Saber中如何更好地提高仿真的收斂性(二)

SDB 命令

SDB 命令用于監(jiān)控?zé)o法通過任何其他調(diào)試工具直接監(jiān)控的仿真器事件。SDB 命令在 SaberRD 命令行中用于查看仿真器事件，例如牛頓步長限制、閾值和調(diào)度事件。下面給出sdb命令的用法。

語法 -> sdb on ns_limit（提供牛頓步長限制的調(diào)試信息）。

語法 -> sdb on thresh（提供閾值評(píng)估的調(diào)試信息）

語法 -> sdb on schedule（提供調(diào)度事件或取消調(diào)度事件的調(diào)試信息，包括閾值、中斷和狀態(tài)變化事件）

監(jiān)控進(jìn)度

在直流工作點(diǎn)和瞬態(tài)分析中都可以使用監(jiān)視器進(jìn)度。分配 1 到 1000 之間的任何值將打開監(jiān)視器進(jìn)度，仿真器轉(zhuǎn)錄窗口將顯示仿真進(jìn)度的百分比以及仿真解決點(diǎn) (ASP)、截?cái)嗾`差、牛頓迭代次數(shù)或事件數(shù)等詳細(xì)信息，如下所示。

在瞬態(tài)分析期間以及當(dāng) DC 分析使用動(dòng)態(tài)電源斜坡時(shí)，監(jiān)視器顯示區(qū)域的左列中有一個(gè)額外的單字符字段，稱為仿真解決方案點(diǎn) (ASP)。ASP 代碼以單字符的形式給出消息是否找到解決方案，執(zhí)行任何時(shí)間步長，無限解決方案和調(diào)度事件。下表給出了 ASP 代碼列表。

解釋 ASP 代碼非常重要，因?yàn)樗梢詭椭私夥抡嫫鬟M(jìn)度的方向。如果您在瞬態(tài)等名義分析期間在轉(zhuǎn)錄窗口中頻繁觀察到像 ?、-、d 和 N 這樣的 ASP 代碼，則表明設(shè)計(jì)中存在收斂問題。建議在初始階段解決這些問題中的任何一個(gè)，然后繼續(xù)推進(jìn)仿真，如蒙特卡羅、最壞情況、靈敏度、周期性小信號(hào)和故障。

跟蹤顯示的截?cái)噱e(cuò)誤（terror）也很重要。理想情況下，它應(yīng)該是接近零的非常小的值。如果它顯示大值，嘗試將terror值從 0.005（默認(rèn)值）降低到 0.001 或 0.0001 和/或?qū)⒛繕?biāo)迭代（tniter）從 3（默認(rèn)值）增加到 5、10 或 20。terror值和 tniter 值應(yīng)更改并應(yīng)記錄每次更改的影響。terror值越小，仿真時(shí)間越長。重要的是要跟蹤每次terror變化的結(jié)果的準(zhǔn)確性。下一節(jié)將解釋校準(zhǔn)分析的重要性。

校準(zhǔn)分析

仿真性能和結(jié)果的準(zhǔn)確性可以通過仿真設(shè)置來控制，例如采樣點(diǎn)密度和截?cái)嗾`差。采樣點(diǎn)密度越大，一步時(shí)間獲取的數(shù)據(jù)點(diǎn)就越多。因此，密度越高，結(jié)果將越準(zhǔn)確，但會(huì)花費(fèi)仿真時(shí)間。截?cái)嗾`差可以建立具有較小值的數(shù)值積分算法的高精度，但它也花費(fèi)了仿真時(shí)間。因此，考慮到仿真器的性能和結(jié)果的準(zhǔn)確性，仿真工程師必須對(duì)這些仿真設(shè)置進(jìn)行精細(xì)的平衡。

Newton Target Iteration 和Integration Order 等其他仿真設(shè)置也會(huì)影響仿真器性能和結(jié)果的準(zhǔn)確性。NewtonTarget Iteration (tniter) 定義了仿真器在瞬態(tài)分析期間嘗試不超過的Newton-Raphson 迭代次數(shù)。增加此值將導(dǎo)致仿真器傾向于在仿真中花費(fèi)更多時(shí)間。減小該值將導(dǎo)致仿真器趨向于更快地仿真。默認(rèn)值為3。Integration Order（階次），決定是使用Backward Euler Method（order = 1）還是梯形法（order = 2）來確定下一個(gè)外推的時(shí)間點(diǎn)。順序僅在積分方法為GEAR時(shí)適用。

對(duì)于像電力電子轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)這樣的開關(guān)電路，解決收斂問題的一個(gè)簡單方法是將積分階數(shù)設(shè)置為 1。積分階數(shù) = 1 將不考慮電路中非線性無源元件的影響。因此，通過減少半導(dǎo)體開關(guān)中的振蕩和振鈴，收斂問題被最小化。但失去了結(jié)果的準(zhǔn)確性。

然后，您需要收緊截?cái)嗾`差和/或增加目標(biāo)迭代以提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。也就是說，如果結(jié)果的準(zhǔn)確性可能會(huì)受到影響，或者設(shè)計(jì)人員正在使用行為切換模型，那么 order = 1 將是一個(gè)很好的解決方法。

驗(yàn)證結(jié)果

結(jié)果驗(yàn)證是任何仿真工作中的重要一步。在處理收斂問題時(shí)，您的主要目標(biāo)不僅是消除錯(cuò)誤，而且還要關(guān)注預(yù)期結(jié)果。很多時(shí)候，錯(cuò)誤可能會(huì)通過調(diào)整一些隨機(jī)仿真設(shè)置來解決，但結(jié)果不一定像預(yù)期的那樣。只有在獲得預(yù)期結(jié)果的情況下，才稱收斂問題的解是正確的。

下面舉例說明校準(zhǔn)分析和驗(yàn)證結(jié)果的重要性。

示例考慮了設(shè)計(jì)（該設(shè)計(jì)可用于 SaberRD 2017.06 及更高版本）。一開始，瞬態(tài)分析使用默認(rèn)仿真設(shè)置運(yùn)行?？梢钥闯?，仿真沒有收斂并給出錯(cuò)誤。作為開關(guān)電路，將積分順序更改為 1 將是一個(gè)簡單的解決方法。在第二次迭代中，使用積分階數(shù) = 1，可以看出仿真收斂了。但結(jié)果并未顯示引線電感等寄生元件的任何影響，并且負(fù)載電流尚未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

此外，牛頓迭代限制顯示為 46.2%。就收斂問題而言，錯(cuò)誤信息已經(jīng)消失，但具體問題的解決方案尚未確定。因此，設(shè)置order = 1 不是此收斂問題的正確解決方案。對(duì)于許多其他開關(guān)電路，設(shè)置 order =1 可能是可接受的解決方案。此示例顯示了遵循最佳實(shí)踐的優(yōu)勢(shì)。

使用前面解釋的最佳實(shí)踐重新啟動(dòng)調(diào)試過程，按照顯示的錯(cuò)誤消息運(yùn)行第三次迭代。錯(cuò)誤消息“ALG_INCR_TNITER”提供了產(chǎn)品幫助文檔中有關(guān) tniter 和terror的信息?？梢钥闯?，通過增加目標(biāo)迭代和減少截?cái)嗾`差來消除錯(cuò)誤。在第三次迭代中，仿真以terror = 1u、tniter = 6 和階數(shù) = 2 運(yùn)行。階數(shù)設(shè)置回2以查看無源元件的效果。在第三次迭代中，可以看到仿真收斂并且負(fù)載電流處于穩(wěn)定狀態(tài)。但仍有改進(jìn)的余地，因?yàn)榈幌拗圃?22% 左右，而且門脈沖不符合預(yù)期。從柵極電壓波形可以看出，有些情況下有電壓尖峰，有些情況下沒有。還，在信號(hào)“gate_lo”中預(yù)期柵極電感的影響。因此，半導(dǎo)體沒有正確切換，設(shè)計(jì)具有很高的損耗。

因此，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)仿真設(shè)置以獲得一致的波形。稍后在第四次迭代中，采用試錯(cuò)法來確定可以給出預(yù)期仿真結(jié)果的適當(dāng)仿真設(shè)置。仿真設(shè)置，terror從1u改為100u，tniter增加到20。這兩個(gè)設(shè)置都是逐漸調(diào)整的。

現(xiàn)在，可以看出兩個(gè)門脈沖都給出了預(yù)期的結(jié)果。采用試錯(cuò)法來確定可以給出預(yù)期仿真結(jié)果的適當(dāng)仿真設(shè)置。仿真設(shè)置，terror從1u改為100u，tniter增加到20。這兩個(gè)設(shè)置都是逐漸調(diào)整的。

現(xiàn)在，可以看出兩個(gè)門脈沖都給出了預(yù)期的結(jié)果。采用試錯(cuò)法來確定可以給出預(yù)期仿真結(jié)果的適當(dāng)仿真設(shè)置。仿真設(shè)置，terror從1u改為100u，tniter增加到20。這兩個(gè)設(shè)置都是逐漸調(diào)整的?，F(xiàn)在，可以看出兩個(gè)門脈沖都給出了預(yù)期的結(jié)果。

1、仿真設(shè)置為：截?cái)嗾`差 = 0.005（默認(rèn)）目標(biāo)迭代 = 3（默認(rèn)）積分順序 = 2（默認(rèn)），仿真器輸出信息見下圖：

結(jié)果：由于收斂問題導(dǎo)致的錯(cuò)誤信息

2、仿真設(shè)置為：截?cái)嗾`差 = 0.005（默認(rèn)）目標(biāo)迭代 = 3（默認(rèn)）積分順序 = 1，仿真器輸出信息見下圖：

仿真結(jié)果：

3、仿真設(shè)置為：截?cái)嗾`差 = 1u，目標(biāo)迭代 = 6，積分順序 = 2。仿真器輸出信息見下圖：

仿真結(jié)果：

4、仿真設(shè)置為：截?cái)嗾`差 = 100u，目標(biāo)迭代 = 20，積分順序 = 2。仿真器輸出信息見下圖：

仿真結(jié)果：

在所有這些迭代中的另一個(gè)密切觀察是，當(dāng)使用適當(dāng)?shù)姆抡嬖O(shè)置時(shí)，仿真運(yùn)行得更快（參見仿真結(jié)束時(shí)的執(zhí)行時(shí)間）。