学习笔记_cadence_pspice

学习笔记_cadence_pspice 常用电路分析的算法 状态变量法、节电电压法、列(2b)法、混合法(状态变量+节电电压)和回路电流法。 回流电流法方程独立，需要选树，变成复杂，所以一般不用; 状态变量法方程数少，但消除中间变量麻烦，逐渐被法替代; 表格法方程数量多，阶数高，矩阵松散，但是建立方便且可采用稀疏矩阵技术压缩存储(经改进后，增加节电压、电荷、磁通等变量，即为MTA);需要复杂的排序和解法，以缩减矩阵体积; 节电法方程必定独立，且可采用稀疏矩阵压缩存储，并增加了部分支路电流作为变量(MNA，Modified Node Analysis)。 各种分析方法的目的/意义 , 直流分析:通过对电源(直流或者交流)、全局变量、模型参数或环境温度进行扫描，获得电路的某些参数 与扫描参量之间的关系。扫描过程中会针对每个扫描的值计算静态工作点。这种分析方法对计算放大器的 传输特性曲线和逻辑电路的高低电平门限非常有用。直流分析在扫描电源时，需要在输入端加直流激励源， 如VDC，IDC等; , 交流分析:又称频率扫描，使用电路的小信号线性模型，通过改变激励源的频率，分析电路的频域响应， 获得电路的幅频响应以及转移导纳等特性。如果将激励源的幅度设置为1V，那么对应的输出或者其他参 数就是等效的增益。可以分析放大器或者其他电路的带宽、增益等频域特性。交流分析需要添加频域的激 励源，如VAC，IAC等; , 瞬态分析:又称时域分析，可以在给定激励源条件下分析电路的时域响应、延迟特性，或者在没有激励的 情况下，分析电路在已存储能量的情况下的零输入响应。瞬态分析使用较多，也最复杂，同时也是消耗计 算机资源最高的分析方法。关键在于设置合理的激励源、采样点数和观察时长;瞬态分析常用的激励源有 V/IPULSE，V/ISIN，V/IEXP，V/IPWL和V/ISFFM等; , 静态工作点分析:即直流偏置点分析。直流偏置点决定了晶体管小信号模型的参数。直流分析除了可以得 到静态工作点外，还可以得到电路的直流灵敏度和直流传输特性，比如增益、输入输出等效阻抗等; , 辅助分析: , 蒙特卡洛/最坏情况分析可以在其他基本分析方法的同时进行。蒙特卡罗分析可以获得器件的参数公差 对当前分析的电路性能参数的影响，而最坏情况分析可以分析这种容差带来的最大影响。通过这两种 分析，可以大致了解电路中元件参数分布对电路性能的影响，判断是否选用高精度的元器件或者改变 元件值; , 温度扫描也可以在其他基本分析方法的同时进行，获得温度对当前分析的电路性能参数的影响，有助 于了解电路的正常工作温度范围; , 参数扫描也可以在其他基本分析方法的同时进行，分析当电路中的某个参数(模型参数值、环境温度 等)改变时，当前分析结果的变化趋势;同时也可以避免实际测试时要来回更换不同参数值的元件或 者控制某一环境变量的麻烦，加快了测试速度，提高工作效率。配合直流扫描，可以获得放大器的输 入/输出特性曲线等特性; , 在时域分析同时进行傅立叶分析，可以查看电路相应的频域特性，得到输出结果的各次谐波幅度和谐 波失真度; , 在频域分析同时进行噪声分析，可以分析噪声(热噪声、器件噪声等)影响，获得等效的输入/输出噪 声，了解电路的噪声以及抗噪特性; 常用库文件说明 注:来自 Written by QINJIAN at home on Nov 22nd 2008 at home. Email:03213058@bjtu.edu.cn; ihcnqkm@hotmail.com; QQ:9918297 说明:本介绍包含了\capture\library\pspice和capture\library\pspice\advanls目录下所有库,但由于作者水平有限,介绍得也比较简单,有些说明可能不一定对.请高手指正.谢谢～MSN:ihcnqkm@hotmail.com QQ: 9918297 1. 1_SHOT : 10个杂项器件,其中有54，74，CD的 2. 7400~74S : 74系列的器件 3. AA_IGBT : IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET 4. AA_MISC : 杂项DIODE MOSFET 5. ABM : 各种数学运算单元,如cos, sin, log, hipass, lowpass等,还有E/F/H/G等元件. 6. ADV_LIN : ALD系列的线性放大器 7. ANA_SWIT : 模拟开关 8. ANALOG和ANALOG_P : 通用模拟器件,R，C，L 9. ANL_MISC : 杂项模拟器件,如三相变压器，555，RELAY，SWITCH，VCO 10. ANLG_DEV : AD公司放大器,电压参考器件， 11. APEX : APEX公司PA/AM 系列运放 12. APEX_PWM : APEX公司系列PWM控制器 13. ASW : DG系列模拟开关 14. BIPOLAR~BJPD : 三极管 15. BREAKOUT : 用于最坏情况分析的元件。 RAM,ROM,DA8/10/12,AD/8/10/12,R,SWITCH,Q,POT(滑动变阻器),M,X(TRANSFORER) 16. BUF & BUFF_BRN : BUFFERS 17. CD4000 : CD系列器件 18. CEL : NE系三极管 19. COMLINR : CLC系列BUFF,OPA 20. CONTROLLER : 电源控制电路，DC TO DC 21. CORES : 磁芯 22. DARLNGTN : EPITAXIAL SILICON TRANSISTOR 23. DATACONV : AD, DA 24. DI : DIODE 25. DIF : DIODE BRIDGE 26. DIG_ECL : D Flip-Flop 28. DIG_GAL : Generic Array Logic 29. DIG_MISC : mixed digital device 30. DIG_PAL : programmable Array Logic 31. DIG_PRIM : Generic digital device: and, add, Flip-Flops 32. DIH : diode pull-up and pull-down network 33. DIODE : diode 34. DIV : diode v 35. DIZ : diode z 36. DRI : MIXED 37. EBIPLOAR : bipolar 38. EDIODE : diode 39. ELANTEC : ELANTEC半导体公司器件,运放,门电路等 40. EPCOS : EPCOS公司器件,磁珠,压敏电阻, NTC等。 41. EPWRBJT : bjt 42. FAIRCHILD : Fairchild device 43. FILTSUB : mixed 44.FUNCTION : 函数器件 44.FWBELL : FWBELL 公司的霍尔元件 45.HARRIS : HARRIS公司相关产品 46.IGBT : IGBT管 47.INFINEON~INFINEON_SIGCXXT120 : INFINEON产品 48.IXYS : IXYS公司的功率管产品 49.JBIPOLAR : 日本产品,三极管 50.JDIODE : 日本产品,二极管 51.JFET : 日本产品,FET 52.JFN : 日本产品,NFET 53.JFP : 日本产品,PFET 54.JJFET : 日本产品,JJFET 55.JOPAMP : 日本产品,运放 56.LIN_TECH : LINEAR 公司产品,主要是运放,也有reference 57.LINEDRIV : LINEAR 公司产品,主要是门电路 58.MAGNETIC :MAGNETIC公司磁芯 59.MAXIM : MAXIM公司产品 60.MFN : Fairchild, IR等公司N型功率MOS 61.MFP : Fairchild, IR等公司P型功率MOS 62.MIX_MISC : 4046,Relay等 63.MOTOR_RF : 飞思卡尔射频三极管 64.MOTORSEN : 飞思卡尔压力传感器 65.NAT_SEMI : 国半产品 66.NEC_MOS : NEC产品 67.ON_AMP~ON_PWM : ON产品,依次是三极管,二极管,MOS管,开关电源控制芯片 MC33363,MC44608,NCP1200 68.OPA & OPAMP : 常用运放 69.OPT : 光耦 70.OPTO : 光耦 71.PHIL_BJT~PHIL_RF : 飞利浦器件 72.POLYFET : POLYFET公司的MOS管 73.PSPICE_ELEM : 用pspiceAA分析的元件,L,R,C,I,V,变压器绕线 74.PWRBJT : 功率三极管 75.PWRMOS : 功率MOS管 76.RFBJN : 射频三极管N 77.RFBJP : 射频三极管P 78.RFDIO : 射频二极管 79.SAH : HA2420,HA5320,LF398H高速精密采样保持放大器, 80.SHINDNGN : SHINDENGEN公司整流桥,二极管 81.SOURCE : 各种源 82.SOURCESTM : 数字仿真信号源 83.SPE~SPECIAL : 特殊元件。print, param, IC, nodeset, VARIABLES, lib, include等很多与仿 真功能、设置等相关的 84.SPICE_ELEM : 流控,压控,电池,微/积分,零/极点,加减乘除等 85.SWIT_RAV : 开关电源仿真所用到的通用开关器件模型,分电流/电压型,CCM/DCM, 大/小信号模型 86.SWIT_REG : micro semi公司的SG系列开关电源芯片如SG1844等 87.TEX_INST : TI的系列运放和它的TL431,但不全,新运放还得从TI网站上下. 88.THY1 : ST, 飞思卡尔等公司的可控硅。 89.THYRISTR : 同样是可控硅,与上面有些不同,更全一点. 90.TLINE : 传输线 91.TYCO_ELEC : Tyco公司压敏电阻 92.TZB : 单双向二极管,有常用的P6KE68A等 93.VD : 电压检测器,MC33064,S8054ALR等 94.VR : Voltage regulator，如常用的7805,TL431等。 95.XTAL : 晶振 96.ZETEX : zetex公司三极管等. 97.以osram开头的15个库 : osram公司的发光二极管等 PSpice中仿真部分选项不可用问的解决 见下图。 说明:，里面有一句“记住:有一个simsetup.dll的文件一 定不能修改，否则仿真的功能就会不全!!!”。 找一个没有修改过的Simsetup.dll，覆盖tools/pspice下原来的文件即可。 ICA的设置和使用 OrCAD可以管理已有的和在线的元器件库，使元器件的管理变得简单有效。这里只说明一下在线器件库的设置和使用。 在线元器件库在使用之前需要进行一些设置。选择菜单栏Options->CIS Configuration，在弹出的对话框里选择setup，修改数据库类型，选择所需要的库类型后确定即可。 使用时，在原理图编辑窗口中选择place->database part，或者直接输入z，打开数据库，有两张选项卡，第一张是本地元件库，而第二张就是在线数据库。使用搜索栏搜索所需的元器件，找到后直接添加即可使用。 如果进行蒙特卡罗/最坏情况分析，需要将相关元器件修改为Breakout模型，并且指定元器件的容差值(DEV和LOT)。 最坏情况分析是在给定电路元器件参数容差的基础上，计算电路性能相对标称值的最大偏差，是一种统计分析。最坏情况分析首先进行标称值的电路模拟，计算电路的灵敏度;然后各个元件逐一变化，进行电路性能分析，获得电路性能相对各个参数的偏导数;最后最一次最坏情况分析。一般含有n个变量的最坏情况分析需要进行n+2次电路特性分析。 数字电路分析关键:正确设置激励源的形式。激励源在source.olb里有一部分，在sourcstm.olb中有一部分。激励源可以是单线的时钟，也可以是总线形式，可以通过编码，图形，文件等方式设置激励源的各种参数。一般是用图形方式，比较形象，方法是添加激励源后，在激励源上右键，edit pspice stimulus，如下图。 nalysis数字电路最坏情况分析主要针对电路的时序问题，而不是输出值与典型值间的差异问题;该分析不是在A选项卡中设置，而是在Options中。 数字电路仿真时会有时序的自动查错功能，但它是针对于是否违反器件的模型参数定义，如信号保持时间，上升下降时间等。 调用spice-AA分析 PSpice-AA的一般使用步骤 1( 完成一般PSpice分析之后，设置相应的高级分析参数(部分元件可能需要改为高级分析的模型); 2( 首先针对目标函数进行灵敏度分析(Sensitivity)，确定对目标函数影响最大的一个或者几个元件的关键参数; 3( 使用Optimizer对关键参数进行优化，使目标函数达到预期要求; 4( 使用Monte Carlo分析，预测元器件参数的分布对电路性能的影响; 5( 完成上述分析后，还可以进行热电应力分析(Smoke)，确定不会超过各元件的极限参数，提高电路可靠性。 电路优化步骤 1( 电路，给出初始参数。 2( 确定目标函数，并确定设计变量和约束条件。目标函数通常表征的是所设计的电路的实际响应与所要求达 到的理想响应的误差，即认为目标函数最小的电路就是最优电路。 3( 对电路进行灵敏度分析，使用Optimizer计算目标函数，调整设计变量，直到目标函数小于规定的误差容限， 即认为优化完毕。 常用的目标函数为最小二乘法: N12Ewe,,ii 2,1i Wi为权重，根据各点的要求不同选择。要求严格的点权重高。 Ei为样点误差 最优化方法在实际使用中主要有导数法、直接法、梯度法和统计优化法。 导数法，即直接最小算法，适合于简单函数或有显式函数的目标函数，如功耗或传输时间等。 局部最小值和全局最小值的问题:迭代过程通常只能找到起始点周围的一个局部最小点，这可能不是全局最小点，所以初始值的选择很重要，可以先使用参数扫描找到近似的期望值位置。 打开Optimizer 在OrCAD中依次选择:PSpice,Advanced Analysis,Optimizer，打开产品选择框，这里应该选择PSpice Advanced Analysis或者PSpice Advanced Optimizer Option，而不是PSpice Optimizer，否则会有部分选项无法使用。 在优化分析完成后，应该进行一次离散优化分析，将优化好的电路参数修改为实际可用的器件参数。 选择在PSpice中查看某一次优化的结果:首先在Error Graph中选择要查看的次数，然后在 Curve Fit或者Specification中选择要查看的项目，然后右键，View in PSpice即可。 每次Parametric plotter扫描分析最多运行500步，如果设置扫描分析参数后，所需计算的步数大于500，将会提示错误，扫描分析不能继续进行。 对于灵敏度分析的结果，parameters栏里显示的是针对specifications栏里选中的目标函数而言的，而不是所有的目标函数: C3和R6对于放大器带宽的影响非常大。 而R4，R3和R2基本决定了放大器的最大增益 行为模型的仿真与作用 行为模型一般没有实际的元器件与之相对应，但是它在电路分析中却可以起到很大的作用。比如有源器件都可以转化为含受控源的等效电路来分析，在实际设计滤波器之前，可以使用相同效果的行为模型对整个系统进行评估，获得滤波器所需的参数后，进行实际设计，最终替代行为模型。 四种受控源都在analog.olb中，而行为模型在abm.olb中，从OrCAD10.5开始，新增了一些行为模型，在Function.olb和Spice_elem.lib中，能支持机电组件的模型。建议使用Funtion中的模型，在spice-AA中使用Spice_elem中的模型。 在special.olb库中，有许多特殊的模型，这些都不是实际器件的模型，但合理使用这些模型会给仿真带来许多方便。