混合信号电路仿真(下)
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更新于2007-04-11 15:40:18


        阻抗特性分析:阻抗特性分析将显示电路中任意两个终端源间的阻抗特征,该分析没有独立的设置页面,通常只作为交流小信号分析中的一个部分。

        阻抗测量将通过输入电源电压值除以输出电流值得到。要获得一个电路输出阻抗的阻抗特征图,须通过下列步骤实现:

  • 从输入端删除源
  • 输入电源与地短接
  • 删除任意连入电路的负载
  • 连接输出两端的源,即正电源连接到输出端,负端接地

        噪声分析:噪声分析利用噪声谱密度测量由电阻和半导体器件的噪声影响,通常由V2/Hz 表征测量噪声值。电阻和半导体器件等都能产生噪声,噪声电平取决于频率。电阻和半导体器件产生不同类型的噪声(注意:在噪声分析中,电容、电感和受控源视为无噪声元器件)。对交流分析的每一个频率,电路中每一个噪声源(电阻或晶体管)的噪声电平都被计算出来。它们以输出节点的贡献通过将各均方根值相加得到。

  • Output Noise:需要分析噪声的输出节点
  • Input Noise:叠加在输入端的噪声总量,将直接关系到输出端上的噪声值
  • Component Noise:电路中每个器件(包括电阻和半导体器件)对输出端所造成的噪声乘以增益后的总和。
     
  • Noise Sources:选择一个用于计算噪声的参考电源(独立电压源或独立电流源); 
  •  Start Frequency:指定起始频率;
  • Stop Frequency:指定终止频率;
  • Test Points:指定扫描的点数; 
  •  Points/Summary:指定计算噪声范围。在此区域中,输入0 则只计算输入和输出噪声;如输入1 则同时计算各个器件噪声。后者适用于用户想单独查看某个器件的噪声并进行相应的处理(比如某个器件的噪声较大,则考虑使用低噪声的器件换之)。
  • OutPut Node:指定输出噪声节点; 
  •  Reference Node:指定输出噪声参考节点,此节点一般为地(也即为0 节点),如果设置的是其他节点,通过V(Output Node)-V(Reference Node)得到总的输出噪声;
  •  Sweep Type 框中指定扫描类型,这些设置和交流分析差不多,在此只作简要说明。Linear 为线性扫描,是从起始频率开始到终止频率的线性扫描,Test Points 是扫描中的总点数,一个频率值由当前一个频率值加上一个常量得到。Linear 适用于带宽较窄情况。Octave 为倍频扫描,频率以倍频程进行对数扫描。Test Points 是倍频程内的扫描点数。下一个频率值由当前值乘以一个大于1 的常数产生。Octave 用于带宽较宽的情形。Decade 为十倍频扫描,它进行对数扫描。Test Points 是十倍频程内的扫描点数。Decade 用于带宽特别宽的情况。通常起始频率应大于零;独立的电压源中需要指定Noise Source 参数;Pole-Zero(临界点)分析:在单输入/输出的线性系统中,利用电路的小信号交流传输函数对极点或零点的计算用Pole-Zero 进行稳定性分析;将电路的直流工作点线性化和对所有非线性器件匹配小信号模型。传输函数可以是电压增益(输出与输入电压之比)或阻抗(输出电压与输入电流之比)中的任意一个。
  • Input Node:正的输入节点
  • Input Reference Node:输入端的参考节点(缺省:0(GND)) 
  •  Output Node:正的输出节点
  • Output Reference Node:输出端的参考节点(缺省:0(GND)
  • Input Node:正的输入节点
  • Input Reference Node:输入端的参考节点(缺省:0(GND)) 
  •  Output Node:正的输出节点 
  •  Output Reference Node:输出端的参考节点(缺省:0(GND))
  • Transer Function Type: 设定交流小信号传输函数的类型;V(output)/V(input)-电压增益传输函数,V(output)/I(input)-电阻传输函数
  • Analysis Type: 更精确的提炼分析极点

        Pole-Zero 分析可用于对电阻、电容、电感、线性控制源、独立源、二极管、BJT 管、MOSFET管和JFET 管,不支持传输线。对复杂的大规模电路设计进行Pole-Zero 分析,需要耗费大量时间并且可能不能找到全部的Pole 和Zero 点,因此将其拆分成小的电路在进行Pole-Zero 分析将更有效。 传递函数分析(也称为直流小信号分析):

        传递函数分析将计算每个电压节点上的直流输入电阻、直流输出电阻和直流增益值。

  • Source Name:指定输入参考的小信号输入源
  • Reference Node:作为参考指定计算每个特定电压节点的电路节点(缺省:设置为0)

        利用传递函数分析可以计算整个电路中直流输入、输出电阻和直流增益三个小信号的值。

        蒙特卡罗分析:蒙特卡罗分析是一种统计模拟方法,它是在给定电路元器件参数容差为统计分布规律的情况下,用一组组伪随机数求得元器件参数的随机抽样序列,对这些随机抽样的电路进行直流扫描、直流工作点、传递函数、噪声、交流小信号和瞬态分析,并通过多次分析结果估算出电路性能的统计分布规律,蒙特卡罗分析可以进行最坏情况分析。

  • Seed:该值是仿真中随机产生的。如果用随机数的不同序列执行一个仿真,需要改变该值(缺省:-1) 
  •  Distribution:容差分布参数;Uniform(缺省)表示单调分布。在超过指定的容差范围后仍然保持单调变化;Gaussian 表示高斯曲线分布(即Bell-Shaped 铃形),名义中位数与指定容差有
  • /+3 的背离;Worst Case 表示最坏情况与单调分布类似,不仅仅是容差范围内最差的点。
  • Number of Runs:在指定容差范围内执行仿真中运用不同器件值(缺省:5) 
  •  Default Resistor Tolerance:电阻器件缺省容差(缺省:10%)
  • Default Capacitor Tolerance:电容器件缺省容差(缺省:10%)
  • Default Inductor Tolerance:电感器件缺省容差(缺省:10%)
  • Default Transistor Tolerance: 三极管器件缺省容差(缺省:10%)
  • Default DC Source Tolerance: 直流源缺省容差(缺省:10%)
  • Default Digital Tp Tolerance: 数字器件传播延时缺省容差(缺省:10%),该容差将用于设定随机数发生器产生数值的区间。对于一个名义值为ValNom 的器件,其该容差区间为:ValNom– (Tolerance * ValNom)<RANGE> ValNom+ (Toleance*ValNom) 
  •  Specific Tolerances:用户特定的容差(缺省:0),定义一个新的特定容差,先执行Add 命令,在出现的新增行的Designator 域中选择特定容差的器件,在Parameter 中设置参数值,在Tolerance 中设定容差范围,Track No.即跟踪数(tracking number )用户可以为多个器件设定特定容差。此区域用来标明在设定多个器件特定容差的情况下,它们之间的变化情况。如果两个器件的特定容差的Tracking No.一样,且分布一样,则在仿真时将产生同样的随机数并用于计算电路特性,在Distribution 中选择uniform,gaussian,worst case 其中一项。每个器件都包含两种容差类型,分别为器件容差和批量容差。

        在电阻、电容、电感、晶体管等同时变化情况。但可想而知,由于变化的参数太多,反而不知道哪个参数对电路的影响最大。因此,建议读者不要“贪多”,一个一个地分析,例如读者想知道晶体管参数BF 对电路频率响应的影响,那么就应该去掉其它参数对电路的影响,而只保留BF 容差。

        参数扫描:参数扫描它可以与直流、交流或瞬态分析等分析类型配合使用,对电路所执行的分析进行参数扫描,对于研究电路参数变化对电路特性的影响提供了很大的方便。在分析功能上与蒙特卡罗分析和温度分析类似,它是按扫描变量对电路的所有分析参数扫描的,分析结果产生一个数据列表或一组曲线图。同时用户还可以设置第二个参数扫描分析,但参数扫描分析所收集的数据不包括子电路中的器件。

 

  • Primary Sweep Variable:希望扫描的电路参数或器件的值,利用下拉选项框设定 
  •  Primary Start Value:扫描变量的初始值 
  •  Primary Stop Value:扫描变量的截至值 
  •  Primary Step Value:扫描变量的步长
  • Primary Sweep Type:设定步长的绝对值或相对值 
  •  Enable Secondary:在分析需要确定第二个扫描变量
  • Secondary Sweep Variable: 希望扫描的电路参数或器件的值,利用下拉选项框设定
  • Secondary Start Value: 扫描变量的初始值
  • Secondary Stop Value: 扫描变量的截至值 
  •  Secondary Step Value: 扫描变量的步长
  • Secondary Sweep Type: 设定步长的绝对值或相对值

        参数扫描至少应与标准分析类型中的一项一起执行,我们可以观察到不同的参数值所画出来不一样的曲线。曲线之间偏离的大小表明此参数对电路性能影响的程度。

        温度扫描:温度扫描是指在一定的温度范围内进行电路参数计算,用以确定电路的温度漂移等性能指标。

  • Start Temperature:起始温度(单位:摄氏度C)
  • Stop Temperature:截至温度(单位:摄氏度C)
  • Step Temperature:在温度变化区间内,递增变化的温度大小

        在温度扫描分析时,由于会产生大量的分析数据,因此需要将General Setup 中的Collect Data for 设定为Active Signals。

高级SPICE 选项:

        在SPICE Options 中,用户还可以通过高级SPICE 选项中的设置,完成对仿真中的高级参数的设置;在本文开始部分,曾经建议在没有特别的需要下,不建议用户去修改该设置中的参数。




 
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