saberMAST语言建模
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电力电子技术仿真中的Saber运用
电力电子技术仿真中的Saber运用作者：杨飞英来源：《中国新通信》 2017年第15期【摘要】随着科技的不断发展，我国很多教育都在引进仿真技术，来提高目前的教育质量。
电力电子技术和变流电路相关的原理还是有差别的，电力电子技术主要内容是关于功率元件门级特性和驱动电路方面的。
本文主要分析的是Saber 软件在教学中的应用，包括参数设计、软件建模和仿真技术等内容。
【关键词】电力电子技术仿真技术 Saber电力电子技术相关课程涉及到多种学科的知识，它在高校电气工程相关专业中已经成为不可缺少的专业课，而且培养这方面的人才非常具有前沿性。
电力电子技术课程包含电路原理、功率元件描述、波形分析等相关内容。
如果教师在该课程中能够充分发挥多媒体教学资源的作用，同时加入仿真演示，将会让学生更加直观的了解电力电子功率使用的元件和电路原理内容等。
一、Saber 软件的概述Saber 是有美国的Synopsys 公司将模拟和混合信息号相结合研发的一种仿真软件，它可以在不同型号的混合系统中实现仿真，该软件主要被电机学、电力电子、机械等专业教学应用。
Saber 软件中包含Simulator、Cosmos、Sketch、Scope 等功能模块，这些可以实现多层次的设计、波形显示、仿真测试、电路仿真模拟等功能，该软件中的器件库中包括很多电力电子相关的器件模型，而且它还拥有一些集成电路芯片。
在实际的应用情况中，Saber 的模型库中所拥有的模型是有限的，这些模型是无法满足用户所有的集成电路模型的，所以，这时就需要使用MAST 语言来对硬件进行设计。
该语言主要是通过微分方程（组）、线性或是非线性代数来实现对象的建模。
而且一些IC 生产商为了给用户提供更好的服务，在相应的网站上提供了一些关于Saber 软件的模型，用户可以通过网络下载进而使用，这样对仿真系统进行操作就更加方便了。
在利用仿真技术进行模型教学时，可以变换不同类型的分析方法，其中包括AC 分析、瞬态分析、DC分析方法、傅立叶分析等，而且在对仿真演示分析完之后，还可以利用Cosmos Scope 对每个节点相关信息号进行观测。
SABER创建模型教程
SABER创建模型教程第⼀章使⽤Saber Designer创建设计本教材的第⼀部分介绍怎样⽤Saber Design创建⼀个包含负载电阻和电容的单级晶体管放⼤器。
有以下任务：*怎样使⽤Part Gallery来查找和放置符号*怎样使⽤Property Editor来修改属性值*怎样为设计连线*怎样查找⼀些常⽤模板在运⾏此教材前，要确认已正确装载Saber Designer并且准备好在你的系统上运⾏（找系统管理员）。
注：对于NT⿏标⽤户：两键⿏标上的左、右键应分别对应于本教材所述的左、右键⿏标功能。
如果教材定义了中键⿏标功能，还介绍了完成该任务的替代⽅法。
⼀、创建教材⽬录你需要创建两个⽬录来为你所建⽴的单级放⼤器电路编组数据。
1. 创建（如有必要的话）⼀个名为analogy_tutorial的⽬录，以创建教材实例。
2. 进⼊analogy_tutorial⽬录。
3. 创建⼀个名为amp的⽬录。
4. 进⼊amp⽬录。
⼆、使⽤Saber Sketch创建设计在这⼀部分中，你将使⽤Saber Sketch设计⼀个单级晶体管放⼤器。
1. 调⽤Saber Sketch（Sketch），将出现⼀个空⽩的原理图窗⼝。
2. 按以下⽅法为设计提供名称3) 通过选择File＞Save As …菜单项，存储⽬前空⽩的设计。
此时将出现⼀个Save Schematic As对话框，如图1所⽰。
图 12) 在File Name字段输⼊名称Single_amp。
3) 单击OK。
3. 检查Saber Sketch⼯作⾯1)将光标置于某⼀图符上并保持在那⾥。
会显⽰⼀个⽂字窗⼝来识别该图符。
在⼯作⾯底部的Help字段也可查看有关图符的信息2)注意有⼀个名为Single_amp的Schematic窗⼝出现在⼯作⾯上。
三、放置部件在教材的这⼀部分你将按图2所⽰在原理框图上放置符号。
图中增加了如r1、r2等部件标号以便参照。
图 2 单级晶体管放⼤器部件布局1.按以下⽅式查找和放置npn晶体管符号：1) 单击Parts Gallery图符出现Parts Gallery对话框，如图3所⽰。
SaberMatlab集成
Saber®–Matlab集成北京才略科技有限公司地址：北京市西城区裕民路18号北环中心A311电话：010)82673952/82673953传真：010)82250791邮编：100029主要内容◆为何需要Saber –Matlab 集成◆三种集成方式Saber ‐Simulink 协同仿真Simulink 模型输出Saberlink 仿真结果数据交换Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.Saber –Matlab 集成的目的◆现在系统中软硬件间的交互日趋复杂化。
需要一个能够同时验证系统软硬件设计的平台单纯的硬件验证成本很高复杂系统更需要在不具备硬件的情况下先期完整复杂软件算法的验证◆设计人员需要在硬件验证平台上复用软件设计算法模型。
Saber 拥有精准的物理守恒模型Matlab/Stateflow 拥有良好的控制算法模型◆Saber 和Matlab 在仿真结果处理方面各具特点和优势。
Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.主要内容◆为何需要Saber –Matlab 集成◆三种集成方式Saber ‐Simulink 协同仿真Simulink 模型输出Saberlink 仿真结果数据交换Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.硬件/软件验证方案•可以在Simulink中验证设计的软件部分同时在Saber中验证设计的硬件部分。
•统一物理守恒仿真和控制算法仿真。
•更多视角去观察硬件设计部分。
•通过Saber接口可轻松控制整个仿真过程。
•可充分利用Saber的高级分析工具(如容差分析等)验证设计的工程特征。
•支持主流的Window操系统。
Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.同步的实现◆以固定步长进行数据交换考虑仿真速度与收敛性的平衡◆Saber 做主仿真器图形界面以便用户配置Matlab (版本、启动选项等) 仿真过程中自动启动Simulink所有的分析都在Saber界面中运行Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.启动设置Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.Saber –Simulink 协同仿真激活设置Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.Saber –Simulink 协同仿真激活设置确保Matlab work 目录在Matlab 搜索路径中. Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.Saber –Simulink 协同仿真应用流程◆创建Simulink 算法模型◆生成Saber 协同仿真接口模型◆对整个设计进行协同仿真分析Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.创建Simulink模型◆协同仿真接口模型‐‐‐SaberCosim◆SaberCosim.mdl 安装在Matlab/work 目录下◆需要设置输入输出管脚数量◆如果多于一个的输入/输出信号，需要用demux/mux模型分隔Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.接口模型生成工具◆自动检测Simulink模型的连接关系◆自动生成MAST模型和图形符号◆设置协同仿真步长以确定仿真精度◆可用Place Part 菜单命令仿真到原理图中Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.运行协同仿真◆Saber 做为主仿真器运行◆在加载设计到仿真器的过中启动Matlab/Simulink◆之后与纯Saber仿真的操作过程完全一致Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.主要内容◆为何需要Saber –Matlab 集成◆三种集成方式Saber ‐Simulink 协同仿真Simulink 模型输出Saberlink 仿真结果数据交换Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.◆所有设计均在一个仿真环境中验证◆Simulink / Stateflow模型可输出到Saber中使用◆Real‐Time Workshop 用于将Simulink models编译为Saber 模型的外部函数◆自动生成MAST模型和符号◆支持Windows and SunSolaris 平台Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.◆需要安装Matlab Real Time Workshop◆除Saber 和Matlab外还需要C/C++ 编译器◆查看release notes 以确定合适C/C++ 编译器版本◆需要设置MSDevDir环境变量Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.复制Saber安装目录下/lib/tool_model/Simulink2SaberRTWexport<ver> 的5个文件到MATLAB 安装目录下/rtw/c/saber_rtwBeijing Greatalent Tech Co.,Ltd.设置SABER_HOME 环境变量Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.应用流程◆在Simulink/Stateflow中建立模型◆使用Real Time Workshop输出模型◆在Saber中导入模型Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.在Simulink中创建模型◆Simulink 模型必须有输入输出端口◆其输入/输出端口名字和Saber模型的端口名一致◆其端口的data type 和signal type 必须设置成autoBeijing Greatalent Tech Co.,Ltd.在Simulink中创建模型◆Simulink solver 必须设置成fixed‐time step类型◆在Windows 平台上, Simulink 模型名称必须是大写字母Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.使用Real Time Workshop输出Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.使用Real Time Workshop输出如所有设置正确，在当前目录下将会生成MAST 模型, 动态链接库和and Saber sketch 符号Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.在Saber中使用输出的模型◆将导出的模型放到Saber设计目录下或者Saber搜索路径中◆使用方法和普通模型一致Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.主要内容◆为何需要Saber –Matlab 集成◆三种集成方式Saber ‐Simulink 协同仿真Simulink 模型输出Saberlink 仿真结果数据交换Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.◆在CosmosScope™和Matlab 之间无缝交换仿真结果数据◆简单的图形操作(如选择、复制、粘贴)◆支持Windows、Linux、Solaris平台Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.◆使Saber用户能够轻松的利用Matlab工具箱:3‐D 视图动画制作信号处理系统识别◆使Matlab用户能够轻松的利用CosmosScope™:查看模拟、数字信号测量各种性能指标运行波形计算Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.设置 同协同仿真设置Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.从CosmosScope传递waveform 到Matlab ◆在CosmosScope中复制波形◆粘贴到SaberLink 窗口◆使用“wfdata”命令获取数据Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.从CosmosScope传递waveform 到Matlab Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.从matlab 传递信号到CosmosScope◆Matlab 和CosmosScope必须在同一workspace◆在Matlab中可使用各种方法去保存信号到work spaceScope 可以保存ScopeData在仿真配置参数中可设置数据保存到work space◆使用“waveform”命令将Matlab信号转换为CosmosScope 波形◆在Saberlink 中复制波形对象并粘贴到CosmosScope 显示和处理（测量和计算）Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.从matlab 传递信号到CosmosScope Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.Saber –Matlab 集成优势◆充分利用两个工具的优势建立完整的软硬件验证平台◆可在Saber设计环境中复用Simulink / Stateflow 模型◆扩展了Saber和Matlab对仿真结果数据的后处理能力Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.谢谢！北京才略科技有限公司地址：北京市西城区裕民路18号北环中心A311电话：010)82673952/82673953传真：010)82250791邮编：100029。
saber问答
1、saber里没有直接测量功率因数的方法. 可以测量输入电流电压的相位差. 利用delay测量方式. 然后利用傅立叶分析, 计算THD. 再自己计算.2、MAST类似于脚本语言, 用window文本编辑器就可以编写, 只要将模型文件存为.sin文件即可. 另外, saber中自带的report tool可作为专用的MAST语言编辑界面使用,带有不同颜色显示关键字的特性.如果你用saber自带的MOSFET template. 你是无法编辑的, 这些template都加密了.3、如何在SABER中看二点间的电压波形，如何在原理图上标注DC电压在原理图上标注DC电压. 可在DC分析后,执行Results/back annotation... 命令即可SABER中如何看两点间的波形的问题1. 用差分探针在sketch中观看2. 如果是某个器件两端的波形, 可在siglist中选中该器件,然后在scope中观看.3. 用scope中的calculator将两个波形相减, 然后观看.4、saber 交流分析的电压源是什么？几个参数怎么设定？交流分析,只需设置两个参数, ac_mag及ac_phase.dB(/) 公式用于将复数的幅值变换为dB形式5、开关管的控制端的脉冲怎么设置脉冲源一般可用v_pulse.sin template, 至于参数. 每个template都带有帮助文档, 可在template的属性对话框中选择help/help on part命令, 这样会激活该template的帮助文档(PDF 格式), 你可以在帮助文档中仔细查看参数设置.至于学习, 我想对于软件来说, 主要是多看文档,多使用. 花时间就会熟悉了6请教一个问题：我在电路中用到了乘法器product元件，用它来进行同步解调，它两个端口分别接pin类型电压。
但是乘法器本身好要是var数据，不能接带单位的数据类型。
好像可以通过一个元件先接到输入端然后在接乘法器就好了。
saber应用经验类-MAST语言建模（中文基础）
pin 类型数据
• 在MAST语言中，所谓指针就是元件模板的对 外连接点的一种形式，它也是模板对外连接的 最常用的一种形式，定义指针实际上就是定义 了元件的一种连接方式。 • pin 类型数据是SABER仿真器中定义的一种数 据，这种数据是专门针对器件的连接点，它包 括很多种类型的连接点，它们是通过量纲来定 义连接端点的类型的。
理想恒流源模板简介（续1）
• template_name是模板名，在通常情况下该模板 的文件名和这个模板应该一致。Connection points是定义的端点名，而argument则是使用这 个模板时需要赋值的变量，这个变量是通过网 表来赋值的。 • 模板头说明：说明在模板头中出现的除模板名 以外的所有变量，它应位于模板头之下。在恒 流源模板中，有两个类型的变量需要说明，一 个是节点类型，另一个是变量类型。
理想恒流源模板简介（续3）
• 对于一个模板来讲，连接点和模板参数 并不是必须的，在一些模板中并没有连 接点，也有一些模板就可能没有参数。 • 对于一个模板而言，通常情况下除了模 板头以外还有模板体，模板体都是在一 对括号中，在isource模板中的模板体就 是一个方程段。
理想恒流源模板简介（续4）
SABER仿真的过程
节点分析法
• 根据电路的结构，应用KCL定律，用节 点电压去表示之路电流，最后求解节点 电压的方法叫节点电压法。 • 从上面的叙述可以看出，节点电压法是 根据电路的结构，首先求出电路的节点 电压，然后再求电路中各个之路的电流。
SABER仿真过程（续1）
• SABER仿真器解方程时采用的是节点法， 在通常情况下器件端点电压是由系统的 结构决定了，也就是说如果系统的结构 一定则系统中各个器件端点电压就是一 定的，因此SABER仿真器认为系统中各 个器件的端点电压是已知的，而需要求 的就是各个器件的电流。
Saber仿真模型---freq2var 转换模板
我在一个应用中需要知道一个Sin波形的频率,于是用了frequency measure这个模块,可以得到正确的频率值,但是它的单位是Hz.当我想把这个频率指作为后面系统中一个模块的输入时(那个模块的输入端口类型为 var),就是出现类型不能匹配的错误.这个问题有办法解决吗,我在saber中没有找到对应的Interface?或者如果我需要将一个信号的频率作为控制中的一个中间量,还有其他的什么办法来实现吗?
以上是网友Chris发给我的邮件中提出的问题,在Sketch中的Parts Gallery 里找了找,还真没找到从Freq变量(频率) 到 Var变量的转换模板,所以我用MAST 语言编写了一个模板来实现这一个任务.如果哪位网友知道能够不用写MAST模板就能实现这一转换的方法,希望拿出来分享.
模板是用MAST编写的,完成的主要任务是实现从Freq变量到Var变量转换,以便实现将信号频率作为控制的一个中间量的想法.模板带有一个变量K,可以用来调整输入输出的转换比例,计算公式如下:
Out = k*fin
模板建好以后,建立了一个简单的测试电路进行测试,电路如下图所示:
从上图可以看出,输入是频率为100KHz的正弦激励,通过mfreq模板测量后得到其频率输出,再通过freq2var模板转换为标准的控制信号输出,这样就可以在控制环节中使用了.电路的测试结果如下图所示:
从图中的测试结果可以看出,freq2var能够正常的实现freq变量到var变量的转换,有兴趣的网友可以在其后面添加控制环节进行测试.
模板及测试文件如下:。
Saber仿真器中器件建模技术探讨
Saber仿真器中器件建模技术探讨摘要：本文总结提出了Saber仿真平台中器件进行模型建立的5种方法，用于解决电路在此仿真平台中进行电路仿真时模拟器件库中器件不存在的问题。
这5种器件建模的方法分别是：通用模板参量化、搭建宏电路、调用下载模型、MAST语言、图形化工具。
关键词：Saber仿真平台器件建模通用模板参量化搭建宏电路0 引言本文针对Saber软件器件库中器件种类和数量的有限问题，根据Saber软件的具体特征，结合工程实践中的具体经验，依据现有存在的器件模型建立的方法，总结提出了Saber软件中用于实现器件模型建立方法：通用模板参量化，搭建宏电路，调用下载模型，MAST语言，图形化建模工具。
一、基于Saber软件的器件建模理论在进行电路仿真分析时，电路搭建是关键，电路搭建是基于EDA软件的，它们一般都含有数学模型器件库，对已有的器件，可直接调用。
但往往在实际应用中，需要软件用户自己建立器件模型。
在Saber软件应用中，通过对器件模型建模过程的探索，总结出基于Saber软件的5种器件建模方法。
1.通用模板参量化通用模板参量化建模方法是指当软件模型器件库中有相似或同类器件模型时，可以通过设置模型的主要参数来实现所需器件模型的主要特性和功能，从而来完成器件模型建立的一种方法。
其适用条件是模型器件库中存在单个模板能够包含所需器件物理原型所有的行为特征。
通用模板参量化实现模型建立的基本步骤如下：①根据元器件手册的信息，选择合适的器件模板，并按照器件手册提供的数据填写模板中相应的参数，完成器件特性数据到通用模板参数的映射；②对完成参数映射的通用模板，按要求进行功能测试和性能测试；③如模型不满足要求，就需要调整模板参数或换用其他模板；若满足要求，就完成器件建模。
2.搭建宏电路搭建宏电路建模方法是指利用软件模型器件库中存在的器件模型，根据器件数据手册提供的该器件的功能和内部构造（功能参数或真值表），搭建器件的功能模型电路，最后对功能模型电路进行封装来实现器件模型的建立。
Saber仿真器中器件建模技术论文
Saber仿真器中器件建模技术探讨
摘要：本文总结提出了saber仿真平台中器件进行模型建立的5种方法，用于解决电路在此仿真平台中进行电路仿真时模拟器件库中器件不存在的问题。这5种器件建模的方法分别是：通用模板参量化、搭建宏电路、调用下载模型、mast语言、图形化工具。关键词：saber仿真平台器件建模通用模板参量化搭建宏电路0引言本文针对saber软件器件库中器件种类和数量的有限问题，根据saber软件的具体特征，结合工程实践中的具体经验，依据现有存在的器件模型建立的方法，总结提出了saber软件中用于实现器件模型建立方法：通用模板参量化，搭建宏电路，调用下载模型，mast语言，图形化建模工具。一、基于saber软件的器件建模理论在进行电路仿真分析时，电路搭建是关键，电路搭建是基于eda软件的，它们一般都含有数学模型器件库，对已有的器件，可直接调用。但往往在实际应用中，需要软件用户自己建立器件模型。在saber软件应用中，通过对器件模型建模过程的探索，总结出基于saber软件的5种器件建模方法。1.通用模板参量化通用模板参量化建模方法是指当软件模型器件库中有相似或同类器件模型时，可以通过设置模型的主要参数来实现所需器件模型的主要特性和功能，从而来完成器件模型建立的一种方法。其适用条件是模型器件库中存在单个模板能够包含所需器件物理原型所有的行为特征。通用模板参量化实现模型建立的基本步骤如下：①根据元器件手册的信息，选择合适的器件模板，并按照器件手册提供的数据填写模板中相应的参数，完成器件特性数据到通用模板参数的映射；②对完成参数映射的通用模板，按要求进行功能测试和性能测试；③如模型不满足要求，就需要调整模板参数或换用其他模板；若满足要求，就完成器件建模。2.搭建宏电路搭建宏电路建的该器件的功能和内部构造（功能参数或真值表），搭建器件的功能模型电路，最后对功能模型电路进行封装来实现器件模型的建立。搭建宏电路模型建模的基本步骤如下：①按照器件手册，根据器件的功能框图对器件功能电路进行划分，划分为具有不同功能的模块电路；②利用模型器件库中存在的各类器件模板器件，依据各个功能模块电路特性建立功能模块电路；③对各个功能模块电路进行独立的功能测试；④利用已经搭建的功能模块电路组建元器件的模型电路；⑤绘制器件模型符号，设置其属性，并封装元器件模型（建立模型文件和符号文件之间的映射关系）；⑥对器件模型进行功能测试和性能测试。3.调用下载模型调用下载模型建模是指在许多ic器件厂商网站上（如ixys，irf等），有基于saber软件的器件模型供下载使用。在saber软件中可以调用器件模型类型有：spice模型、ibis模型、*.sin模型等。调用下载模型建模基本步骤如下：①从ic网址上，下载所需的合适元器件模型；②转换下载的器件模型为saber中可使用的模型类型；③绘制元器件模型符号并设置其属性。转换成saber中可使用的文件类型后，就需要为器件模型建立一个同名的符号（*.ai_sym文件），并设置属性值。但需要注意的是，使用的时候符号（*.ai_sym文件）和模型文件都要放在同一个工作目录下。④封装元器件模型（建立模型文件和符号文件之间的映射关系）；⑤对器件模型进行测试，测试通过，器件建模完成。4.mast语言建模对器件进行建模型可以通过编写mast语言，也可由先前存在的mast模型库来构造。一旦器件模型或设计是由mast语言构造的，saber仿真器就可以模拟器件的行为，mast语言建模就是指定要被仿真的模型，它实际上就是要建立一系列的方程。因此用mast语言建模的核心就是用线性（或非线性）的代数、微分方程（组）来描述对象的特征。5.图形化建模工具图形化建模工具是由几类器件模型创建界面构成的，此方法创建的器件模型内容包括：模型mast模板，模型符号，应用文件，从而可实现该模型能重新载入到saber中使用。此建模工具可实现的模型种类，包括：电磁器件模型，二极管器件模型，mosfet管器件模型，电池模型等等。图形化建模工具建立元器件模型的主要步骤如下：①在图形化建模工具中，选择所需建立器件模型的种类；②根据器件手册提供数据，按图形化的界面提示信息，输入元器件模型的特性参数；③保存上述输入的模型参数；④输出器件模型及其符号；⑤对器件模型进行测试，测试通过，则器件模型的创建完成。二、结束语本文提出了saber电路仿真平台中遇到的问题：器件模型的建立。针对上述提出的saber软件中遇到的问题，本文结合saber软件的具体特征，总结提出了基于此软件平台下器件模型建立的5种方法。本文提出的器件建模方法几乎涵盖了saber中所有遇到的器件模型，具有很强广泛性和参考性，但在所建器件模型的精确度上还需进一步的研究。参考文献：[1]gao. dwz, mi. c, emadi. a. modeling and simulation of electric and hybrid vehicles. proceedings of the ieee. 2007, 95 (4):729-745[2]张尚珠,王海波.容差分析中器件建模技术的探讨.电子产品可靠性与环境试验. 2007,25(3):34-37[3]秦怡. wcca分析中电感电容的pspice建模优化.中国科技信息. 2009, 14(7):160-162[4]/index.php?do=space_article-lis.[5]吴少琴.电子元器件在电路仿真中的建模.电子设计工程. 2009,17(8):47-49[6]synopsys, inc. saber use guide.united states of america: 2009[7]lorenz. g, neul. r, dickmann. s. modeling of electrostatic mems components. international conference on modeling and simulation of microsystems. 1999:128-131[8]jeong. yk, kim. bk, oh. hs, park, jo. system level analysis for a locomotive inspection robot with integrated microsystems. nanotech .2003, 2:496-499
摘要：本文总结提出了saber仿真平台中器件进行模型建立的5种方法，用于解决电路在此仿真平台中进行电路仿真时模拟器件库中器件不存在的问题。这5种器件建模的方法分别是：通用模板参量化、搭建宏电路、调用下载模型、mast语言、图形化工具。关键词：saber仿真平台器件建模通用模板参量化搭建宏电路0引言本文针对saber软件器件库中器件种类和数量的有限问题，根据saber软件的具体特征，结合工程实践中的具体经验，依据现有存在的器件模型建立的方法，总结提出了saber软件中用于实现器件模型建立方法：通用模板参量化，搭建宏电路，调用下载模型，mast语言，图形化建模工具。一、基于saber软件的器件建模理论在进行电路仿真分析时，电路搭建是关键，电路搭建是基于eda软件的，它们一般都含有数学模型器件库，对已有的器件，可直接调用。但往往在实际应用中，需要软件用户自己建立器件模型。在saber软件应用中，通过对器件模型建模过程的探索，总结出基于saber软件的5种器件建模方法。1.通用模板参量化通用模板参量化建模方法是指当软件模型器件库中有相似或同类器件模型时，可以通过设置模型的主要参数来实现所需器件模型的主要特性和功能，从而来完成器件模型建立的一种方法。其适用条件是模型器件库中存在单个模板能够包含所需器件物理原型所有的行为特征。通用模板参量化实现模型建立的基本步骤如下：①根据元器件手册的信息，选择合适的器件模板，并按照器件手册提供的数据填写模板中相应的参数，完成器件特性数据到通用模板参数的映射；②对完成参数映射的通用模板，按要求进行功能测试和性能测试；③如模型不满足要求，就需要调整模板参数或换用其他模板；若满足要求，就完成器件建模。2.搭建宏电路搭建宏电路建的该器件的功能和内部构造（功能参数或真值表），搭建器件的功能模型电路，最后对功能模型电路进行封装来实现器件模型的建立。搭建宏电路模型建模的基本步骤如下：①按照器件手册，根据器件的功能框图对器件功能电路进行划分，划分为具有不同功能的模块电路；②利用模型器件库中存在的各类器件模板器件，依据各个功能模块电路特性建立功能模块电路；③对各个功能模块电路进行独立的功能测试；④利用已经搭建的功能模块电路组建元器件的模型电路；⑤绘制器件模型符号，设置其属性，并封装元器件模型（建立模型文件和符号文件之间的映射关系）；⑥对器件模型进行功能测试和性能测试。3.调用下载模型调用下载模型建模是指在许多ic器件厂商网站上（如ixys，irf等），有基于saber软件的器件模型供下载使用。在saber软件中可以调用器件模型类型有：spice模型、ibis模型、*.sin模型等。调用下载模型建模基本步骤如下：①从ic网址上，下载所需的合适元器件模型；②转换下载的器件模型为saber中可使用的模型类型；③绘制元器件模型符号并设置其属性。转换成saber中可使用的文件类型后，就需要为器件模型建立一个同名的符号（*.ai_sym文件），并设置属性值。但需要注意的是，使用的时候符号（*.ai_sym文件）和模型文件都要放在同一个工作目录下。④封装元器件模型（建立模型文件和符号文件之间的映射关系）；⑤对器件模型进行测试，测试通过，器件建模完成。4.mast语言建模对器件进行建模型可以通过编写mast语言，也可由先前存在的mast模型库来构造。一旦器件模型或设计是由mast语言构造的，saber仿真器就可以模拟器件的行为，mast语言建模就是指定要被仿真的模型，它实际上就是要建立一系列的方程。因此用mast语言建模的核心就是用线性（或非线性）的代数、微分方程（组）来描述对象的特征。5.图形化建模工具图形化建模工具是由几类器件模型创建界面构成的，此方法创建的器件模型内容包括：模型mast模板，模型符号，应用文件，从而可实现该模型能重新载入到saber中使用。此建模工具可实现的模型种类，包括：电磁器件模型，二极管器件模型，mosfet管器件模型，电池模型等等。图形化建模工具建立元器件模型的主要步骤如下：①在图形化建模工具中，选择所需建立器件模型的种类；②根据器件手册提供数据，按图形化的界面提示信息，输入元器件模型的特性参数；③保存上述输入的模型参数；④输出器件模型及其符号；⑤对器件模型进行测试，测试通过，则器件模型的创建完成。二、结束语本文提出了saber电路仿真平台中遇到的问题：器件模型的建立。针对上述提出的saber软件中遇到的问题，本文结合saber软件的具体特征，总结提出了基于此软件平台下器件模型建立的5种方法。本文提出的器件建模方法几乎涵盖了saber中所有遇到的器件模型，具有很强广泛性和参考性，但在所建器件模型的精确度上还需进一步的研究。参考文献：[1]gao. dwz, mi. c, emadi. a. modeling and simulation of electric and hybrid vehicles. proceedings of the ieee. 2007, 95 (4):729-745[2]张尚珠,王海波.容差分析中器件建模技术的探讨.电子产品可靠性与环境试验. 2007,25(3):34-37[3]秦怡. wcca分析中电感电容的pspice建模优化.中国科技信息. 2009, 14(7):160-162[4]/index.php?do=space_article-lis.[5]吴少琴.电子元器件在电路仿真中的建模.电子设计工程. 2009,17(8):47-49[6]synopsys, inc. saber use guide.united states of america: 2009[7]lorenz. g, neul. r, dickmann. s. modeling of electrostatic mems components. international conference on modeling and simulation of microsystems. 1999:128-131[8]jeong. yk, kim. bk, oh. hs, park, jo. system level analysis for a locomotive inspection robot with integrated microsystems. nanotech .2003, 2:496-499
Saber所有模块说明
Saber主要软件模块功能说明产品编号：6771-0说明：SaberSketch原理图输入工具所需模块：功能：•所有建模工具,包括二极管、MOSFET、磁性器件，图表建模等•与其他软件的接口，如SIMULINK、ModelSim、cadence、mentorSaber Sketch是Saber的原理图输入工具，通过它可以直接进入Saber仿真引擎。
在Saber Sketch中，用户能够创建自己的原理图，起动Saber完成各种仿真，可以直接在原理图上察看仿真结果。
Saber Sketch及仿真功能可以帮助用户完成混合信号、混合技术（电气、机械、液压、气动、控制等）系统的仿真分析。
Saber Sketch中的原理图可以输出成多种标准图形格式，用于报告、设计审阅或创建文档。
Saber提供了多种建模工具，磁性器件建模工具可以帮助建立电感、绕组、变压器等的模型；StateAMS可以用状态机方法建模；二极管，MOSFET、IGBT建模工具帮助建立自己的模型与其他软件的接口，如数字仿真器ModelSim、cadence、mentor，信号流仿真工具SIMULINK 等的接口扩充了Saber的应用。
产品编号：6770-0说明：Saber® Mixed-Signal SimulatorSaber®混合信号仿真器（包括CosmosScope）所需模块：功能：•MAST®模拟硬件描述语言(HDL)•SaberGuide™交互式仿真环境•NSPITOS−SPICE(2G6)到Saber网表的转换器•实时仿真工具•故障状态分析（FMEA）工具•直流传输特性•直流工作点分析•瞬态分析•交流小信号分析•打印机绘图仪驱动程序•参数替换与参数扫描•提取内部模型参数Extract•SaberBook 在线文档internal model parameters•少量基本模板，如电阻、电容•模型加密Saber混合信号仿真器提供了分析模拟及混合信号系统完整行为的方法，这些混合系统包括电子、机械、液压、气动、控制和含有其它技术的子系统，以及他们之间的相互作用。
混合仿真saber
混合技术、混合信号设计利器Saber Saber是混合信号、混合技术和线束系统设计和验证的行业标准仿真环境。
Saber的设计输入、仿真工具、功能强大的波形显示和分析能力、综合全面的模型库以及模型生成工具得到了高度评价，利用这些功能，设计人员能够在不同详细程度下分析各个物理学领域之间的相互作用。
先进的分析和集成自动化能力让设计人员能够在系统的虚拟原型上实施优化、稳健设计和故障式影响分析（FMEA）。
SABER经过了多个行业数百成功设计的实际生产验证，已经成为设计方案从概念转化为显示的优选解决方案。
∙在系统、电路、部件和集成电路层面上执行仿真∙达到当前先进水平的设计编辑和数据可视化工具∙完整成套的模型库和建模工具∙业界标准的建模言（MAST、VHDL-AMS）∙稳健设计和自顶向下和自底而上设计方法∙针对嵌入式系统设计实现硬件/软件联合验证∙通过先进的分析来优化成本、性能和可靠性（Monte Carlo、Vary、Stress、FMEA等）原理图绘制和仿真Saber Sketch是一项易于使用的设计编辑器，是为了Saber仿真器而专门开发的。
它具备直观的图形界面，能够让用户在Saber 的模型库中快速搜索所需的部件，创建完整的系统设计，并可运行Saber仿真。
它与其他Saber工具实现了紧密的集成，能够自动化地设置仿真和绘图、与CosmosScope工具进行交叉探针选择和交叉加亮，并能直接在原理图上显示仿真结果。
Saber Sketch能够无缝地支持多页设计和原理图分层体系，并支持任何设计中的混合技术（电气、机械、热学等）以及混合信号（数字和模拟）部件。
用户可以从Saber Sketch中以标准格式（jpg、tiff、bmp等）输出图形，让设计文档编制更加快速简单。
可视化分析与处理CosmosScope工具是Saber中一款功能全面的查看和分析仿真结果的工具。
它内置波形测量工具，能对超过60个标准测量项进行测量。
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理想恒流源模板简介（续3）
• 对于一个模板来讲，连接点和模板参数 并不是必须的，在一些模板中并没有连 接点，也有一些模板就可能没有参数。
• 对于一个模板而言，通常情况下除了模 板头以外还有模板体，模板体都是在一 对括号中，在isource模板中的模板体就 是一个方程段。
理想恒流源模板简介（续4）
理想恒流源模板简介（续2）
• 模板连接点是一种特殊的数据类型，在SABER 中叫pin类型。它与建立的模板有关。pin 类型 可以是机械连接点、热连接点电连接点。由于 在恒流源的连接点是电，因此其连接点说明为 electrical p,m。
• 作为头说明的另一部分就是对模板参数的说明， 它需要说明的是模板参数的类型，即数的类型。 关于数的类型将在后面讲述。在本模板中就定 义了一个数。number is
pin 类型数据
• 在MAST语言中，所谓指针就是元件模板的对 外连接点的一种形式，它也是模板对外连接的 最常用的一种形式，定义指针实际上就是定义 了元件的一种连接方式。
• pin 类型数据是SABER仿真器中定义的一种数 据，这种数据是专门针对器件的连接点，它包 括很多种类型的连接点，它们是通过量纲来定 义连接端点的类型的。
• unit{“rpm”,”revolutions/minute”,”argular velocity”} w
• unit {"A","Amperes","Current"} i • unit {"V","Volts","Voltage"} v
cross 变量和through变量
• cross 变量是系统变量，其主要特征是经 过任何一个回路，cross变量值的和位0。 在电气系接点和使用模板 时需要赋值的变量，这个变量必须是在网表中 进行赋值。定义模板头的格式为：template template_name connection points = arguments
• 定义模板头的关键字为template和element template。这两者的区别一个是内部节点可见 而另一个是内部节点不可见。
pin 类型数据（1）
• 每定义一种连接点就定义了一对变量， 一个是cross变量，另一个是through变量。 定义一个端点和定义一个连接点的cross 变量和through变量是等价的。
• 在定义一个pin 变量的同时也定义了这个 变量的量纲。
模拟量单位的定义
• unit{“缩写”，”全称”，”描述”} 名 字
MAST语言建模
MAST语言建模概述
• MAST语言是一种硬件描述语言，它是用 数学的方法来描述的，它可以描述硬件 的结构，也可以描述硬件的功能。建立 描述硬件结构的模型比较难，如果建立 得比较好，其精度较高；建立描述功能 的硬件模型相对比较简单，但在使用这 种模型的时候受到比较多的限制。
MAST语言的结构和功能
• MAST语言可以描述很多种类型的器件， 包括模拟器件、数字器件等。
• MAST语言的结构主要包括两种方式，一 种是structured方式，另一种是unstructured 方式。
• structured 方式就是将程序体分成许多段， 即在程序体中包括许多程序段;unstructured 的程序体中的程序没有分段。
• isource.i1 a b = is=2
• template isource p m = is
理想恒流源模型的创建
• 上述模型描述的电流从p点流进、m点流 出，其电流的大小为is，在使用这个器件 时在网表中要对这个值进行赋值。
• 用任何文本编辑器编写上述这段文本后， 以文件的扩展名为.sin存盘。通常情况下 文件名和模板名要一致，如果文件名和 模板名不一致时在使用这个模板的网表 中要包含这个文件。
• isource 中的方程段是用MAST语言结构 体的形式描述恒流源的特征，实际上就 是用模板方程来描述器件模拟端口的特 征。
• 在恒流源模型中，电流是从p点流进从m 点流出，因此在方程段中要描述这一特 征，在MAST中描述这一特征
• i(p->m) += is
系统对模板的调用
• 假设有一个系统调用了这个恒流源模板 isource，在这个系统中这个恒流源的名 字为i1，这个恒流源的两端与节点a、b相 连，恒流源电流的大小为2，则调用这个 模板的语句为：isource.i1 a b = is=2，网表与模板间的对应关系：
线性电容模板
• template capacitor p m = cap • electrical p,m • number cap •{ • equations { • i(p->m) += d_by_dt(cap*(v(p)-
v(m))) •} •}
MAST模板的搜寻机制
• 当SABER仿真器遇到了先前没有定义的 模板时x，它首先在x.sin文件中寻找该模 板。如果没有这个文件，则SABER仿真 器将在include语句中所包含的文件中去 寻找x模板，如果在include文件中仍没有 找到x模板，则将在映射文件中寻找x 模 板，如果仍没有找到该模板，就送出错 误信息。
structured和unstructured的比较
理想恒流源的模型
• template isource p m = is
• electrical p,m • number is=100 •{ • equations { • i(p->m) += is •} •}
理想恒流源模板简介
• 模板头、头说明和模板体，在模板体中包含方 程段。
理想恒流源模板简介（续1）
• template_name是模板名，在通常情况下该模板 的文件名和这个模板应该一致。Connection points是定义的端点名，而argument则是使用这 个模板时需要赋值的变量，这个变量是通过网 表来赋值的。
• 模板头说明：说明在模板头中出现的除模板名 以外的所有变量，它应位于模板头之下。在恒 流源模板中，有两个类型的变量需要说明，一 个是节点类型，另一个是变量类型。