第7章 ngspiceとXyceが動くQucsとSPICEシミュレーションモデルの概要

7.1 はじめに

回路シミュレータが、回路設計支援に有用なツールであるためには、受動素子半導体素子集積回路、および非電気的デバイスを含む様々なアナログ回路とデジタル回路シミュレートすることができなければなりません QucsngspiceXyce組み合わせることで、利用可能なシミュレーションモデルの数は大幅に増加したのでQucsspice4qucsバージョンは以前のリリースと比較した場合、より柔軟で強力になりました spice4qucs開発の背後にある主な動機の一つは、既存のすべてのQucsモデルシミュレーション機能を変更せずに維持しながら、公開されたSPICEコンポーネントモデルQucsユーザーがアクセスできるようにすることでした。spice4qucsの最初のリリースであるQucs-0.0.19Sで、この目的は概ね達成できました。しかし、Qucs-0.0.19Sのシミュレーション能力(例えばSPICE 3f5の.PZ解析はまだ)とモデルの守備範囲(例えば大電力ようのアナログとデジタルモデルの数は限られています)には依然大きなギャップがあります。このソフトウェアの今後のリリースではモデル開発の仕事をさらに予定していますが、それには、パワーデバイスモデルの改良や真のミックスモード・アナログ・デジタルシミュレーションのためのXSPICEのデジタルモデルの導入が含まれます。Qucs開発チームが導入するQucs-0.0.19Sのモデルを補完する改良や追加はすべてこの文書に記録されます。

spice4qucsヘルプドキュメントこの章は、2つの部分から成りまず、簡単なコンポーネント仕様と、より詳細なテクニカルリファレンスそして次は、様々なコンポーネントモデルの使い方を説明する典型的なシミュレーションです2つ目の部分は、Qucsユーザーが新しいスタイルのソフトウェアQucs-0.0.19SQucsの以前のリリースとの違いをよく理解するのに役立つように追加されました

どの2つの回路シミュレータも、同一の数、同一の種類の回路シミュレーションモデルを実装していることはありませんこれは、SPICE 3ftから開発された、SPICEの様々な実装あってもそうなのですしたがって、QucsngspiceXyce一つの回路シミュレーションソフトウェアパッケージに組み合わせることにより、モデルがどのシミュレータで動作するかを識別する方法が必要ですモデル選択をさらに複雑にする第2の特徴は、同一の一般的なデバイスを表現すると思われる同一のモデル、例えばBJT異なる物理デバイス方程式と異なる数のデバイスパラメータに基づいているかも知れないのです

どのモデルがどのシミュレータで動くかを識別する試みとして、Qucs開発チームは、以下のようにモデルシンボルを色分けする方法を採用しました:既存のQucsモデルは濃い青色(変更なし)、ngspiceとXyceの両方で動作するSPICEモデルは赤色、ngspiceだけで動くSPICEモデルはシアン色、Xyceだけで動くSPICEモデルは濃い緑色です。いくつもの元々のQucsモデルはngspiceとXyceでも動作するので、この方法は完璧ではありません。しかし、過去の経緯から今回はこれらのモデルの色は変更しないことにしました。今後のQucsリリースではこの決定は恐らく見直されるでしょう。

図7.1に示すモデルは、ngspiceXyceのシミュレーションに含めることができ元々のQucs-0.18モデルでngspiceまたはXyceのモデルのいずれかでも回路をシミュレートしたくないQucsユーザーにとっては、Qucs-0.0.18とともに配布されるすべてのモデルは、通常のSimulation コマンドF2キーを使って、そのままQucs-0.0.19Sで動作することに注意してくださいこれまでのところQucsのVerilog-AモデルngspiceまたはXyceにインタフェースする試みは一切行われていませんこのタスクは、今後のspice4qucs開発段階で予定にはいっています

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図7.1 ngspiceで動く(Xyceで動く場合もある)Qucs-0.0.18 のモデル

7.2 Spice4qucsのコンポーネント仕様とテクニカルレフェランス

Capacitor (C)

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Inductor (L)

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Resistor (R)

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   spic4qucsには温度の影響はまだ実装されていないことに注意してください

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Independent AC Current Source (I)

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注意: AC電流源のDC値は、0アンペアに設定されている。

    SPICEパラメータI0はQucsで使われておらずngspiceとXyceのジェネレータで0アンペアに設定されている。

    SPICEパラメータTDはQucsで使われておらずngspiceとXyceのジェネレータで0秒が設定されている。

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Independent AC Voltage Source (V)

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注意: AC電圧源のDC値は、0ボルトに設定されている。

    SPICEパラメータV0はQucsで使われておらずngspiceとXyceのジェネレータで0ボルトに設定されている。

    SPICEパラメータTDはQucsで使われておらずngspiceとXyceのジェネレータで0秒が設定されている。

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Independent DC Current Source (I)

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Independent DC Voltage Source (V)

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Linear Current Controlled Current Source (F)

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                Qucsのdelay timeのTは実装されていない

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Linear Current Controlled Voltage Source (H)

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Linear Voltage Controlled Current Source (G)

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Linear Voltage Controlled Voltage Source (E)

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Probes

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Qucs Netlist

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Ngspice Netlist

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注意: Qucsとngspiceのネットリストを読みやすくするために、1行の幅がページ幅よりも長い行は最初の項目の後に続いて1つまたは複数の行をインデントしています

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Relay (Voltage controlled switch) (S)

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Diode (D)

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BJT npn (Qucs T, ngspice Q)

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Ngspice diode (D)

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Ngspice resistor (R)

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Ngspice capacitor (C)

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Ngspice inductor (L)

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Ngspice mutual inductor (K)

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Ngspice independent AC voltage source (V)

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Ngspice non-linear dependent voltage and current sources (B)

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B source example 1: Simulation of the DC characteristics of a diode modelled with a B source pwl function; diode series resistor set at 1e-3 Ohm

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B source example 2: Simulation of the properties of a high power half-wave rectifier circuit with 0.5 Ohm load

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7.3 Example simulations that demonstrate the use of spice4qucs models

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