Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2005 №5

Программа Advanced Analysis и режим анализа Optimizer в PSD 15.0 и OrCAD 10.0

Златин Иосиф


Данная статья продолжает знакомить читателя с новым видом анализа Advanced Analysis в пакетах PSD 15.0 и OrCAD 10.0.

Все статьи цикла:

Анализ Sensitivity (анализ чувствительности) определяет, какие компоненты имеют критические параметры для задач, решаемых при моделировании схемы. Инструментальные средства анализа Sensitivity исследуют, насколько каждый компонент влияет на поведение схемы по сравнению с другими компонентами. Анализ Sensitivity также изменяет все допуски для создания worst-case (наихудшего случая).

Вы можете использовать Sensitivity для определения ключевых компонентов, а затем экспортировать компоненты в Optimizer для точной регулировки поведения схемы. Также можете использовать Sensitivity, чтобы выяснить, какие компоненты воздействуют на результат моделирования больше, затем уменьшить допуски ключевых компонентов и увеличить допуски остальных компонентов. Эта информация позволит вам оценить результат и выбрать компромиссное решение.

Анализ Sensitivity отображает абсолютную или относительную чувствительность компонента. Если анализ Sensitivity показывает, что схема очень чувствительна к единственному параметру, отрегулируйте допустимое отклонение компонента на схеме и повторно выполните анализ перед продолжением работы в Optimizer. Анализ Optimizer работает лучше всего, когда все измерения близки к значениям технических требований и необходима только точная регулировка.

Анализу Sensitivity требуются:

  • компоненты схемы, которые подготовлены к Advanced Analysis;
  • схема и моделирование PSpice;
  • настройка Measurement Expressions (выражений для измерений) в PSpice.

(выражения для измерений)

Выражения для измерений Measurement Expressions служат для выбора и вычисления характеристик сигнала. Оцениваемая характеристика сигнала определяется описанием измерения, таким как Risetime — время нарастания, Bandpass Bandwidth — полоса пропускания, minimum value — минимальное значение, maximum value — максимальное значение и другими.

Например, если необходимо измерить Risetime (время нарастания) выходного напряжения схемы, используется следующее выражение:

Описание выражений для измерения, включенных в PSpice, приведено в таблице 1. Вы можете также создать собственные пользовательские описания измерений.

Таблица 1. Описания выражений для измерения, включенных в PSpice

Создание выражения для измерения начните с создания схемы в схемотехническом редакторе Capture и моделирования PSpice. Решите, что вы хотите измерить. Выберите описание измерения, соответствующее характеристикам сигнала, который вы хотите измерить. Вставьте выходную переменную (сигнал которой вы хотите измерить) в описание измерения, сформировав выражение. Проверьте полученное выражение.

Ознакомимся с процедурой создания выражения для измерений. Прежде чем вы создадите выражения для измерений для использования в Advanced Analysis, выполните следующие операции:

  1. Спроектируйте схему в схемотехническом редакторе Capture.
  2. Настройте моделирование PSpice. Инструментальные средства Advanced Analysis используют следующие виды моделирования:
    • Time Domain (transient);
    • DC Sweep;
    • AC Sweep/Noise.
  3. Выполните моделирование схемы в PSpice. Удостоверьтесь, что схема составлена правильно и вы получили результаты, которые ожидали.

Выражения для измерений, созданные в PSpice, могут быть импортированы в Sensitivity, Optimizer и Monte Carlo. Вы можете также создать измерения внутри в Sensitivity, Optimizer иMonte Carlo, но эти измерения не могут быть импортированы в PSpice для испытаний. Рассмотрим процесс создания выражения для измерений на примерах.

Пример 1. Сначала вы должны выбрать описание измерения, затем — выходную переменную для измерения. Их комбинация станет выражением для измерения.

  1. В схемотехническом редакторе Capture создайте проект, например проект аналогового усилителя.
  2. Выберите профайл моделирования SCHEMATIC1-AC. Задайте режимы моделирования для расчета АЧХ усилителя.
  3. Щелкните по кнопке для выполнения моделирования PSpice.
  4. В боковой панели инструментов щелкните по кнопке .
  5. В меню Trace в PSpice выберите Measurements (рис. 1). Появится диалоговое окно Measurements (рис. 2).
  6. Выбор диалогового окна Measurements (Рис. 1)

    Выбор диалогового окна Measurements
    Рис. 1. Выбор диалогового окна Measurements

    Диалоговое окно Measurements (Рис. 2)

    Диалоговое окно Measurements
    Рис. 2. Диалоговое окно Measurements
  7. Выберите описание измерения, которое вы хотите вычислить.
  8. Щелкните Eval (вычисление).
    Появится диалоговое окно Arguments for Measurement Evaluation (рис. 3).
  9. Диалоговое окно Arguments for Measurement Evaluation (Рис. 3)

    Диалоговое окно Arguments for Measurement Evaluation
    Рис. 3. Диалоговое окно Arguments for Measurement Evaluation
  10. Щелкните по кнопке Name of trace to search. Появится диалоговое окно Traces for Measurement Arguments (рис. 4).
    Вы должны использовать только перечень Simulation Output Variables, расположенный слева. Игнорируйте перечень Functions or Macros.
  11. Диалоговое окно Traces for Measurement Arguments (Рис. 4)

    Диалоговое окно Traces for Measurement Arguments
    Рис. 4. Диалоговое окно Traces for Measurement Arguments
  12. Отмените проверку типов выходных данных, которые вам не нужны (если хотите упростить перечень).
  13. Щелкните по выходной переменной, которую вы хотите вычислить. Выходная переменная появится в поле Trace Expression (рис. 5).
  14. Выбор выходной переменной (Рис. 5)

    Выбор выходной переменной
    Рис. 5. Выбор выходной переменной
  15. Щелкните OK. Вновь появится диалоговое окно Arguments for Measurement Evaluation с выходной переменной, которую вы выбрали, в поле Name of trace to search (рис. 6).
  16. Диалоговое окно Arguments for Measurement Evaluation с выбранной переменной (Рис. 6)

    Диалоговое окно Arguments for Measurement Evaluation с выбранной переменной
    Рис. 6. Диалоговое окно Arguments for Measurement Evaluation с выбранной переменной
  17. Щелкните OK. Ваше новое выражение для измерений будет вычислено и показано в окне PSpice.
  18. Щелкните OK в диалоговом окне Display Measurement Evaluation (рис. 7) для продолжения работы в PSpice.
    Ваше новое выражение для измерений сохранено, но не показано в окне. Единственный способ получить другое графическое изображение — повторить эти шаги.
  19. Диалоговое окно Display Measurement Evaluation (Рис. 7)

    Диалоговое окно Display Measurement Evaluation
    Рис. 7. Диалоговое окно Display Measurement Evaluation
  20. Щелкните Close.

Для того чтобы рассмотреть результаты вычисленных измерений, необходимо выполнить следующие операции:

  1. В меню View выберите Measurement Results (рис. 8).

    Таблица Measurement Results (рис. 9) показана внизу окна графика.

  2. Выбор таблицы Measurement Results (Рис. 8)

    Выбор таблицы Measurement Results
    Рис. 8. Выбор таблицы Measurement Results

    Окно графика и таблица Measurement Results (Рис. 9)

    Окно графика и таблица Measurement Results
    Рис. 9. Окно графика и таблица Measurement Results
  3. Щелкните в окошке для галочки столбца Evaluate. Галочка появится в столбце Evaluate, а вычисление PSpice вашего выражения для измерения — в столбце Value.

Анализ Sensitivity

Продолжим знакомство с анализом Sensitivity. Любые компоненты схемы, которые вы хотите включить в анализ Sensitivity, должны быть подготовлены к Advanced Analysis. Начните со схемы проекта в схематическом редакторе Capture. Компоненты схемы должны иметь допустимое отклонение заданных параметров. Должны быть установлены режимы моделирования схемы и выражения для измерения. В качестве режимов моделирования могут быть использованы режимы Time Domain (transient), DC Sweep и анализ AC Sweep/Noise. Затем вы должны выполнить следующие операции:

  1. Откройте схему в схематическом редакторе.
  2. Выполните моделирование PSpice.
  3. Проверьте ключевые сигналы в PSpice и удостоверьтесь, что они — те, что вам нужны.
  4. Проверьте ваши измерения и убедитесь, что результаты, соответствуют ожидаемым.

Для настройки анализа Sensitivity в Advanced Analysis необходимо выполнить такие операции:

  1. В меню PSpice в вашем редакторе схем выберите Advanced Analysis/Sensitivity. Откроется инструментальные средства Advanced Analysis Sensitivity.
  2. В таблице Specifications щелкните по ячейке, содержащей текст «Click here to import a measurement created within PSpice». Появится диалоговое окно Import Measurement.
  3. Выберите те измерения, которые вы хотите включить.

Для выполнения анализа Sensitivity:

  1. Щелкните по кнопке в верхней панели инструментов. Запустится анализ Sensitivity. Сообщения в выходном окне информируют о состоянии анализа.

Результаты анализа Sensitivity отображаются в двух таблицах для каждого выбранного измерения: Parameters и Specifications.

Таблица Parameters включает в себя:

  • значение параметра с минимальным и максимальным измеренным значениями;
  • абсолютную и относительную чувствительность для параметра;
  • линейную и логарифмическую гистограммы для параметра.

Таблица Specifications включает в себя:

  • наихудший случай (worst-case) (минимум и максимум измеренных значений);

Если необходимо осуществить сортировку данных — дважды щелкните по заголовку столбца для сортировки данных в возрастающем или убывающем порядке.

Для рассмотрения данных измерения:

  • Выберите тип измерения в таблице Specifications. В левом столбце таблицы появится черная стрелка, ячейка высветится, и столбцы Min и Max отобразят наихудший случай (минимальные и максимальные измеренные значения).
  • Таблица Parameters отображает значения для параметров и измерений, используя только выбранное измерение.
  • Значения в столбцах @Min и @Max, являются величинами измеренного наихудшего случая параметра. Если измеренное значение нечувствительно к параметрам компонента, чувствительность, рекомендуемая для этого компонента, будет равна нулю. В таких случаях величины, показанные в столбцах @Min и @Max, будут идентичны и равны величине Original (исходному значению компонента).

Для выбора абсолютной или относительной чувствительности выполните следующие операции:

  1. Щелкните правой кнопкой мыши где-нибудь в таблице Parameters.
  2. Выберите Display/Absolute Sensitivity или Relative Sensitivity в меню.

Большинство значений чувствительности может быть проанализировано в линейном масштабе. Логарифмический масштаб эффективен для анализа маленьких, но отличных от нуля величин чувствительности.

Для изменения стиля гистограммы:

  1. Щелкните правой кнопкой мыши где-нибудь в таблице Parameters.
  2. Выберите Bar Graph Style/Linear или Log в всплывающем меню.

Если X является значением гистограммы в линейном масштабе, то значение гистограммы в логарифмическом масштабе не будет log (X). Логарифмические величины рассчитываются отдельно.

Анализ Sensitivity показывает <MIN> на гистограмме, когда значения чувствительности очень малы, но отличны от нуля. Анализ Sensitivity показывает ноль для абсолютной или относительной чувствительности, если выбранное измерение не чувствительно к значению параметра компонента. Ячейки данных с заштрихованным фоном только читаются и не могут быть отредактированы. Графики также только читаются.

Для исключения измерения для анализа Sensitivity щелкните по кнопке в соответствующем столбце измерения в таблице Specifications. Это удаляет проверку и исключает измерение из следующего анализа Sensitivity.

Для добавления нового измерения щелкните в столбце, содержащем текст «Click here to import a measurement created within PSpice». Появится диалоговое окно Import Measurement.

Или щелкните правой кнопкой мыши на таблице Specifications и выберите Create New Measurement. Появится диалоговое окно New Measurement.

Для экспорта новых измерений в Optimizer или Monte Carlo выберите измерение ищелкните правой кнопкой мыши в ячейке, содержащей текст «Click here to import a measurement created within PSpice». Выберите Send To в выплывающем меню.

Используйте опцию Find in Design из Advanced Analysis чтобы быстро возвратиться в схематический редактор и изменить информацию о компоненте. Например, вы хотите уменьшить допустимое отклонение для критических параметров компонента или увеличить диапазон допустимых отклонений для некритичных. Для этого:

  1. Щелкните правой кнопкой мыши на критическом параметре компонента в таблице Sensitivity Parameters и выберите Find in Design в выплывающем меню.
  2. Измените значение параметра в редакторе схем.
  3. Повторно выполните моделирование PSpice и проверьте результаты.
  4. Повторно выполните Sensitivity.

Для того чтобы отправить параметры в Optimizer, выполните следующие операции:

  1. Выберите критические параметры в Sensitivity.
  2. Щелкните правой кнопкой мыши и выберите Send to Optimizer в всплывающем меню.
  3. Выберите Optimizer в выпадающем вниз перечне в верхней инструментальной панели. Это переключит активное окно к виду Optimizer, где вы можете дважды проверить, что критические параметры внесены в таблицу Optimizer Parameters.
  4. Щелкните по таблице Sensitivity в нижней части таблицы Optimizer Specifications. Это переключает активное окно обратно к инструментальным средствам Sensitivity. Окончательные результаты сохраняются в профайле Advanced Analysis (.aap).

Пример 2. Более подробно с анализом Sensitivity познакомимся на примере RFAmp. Схема представляет собой ВЧ-усилитель с внутренним сопротивлением источника и сопротивлением нагрузки, равными 50 Ом.

  1. Откройте проект RFAmp из папки PSpice utorialCapturepspiceaa famp (рис. 10).
  2. Схема ВЧ-усилителя (Рис. 10)

    Схема ВЧ-усилителя
    Рис. 10. Схема ВЧ-усилителя
  3. Выберите профайл моделирования SCHEMATIC1-AC. Окно задания режимов моделирования Simulation Settings PSpice показано на рис. 11.
  4. Диалоговое окно Simulation Settings (Рис. 11)

    Диалоговое окно Simulation Settings
    Рис. 11. Диалоговое окно Simulation Settings
  5. Щелкните по кнопке для выполнения моделирования PSpice.
  6. Рассмотрите результаты (рис. 12). Сигналы в PSpice соответствуют ожидаемым.
  7. Результаты моделирования ВЧ-усилителя в PSpice (Рис. 12)

    Результаты моделирования ВЧ-усилителя в PSpice
    Рис. 12. Результаты моделирования ВЧ-усилителя в PSpice
  8. В меню PSpice в редакторе схем выберите Advanced Analysis/Sensitivity. Откроется окно Advanced Analysis, и активизируются инструментальные средства Sensitivity. Анализ Sensitivity автоматически перечисляет параметры компонента с допустимыми отклонениями и указывает параметры компонентов с номинальными значениями (рис. 13).
  9. Таблица Specifications (Рис. 13)

    Таблица Specifications
    Рис. 13. Таблица Specifications
  10. В таблице Specifications левой кнопкой мыши щелкните по строке с фразой «Click here to import a measurement created within PSpice». Появится диалоговое окно Import Measurement с измерениями, сформированными ранее в PSpice (рис. 14).
  11. Диалоговое окно Import Measurement (Рис. 14)

    Диалоговое окно Import Measurement
    Рис. 14. Диалоговое окно Import Measurement
  12. Нажмите клавишу Ctrl и курсором выберите четыре измерения ac.sim (на рис. 14 выделены рамкой зеленого цвета).
  13. Щелкните OK. Измерения будут внесены в таблицу Specifications (рис. 15).
  14. Таблица Specifications с внесенными измерениями (Рис. 15)

    Таблица Specifications с внесенными измерениями
    Рис. 15. Таблица Specifications с внесенными измерениями
  15. Щелкните по кнопке в верхней инструментальной панели. Результаты отобразятся в таблицах Parameters и Specifications в соответствии с выбранным измерением (рис. 16).
  16. Результаты анализа Sensitivity (Рис. 16)

    Результаты анализа Sensitivity
    Рис. 16. Результаты анализа Sensitivity
  17. Дважды щелкните по заголовку столбца Linear для сортировки данных гистограммы в возрастающем порядке. Повторный двойной щелчок отсортирует данные в убывающем порядке.
  18. Чтобы увидеть все параметры и измеренные величины, используемые в вычислениях Sensitivity, в меню View выберите Log File.
    Описание данных в таблицах Parameters и Specifications приведено в таблице 2.
  19. Таблица 2. Описание данных результатов анализа Sensitivity
    Описание данных результатов анализа Sensitivity
  20. Щелкните правой кнопкой мыши где-нибудь на таблице Parameters. Появится выплывающее меню. Выберите в нем Display/Relative Sensitivity для отображения относительной чувствительности (рис. 17).
  21. Выбор опции Relative Sensitivity (Рис. 17)

    Выбор опции Relative Sensitivity
    Рис. 17. Выбор опции Relative Sensitivity
  22. Щелкните правой кнопкой мыши где-нибудь в таблице Parameters. Появится всплывающее меню. Выберите в нем Bar Graf Style/Linear для отображения гистограммы в линейном масштабе.
  23. Щелкните по кнопке в верхней панели инструментов. Анализ остановится, отобразятся доступные данные, и последнее законченное число выполнений появится в выходном окне.
  24. Щелкните по кнопке или для продолжения вычислений.
  25. Щелкните по кнопке в верхней инструментальной панели для остановки вычислений. Если анализ Sensitivity остановлен, его невозможно продолжить.
  26. Щелкните по кнопке для старта или продолжения моделирования.
  27. Для редактирования выбранного измерения щелкните мышью в таблице Specification в ячейке с выбранным измерением (слева) (рис. 18). Появится диалоговое окно для редактирования измерений (рис. 19).
  28. Выбор измерения для редактирования (Рис. 18)

    Выбор измерения для редактирования
    Рис. 18. Выбор измерения для редактирования

    Диалоговое окно Edit Measurement (Рис. 19)

    Диалоговое окно Edit Measurement
    Рис. 19. Диалоговое окно Edit Measurement

В примере ВЧ-усилителя мы не будем изменять никаких параметров. На другом примере после рассмотрения результатов чувствительности вы можете решить, изменять ли величины компонентов или уменьшать допустимое отклонение. Вы можете использовать опцию Find in Design в Advanced Analysis для возвращения в редактор схем и определения местонахождения компонентов, параметры которых вы хотели бы изменить.

  1. В таблице Parameters выберите компоненты, параметры которых вы хотите изменить. Для этого щелкните мышью слева от выбранного компонента по кнопке .
  2. Щелкните правой кнопкой мыши по выбранным компонентам. Появится всплывающее меню. Щелкните левой кнопкой мыши по Find in Design. Появится редактор схем с высвеченными компонентами (рис. 20).
  3. Часть схемы ВЧ-усилителя с высвеченными компонентами (Рис. 20)

    Часть схемы ВЧ-усилителя с высвеченными компонентами
    Рис. 20. Часть схемы ВЧ-усилителя с высвеченными компонентами
  4. Измените значение параметров в редакторе схем.
  5. Повторно выполните моделирование PSpice и проверьте результаты.
  6. Повторно выполните анализ Sensitivity.

Рассмотрите результаты вычислений Sensitivity. Мы должны осуществить техническую оценку для выбора критических компонентов, пригодных для оптимизации:

  • не будем изменять R5 или R9, потому что они управляют входными и выходными импедансами;
  • не будем изменять R2 или R3, потому что они управляют смещением на базе транзистора.

Гистограмма в Relative Sensitivity показывает, что R4, R6, и R8 — тоже критические компоненты. Импортируем все эти параметры и величины в программу Optimizer. Для этого:

  1. В таблице Parameters, удерживая клавишу Ctrl, выберите R4, R6, и R8.
  2. Щелкните правой кнопкой мыши по выбранным компонентам. Появится всплывающее меню. Выберите в нем Send to Optimizer.
  3. В меню View выберите Optimizer. Программа анализа Optimizer станет активным окном, и ваши критические параметры будут внесены в таблицу Optimizer Parameters.

Абсолютная чувствительность — это отношение изменения в величине измерения к одной единице положительного изменения в величине параметра. Например, изменение напряжения может быть 0,1 В для изменения в 1 Ом в сопротивлении. Абсолютная чувствительность должна использоваться, когда пределы допустимого отклонения не напряженны или имеют достаточно широкий диапазон.

Формула для абсолютной чувствительности:

где Mn — измерение для номинального выполнения, Ms — измерение для анализа чувствительности для параметра, Tol — относительное допустимое отклонение параметра.

Относительная чувствительность — процент от изменения в измерении, основанном на одном проценте положительного изменения величины параметра компонента. Например, для каждого 1-%-ного изменения в сопротивлении может быть 2-%-ное изменение в напряжении. Так как значения емкости и индуктивности радиокомпонентов намного меньше, чем одна единица измерения этих величин (Фарад или Генри), относительная чувствительность более полезна для вычислений. Относительная чувствительность должна использоваться, когда пределы допустимого отклонения достаточно напряженны или имеют меньший диапазон. В этом случае допустимое отклонение изменяется линейно.

Формула для расчета относительной чувствительности:

Относительные вычисления чувствительности определяют изменение измерения между моделированиями с параметром компонента, сначала установленным в номинальное значение, а затем измененным на 40% его положительного допустимого отклонения. Этот подход уменьшает числовые ошибки вычисления. Например, предположим, что анализ выполняется на резисторе 100 Ом, который имеет допустимое отклонение 10%. Максимальное значение для резистора было бы 110 Ом. Анализ выполняется с установленной величиной резистора 104 Ом (40% допустимого отклонения 10 Ом). Используя это значение как основу, Sensitivity предполагает, что изменение сопротивления от 100 до 104 Ом линейно, и вычисляет (интерполирует) измеренное значение при 1-%-ном допустимом отклонении (101 Ом).

Если величины измерения наихудшего случая находятся внутри приемлемых пределов для проекта, измерения могут (в большинстве случаев) игнорироваться для целей оптимизации.

Анализ Sensitivity выполняет следующие расчеты:

  • Выполнение со всеми параметрами, имеющими номинальное значение.
  • Следующее — с одним параметром, изменяемым в пределах допустимого отклонения. Величины получаются для каждого измерения.
  • Последующие — с одним параметром, изменяемым в пределах допустимого отклонения.
  • Наихудший случай с минимальными измеренными значениями выполняется для каждого измерения.
  • Наихудший случай с максимальными измеренными значениями выполняется для каждого измерения.

В нашем примере схемы с четырьмя измерениями и 12 параметрами с допустимым отклонением Sensitivity выполняет 21 пробег програмы

Литература

  1. Разевиг В. Д. Система проектирования OrCAD 9.2. М.: Солон-Р. 2001.
  2. Златин И. Моделирование на функциональном уровне в OrCAD 9.2 // Компоненты и технологии. 2003. № 3, 4.
  3. Златин И. В Монте-Карло с OrCAD 9.2 // Компоненты и технологии. 2003. № 5.
  4. Златин И. Графический анализ результатов моделирования в OrCAD 9.2 // Компоненты и технологии. 2003. № 7.
  5. Златин И. Программа Advanced Analysis и режим анализа Smoke в PSD 15.0 и OrCAD 10.0 // Компоненты и технологии. 2005. № 4.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке