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PSpice仿真最坏情况分析

在电路中各个元器件的实际参数值与标称值不可避免地有一定的偏差,称为公差。因此,有必要知道有公差是对电路特性的影响。所谓容差分析就是研究元件参数值,比如电阻值的变化(公差),或者影响元件参数值的物理参数变化,比如温度变化(有公差)时,对某些电路特性(比如电压增益)的影响。或者相反,由给定的电路特性(响应)的公差,求构成电路元器件参数的公差。

容差分析包括蒙特卡洛分析和最坏情况分析。

最坏情况(Worst Case)是指电路中的元件参数在其容差域边界点上取某种组合时所引起的电路性能的最大偏差。最坏情况分析(Worst CaseAnalysis)就是在给定电路元器件参数容差的情况下,估算出电路性能相对标称值时的最大偏差。如存在最大偏差时都能满足设计要求,那当然是最佳方案。WCase 分析是一种统计分析。

WCase 分析,首先进行标称值的电路模拟,然后各个元器件逐个变化进行电路模拟,这样可以得到如下偏导数,即

V V

Xi =∆X i其余X不变 V=VXi变化 V标称值

式中,V表示任意电路性能函数(可以是 DCAC TRAN 下分析的)。在得到灵敏度后,最后再做一次最坏情况分析。

如果有 n 个元器件参数需要变化,则

V = V X1+ V X2+L+ V X i +L+ V X nX1 X2 X i X n

式中,X i表示第 i个变量的容差;V为容差范围内 V 的最大变化量(最坏情况)。这

样一来,有 n个变量将进行(n+2)次电路特性分析。

这里以差动放大器为例来说明如何进行最坏情况分析。


1 差动放大电路

1.电路图的绘制

(1)绘制电路图、元件符号的放置与属性的设置。

(2)然后进行器件容差设置,有两种方法:

第一种方法,双击需要设置容差的电阻和电容, 进入属性设置窗口,在其间属性项中找到Tolerance选项中加入该元件的容差值。如图所示。


第二种方法是,调用Beakout.olb库中的元件,对其进行模型编辑,如下图,



进入Edit Pspice model,进行容差设置




2. 分析参数的设定

我们对它配置瞬态分析。

(1) 点选菜单 PSpice/Edit Simulation Setting,出现设定分析的画面。

(2) 在模拟设置画面中

AnalysisType 设置为瞬态分析。

Options 选项中,在 Worst-case /Sensitiv 前的小方框中打钩,选中最坏情况分析,并出现分析设置框。

Output 的空格中填入 VOUT1,设置输出变量,一次只能设置一个。形式为节点电压、分支电流等均可。

Worst-case/Sensitivity options 选项中:

1) Vary devices that have tolerance 空格中选择 both DEV and LOT ,表示同时进行 DEV LOT 分析。

容差介绍

DEV 器件容差  是指各元器件统一使用的容差,该容差可以相互独立变化。

LOT 批容差  是指各元器件的容差可以同时变化,即它们的值同时变大或变小。

③组合容差 组合使用时,元器件首先按 LOT 容差变化,然后再按DEV 容差变化。

2) Limit devices to type(s) ,仅局限于所选的器件,在此不填。

3) Save data from each sensitivity run 前的方框中打钩,同时对此电路进行灵敏度分析,如下图所示。

2 分析参数的设定


4) 点选 More Setting… ,出现如下图所示的对话框。


YMax:求出每个波形与标称值的最大差值

Max:求出每个波形的最大值

Min:求出每个波形的的最小值

Rise_edge:找出第一次超出域值的波形

Fall_edge:找出第一次低于域值的波形

ThresholdValue:设定域值

Evaluateonly when the sweep variable is in the range:定义参数允许的范围

5) Worst-Case direction 选项中选 HI,表示分析的输出结果朝正向 HI(或朝负向 LOW)偏移。

6) List model parameter value in the output file of each run 前打钩,结果输出到文字档中。


3 分析参数的设定 2

7) 点选 OK


3 执行 PSpice 程序

在电路图中设置电压探针 VOUT1)。

点选 PSpice/Run,或其对应的智慧图标。屏幕会出现 PSpice A/D 视窗执行模拟功能,进行分析。

模拟结束后,出现如图所示的画面。

4 三项模拟结果的波形资料

此对话框告诉使用者有三项模拟结果的波形资料,确认结束对话框。即可得到如图所示的分析结果。

5 模拟结果

图中最后一个符号所对应的曲线即代表分析出来的在最坏情况下的波形。


4.  查看文字输出档

点选 View/OutputFile 可以看到最坏情况分析的文字结果,如图所示。

**** 12/29/17 11:00:10 ****** PSpice 17.2.0 (March 2016)********  ID# 0 ********

** circuit file for profile: TRAN

****      INITIAL TRANSIENT SOLUTION        TEMPERATURE =   27.000 DEG C

SENSITIVITY R_RBIAS  R_RBIAS R

******************************************************************************

NODE    VOLTAGE     NODE   VOLTAGE      NODE   VOLTAGE     NODE    VOLTAGE

(   VDD)   12.0000  (   VEE)  -12.0000  ( OUT1)     5.4556  ( OUT2)    5.4556

(N00061)    -.0043 (N00078)  -11.3500 (N00112)    -.0043 (N00240)    0.0000

(N00315)    -.6374

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME         CURRENT

V_V1        -4.333E-06

V_V3         2.484E-03

V_V2        -2.475E-03

TOTAL POWER DISSIPATION   5.95E-02   WATTS

****  12/29/17 11:00:10 ****** PSpice 17.2.0 (March 2016)******** ID# 0 ********

** circuit file for profile: TRAN

****      SORTED DEVIATIONS OF V(OUT1)      TEMPERATURE =   27.000 DEG C

SENSITIVITY SUMMARY

******************************************************************************

Mean  Deviation =     .0343


Sigma          =   0

RUN                    MAX DEVIATION FROM NOMINAL

R_RBIAS R_RBIAS R        .0343 higher  at T =    1.7052E-06

(   6.5158% change per 1% change in ModelParameter)

***** 12/29/17 11:00:10 ******PSpice 17.2.0 (March 2016)******** ID# 0 ********

** circuit file for profile: TRAN

****    WORST CASE ANALYSIS             TEMPERATURE =   27.000 DEG C

WORST  CASE ALL DEVICES

***** 12/29/17 11:00:10 ******PSpice 17.2.0 (March 2016)******** ID# 0 ********

** circuit file for profile: TRAN

****    SORTED DEVIATIONS OF V(OUT1)    TEMPERATURE =   27.000 DEG C

WORST  CASE SUMMARY

******************************************************************************

RUN                    MAX DEVIATION FROM NOMINAL

ALL DEVICES              .6764  higher at T =  934.0200E-09

( 113.4 % of Nominal)

JOB CONCLUDED

TOTAL JOB TIME            1.29

6 最坏情况分析的文字结果

从文字输出档中可以得到许多重要的结果。图中列出了灵敏度分析与最坏情况分析的部分结果,可以得出模型参数的偏移方向与输出变量偏移方向的关系。


如您想了解更多Cadence最新的前沿技术或获取详细技术资料,请发邮件至e-news@u-c.com.cn来索取,或致电技术服务热线4007-188-616与我们联系。

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