Saber中如何更好地提高仿真的收敛性(二)

SDB 命令

SDB 命令用于监控无法通过任何其他调试工具直接监控的仿真器事件。SDB 命令在 SaberRD 命令行中用于查看仿真器事件，例如牛顿步长限制、阈值和调度事件。下面给出sdb命令的用法。

语法 -> sdb on ns_limit（提供牛顿步长限制的调试信息）。

语法 -> sdb on thresh（提供阈值评估的调试信息）

语法 -> sdb on schedule（提供调度事件或取消调度事件的调试信息，包括阈值、中断和状态变化事件）

监控进度

在直流工作点和瞬态分析中都可以使用监视器进度。分配 1 到 1000 之间的任何值将打开监视器进度，仿真器转录窗口将显示仿真进度的百分比以及仿真解决点 (ASP)、截断误差、牛顿迭代次数或事件数等详细信息，如下所示。

在瞬态分析期间以及当 DC 分析使用动态电源斜坡时，监视器显示区域的左列中有一个额外的单字符字段，称为仿真解决方案点 (ASP)。ASP 代码以单字符的形式给出消息是否找到解决方案，执行任何时间步长，无限解决方案和调度事件。下表给出了 ASP 代码列表。

解释 ASP 代码非常重要，因为它可以帮助您了解仿真器进度的方向。如果您在瞬态等名义分析期间在转录窗口中频繁观察到像 ?、-、d 和 N 这样的 ASP 代码，则表明设计中存在收敛问题。建议在初始阶段解决这些问题中的任何一个，然后继续推进仿真，如蒙特卡罗、最坏情况、灵敏度、周期性小信号和故障。

跟踪显示的截断错误（terror）也很重要。理想情况下，它应该是接近零的非常小的值。如果它显示大值，尝试将terror值从 0.005（默认值）降低到 0.001 或 0.0001 和/或将目标迭代（tniter）从 3（默认值）增加到 5、10 或 20。terror值和 tniter 值应更改并应记录每次更改的影响。terror值越小，仿真时间越长。重要的是要跟踪每次terror变化的结果的准确性。下一节将解释校准分析的重要性。

校准分析

仿真性能和结果的准确性可以通过仿真设置来控制，例如采样点密度和截断误差。采样点密度越大，一步时间获取的数据点就越多。因此，密度越高，结果将越准确，但会花费仿真时间。截断误差可以建立具有较小值的数值积分算法的高精度，但它也花费了仿真时间。因此，考虑到仿真器的性能和结果的准确性，仿真工程师必须对这些仿真设置进行精细的平衡。

Newton Target Iteration 和Integration Order 等其他仿真设置也会影响仿真器性能和结果的准确性。NewtonTarget Iteration (tniter) 定义了仿真器在瞬态分析期间尝试不超过的Newton-Raphson 迭代次数。增加此值将导致仿真器倾向于在仿真中花费更多时间。减小该值将导致仿真器趋向于更快地仿真。默认值为3。Integration Order（阶次），决定是使用Backward Euler Method（order = 1）还是梯形法（order = 2）来确定下一个外推的时间点。顺序仅在积分方法为GEAR时适用。

对于像电力电子转换器设计这样的开关电路，解决收敛问题的一个简单方法是将积分阶数设置为 1。积分阶数 = 1 将不考虑电路中非线性无源元件的影响。因此，通过减少半导体开关中的振荡和振铃，收敛问题被最小化。但失去了结果的准确性。

然后，您需要收紧截断误差和/或增加目标迭代以提高结果的准确性。也就是说，如果结果的准确性可能会受到影响，或者设计人员正在使用行为切换模型，那么 order = 1 将是一个很好的解决方法。

验证结果

结果验证是任何仿真工作中的重要一步。在处理收敛问题时，您的主要目标不仅是消除错误，而且还要关注预期结果。很多时候，错误可能会通过调整一些随机仿真设置来解决，但结果不一定像预期的那样。只有在获得预期结果的情况下，才称收敛问题的解是正确的。

下面举例说明校准分析和验证结果的重要性。

示例考虑了设计（该设计可用于 SaberRD 2017.06 及更高版本）。一开始，瞬态分析使用默认仿真设置运行。可以看出，仿真没有收敛并给出错误。作为开关电路，将积分顺序更改为 1 将是一个简单的解决方法。在第二次迭代中，使用积分阶数 = 1，可以看出仿真收敛了。但结果并未显示引线电感等寄生元件的任何影响，并且负载电流尚未达到稳定状态。

此外，牛顿迭代限制显示为 46.2%。就收敛问题而言，错误信息已经消失，但具体问题的解决方案尚未确定。因此，设置order = 1 不是此收敛问题的正确解决方案。对于许多其他开关电路，设置 order =1 可能是可接受的解决方案。此示例显示了遵循最佳实践的优势。

使用前面解释的最佳实践重新启动调试过程，按照显示的错误消息运行第三次迭代。错误消息“ALG_INCR_TNITER”提供了产品帮助文档中有关 tniter 和terror的信息。可以看出，通过增加目标迭代和减少截断误差来消除错误。在第三次迭代中，仿真以terror = 1u、tniter = 6 和阶数 = 2 运行。阶数设置回2以查看无源元件的效果。在第三次迭代中，可以看到仿真收敛并且负载电流处于稳定状态。但仍有改进的余地，因为迭代被限制在 22% 左右，而且门脉冲不符合预期。从栅极电压波形可以看出，有些情况下有电压尖峰，有些情况下没有。还，在信号“gate_lo”中预期栅极电感的影响。因此，半导体没有正确切换，设计具有很高的损耗。

因此，应进一步加强仿真设置以获得一致的波形。稍后在第四次迭代中，采用试错法来确定可以给出预期仿真结果的适当仿真设置。仿真设置，terror从1u改为100u，tniter增加到20。这两个设置都是逐渐调整的。

现在，可以看出两个门脉冲都给出了预期的结果。采用试错法来确定可以给出预期仿真结果的适当仿真设置。仿真设置，terror从1u改为100u，tniter增加到20。这两个设置都是逐渐调整的。

现在，可以看出两个门脉冲都给出了预期的结果。采用试错法来确定可以给出预期仿真结果的适当仿真设置。仿真设置，terror从1u改为100u，tniter增加到20。这两个设置都是逐渐调整的。现在，可以看出两个门脉冲都给出了预期的结果。

1、仿真设置为：截断误差 = 0.005（默认）目标迭代 = 3（默认）积分顺序 = 2（默认），仿真器输出信息见下图：

结果：由于收敛问题导致的错误信息

2、仿真设置为：截断误差 = 0.005（默认）目标迭代 = 3（默认）积分顺序 = 1，仿真器输出信息见下图：

仿真结果：

3、仿真设置为：截断误差 = 1u，目标迭代 = 6，积分顺序 = 2。仿真器输出信息见下图：

仿真结果：

4、仿真设置为：截断误差 = 100u，目标迭代 = 20，积分顺序 = 2。仿真器输出信息见下图：

仿真结果：

在所有这些迭代中的另一个密切观察是，当使用适当的仿真设置时，仿真运行得更快（参见仿真结束时的执行时间）。