Andreas Gerstlauer, DG 5 SEB
(andreas@gerstlauer.de)
Dr-Ing. Johannes Gerstlauer, DC 9 SX
(johannes@gerstlauer.de)
PUFF hat als Standard HF-CAD Software auch in Deutschland eine weite Verbreitung gefunden. Für viele HF-Entwickler ist sie als Bench-Tool entwicklungsbegleitend ein fester Bestandteil des Arbeitsplatzes. Die hier vorgestellte Version 2.1 weist einige bemerkenswerte neue Funktionen auf.
PUFF hat sich mittlerweile mit seinen weltweit über 17000 verkauften Exemplaren zu einer Standardsoftware im HF-CAD Bereich entwickelt. Die derzeitige Version 2.0 ist nunmehr seit 1991 auf dem Markt. In ihr wurden gegenüber der Vorgängerversion 1.0 und 1.5 eine Reihe von Funktionen aufgenommen, die aus der praktischen Anwendung erwachsen sind. Derzeit wird am Caltech Institut bei Prof. Dave Rutledge an einer japanischen Version gearbeitet. Anschließend soll eine neue Version für den Einsatz unter Windows 95 erstellt werden, bei der auch die Neuerungen der von uns erarbeiteten und hier vorgestellten Version 2.1 einfließen sollen. Geplante weitere Änderungen betreffen neben der Bedienoberfläche (Windows 95) erweiterte HF-Funktionen und vor allem das Benutzerhandbuch, das ja leider sehr unübersichtlich geraten ist.
Die große Akzeptanz von PUFF beruht sicherlich auf seiner einfachen Anwendbarkeit. Die übersichtliche gleichzeitige Darstellung aller Ein- und Ausgangsparameter auf dem Bildschirm erlaubt ein sehr effizientes Arbeiten. Im Gegensatz zu manch anderem HF-Simulationsprogramm ist auch nach längerer Abstinenz nur eine kurze Reaktivierungszeit erforderlich.
Die verwendeten Modelle (z.B. für die Leitungsanordnungen) sind für die meisten Anwendungen hinreichend genau. Bei Beachtung der Grenzen des Programms ist eine Anwendung weit über den Hobbybereich hinaus möglich.
Die jetzt vorgestellte Version PUFF 2.1 basiert auf der Version 2.0. Es wurden einige sehr interessante Ergänzungen realisiert. Im einzelnen sind dies vor allem folgende Punkte:
Die Plot-Routine wurde um einen 'q' (für "quick") Modus erweitert. Im Quick-Modus wird das Rechenergebnis erst ausgegeben, nachdem die vollständige Berechnung abgeschlossen ist. Da die Bildschirmanzeige nicht nach jedem berechneten Punkt aufgefrischt werden muß, ergibt sich gegenüber der Standard-Plot-Funktion eine wesentlich kürzere Rechenzeit.
Analog zur Standard-Plot-Routine wird die Quick-Plot-Routine durch Drücken der Taste 'q' im Plot-Fenster (F2) aufgerufen. Mit der Tastenkombination 'Ctrl-q' werden in der bekannten Weise auch im Quick-Modus zunächst die zuletzt errechneten Simulationsergebnisse und dann zusätzlich die neu berechneten Werte ausgegeben. Die Funktionen 'p', 'q', 'Ctrl-p' und 'Ctrl-q' können gemischt angewendet werden.
Aus der Praxis entstanden ist die wohl interessanteste Neuerung: für die berechneten komplexen Reflexionsfaktoren S11, S22, S33 und S44 können jetzt die Elemente der zugehörigen Serien- bzw. Parallelersatzschaltung ausgegeben werden!
Nach Ausführung der 'p'- oder 'q'-Plot-Routine wird hierzu der Cursor im Plot-Fenster auf den gewünschten Parameter S11 oder S22 gesetzt. Nach Betätigung der '=' Taste erscheinen in der Message-Box die Elemente RS und XS sowie der zugehörige Kapazitäts- bzw. Induktivitätswert der Serienersatzschaltung. Entsprechend werden die Elemente RP und XP sowie die zugehörigen C- und L-Werte der Parallelersatzschaltung angezeigt, wenn das Smith-Diagramm von der Impedanz- auf die Admittanzdarstellung umgeschaltet wurde.
In das Smith-Diagramm wurde zur Erzielung einer genaueren Interpretation die gebräuchliche 1-2-5 Einteilung übernommen.
Es wurde eine Reihe weiterer Devicefiles neu aufgenommen. Die insgesamt verfügbaren '.dev'-Files sind jetzt: ein Voltmeter (vm.dev), eine spannungsgesteuerte Spannungsquelle (vs.dev), eine spannungsgesteuerte Stromquelle (cs.dev) mit einer Steilheit von 20mS, ein Differenzverstärker (da.dev) der Verstärkung 1 und ein Operationsverstärker (op.dev) mit einer Leerlaufspannungsverstärkung von 10000.
Alle Symbole haben jetzt einheitlich den Eingang auf der breiten Seite und den Ausgang auf der spitzen Seite des Dreiecksymbols.
In der Tabelle 1 sind nochmals alle Devices detailliert beschrieben.
Das Programm enthielt einige Fehler, die sich zum Beispiel in willkürlichen Programmabstürzen, verbunden mit der Fehlermeldungen der Art 'Runtime error at ....' äußern. Eine ganze Reihe derartiger Fehler wurden beseitigt.
Bei einigen Rechnerinstallationen zeigte der Cursor ein Fehlverhalten in Form einer zu hohen Blinkfrequenz, verbunden mit gelegentlichen "Hängern" beim Programmstart. Dieser Fehler wurde korrigiert.
Die fehlerhafte Hardcopy-Routine (vorzeitiger Abbruch des Ausdrucks bzw. unvollständiger Ausdruck bei einigen Druckern) wurde durch Patchen des externen Zusatzprogramms 'VGA2LASR.COM' korrigiert.
Eine Anpassung an verschiedene nationale Tastaturlayouts wurde vorgenommen. Die Version 2.1 sollte jetzt mit allen unterschiedlichen Tastaturlayouts korrekt (d.h. wie im Handbuch beschrieben) umgehen können. Speziell die Tastenkombinationen 'Shift-1' bis 'Shift-4' wurden bei nicht-amerikanischen Tastaturen im Layout-Fenster (F1) nicht richtig behandelt.
Die Anwendung von PUFF 2.1 erfolgt durch Aufrufen von 'puff'. In der Version 2.1 sind alle Funktionen wie im Handbuch beschrieben über die entsprechenden Tasten zugänglich.
Bei der Anwendung der Devicefiles im NF-Bereich ist zu beachten, daß die „Spannungsverstärkung" Snm um den Faktor 2, entsprechend 6dB, zu groß erscheint. Die Bezugsgröße am Verstärkereingang ist im NF-Bereich die Generatorleerlaufspannung. Bei den S-Parametern bezieht man sich, wie in der HF-Technik üblich, auf die um 6dB kleinere Generatorausgangsspannung bei (wellenwiderstandsrichtigem) Abschluß.
Bei der Anwendung der neuen Modelle eines Differenz- und eines Operationsverstärkers im NF-Bereich ist im Board-Fenster (F4) eine sinnvolle Mittenfrequenz fd zu wählen.
Der Differenzverstärker kann zur potentialfreien Spannungsmessung eingesetzt werden. Über die Messung des Spannungsabfalls an einem (kleinen) Shunt Widerstand ist so auch eine Strommessung möglich.
Die Ausgabe der Impedanz- bzw. Admittanzwerte der berechneten S11 und S22 Werte erfolgt wie unter Abschnitt 0 beschrieben. Nach Ausführung der Plot-Funktion (mit 'p', 'q', 'Ctrl-p' oder 'Ctrl-q') wird der Cursor im Plot-Fenster (F2) auf die gewünschte Größe S11 oder S22 geführt. Nach Betätigung der '=' Taste erscheint im Message-Fenster die zu dem angewählten S-Parameter gehörende Angabe der Elemente RS und XS der äquivalenten Reihenersatzschaltung und das dem XS entsprechende C bzw. L bei der Betriebsfrequenz. Die Abbildung 1 zeigt den Ausdruck für ein einfaches Beispiel.
Die entsprechenden Werte RP, XP und der zugehörige Wert für C bzw. L der äquivalenten Parallelersatzschaltung werden ausgegeben, wenn vor Betätigung der '=' Taste das Smith-Diagramm über die 'Tab'-Taste von der Impedanz- auf die Admittanzdarstellung umgestellt wurde. Abbildung 2 zeigt den zugehörigen Ausdruck für das obige Beispiel.
Im Unterverzeichnis 'PROT\' ist zusätzlich eine experimentelle Protected Mode Version von PUFF 2.1 abgelegt, die sich jedoch noch im Beta Stadium befindet.
Die Protected Mode Version wird aus dem Unterverzeichnis 'PROT\' heraus mit 'puffp' aufgerufen.
Die Protected Mode Version spricht im Gegensatz zur Standardversion den gesamten Hauptspeicher des Rechners an und erlaubt es so, größere Schaltungen zu bearbeiten bzw. mehr Punkte bei der Analyse zu berechnen. Die maximal zulässige Anzahl der Plot Punkte wurde auf 1000 erhöht.
