GValue ABM部件，其输出为电流，因此不能让输出悬空。因此，输出端的电阻提供了到0V的直流路径。

图13.9 在电路中引用源节点。

在版本17.2中，引入了两个新的行为延迟函数： DelayT() 和 DelayT1() 。
与TLINE等标准延迟函数相比，这两个函数具有更优的仿真时间以及更高效的收敛问题处理能力。 DelayT() 需要两个参数：延迟时间和最大延迟，而 DelayT1() 只需要延迟值，并且还会反转输入信号。延迟函数如图13.10所示，可在高级分析文件夹中的 function.olb 库中找到。

图13.10 延迟元件：(A) DelayT() 和 (B) DelayT1()。

在后续软件版本中，您可以使用以下方式搜索延迟函数：
放置 > PSpice 元件 > 搜索
然后在类别中，选择模拟行为模型 > 通用如图13.11所示。

图13.11 PSpice 延迟函数的组件搜索。

13.2. 练习

练习1

在图13.12中，正在使用 EFreq ABM 部件通过定义频率、幅值和相位的参数表格来建模带通滤波器。

使用ABM元件库中的EFreq元件绘制图13.12所示电路。交流电压源（V1）来自源库。
双击EFreq以打开属性编辑器，滚动至表格属性并输入：
(0.1, 40,170)(1k, 40,160)(2k, 20,140)(3k, 0,100)(6k, 0, 100)(10k, 20, 140)(20k, 40, 160)(30k, 40, 170) 。
设置一个从1到100kHz的交流扫描仿真配置文件。放置一个VdB电压标记。PSpice >Markers> Advanced > 电压的分贝幅值。
运行仿真。您应看到如图13.13所示的带通响应。

图13.12 使用频率表

图13.13 使用频率ABM的带通滤波器响应。

练习2

使用 GValue ABM 对网络名称进行建模并输出电流。

绘制如图13.14所示的ABM整流器。网络名称source在ABM表达式括号内被引用。
设置一个瞬态扫描的仿真配置文件，运行至时间为4毫秒。
运行仿真。
研究EFREQ ABM器件在第10章中建模1500 Hz带通滤波器时的应用。

图13.14 整流器的行为实现

练习3

使用延迟元件绘制图13.15中的电路。可以通过选择放置 > PSpice元件 > 搜索 > 模拟行为模型 > 通用（23个元件）并选择延迟，或者另选方法，使用放置 > 元件和添加库 > advanls > 函数并选择延迟元件。
单击 DELAY5？并添加 2 毫秒的延迟值。
从源库中放置一个 100赫兹、1伏的正弦源。对于后续的软件版本，按 shift-R 打开独立源窗口，如图13.16 所示。
将输出信号命名为输出1和输出2，添加如图所示的电压探针，并设置瞬态分析的运行时间为20 毫秒。
运行仿真。注意输出2 已延迟2毫秒，参见图13.17。

图13.15 延迟电路图。

图13.16 放置一个正弦源。

图13.17 输出2 延迟 2 毫秒输出。