CH06-参数分析与统计分析06071.ppt

电路设计与仿真技术,第2章参数分析与统计分析,昝宏洋,纲要,1.1 参数扫描分析 (.STEP) 1.2 蒙特卡罗分析(.MC) 1.3 最坏情况分析(.WCASE) 1.4 温度分析(.TEMP) 1.5 参数及表达式设置 1.6 其他常用控制命令,1.1 参数扫描分析 (.STEP),.STEP语句实现通用参数扫描分析，可以和任何一种分析类型(直流、交流小信号或瞬态分析等)配合起来使用，对电路所执行的分析进行参数扫描，对于研究电路参数变化对电路特性的影响提供了很大的方便。 语句格式： .STEP (LIN) SVAR START STOP SINC .STEP SVAR START STOP ND .STEP SVAR LIST VAL1 ,语句分析 扫描类型：有LIN(线性扫描)、OCT(倍频程扫描)、 DEC(10倍频程扫描)、 LIST(列表扫描) SVAR：扫描变量名，可以是独立电压源、电流源的名称或元件参数名、模型关键字模型名(模型参数)、TEMP及其他。 START：扫描变量的起始值； STOP：扫描变量的终了值； SINC：线性扫描中的扫描步长； ND： OCT,DEC类型中扫描点数形式，即每个倍频程段内扫描多少个点。,.STEP 语句语法和 .DC语句类似，按扫描变量所给定的参数进行扫描，扫描参数的每一步都要带入电路中设置的分析(直流、交流或暂态分析)中进行一次分析。分析结束后对所有扫描值产生一个数据列或一组曲线图。 例： .STEP VCE 0 10V 2V STEP IB 10UA 50UA 5UA .STEP RES RMOD(R) LIST 680 1.5K 12K .STEP DEC NPN MQ(IS) 1E-15 1E-13 5,举例：如图2.6.1的单管放大电路中，若限定电压VO(或 电流)的非线性失真系数=5时的输入信号为小信号， 试确定该电路满足小信号定义时输入信号幅度的最大 值。,PARAM语句定义参数变量AMP 的初始值为5mV；源语句中设这 个AMP为可变参数，用括起来 。,电路网单文件,信号源幅度变化时的输出波形,1.2 蒙特卡罗分析(.MC),蒙特卡罗(.MC)分析是一种统计模拟方法，它是在给定电路元器件参数容差的统计分布规律的情况下，用一组组伪随机数求得元器件参数的随机抽样序列，对这些随机抽样的电路进行直流、交流小信号和瞬态分析，并通过多次分析结果估算出电路性能的统计分布规律，如电路性能的中心值、方差，以及电路合格率、成本等等。,语句格式： .MC (RUNS VALUE) (ANALYSIS) + + 语句说明： RUNS VALUE运行次数；是必须指定的，允许的最大值是2000。 ANALYSIS分析类型：必须是直流、交流、暂态分析中的一种，并按RUNS VALUE值所指定的次数多次运行。若RUNS VALUE=5，则按元件标称值运行一次，再按.MODEL 语句中指定的元件参数容差的随机抽样值运行4次。,OUTPUT VARIABLE 输出变量：输出变量可以是节点电压、支路电压、支路电流或晶体管电流等。 FUNCTION：指分析计算结果数值之间的比较形式： YMAX 求每次分析结果与正常分析结果的最大偏差值的绝对值，并输出方差； MAX 求每次分析结果的最大值 .MIN 求每次分析结果的最小值 .RISE_EDGE 求分析结果首次超过阈值的数值 .FAIL_EDGE求分析结果首次低于阈值的数值,OPTIONS 任选输出形式： LIST 打印出每次运行中每个元器件实际的模型参数 RANGE (LOW VALUE ) , (HIGH VALUE )用下限值和上限值限制扫描变量的范围，也可用符号“*”表示VALUE为所有的值。如YMAX RANGE (*,5) 表示计算出所有小于或等于5的扫描变量的YMAX值。 OUTPUT 在第一次运行后，由OUTPUT 指定随后运行分析结果的输出方式，若不指定，则只输出正常分析结果。OUTPUT有以下几种输出方式： ALL 产生所有的输出 FIRST (n)仅前n次运行的计算数据输出； EVERY (n) 每n次运行后输出计算数据； RUN 仅在指定的次数输出计算数据，次数以列表方式输入，最多25次。,举例： .MC 10 TRAN V(5) YMAX 对输出电压V(5)进行10次暂态分析，输出最大偏差的绝对值和均方差。 .MC 40 DC IC(Q108) YMAX LIST 对输出电流IC(Q108)进行40次直流分析，输出最大偏差的绝对值和均方差，输出元件的实际模型参数。 .MC 20 AC V(1,0) YMAX LIST OUTPUT ALL 对输出电压V(1,0)进行20次交流分析，输出最大偏差的绝对值和均方差，输出元件的实际模型参数和产生所有的输出。,元器件参数的容差设置：MC分析时，电路中的元器件参数值需产生变化，它通过设置元器件模型中的参数容差来实现。 1、器件容差：用DEV指定的器件容差是指用同一.MODEL语句定义的各元器件的容差，该容差可以相互独立变化，举例如下： R1 1 2 RMOD 1K R2 4 0 RMOD 1K .MODEL RMOD RES (R=1 DEV=5%) 2、批容差：用LOT指定的用.MODEL语句定义的各元器件容差是同时变化的，即它们的值同时变大或同时变小。举例如下：,R1 1 2 RMOD 1K R2 4 0 RMOD 1K .MODEL RMOD RES (R=1 LOT=5%) 这几个语句表示在MC的一次运行中，R1和R2可能都是958欧，而在另一次运行中可以都是1038欧，但是在同一次运行中不可能R1是958欧，R2是1038欧。这种批容差用于集成电路中的元件。 3、组合容差：可以将DEV容差和LOT容差组合起来使用，例如： R1 1 2 RMOD 1K R2 4 0 RMOD 1K .MODEL RMOD RES (R=1 LOT=10% DEV=2%) 这几个语句表示电阻R1和R2的标称值为1K，在MC,每一次运行中，电阻R1和R2首先在10%范围内按LOT容差变化，然后每个电阻还要在2%之间按DEV容差变化。因此R1和R2各偏离其标称值达12%，R1,R2之间相差的总量可达4%。 4、容差分布类型：PSPICE中元器件参数值的偏差所采用的分布可以是均匀分布、正态分布或用户自定义的分布形式。举例 .MODEL RMOD RES (R=1 DEV/GAUSS=10%),举例：如图带通滤波网络，网络中三个电容的容差为 15%。试用MC分析计算频响特性的变化,AC SWEEP FOR MONTE CARLO VI 1 0 AC 1 R1 1 2 50 C1 2 0 CMOD 0.0039U C2 2 3 CMOD 0.0033U C3 3 0 CMOD 0.0039U L2 2 3 19.1H RL 3 0 50 .MODEL CMOD CAP (C=1 DEV=15%) .AC DEC 10 1K 100MEG .MC 10 AC VM(3) YMAX OUTPUT FIRST 5 .PROBE VM(3) .END,蒙特卡罗分析结果,1.3 最坏情况分析(.WCASE),最坏情况是指电路中元器件参数在其容差域边界点上取某种组合时，所引起电路性能的最大偏差。 最坏情况分析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。 与蒙特卡罗分析不一样，最坏情况分析每次运行只改变一个元件参数，这样，就可以计算元器件参数对输出的灵敏度，一旦所有元,器件灵敏度被全部获得，在最后一次分析中改变所有元件参数，就得到最坏情况分析下的结果。 语句格式： .WCASE (ANALYSIS) (OUT VARIABLE ) 各参数意义基本与蒙特卡罗分析相同。,举例：对如下电路频响特性进行最坏情况分析，滤波 中三个电容的容差为15，电感的容差为20。,AC SWEEP FOR WASTE CASE VI 1 0 AC 1 R1 1 2 50 C1 2 0 CMOD 0.0039U C2 2 3 CMOD 0.0033U C3 3 0 CMOD 0.0039U L2 2 3 LMOD 19.1H RL 3 0 50 .MODEL CMOD CAP (C=1 DEV=15%) .MODEL LMOD IND (L=1 DEV=20%) .AC DEC 10 1K 100MEG .WCASE AC VM(3) YMAX .PROBE VM(3) .END,滤波器频响特性的最坏分析结果,1.4 温度分析(.TEMP),PSPICE中所有的元器件参数和模型参数都假定是其常温下的值(常温的隐含值为27度)。 在OPTIONS 语句中可以通过修改TNOM选项值改变这个隐含值。 在进行直流、交流小信号或瞬态分析等电路分析中，可以用温度分析语句指定不同的工作温度。,语句： .TEMP T1 T1 T2 是指定的模拟温度，单位为摄氏度。若同时指定了几个不同温度，则对每一个温度都要进行一次相应的电路分析。举例： .TEMP 50 设置分析温度50度 .TEMP 0 50 125 设置分析温度0度，50度和125度,举例：对如图所示二极管电路进行温度分析，以求二 极管伏安特性的温度特性。,A DIODE CIRCUIT VI 1 0 DC 0 D1 2 0 DMOD RS 1 2 5 .MODEL DMOD D IS=1E-13 .DC VI 0 2 0.01 .TEMP -10 50 100 150 .PROBE .END,不同温度下的二极管伏安特性,1.6 其他常用控制命令,1、参数及表达式定义语句 .PARAM ，在电路输入文件中可设置变量参数或表达式代替具体的参数值。 .PARAM (NAME1=VALUE1) + .PARAM (NAME1=EXPRESSION1) + 举例： .PARAM PI=3.14159, BANDWIDTH=100KHZ/3,举例：如图输入为正弦信号。观察输入信号频率变化时 电容上电压的波形。设正弦输入信号的频率为FREQ，并 对FREQ扫描三个不同的值。,A RLC CIRCUIT WITH SIN INPUT .PARAM FREQ=1KHZ VI 1 0 SIN(0 10 FREQ) R1 1 2 2 L1 2 3 1.5MH C1 3 0 10UF .TRAN 10U 5M 0 10U .STEP PARAM FREQ LIST 500 1K 2K .PROBE .END,不同频率时电容上的电压波形,2、任选项语句 .OPTIONS .OPTIONS 语句用于设置各种任选项，这些任选项是程序的控制参数、限制项和选择项等等，有近30各。语句格式： .OPTIONS 举例： .OPTIONS ACCT LIST OPTS ACCT表示在所有分析结束后给出计算和运行时间的统计信息； LIST表示列出输入的元器件清单； OPTS表示列出所有设置的任选项值,.OPTIONS ITL1=60, ITL5=0 表示直流分析的迭代次数极限值定义为60次，(隐含值为40) ITL5=0表示瞬态分析中总的迭代次数极限值为无穷达(原隐含值为5000次) 3、函数定义语句.FUNC FUNC用来定义表达式中所要用到的函数。当电路输入文件中有几个相同的表达式时，采用该语句十分方便。格式： .FUNC (NAME) () (BODY) NAME是函数名，可任意定义，避免和内建函数同名。 (ARG)为函数自变量，BODY为函数体,举例： .FUNC DR(D) D/57.296 .FUNC MIN(A,B) (A+B-ABS(A-B)/2 .FUNC APBX (A,B,X) A+B*X,4、包含文件语句.INC 包含文件语句用于输入文件中插入别的文件的内容。格式： .INC FILENAME 5、节点电压设置语句.NODESET 通过指定一些电路节点电压值帮助程序求得电流的直流解或瞬态初始解。格式： .NODESET V(NODNUM1)=VAL1 +V(NODNUM2)=VAL2 该语句对改善双稳态或非稳态电路的收敛性能是有效的。,6、初始条件语句.IC 是用于设置瞬态分析的初始条件，格式： .IC V (NODNUM1)=VAL1 V(NODNUM2)=VAL2 例： .IC V(11)=4.0 V(2,5)=-1.751E-2 .NODESET与.IC区别 .NODESET只是用来帮助直流收敛，并不影响最终的直流工作点(对多稳态电路出外) .IC 语句有两种不同的解释，取决于在瞬态分析语句.TRAN中是否规定了UIC参数.,(1) 若.TRAN 语句中指定了UIC参数，瞬态分析时，.IC语句中规定的节点电位就用来计算电容、二极管、双极型晶体管、MOS场效应管等的端电压或支路电流的初始值，而不先进行直流分析，将其分析结果作为瞬态分析的初始解。这与在每个器件语句中规定IC参数是完全等效的，但更为方便。这时仍可