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浅谈PSpice AA模块的所有工具

jf_g8DHAusG 来源:吴少琴的模电课 作者:吴少琴的模电课 2023-12-22 09:45 次阅读

又有一段时间没和大家见面了,明天2020级同学就要参加研究生入学考试了,为了借个载体给考研的同学送上祝福,赶紧发篇推文,考研的小伙伴们只要看下面这张图就可以啦,祝你们考研顺利!!!加油鸭!!!冲冲冲~~~

其它童靴咱来学点知识

咱们公众号发过一个系列的PSpice教程,讲解了PSpice软件提供的各种分析方法:直流分析、交流分析、瞬态分析、参数分析、温度分析等等,具体大家看PSpice合辑。这些都是Cadence PSpice的AD模块提供的分析方法,AD模块就是指模拟(Analog)和数字(Digital)混合信号仿真器。一般用这个模块也就能解决各种仿真问题了。

PSpice从10.0版本后推出新的一个模块叫PSpice AA模块,它取自Advanced Analysis的首字母,主要提供高级的分析方法,帮助提高设计性能优化成本,并提高可靠性

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上图中灵敏度工具优化工具蒙特卡洛工具电应力工具是AA模块最主要的四种分析工具。

为了让大家通过一篇推文了解这四种高级工具的用处,这里用如下设计实例示范:

设计要求

设计一个共射-共基组成的Cascode电路,要求放大倍数=100∓5%;带宽=40MHz∓5%,选择合适的电阻电容容差,使得成品率达到80%以上

相信很多小伙伴靠着记忆里的模电知识,翻阅模电书、搜索百度,甚至请教ChatGPT之后,一般都可以搭建出能够放大的共射-共基放大器,比如:

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图1 设计初稿

但通过瞬态分析和交流扫描分析

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图2 瞬态分析的仿真结果

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图3 交流扫描分析的仿真结果

发现放大倍数和带宽都不能满足设计要求

这种情况下,跟在EDA设计课上一样,大多数同学就开始对每个电阻电容一通瞎调,但既要满足增益,又要兼顾带宽,盲目地修改电阻电容是很难实现的>﹏<

这时就该PSpice AA出场了。我们先用灵敏度分析( Sensitivity)工具,找到影响增益和带宽最大的元器件,毕竟只有找对器件,才能有的放矢~~

灵敏度分析工具 找到关键器件

灵敏度分析工具可以在菜单栏中找到,也可以在工具栏中找到,其它几种工具也在附近哦~~

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点击上述这两处中的其中之一后,也就调出PSpice AA模块,这时电脑任务栏中也就多出一个带着小飞机的图标

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这就是PSpice AA,要起飞喽~~~

运行Sensitivity,并将增益和带宽这两个技术指标的函数调入,运行后就可以得到如下结果:

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图4 灵敏度分析结果1

从图4可以看出对电压增益影响最大的前五个元件是:R1、R2、R3、R6、R7

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图5 灵敏度分析结果2

从图5看出对带宽影响最大的有R1、R6、R2、R3、R7

居然是一样的,这就好办多了(不一样时可以全都选,或者选公共的元器件)。确定好关键器件后,可以将这五个电阻作为关键器件传递给优化工具(Optimizer),用于优化技术指标~~~

关于灵敏度分析工具的具体操作教程,大家可以通过如下链接看PDF文档,文档是去年给Cadence官方公众号写的教程,步骤非常详细,大家自取ฅʕ•̫͡•ʔฅ

SPB17.4-PSpice AA 灵敏度工具.pdf

优化工具 优化技术指标

优化工具,软件中叫Optimizer,可以帮助用户计算出元器件参数值,对电路的特性函数和目标函数进行优化。本次项目的优化目标是将电压增益从14倍调整到100倍,同时带宽限制在40MHz,偏差在正负5%以内。

这两个条件转换到软件中是这样的:

757c4716-a06b-11ee-8b88-92fbcf53809c.jpg

同时加载入前面灵敏度分析得到的五个关键元件。接着运行优化工具,软件就开始奋力计算,终于不负众望给出它的方案:

758b5b34-a06b-11ee-8b88-92fbcf53809c.jpg

图6 优化工具给出的方案

从左上角的误差分析图中,你能看到优化工具的努力,每个小方框就代表着每一次的计算,直至两个指标的误差都达到0%才停止,实在是太敬业了

如果觉得软件提供的方案中电阻都带小数点,有些不切实际,那还可以再改一种算法,瞬间给个靠谱的,都是市场上可以买得到的阻值,还带容差的:

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图7 根据实际元件给出进一步调整方案

将原理图中的R1、R2、R3、R6、R7均修改为图7左上角给出的阻值,再重新仿真,得到99倍的放大倍数和40MHz的带宽。

75c17e44-a06b-11ee-8b88-92fbcf53809c.jpg

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图8 优化参数后的技术指标

优化工具还是非常好用的吧,的确是“学渣”们的福星呀,当然也能帮学霸们节省很多计算时间

优化工具不仅可以优化技术指标,还可以优化曲线,比如对幅频特性曲线不满意,可以优化参数,调节到你满意的曲线。具体细节参看如下PDF文档,需要就打开看看吧,文后有暗号,可以直接下载到电脑

SPB17.4-PSpice AA 优化工具.pdf

那接下来如果这个电路需要制作成成品,而实际的元器件都有容差,比如当选择10kΩ5%容差的电阻时,实际成品中的电阻阻值在9.5kΩ~10.5 kΩ之间。当所有元器件的容差效果组合一起时,可能对电路的输出响应造成巨大偏差。于是需要蒙特卡洛工具出场了~~

蒙特卡洛工具 预估成品率

如果按照成本第一的原则,全部取便宜器件,比如所有电阻选10%容差,运行蒙特卡洛工具后发现,成品率连50%都达不到

76017c9c-a06b-11ee-8b88-92fbcf53809c.jpg   图8 调整前的统计结果  

看来不能只关注成本,将关键器件的容差修改为1%,用贵一点器件,马上成品率就上来了。

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图9 修改关键器件容差后的结果

关于蒙特卡洛工具的详细操作教程,见下方的链接

SPB17.4-PSpice AA 蒙特卡洛工具.pdf

批量生产产品不仅要求较高的成品率,还希望该产品有极高的可靠性,但如果电路中某个或某些元器件承受的电应力工作电压、工作电流、工作温度)超过允许范围,这些元器件的失效率会越高,工作寿命也就越短。所以高级分析工具中还有一个叫“Smoke”分析的工具。直观的翻译就是冒烟报警工具,或叫电应力工具~~

电应力工具 找出不安全器件

电应力(Smoke)工具就是用于检查电路中是否存在超出安全工作条件的元器件,提高电路的可靠性。如果出现下面这样的结果,那就要警惕了,毕竟谁都不希望产品出产没多久就被召回 /_

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对于这次的电路,虽然指标中没有提出可靠性要求,但我们还是需要通过Smoke分析看看有没有存在过应力的器件。

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运行后看到满屏绿色,说明没有过应力的元器件,电路设计具有较大的裕量,可靠性很强。那就放心啦ฅʕ•̫͡•ʔฅ。

对于Smoke分析的细节,同样参阅下面的PDF教程

SPB17.4-PSpice AA 电应力分析工具.pdf

至此,通过一篇的推文将PpiceAA模块最主要的四种工具进行介绍,AA模块中还有一个叫参数测绘仪的工具,相当于AD模块中的参数扫描分析的Plus版,可以设置多个参数,是个非常好用的工具,同样给大家提供详细的PDF教程,可以直接点击查阅哦~~~

SPB17.4-PSpice AA 参数测绘仪工具.pdf

用如下表格总结AA模块的五种工具:

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好了,今天的分享就到这里,关于文中提供的五个工具的详细操作教程,如果有需要下载完整电子档和教程中涉及的实例文件,可以后台输入暗号:“24好运”,即可获得哦~~~

2023年即将过去,我们马要迎来2024年,在这里也祝愿大家新的一年新的每一天都充满希望和阳光,无论是考研、考试,还是工作、生活……,大家都心想事成,好运相伴~~~

审核编辑:汤梓红

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原文标题:一篇了解PSpice AA模块的所有工具

文章出处:【微信号:吴少琴的模电课,微信公众号:吴少琴的模电课】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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