P-CAD: вариация параметров электрической схемы, статистический анализ.

Анализ влияния разброса параметров компонентов (анализ Монте-Карло)

Этот вариант анализа (анализ Монте-Карло) предполагает выпол­нение множества циклов расчета, каждый из которых использует из­меняемые параметры или номинальные значения компонентов, вхо­дящих в схему элементов, в пределах установленных допусков. Дан­ный анализ требует длительного времени работы программы, поэтому его следует использовать, когда необходимо получать данные о раз­бросе результирующего сигнала. Фактически здесь используются ва­рианты моделирования, о которых говорилось выше, а результаты мо­гут быть получены для точек на электрической схеме установленных в окне Active Signals диалогового окна Setup Analyses.

Установки для выполнения моделирования по методу Монте- Карло выполняются на вкладке Monte Carlo (рис. 5.10), на которой в зоне Simulation (Моделирование) в окне Runs следует ввести тре­буемое количество циклов. Например, если вы введете число 10, то ПЭМ выполнит указанное количество циклов моделирования, в каждом из ко­торых будут приняты различные номинальные значения используе­мых компонентов (в пределах установленного допуска) и результаты которых будут отображаться в виде серии графиков на экране.

Установка в окне Seed (Градация) позволяет разбить диапазон устанавливаемых расчетных значений на большее количество уровней и за счет этого получить больше результирующих графиков. По умол­чанию в этом окне установлено значение «-1», что равнозначно отсут­ствию данной установки. При необходимости в это окно следует вве­сти конкретное значение.

В зоне Default Distribution (Начальная установка варианта рас­пределения) можно выбрать один из вариантов работы ПЭМ в режиме Монте-Карло:

• Uniform (Равномерный). Вариант, в котором используемые в рас­четах значения получаются в результате равномерного (линейно­го) разделения диапазона допусков.

• Gaussian (Распределение по закону Гаусса). Вариант, в котором используемые в расчетах значения получаются с учетом распреде­ления по закону Гаусса.

• Worst Case (Худший случай). В расчетах будут использоваться только крайние (предельные) значения номиналов компонентов.

Установив флажок в окне Monte Carlo Default Tolerances (Допус­ки, принимаемые ПЭМ по умолчанию), вы можете ввести в соответст­вующие окна принимаемые допуски для различных категорий компо­нентов: Resistor - резистор, Capacitor - конденсатор, Inductor - ин­дуктивность, DC Source - источник питания. В окне Transistor устанавливается допуск на статический коэффициент усиления тран­зисторов, а в окне Digital Тр - допуск на время задержки сигнала для цифровых устройств.

Величина допуска может указываться в процентах или устанавли­ваться конкретное значение. В процессе работы ПЭМ программа для различных компонентов устанавливает случайные значения номина­лов (в пределах допуска), поэтому, запуская ПЭМ с теми же парамет­рами повторно, вы можете получить иной результат.

Для отдельных компонентов вы можете указать собственные до­пуски (отличные от установленных для всех компонентов), указав их в окне Specific Device Tolerances (Допуски для избранных устройств). Для этого сместите указатель мыши в это окно и щелкните ПК, а за­тем в открывшемся дополнительном меню отметьте строчку Add (До­бавить). Далее следует указать позиционное обозначение компонента (Designator) и допуск (в зоне Device, в окне Tolerance) и, при необхо­димости, номинальное значение (Parameter).

В окне Tracking # (Количество взаимосвязанных устройств) мож­но указать количество однотипных компонентов, которые будут про­граммой рассматриваться в части допусков как взаимозависимые.

В окне Device Distribution (Вариант распределения) можно вы­брать вариант распределения номинальных значений в пределах до­пуска. Эти варианты были рассмотрены выше.

Установки в зоне Lot (Группа) позволяют произвести некоторые обобщенные установки (в упрощенном варианте), учитывающие, что в пределах одного устройства допуски на компоненты не имеют со­вершенно произвольного разброса. Если используются однотипные компоненты, то они обычно имеют однотипные отклонения (в одну сторону), и это может быть учтено в расчетах.

Перед запуском ПЭМ для анализа разброса параметров методом Монте-Карло необходимо произвести указанные выше установки на вкладке Monte Carlo. На вкладке General следует установить фла­жок в окне Monte Carlo Analysis. Данный анализ требует больших расчетов и соответственно может потребовать много времени, поэто­му следует ограничиться только действительно необходимым количе­ством циклов. Расчет будет производиться только для указанных це­пей (точек на схеме).

После всех установок следует щелкнуть по кнопке Run Analysis.

14.P-CAD: анализ переходных процессов; согласование цепей с нагрузкой, варианты согласующих цепей.

Анализ переходных процессов

Данный вид анализа фактически является начальным фрагментом анализа формы любого сигнала, в том числе периодического. Моде­лирование осуществляется средствами и приемами, аналогичными ис­пользуемым при моделировании и анализе формы любого (периоди­ческого) сигнала, но в данном случае требует внести в работу ПЭМ некоторые специфические дополнения и изменения.

Запустите ПЭМ, выполнив команды:

Simulate (Моделирование) => Setup (Установка).

Когда откроется диалоговое окно Analyses Setup (Установки для моделирования), следует выбрать (указать) цепь или точку, для кото­рой требуется получить результат (установка в окне Active Signals) и установить флажок в окне Transient/Fourier Analysis (Анализ пере­ходных процессов). Затем открыть вкладку Transient/Fourier, на ко­торой, установив флажок в окне Transient Analysis, вы можете в соответствующие окна внести необходимые параметры для модели­рования. Если вы не уверены, какие именно параметры следует уста­навливать, то можно на первом этапе исследования воспользоваться установками по умолчанию и запустить ПЭМ. Если вы все же пыта­лись произвести настройку, а затем решили вернуться к установкам по умолчанию, то щелкните по кнопке Set Defaults (Установки по умол­чанию), и тогда будут использованы стандартные установки.

Исследуя переходные процессы, целесообразно в зоне Default Pa­rameters (Начальные установки) в окно Cycles Displayed (Количество отображаемых циклов) ввести цифру 1, чтобы ПЭМ отобразила толь­ко один цикл работы. Но данная установка работает, только если сиг­нал имеет циклический характер. Если этого нет, а для переходных процессов это - правило, то данная установка на отображаемый ре­зультат не повлияет.

Установки по умолчанию выполняются программой по результа­там анализа минимальной частоты в исследуемом сигнале. Например, если минимальная частота в цепи - 10 kHz, и было установлено по умолчанию 5 отображаемых циклов и 50 точек в цикле, то программа установит параметры отображения результатов: Stop Time = 500mS (1/lOkHz x 5=500mS) и Step Time =Max Step = 2mS (l/10kHz/50=2mS).

Если снять флажок в окне Always set defaults (Всегда использо­вать установки по умолчанию), то на данной вкладке многие окна становятся активными, и вы можете ввести любые параметры. В этом случае в окнах будут показаны значения, предлагаемые программой, и ваша задача разумно их изменить.

Если вы будете вводить собственные параметры, то рекомендуется в окне Step Time вводить величину, равную (или близкую) 1/100 от значения Stop Time. Эта установка влияет только на плавность полу­чаемого графика (кривой).

Если установить флажок в окне Use Initial Condition (Использо­вать активные условия), то ПЭМ выполнит анализ переходных про­цессов, используя исходные параметры, заложенные в схему. Однако описание данной процедуры разработчиками программы не дается. В некоторой степени на работу ПЭМ влияют установки в окне Points per Cycle (Количество точек в цикле) и в окне Cycles Displayed (Ко­личество отображаемых циклов), о чем уже говорилось.

Для запуска моделирования в варианте анализа переходных про­цессов (Transient Analysis) выполните указанные выше установки. Установите на вкладке General флажок в окне. Transient/Fourier Analysis и щелкните по кнопке Run Analysis.

ПЭМ будет запущена, и на экране отобразятся результаты. Если программа обнаружит ошибки, то действие программы будет приос­тановлено и вам будет предложено ознакомиться с файлом перечня ошибок.

Получив результаты, вы можете внести в исходную схему измене­ния или поменять начальные установки программы, а затем повторить запуск ПЭМ.

Анализ при воздействии малых сигналов

Анализ позволяет получить данные об амплитудно-частотной за­висимости устройства (схемы) при прохождении (воздействии) сигна­ла малого уровня. Характерными примерами подобных схем могут служить различные фильтры, в том числе фильтры сосредоточенной селекции (ФСС), и другие частотно-зависимые устройства, анализ ко­торых позволяет получить амплитудно-частотную зависимость (ха­рактеристику) В данном случае анализируется устройство при подаче

на его вход синусоидального сигнала с постоянной амплитудой изме­няемого по частоте в определенном диапазоне. На выходе устройства в этом случае фиксируется кривая постоянной составляющей сигнала.

В схеме должен быть подключен источник синусоидального сиг­нала, построенный на модели VSIN(V), в котором следует ввести только один параметр: AC Magnitude=XX, где вместо XX следует указать значение эффективного напряжения, например 0.1 В. Осталь­ные параметры синусоидального сигнала, в данном случае, можно не устанавливать (оставить эти строки незаполненными) или сохра­нить любые данные. Эти величины на результат анализа не влияют.

Остальные параметры источника (параметры генератора качаю­щейся частоты), требуемые для данного вида моделирования, задают­ся на вкладке AC Small Signal (рис. 5.4), где следует установить фла­жок в окне AC Analysis и ввести параметры в окна Start Frequency (Начальная частота) и Stop Frequency (Конечная частота). Параметры задаются в герцах с использованием требуемых множителей. В окне Test Points (Точки контроля) вводится величина дискретности, на ко­торую будет разделен заданный частотный диапазон.

Изменение частоты в диапазоне может устанавливаться по разным закономерностям:

• Linear - линейная зависимость,

• Decade - с десятикратным увеличением,

• Octave - с удвоением.

Для запуска ПЭМ в варианте исследования амплитудно-частотной характеристики на вкладке General установите флажок в окне АС Small Signal Analysis и щелкните по кнопке Run Analysis.

Анализ напряжений и токов в активных точках схемы

Данный вариант анализа позволяет получить величину потенциала (напряжение) относительно цепи GND (земля) для выбранных точек схемы. Он может использоваться самостоятельно или совместно с другими» например при работе с вариантами Transient (Переходных процессов) и AC Small Signal (Малого сигнала), что позволяет полу­чать более полную картину процессов, протекающих в моделируемом устройстве.

Анализ напряжений и токов дает возможность получать не только напряжения (потенциалы), но и данные о токах, протекающих через элементы схемы и мощностях, рассеиваемых ими.

По умолчанию данный вариант анализа всегда включен (флажок установлен), и если его не отключить, то к результатам других вари­антов будут как бы «прикладываться» результаты данного вида анали­за. Хотя формально для запуска этого варианта следует установить флажок в окне Operating Point Analyses (Анализ в активных точках) на вкладке General.

В окне Active Signals следует ввести цепи и (или) компоненты, для которых вы хотите получить те или иные параметры. При этом если данный вид анализа совмещается с другими, например с получением графиков в варианте Transient, то оба вида анализа будут выполянть- ся для одних и тех же заданных точек (цепей).

Если вы хотите запустить данный вид анализа независимо от дру­гих, то установите флажок только в окне Operating Point Analyses (Анализ в активных точках) на вкладке General. Затем в окне Collect Data For (Объединенные данные) установите вариант Node Voltage, Supply Current, Device Current и Power, и в окне Available Signals (Имеющиеся сигнальные цепи) будут показаны все цепи и компоненты схемы, для которых можно получить данные о напряжениях, токах и мощностях. Ваша задача - выбрать нужные и переместить их в окно Active Signals.Чтобы получить данные о токе в цепи, следует указать точку на схеме, через которую этот ток протекает. Для этого используются выводы компонентов, которые в окне Available Signals обозначаются по типу GVT1 [ic]. В данном случае параметр относится к транзистору VT1 и будет рассчитан ток (в скобках буква i), протекающий через коллектор (в скобках буква с). Для расчета мощности, рассеиваемой компонентом, нужно выбрать параметр по типу R6[p], где в скобках буква «р» говорит о мощности.