PSpice最壞情況分析的基本操作

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言歸正傳，上一期昨天說到PSpice中的一種統(tǒng)計分析叫蒙特卡洛分析，它是用于呈現(xiàn)了電路中元器件的容差引起輸出結(jié)果偏離的統(tǒng)計結(jié)果。這時仿真中器件的容差是按照分布規(guī)律進行選取，而樣本數(shù)越多結(jié)果越接近實際。

常言說得好：“凡事都要做好最壞打算”，一個好的電路設(shè)計也是如此。PSpice提供了“最壞情況分析”，它的目的就是確定生產(chǎn)的一批產(chǎn)品中，最差的特性將會是什么情況。

最壞情況是一種極端情況，在實際中不一定能遇到，因為不大會倒霉到購買的每個元器件參數(shù)值都達到最大容差，但最壞情況的分析結(jié)果從一個方面放映了電路設(shè)計質(zhì)量的好壞。顯然，如果最壞情況的分析結(jié)果都能滿足電子產(chǎn)品的規(guī)范要求，或與規(guī)范要求差距很小，那么將這種電路用于生產(chǎn)時，成品率一定很高，這也說明電路設(shè)計對元器件參數(shù)變化的適應(yīng)性更強，通常會說這個電路具有很高的“魯棒性”。“魯棒‘英文是Robust，意思是強壯的、結(jié)實的，哈哈哈，總之就是很優(yōu)秀啦????????

概 述

由于電路特性受電路中不同元器件的影響程度不同，當(dāng)電路中不同元器件分別變化時，即使元器件值的變化相同，但電路特性變化的絕對值不會相同，而且其變化的方向也可能不同。當(dāng)電路中多個元器件同時隨機變化時，它們對電路特性的影響會起相互抵消的作用。進行最壞情況分析時，首先按照引起電路特性變差的要求，確定每一個元器件的增、減變化方向，即最壞方向，然后再使這些元器件同時在相應(yīng)的最壞方向，按其可能的最大范圍變化，進行一次電路模擬分析。

所以最壞情況分析是先進行標(biāo)稱值的電路仿真，然后計算靈敏度，將各個元器件逐個變化進行電路仿真，如果有n個元器件參數(shù)需要變化，則需要進行n次分析,在得到靈敏度后，最后再做一次最壞情況分析，各元件選擇各器件取最大容差值進行計算，得到結(jié)果。所以如果電路中有n個變量的話，最壞情況分析其實是進行了n+2次的電路性能分析。

顯然，與“最壞情況”相對應(yīng)，還存在“最好情況”分析，其實只要修改相應(yīng)參數(shù)設(shè)置，也是可以進行“最好情況”分析的，最好還是最壞其實是個感性名詞，只有電路設(shè)計者知道哪是最好，哪是最壞，軟件只知道求出極限數(shù)值。在后期PSpice AA中的Sensitivity(靈敏度)分析模塊就會同時包含最壞情況和最好情況兩種分析功能，統(tǒng)稱為極端情況分析，具體會在后期推出哦(●'?'●)

本期模擬電路分析延用上一期窄帶通濾波器的實例，利用最壞情況分析確定哪些元件對電路性能影響最大，以及輸出電壓和中心頻率的最大和最小值。

圖1 本期實例電路

最壞分析的基本操作

最壞情況分析與蒙特卡洛分析一樣，屬于進階分析，它與交流分析、直流分析或者瞬態(tài)分析同時進行，需要先設(shè)置基本分析，同時在繪制原理圖時也需要通過元器件屬性編輯器對各元器件的容差進行設(shè)置，方法跟上一期一致。

分析參數(shù)設(shè)置

跟蒙特卡洛分析一樣，首先仍然是新建仿真文件，然后點選菜單PSpice/Edit Simulation Profile，或者點擊相應(yīng)菜單圖標(biāo)，出現(xiàn)設(shè)置參數(shù)的界面，選擇AC Analysis，設(shè)置頻率參數(shù)，頻率范圍1Hz到1kHz，點頻1000。并同時勾選上Monte Carlo/Worst Case，具體設(shè)置如圖2所示。

圖2最壞情況分析設(shè)置對話框

輸出結(jié)果的設(shè)置

圖2中點擊More Setting出現(xiàn)圖3所示的對話框

圖3 最壞情況分析的更多選擇

圖3中的有個下拉菜單，表示分析時選擇輸出如下選項中的其中一種：

Y Max：求出每個波形與額定運行值的最大差值

Max：求出每個波形的最大值

Min：求出每個波形的最小值

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

選擇最后兩項時，還需要在Threshold Value后面的編輯框中設(shè)置域值。本例選擇Max，在輸出文件中能看到每個波形的最大值，結(jié)果在下文圖9中體現(xiàn)。

在Worst-Case direction中設(shè)定最壞情況分析的朝向，

Hi表示分析的輸出結(jié)果朝高于標(biāo)稱結(jié)果偏移，

Low表示分析的輸出結(jié)果朝低于標(biāo)稱結(jié)果偏移。

下文圖5和圖7分別呈現(xiàn)這兩種結(jié)果，大家應(yīng)該就能明白具體含義了。

最壞情況結(jié)果的分析

圖2點擊確定后，運行仿真。屏幕會出現(xiàn)圖4的對話框，此對話框告知模擬結(jié)果的波形資料，因為在圖2中，我們將“Save data from each sensitivity run”前的復(fù)選框勾選上，于是出現(xiàn)每個變量變化的輸出波形，以及第一次標(biāo)稱值下和最壞情況下的結(jié)果，實例電路中設(shè)置了七個帶容差的器件，因此得到7+2個結(jié)果。

圖4 模擬結(jié)果的波形資料

按“OK”后得到如下輸出波形：

圖5 輸出結(jié)果朝向選擇HI的仿真分析結(jié)果

點擊最高的那條幅頻特性曲線，右鍵選擇“Trace information”，打開該曲線的屬性，可以看出這是所有器件去最壞的情況下仿真得到的結(jié)果。

圖6 最壞情況曲線信息

如果在圖3對話框中Worst-Case direction選擇Low，得到的是圖7的曲線，可以看出最壞情況的結(jié)果的趨勢是低于正常曲線的。

圖7 輸出結(jié)果朝向選擇Low的仿真分析結(jié)果

電路特性函數(shù)的數(shù)值

選擇Trace→Evaluate Measurement，設(shè)置相應(yīng)的測量函數(shù)(測量函數(shù)這部分打算在第十期詳細介紹哦)，就可以在波形顯示窗口下顯示每一條波形的數(shù)值?？梢钥吹捷敵鲭妷悍戎怠?dB帶寬和中心頻率的最大值。

靈敏度分析結(jié)果

還可以點擊View→Output File，通過向下拖動文檔內(nèi)容，可以看到下圖靈敏度分析結(jié)果。

圖9 靈敏度分析結(jié)果

仿真列出電路中七個元件根據(jù)容差變化時，V(out)的輸出結(jié)果的最大值，從圖9中可以看出兩個重要信息：

1、通過各元件每變化1%時，輸出電壓最大值變化的百分比，可以看出對輸出電壓最大值影響最大的是電阻R4，其次是R5，相對靈敏度分別為-1.3189%和0.9082%，而R2、R3、C2、R1、C1的影響較小，且逐個遞減;

2、通過相對靈敏度的正負號可以看出R5和R1增大時輸出電壓比標(biāo)稱值時大，而C1、C2、R2、R3和R4增大時輸出電壓均比標(biāo)稱值小。

最壞情況的文字結(jié)果

輸出文件繼續(xù)向下拖動，還能看到最壞情況分析中各元器件容差極限取值。如圖10所示，可以看出當(dāng)引起輸出增大的器件(R1、R5)取容差正的最大值，引起輸出減小的器件(C2、C1、R2、R3、R4)取容差取最小值時，輸出電壓的取到最大值為11.275V，中心頻率最大值約為61.944Hz

圖10 最壞情況分析得到輸出電壓最大值

若圖3中輸出結(jié)果朝向選”LOW“時，則是引起輸出增大的器件(R1、R5)取容差最小值，引起輸出減小的器件(C2、C1、R2、R3、R4)取容差最大值，便得到輸出電壓的最小值為9.298V，中心頻率最小值約為41.495Hz

圖11 最壞情況分析得到輸出電壓最小值

若將電路中電阻和電容的容差均修改為1%，重新運行，可以看到最壞情況和標(biāo)稱狀態(tài)的偏差縮小。

圖12 減小容差后的仿真結(jié)果

至于是否需要調(diào)整器件容差，或者是只需要調(diào)整關(guān)鍵器件的容差，這需要看實際需求了。(????)

好了，這一期就到這，下一期講解最后一個進階分析——溫度分析，下期再見嘍????????

審核編輯：湯梓紅