МОДЕЛИРОВАНИЕ_И_РАСЧЕТ_ХАРАКТЕРИСТИК_ЭЛЕМЕНТОВ_ИНТЕГРАЛЬНЫХ_СХЕМ

5.Записать три схемы для моделирования семейства передаточных характеристик ЛЭ в одном пакете данных.

6.Записать две схемы для моделирования семейства выходных характеристик ЛЭ в одном пакете данных. Токи каких элементов схемы необходимо наблюдать для корректного отображения результатов моделирования?

7.Как определить динамические параметры по переходной характеристике выходного напряжении.

21

Лабораторная № 4.

Учёт влияния технологических разбросов параметров радиокомпонентов на параметры моделируемого устройства при помощи статистического анализа по методу Монте-Карло (Monte Carlo)

Задание № 1. Используя анализ Монте-Карло, необходимо исследовать влияние технологических разбросов резисторного моста на характеристики датчика давления (рис.4.1).

Рис.4.1. Схема датчика давления.

Статистический анализ по методу Монте-Карло (Monte Carlo) производится при статистическом разбросе параметров, описанных по директиве .MODEL.

Отметим особенности данной схемы:

Вкачестве источников напряжения V1 и Meter используется элемент VSRC. При размещении источника для измерений (Meter) измените его название, дважды щелкнув по элементу и напечатав «Meter » в ячейке Reference в редакторе свойств

Property Editor.

Вкачестве R1, R2 и R7 используйте элемент R из библиотеки

ANALOG.OLB.

Чтобы исследовать эффекты технологических допусков на поведении этой схемы, нужно установить допуски DEV и LOT для параметров резисторов R3, R4, R5 и R6. Это означает, что требуется использовать резисторы, которые имеют математическую модель.

22

В качестве резисторов R3, R4, R5 и R6 необходимо использовать элемент Rbreak из библиотеки BREAKOUT.OLB, который имеет модель.

Определите допуски DEV и LOT для моделей резисторов R3, R4, R5 и R6, используя редактор модели model editor:

1.Коррекция PSpice Model.

2.Имя модели Rbreak необходимо заменить на Rmonte1 и определить допуски RMonte1, изменив описание модели: RES R=1 DEV=2% LOT=10%.

Параметры моделей радиокомпонентов могут иметь допуски DEV или LOT, при этом они получают в первом случае независимые, а во втором случае коррелированные случайные значения, что характерно для разбросов параметров партий изделий.

По умолчанию схемотехнический редактор Capture сохраняет определение

RMonte1 .MODEL в библиотеке design_name.lib. Capture также автоматически конфигурирует библиотеку для местного использования.

Для резисторов R4 и R5 используются те же самые допуски, что и для R3: в меню Edit Properties в строках R4 и R5 в ячейках под колонкой Implementation (выполнение) необходимо напечатать RMonte1.

Определение допуска (DEV=5%) для R6: в меню Edit PSpice Model, в окне

Model Text изменить описание модели: .model RTherm RES R =1 DEV =5%.

Номиналы резисторов на схеме датчика давления необходимо установить в соответствии с табл. 4.1

Таблица 4.1.

Номиналы резистора схемы датчика давления

Поскольку источник Meter используется для измерения тока, он не имеет никакого значения величины DC и может оставаться неизменным.

Обратите внимание, что выражение для R6={1k*(1+P*Pcoeff/Pnom)} представляет линейную зависимость сопротивления от давления P.

Чтобы закончить задание технических требований для R6,определите глобальные параметры Pcoeff, P и Pnom. Поместите элемент PARAM из библиотеки SPECIAL. OLB на схематической странице.

23

Для того чтобы в созданном проекте запустить анализ Монте-Карло, необходимо выполнить следующие операции:

1.В меню Pspice выберем Edit Simulation Profile.

2.В открывшемся диалоговом окне Simulation Settings щелкнем по клавише

Analysis.

3.В выпадающем списке Analysis Type выберем тип анализа.

4.В поле Options выберем Monte Carlo/worst-case.

Установка режимов моделирования показана на рис. 4.2.

Рис.4.2 Установка режимов моделирования.

В поле Output Variable указывается имя выходной переменной, подлежащей статистической обработке. В поле Number of runs задается количество статистических испытаний.

Расчёт чувствительности и наихудшего случая (sensitivity/worst-case)

Рис. 4.3. Схема дифференциального усилителя

Построение гистограмм по результатам анализа Монте-Карло

Задание № 2. Промоделировать активный фильтр Чебышева четвертого порядка, выполняя серию 100 исследований в режиме AC Sweep при случайном

24

изменении величин резисторов и емкостей для каждого статистического расчета. Затем, определив целевую функцию, построить гистограмму ширины полосы пропускания.

Фильтр Чебышева (пример в папке

Orcad/Pspice/Capture_Samples/anasim/histo).

Рис. 4.4. Схема фильтра Чебышева в виде иерархического проекта

Фильтр Чебышева должен иметь центральную частоту 10 кГц и ширину полосы пропускания 1,5 кГц. Схема фильтра выполнена в виде иерархического проекта и показана на рис.4.4. Технические требования к источникам:

V1:DC =–15

V2:DC =+15 V3:AC =1

В схеме использованы резисторы с разбросом 1%и конденсаторы с разбросом 5%. Технологические разбросы резисторов и конденсаторов приводят к изменению ширины полосы пропускания и центральной частоты фильтра.

Анализ Монте-Карло может использоваться, чтобы спрогнозировать выход готовой продукции при производстве данной схемы.

При анализе фильтра устанавливается анализ AC Sweep и Монте-Карло. Анализ AC Sweep охватывает 50 точек на декаду от 100 Гц до 1 МГц. Анализ Монте-Карло установлен, чтобы было 100 статистических расчетов. Выходная переменная — V(OUT). В поле Save data from list выберем All.

Поскольку файл данных может стать весьма большим при выполнении анализа Монте-Карло, рассмотрим только выходные данные фильтра, для этого необходимо поместить маркер напряжения на выходе фильтра и выполнить следующие операции:

1.В меню Pspice выбрать New Simulation Profile или Edit Simulation Settings. Появится диалоговое окно Simulation Settings.

2.В позиции Data Collection выбрать опцию At Markers Only для каждого типа маркера (напряжения, тока, мощности, цифрового, шума).

3.В меню PSpice Capture выбрать Run, чтобы начать моделирование.

25

резисторов (VALUE =10k)и позиционные обозначения, соответствующие предыдущим названиям.

2.Выберите PSpice Model в меню Edit.

3.Создайте модель CRES следующим образом:

4. .MODEL CRES RES (R=1 DEV=5% LOT=5%)

5.В меню File выберите Save. По умолчанию Capture сохраняет описание библиотеки EXAMPLE. LIB и автоматически конфигурирует файл для локального использования с текущей схемой.

6.В меню PSpice выберите New Simulation Profile или Edit Simulation Settings

Появится диалоговое окно Simulation Settings.

7.Выберем DC Sweep в поле Analysis type.

8.В рамке Sweep Variable выберите Voltage Source.

9.Введите следующие величины в соответствии с табл. 4.2..

10.Выберите опцию Monte Carlo/worst-case в поле Options.

11.Выберите worst-case/sensitivity.

Таблица 4.2.

Параметры моделирования

Текстовое полеВеличина

Name V1

Когда моделирование завершится, графический постпроцессор автоматически отобразит выбранный графический результат.

Контрольные вопросы.

1.Дайте сравнительную оценку методам наихудшего случая и статистических испытаний.

2.Каким образом определяют число требуемых испытаний в методе МонтеКарло?

3.Приведите примеры математических моделей, используемых на различных иерархических уровнях.

4.В чем сущность блочного метода макромоделирования?

5.Назовите отличительные особенности дискретных математических моделей

6.. Приведите примеры схемных моделей полевого транзистора.

27

Лабораторная работа № 5 Моделирование на функциональном уровне

Цель работы: исследование возможностей режима моделирования на функциональном уровне в модуле PSPICE A/D пакета OrCAD - Analog Behavioral Modeling (ABM) (аналоговое поведенческое моделирование).

С помощью режима ABM можно создавать сложные сигналы, в том числе модулированные, моделировать дифференциальные уравнения, создавать модели ламповых, полупроводниковых и электромеханических устройств, моделировать динамические системы, в том числе и с обратными связями.

Шаблон (атрибут PSPICETEMPLATE) элементов ABM

Рассмотрим встраивание передаточной функции в шаблон на примере элемента библиотеки ABM «степенная функция» (PWRS), шаблон которого имеет вид:

E^@REFDES %OUT 0 VALUE {PWRS(V(%IN),@EXP)}

Фрагмент E^@REFDES стандартен. «E» определяет регулируемый источник напряжения PSpice A/D (устройство E); %in и %out обозначают входные и выходные выводы соответственно; VALUE — ключевое слово, определяющее тип устройства ABM; выражение внутри фигурных скобок {PWRS(V(%IN),@EXP)} определяет операцию возведения входного напряжения в степень, где EXP — показатель степени. По умолчанию EXP = 1.

Стандартные элементы ABM

Перейдем к рассмотрению стандартных элементов библиотеки ABM. Табл. 5.1 содержит перечень стандартных элементов, сгруппированных по выполняемым функциям.

Таблица 5.1. Стандартные элементы ABM

28

Основные элементы

CONST (Источник постоянного напряжения)

Элемент CONST формирует выходное напряжение, определяемое атрибутом VALUE. У этого элемента нет входов, есть только один выход.

SUM (Сумматор напряжений)

Элемент SUM суммирует напряжения на своих входах и выдает на выходе сумму. У этого элемента два входа и один выход.

MULT (Перемножитель)

29