Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Программные средства профессиональной деятельности. Учебно-методическое пособие
.pdf
2.5. ВОЗМОЖНОСТИ АНАЛИЗА СХЕМ
Для запуска анализа необходимо в главном меню открыть Analysis
и выбрать требуемый вариант анализа (рис. 2.8). Для аналоговых схем
возможны следующие виды анализа [2].
• Transient Analysis: анализ переходных процессов (анализ схемы
во временной области при воздействии сигналов любой формы и амплитуды). Это наиболее распространенный вид анализа. В ходе его
выполнения анализируется
изменение основных электрических параметров схемы (токов, напряжений и т. п.) при электрических воздействиях в течение заданного промежутка времени.
• AC Analysis: частотный анализ. Этот вид анализа позволяет построить амплитудно-частотные (АЧХ) и фазочастотные (ФЧХ) характеристики. Чаще всего используется при анализе работы фильтров, усилителей, а также при анализе устойчивости
систем с обратной связью.
• DC Analysis: анализ передаточных функций эквивалентной схемы замещения для постоянных составляющих токов и напряжений.
Используется в основном для построения вольт-амперных характеристик полупроводниковых и электронных приборов.
Рис. 2.8. Меню выбора типа анализа
21
• Dynamic DC: динамический анализ эквивалентной схемы замещения для постоянных составляющих токов и напряжений. В этом режиме выполняется расчет установившегося режима работы схемы.
Программа вычисляет, какие величины токов и напряжений установятся в схеме, когда все переходные процессы закончатся (т. е. в момент,
стремящийся к бесконечности).
• Dynamic AC Analysis: динамический анализ передаточных функций
в частотной области. Программа вычисляет и отображает пере-
менные токи, напряжения и мощности для заданного списка частот.
• Transfer Function Analysis: анализ передаточных функций эквивалентной схемы замещения для постоянных составляющих токов
и напряжений. Этот тип анализа позволяет рассчитать передаточную
функцию для указанного выходного выражения по отношению к указанному входному источнику. В зависимости
от вида входного источника и выходного выражения выполняется расчет следующих параметров: коэффициента передачи по напряжению, коэффициента
передачи по току, передаточной проводимости и передаточного сопротивления. При проведении этого вида анализа автоматически рассчитываются также входные и выходные сопротивления для постоянных
составляющих токов и напряжений.
• Distortion Analysis и Harmonic Distortion: расчет нелинейных
искажений
с использованием аппарата спектрального фурье-анализа.
Представляет собой разновидность анализа переходных процессов.
• Intermodulation Distortion: расчет интермодуляционных искаже-
ний усилителя.
После выбора одного из вариантов анализа открывается окно
с настройками анализа. Так как для анализа фильтра необходим частотный анализ, рассмотрим его более подробно.
2.6. ЧАСТОТНЫЙ АНАЛИЗ
Для построения АЧХ и ФЧХ фильтра
необходимо выбрать Analy-
sis > AC. При этом Micro-Cap анализирует схему на наличие ошибок
и подготовляет внутренние структуры для анализа. Если ошибок не обнаружено, откроется диалоговое окно «AC Analysis Limits» (рис. 2.9).
Диалоговое окно разделено на пять областей: командные кнопки,
числовые пределы, параметры графика, выражения и параметры.
22
КОМАНДНЫЕ КНОПКИ
• Ran: запуск моделирования.
• Add: добавление еще одной строки для задания графика.
• Delete: удаление выделенной строки для задания графика.
• Expand: расширение текстового поля в большое диалоговое окно,
в котором находится курсор, для редактирования или просмотра.
Чтобы использовать эту функцию, щелкните мышью в нужном текстовом поле, а затем нажмите кнопку «Развернуть». Это
вызовет текстовое диалоговое окно, которое позволит вам просмотреть дополнительную информацию о выражении.
• Stepping: открытие диалогового окна задания вариации (пошаго-
вого изменения) параметров.
• Properties: эта команда вызывает диалоговое окно «Свойства»,
которое позволяет вам управлять окном графика анализа и способом
отображения сигналов.
• Help: вызов раздела помощи AC Analysis Limits. В этом разделе
подробно описаны параметры данного окна.
Рис. 2.9. Окно настроек частотного анализа
ЧИСЛОВЫЕ ПРЕДЕЛЫ
• Frequency Range (частотный диапазон): определяет способ из-
менения частоты (выпадающий список) и частотный диапазон (поле
ввода). Частотный диапазон, как правило, задается по формату F
.
F
min
max
• Number of Points (количество точек): определяет число строк
в таблице файла числового вывода и число точек по частоте, в которых
23
,
выполняется расчет частотных характеристик при выборе изменения
частоты Linear и Log.
• Temperature (температура): в этом поле указываются значения
температуры, которые будут использоваться во время выполнения
анализа. Значения указаны в градусах Цельсия.
• Maximum Change, %: в этом поле указывается предел скорости
изменения первой формы сигнала. Это полезно для создания плавных
кривых. Введенное значение интерпретируется
как процент. Максимальное изменение влияет только на анализы, для которых в списке
«Шаг частоты» выбран параметр «Автоматический шаг частоты».
• Noise Input: это поле используется для указания имени источника, для которого рассчитывается входной шум. Это поле применяется
только для расчета Inoise. Если переменные Inoise и Onoise не отображаются в
полях выражений, это поле игнорируется.
• Noise Output: это поле используется для указания узла, в котором рассчитывается выходной шум.
ПАРАМЕТРЫ ГРАФИКА
• Save/Plot: позволяет выбрать «Сохранить и построить», «Сохра-
нить и не отображать» и «Не сохранять и не отображать». Если вы сохраните, но не построите график, позже вы сможете снова добавить
график на отображение из диалогового окна «Свойства» (F10).
• X Log/Linear Scale: переключает масштаб оси X между линей-
ным и логарифмическим. Логарифмические шкалы можно
использо-
вать только для положительных диапазонов.
• Y Log/Linear Scale: переключает масштаб оси Y между линейным и логарифмическим. Логарифмические шкалы можно использовать только для положительных диапазонов.
• Color: обеспечивает выбор цвета графика.
• Numeric Output: кнопка выбирает графики для числового вывода.
• Plot Type: здесь выбирается тип графика. Возможные варианты:
прямоугольный, полярный и диаграмма Смита. Нажатие
на эту опцию
переключает возможные варианты.
• Конпка дополнительно: позволяет манипулировать формами
сигналов (перемещение, удаление, копирование, вставка).
• Page: это поле позволяет организовать формы сигналов на различных страницах, которые можно выбрать для просмотра на вкладках
в нижней части окна графика после завершения моделирования.
24
Сигналы с одинаковым названием страницы будут размещены на одной странице. Любые неуказанные записи назначаются странице под
названием «Главная».
• Plot Group (P): числа от 1 до 9 в этом столбце распределяют сигналы по различным группам графиков. Все сигналы с одинаковыми
номерами помещаются в одну группу графиков. Если поле пустое,
то сигнал не печатается и
не строится.
ВЫРАЖЕНИЯ
• X Expression: имя переменной, откладываемой по оси X. Обычно
при анализе переходных процессов по этой оси откладывается частота
(переменная F).
• Y Expression: математическое выражение для переменной, откладываемой по оси Y. Это может быть простая переменная типа
напряжения в узле V(5), падение напряжения на двухполюсном компоненте V(L1) или ток ветви
I(2,3), I(L1), произведения комплексных величин, например V(VCC)*I(VCC), фаза комплексной величины
PH(V(out)), групповая задержка GD(V(out)) и другие выражения.
Для построения стандартной АЧХ в этом поле надо задать выражение
для коэффициента усиления в dB – db(V(out)/V(in)), где out и in – номе
-
ра (или имена) выходного и входного узла. Входной – это узел, к которому присоединен источник сигнала. Если такой источник в схеме
один, то часто можно просто записать db(V(out)). Для построения
ФЧХ – ph(V(out)/V(in)) или ph(V(out)).
• X Range / Y Range: поля в этом столбце задают диапазоны масштабов для сигналов X и Y. При задании Auto программа рассчитает
диапазон автоматически и после чего запишет его в числовом виде
поле. При задание AutoAlways диапазон всегда будет рассчитываться
автоматически.
ПАРАМЕТРЫ
Параметры находятся справа от поля «Числовые пределы». Эти параметры контролируются либо с помощью раскрывающегося списка,
либо с помощью флажка.
• Run Options: параметры запуска. Из раскрывающегося списка
можно выбрать:
o Normal: симуляция запускается без сохранения на диск.
25
o Save All: запускается моделирование и сохранение его на диске.
o Save V and I Only: Эта опция экономит место и сокращает вре-
мя доступа за счет сохранения только переменных времени, частоты,
цифровых состояний, напряжения и тока.
o Retrieve: загружается ранее сохраненная симуляция, строится и
печатается, как если бы это был новый запуск.
• State Variables: переменные состояния
. Из раскрывающегося
списка можно выбрать:
o Zero: устанавливает начальные значения переменных состояния (напряжения узлов, цифровые состояния), равными нулю или X.
o Read: считывает ранее сохраненный набор переменных состо-
яния и использует их в качестве начальных значений для запуска.
o Leave: сохраняет значения, присутствующие в редакторе пере-
менных состояния.
• Operating Point:
выполнение расчета схемы по постоянному току
перед проведением расчета в частотной области.
• Auto Scale Ranges: диапазон X и Y устанавливается автоматически. Если этот параметр отключен, используются существующие значения масштаба из полей X Range и Y Range.
• Accumulate Plots: графики, полученные при каждом запуске анализа, сохраняются.
• Ignore Expression Errors: эта опция позволяет игнорировать
ошибки в выражениях для
отображения графиков. Это удобно, когда
области схемы временно отключаются, что приводит к ошибкам в выражениях для отображения графиков из-за отсутствия компонентов
или узлов.
2.7. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СХЕМ
Реальные компоненты электронных схем всегда имеют определенный разброс параметров. Поэтому важной задачей автоматизированного анализа электронных схем является исследование поведения элек
-
тронной схемы в случае, когда ее параметры имеют разброс, а не
жестко заданы. Как правило, это заключительный этап анализа, выполняемый после того как расчеты при фиксированных (номинальных)
значениях параметров уже проведены. Micro-Cap предоставляет такую
возможность в режиме анализа Монте-Карло (Monte Carlo). Закладка
Monte Carlo появляется в строке меню главного окна системы
после проведения основных видов анализа (Transient, AC, DC).
26
Во время анализа Monte Carlo выполняется множество запусков процесса моделирования. Для каждого варианта создается новая схема,
параметры компонентов которой принимают случайные значения.
Процесс выбора численных значений случайных параметров для каждого варианта анализа основан на допусках номиналов различных
компонентов и типе распределения случайного отклонения в пределах
заданного диапазона. После проведения анализа
Монте-Карло полученные результаты могут быть обработаны и показаны в графическом
виде в форме гистограммы распределения полученных характеристик
по заданным интервалам, из которых можно сделать вывод о проценте
выхода годных изделий (электронных схем) при использовании компонентов с заданными допусками без дополнительной настройки.
После запуска анализа откроется окно с
графиками. Чтобы прове-
сти статистический анализ, необходимо выбрать пункт меню Monte
Carlo>Options (рис. 2.10), после чего откроется окно с настройками
(рис. 2.11).
Окно с настройками содержит следующие поля:
• Status:
o On: включает режим анализа Монте-Карло (данная опция
должна быть выбрана при статистическом анализе);
o Off: отключает режим анализа Монте-Карло.
• Distribution to Use: определяет
распределение по умолчанию, ко-
торое будет использоваться для всех допусков, для которых не указано
распределение:
o Gauss: распределение Гаусса;
o Uniform: равномерное распределение – каждое значение от
минимального до максимального равновероятно;
o Worst Case: худший случай – равная вероятность (0.5) принятия случайным отклонением минимально возможного и максимально
возможного значения.
• Number of Runs: количество прогонов. Чем
больше прогонов,
тем выше уверенность в том, что среднее значение и стандартное отклонение точно отражают истинное распределение. Обычно для высокой достоверности необходимо от 30 до 300 прогонов. Максимум –
30 000 запусков.
• Show Zero Tolerance Curve: показывает кривую нулевого допуска. Если этот параметр включен, то допуски первого прогона устанавливаются равными нулю, чтобы обеспечить базовую или
эталонную
кривую.
27
Рис. 2.10. Вызов окна с настройками статистического анализа
Рис. 2.11. Окно с настройками статистического анализа
• Eliminate Outliers: устранить выбросы. Если этот параметр
включен, то любые значения, выходящие за пределы диапазона допуска, удаляются. Это применимо только к распределению Гаусса.
• Report When: в этой строке указывается условие, при выполнении которого в текстовый файл выводится предупреждающее сообщение и значения варьируемых параметров, когда заданное условие оказывается истинным.
• Get:
вызывает окно для построения гистограмм.
• Seed: начальное число, которое управляет последовательностью
случайных чисел, генерируемых программой. Указав начальный номер,
вы можете идентифицировать и воспроизвести в более позднем моделировании те же случайные числа, которые использовались для создания
28
значений допуска и соответствующих гистограмм. Если начальное число ≥ 1, оно возвращает повторяющуюся последовательность случайных
чисел. Если начальное число пусто или <1, оно возвращает неповторяющуюся последовательность случайных чисел.
• Get Last: помещает в поле «Seed» последнее использованное
начальное значение.
• Tolerance: открывает диалоговое окно, которое позволяет легко
менять допуски к параметрам модели.
• OK: изменения будут
приняты, а диалоговое окно закроется.
• Cancel: изменения игнорируются, и диалоговое окно закрывается.
• Help: доступ к разделу справки для этого диалогового окна.
2.8. ПОСТРОЕНИЕ ГИСТОГРАММ
В программе MicroCap есть возможность расчета отклонений анализируемых характеристик при случайном отклонении значений параметров компонентов. Для визуализации статистических данных доступно отображение гистограмм. Окно настроек отображения
гистограмм можно вызвать по команде Monte Carlo>Histograms>Add
Histogram (рис. 2.12). В появившейся диалоговой форме Properties for
Monte Carlo (рис. 2.13) на панели What To Plot вкладки Plot находим
кнопку Get, после нажатия на которую всплывает окно Get Function
(рис. 2.14) с выбором функции для построения гистограммы.
Рис. 2.12. Вызов диалогового окна Properties for Monte Carlo
29
Рис. 2.13. Диалоговое окно Properties for Monte Carlo
Рис. 2.14. Выбор функции для построения гистограммы
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]