Архангелский Справочное пособие по ПСпице и Десигн Центер 1996

Заданный в операторе <объем выборки> определяет количество расчетов схемы Nв с вариациями параметров. Если результаты статистического расчета требуется выводить на печать, то Nв должен быть не больше 2000. Если результаты требуется смотреть с помощью PROBE, то Nв должен быть не больше 100. С другой стороны, при Nв, меньшем 100 ÷ 200, точность метода

Монте-Карло низкая. Это противоречие можно разрешить, выводя для последующего просмотра результаты не всех просчетов (см. ниже опцию OUTPUT EVERY ...).

Спецификация <вид анализа> в операторе .MC равна DC, или AC, или TRAN. Она указывает, для какого из видов анализа проводится метод Монте-Карло. Все остальные виды анализа, указанные в задании на расчет схемы, проводятся один раз при номинальных значениях параметров элементов.

Спецификация <выходная переменная> указывает, значения какой переменной определяются в процессе статистического анализа. Форма описания выходной переменной обычная (см. раздел "обозначения переменных"). Во всех трех видах анализа (DC, AC, TRAN), которые могут осуществляться в процессе статистического расчета, получается некоторая зависимость выходной переменной: от аргумента оператора DC, от частоты, от времени. Результаты расчетов, заданные операторами

.PRINT и .PLOT, выводятся отдельными таблицами и графиками для различных посчитанных вариантов. В PROBE можно построить как отдельные кривые для различных вариантов, так и семейства кривых. Чтобы иметь возможность проводить сравнительную оценку получающихся кривых при варьировании параметров, вводится некоторый численный критерий - функционал, характеризующий качество каждой кривой. При печати результатов статистического расчета PSpice сортирует варианты расчета по значению функционала. Это позволяет легко построить гистограммы функционала. Вид функционала задается в операторе .MC спецификацией <функционал>, которая влияет только на распечатку и характер обработки результатов статистического анализа, но не затрагивает самого статистического метода. Спецификация <функционал> может принимать значения :

RISE_EDGE (<значение>) - ищется первый момент пересечения нарастающей кривой заданного значения; для того чтобы результат был значимым, на кривой должен быть хотя бы один участок, на котором переменная в одной точке была меньше заданного значения, а в следующей точке - больше;

FALL_EDGE (<значение>) - ищется первый момент пересечения спадающей кривой заданного значения; для того чтобы результат был значимым, на кривой должен быть хотя бы один участок, на котором переменная в одной точке была больше заданного значения, а в следующей точке - меньше.

В оператор .MC могут быть включены одна или несколько опций, управляющих печатью результатов расчета и диапазоном изменения аргумента функционала. Опции могут принимать следующие значения:

LIST - предписывает печатать перед каждым вариантом расчета значения случайных параметров элементов, используемые в данном варианте;

OUTPUT <тип вывода> - управляет выводом результатов расчета (кроме первого - номинального), заданных операторами .PROBE, .PRINT, .PLOT (вывод значений функционала осуществляется независимо от этой опции). Если данная опция отсутствует, то операторы .PROBE, .PRINT, .PLOT выдают результаты только номинального расчета. При наличии опции характер выдачи определяется спецификацией <тип вывода>, которая может принимать значения :

ALL - печатать результаты всех просчетов;

FIRST <число N> - печатать результаты первых N просчетов;

EVERY <число N> - печатать результаты каждого N-го расчета;

RUNS <список значений> - проводить анализ и печатать результаты только для указанных в списке номеров расчетов; эту опцию можно использовать при повторных просчетах, когда требуется подробнее проанализировать какие-то конкретные из полученных кривых;

времени) при расчете функционала. В качестве <минимальная величина> или <максимальная величина> может быть задан символ "*", что означает "без ограничения". Например :

SEED = <значение> - эта опция введена только в PSpice 5 и задает начальное значение датчика случайных чисел. По умолчанию значение SEED равно 17533 и может задаваться нечетным числом в пределах от 1 до 32767. При одинаковых значениях SEED результаты моделирования при последовательных запусках программы будут идентичны. Поскольку настройка датчика квазислучайных чисел - дело тонкое, пользоваться этой опцией следует осторожно.

Оператор .MC изменяет параметры элементов схемы. Но параметры могут изменяться и другими операторами: .DC, .STEP, .WCASE. Чтобы в подобных случаях не возникало недоразумений, в PSpice принято правило: нельзя совмещать в одном задании операторы, изменяющие одни и те же параметры. Поэтому операторы .MC и

.WCASE всегда несовместимы друг с другом, а операторы .DC и .STEP несовместимы в некоторых случаях. Например, можно совместить в задании оператор .MC и операторы

.DC или .STEP, изменяющие напряжение каких-либо источников. Но эти операторы нельзя объединить, если .DC или .STEP изменяют параметры резистора.

Более подробную информацию о статистическом расчете по методу Монте-Карло см. в работе [1].

.MODEL - ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ

Оператор задает тип модели и набора ее параметров.

Форма оператора

.MODEL <имя модели> <тип модели>

+ [(<имя параметра> = <значение> [<спецификация допуска>] ...)]

Примеры

1).MODEL RMAX RES (R=1.5 TC1=.02 TC2=.005)

2).MODEL DNOM D (IS=1E-9)

3).MODEL QDRIV NPN (IS=1E-7 BF=30)

4).MODEL MLOAD NMOS (LEVEL=1 VTO=.7 CJ=.02pF)

5).MODEL CMOD CAP (C=1 DEV 5%)

6).MODEL DLOAD D (IS=1E-9 DEV .5% LOT 10%)

7).MODEL RTRACK RES (R=1 DEV/GAUSS 1% LOT/UNIFORM 5%)

Пояснения

Оператор .MODEL задает набор параметров модели, на который могут ссылаться элементы схемы. <имя модели> - идентификатор, по которому осуществляются ссылки. <тип модели> - одно из имен библиотечных моделей PSpice. Элемент каждого типа может ссылаться только на доступные для него типы моделей.

5) - только начиная с версий PSpice 5

За спецификацией <тип модели> в операторе .MODEL может следовать описание ее параметров, заключенное в скобки. Если описание параметров отсутствует, то все параметры берутся по умолчанию. Иногда это допустимо: например, исследуется принцип работы некоторой схемы и неважно, какой диод используется - лишь бы выпрямлял сигнал. Но, конечно, при использовании всех параметров по умолчанию ни о какой точности расчетов говорить не приходится. К тому же надо иметь в виду, что, например, в моделях транзисторов по умолчанию все емкости равны нулю, и это может создавать серьезные вычислительные проблемы при расчете переходных процессов.

Описания параметров задаются в виде списка в формате <имя параметра> = <значение>. Значение тех параметров, имена которых не упоминаются в списке, берутся по умолчанию. Списки имен параметров и их значений по умолчанию приводятся в описании каждого типа элемента.

Параметры многих маделей зависят от температуры. Предполагается, что температура измерения, т.е. та, при которой измерены значения параметров, записанные в операторе .MODEL, определяется опцией TNOM и по умолчанию равна 27°C. Перед началом каждого расчета параметры пересчитываются к текущей температуре TEMP, заданной оператором .TEMP (по умолчанию текущая температура 27°C). Начиная с версии программы моделирования 5.3 появилась возможность задавать локальные температуры для компонентов, рассчитываемых по разным моделям. Тем самым можно учитывать распределение температуры внутри схемы, что очень важно для некоторых классов электронной аппаратуры (см. работу [1]). Для учета локальных температур в модели элементов B, C, D, J, L, M, Q, R введены параметры T_MEASURED - температура измерения параметров, T_ABS - локальная температура (по умолчанию равна текущей температуре), T_REL_GLOBAL - разность локальной и текущей температур (по умолчанию 0). В модели может быть задана только одна из двух последних: T_ABS или T_REL_GLOBAL. Соответственно параметры модели пересчитываются или к температуре T_ABS, или к температуре

TEMP+T_REL_GLOBAL.

К описанию каждого параметра может быть добавлена <спецификация допуска> в формате

[DEV<описание допуска>] [LOT<описание допуска>] , где <описание допуска> имеет формат

[/<№ генератора>][/<имя распределения>] <значение>[%] .

Спецификации допусков используются в методе Монте-Карло при расчете разброса параметров схемы. Подробнее об использовании этой спецификации см. в работе [1]. Спецификация LOT определяет коррелированный разброс параметров элементов. Все элементы, ссылающиеся на данную модель, имеют одновременно одну и ту же составляющую отклонения параметров, описанную в LOT. Спецификация DEV определяет независимый разброс параметров элементов. Величина допуска <значение> задается или в единицах той же размерности, что и сам параметр, или в процентах - тогда после <значение> должен следовать символ "%".

Указатели <№ генератора> и <имя распределения>, если они указываются, должны следовать сразу же за ключевыми словами DEV или LOT без пробела. Перед каждым из этих указателей пишется символ "/". Указатель <№ генератора> ссылается на один из десяти генераторов случайных чисел, используемых при статистическом расчете. Их номера от 0 до 9. Причем имеется 10 генераторов для DEV и 10 для LOT, так что ссылки в описаниях DEV и LOT независимы друг от друга. Ссылка на один и тот же генератор в разных параметрах одной модели или в разных моделях позволяет отразить корреляцию между различными параметрами.

Если указатель <имя распределения> отсутствует, то закон распределения предполагается по умолчанию. Это равномерный закон распределения или другой, описанный в опции DISTRIBUTION оператора .OPTIONS. Применение указателя <имя распределения> позволяет задать другой закон распределения для данного параметра. <имя распределения> может принимать значения:

Более подробную информацию об использовании спецификаций допусков см. в работе [1].

.NODESET - НАЧАЛЬНОЕ ПРИБЛИЖЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В УЗЛАХ

Оператор задает начальное приближение напряжений в узлах при расчете рабочей точки.

Формы оператора

1).NODESET <V(<узел>) = <значение> >...

2).NODESET <V(<узел>,[<узел>]) = <значение> > ...(нет в PSpice 4)

Примеры

1).NODESET V(2)=3.4 V(102)=0 V(3)=-1V

2).NODESET V(2,0) =3.4 V(1,2)=5

Пояснения

Оператор .NODESET помогает в трудных случаях рассчитать рабочую точку, задавая начальное приближение для некоторых (или всех) узловых потенциалов. Этот оператор позволяет также получить нужное состояние в многостабильных схемах, например в триггерах.

Оператор .NODESET обеспечивает в начале расчета рабочей точки подключение к соответствующим узлам источников напряжения с величиной, равной заданному значению, через малые сопротивления 0,002 Ом. Но в отличие от оператора .IC оператор NODESET фиксирует указанные напряжения в узлах только на первой стадии расчета. После того, как проведен расчет с этими подключенными источниками напряжения, источники убираются и расчет повторяется из точки, полученной на первой стадии. Таким образом, оператор .NODESET позволяет всегда получить правильный результат, чего нельзя сказать об операторе .IC.

Оператор .NODESET влияет только на первый шаг расчета DC и на расчет рабочей точки для частотного анализа и для переходных процессов.

Вторая форма оператора, допускающая задание не только потенциалов, но и их разностей, введена начиная с PSpice 5. В этой форме, если в одном члене оператора указан не потенциал, а разность потенциалов, то и во всех остальных членах тоже надо указывать разности, т.е. задавать, например, не V(2), а V(2,0).

.NOISE - АНАЛИЗ ШУМОВ

Форма оператора

.NOISE V(<узел>[, <узел>]) <имя> <шаг печати>

Примеры

1).NOISE V(5) VIN

2).NOISE V(101) VSRC 20

3).NOISE V(4,5) ISRC

Пояснения

Оператор .NOISE обеспечивает анализ шумов. Анализ проводится совместно с частотным анализом и требует наличия оператора .AC, в котором определяется частотный диапазон.

Спецификация V(<узел>[,<узел>]) определяет выход схемы. <имя> - это имя независимого источника тока или напряжения. Сам по себе этот источник не является источником шума. Его упоминание в операторе .NOISE нужно только для того, чтобы указать, к каким точкам схемы и в какой форме программа должна пересчитывать эквивалентный шум на входе.

Источниками шума считаются резисторы, полупроводниковые приборы и ключи. Для каждой частоты, заданной в операторе .AC, определяется вклад каждого источника и спектральная плотность его шума пересчитывается к выходному напряжению схемы. Bcе источники шума считаются статистически независимыми. Поэтому спектральная плотность напряжения шума на выходе (обозначается как ONOISE, размерность - В/Гц1/2) определяется как корень квадратный из суммы квадратов спектральных плотностей отдельных источников. Одновременно рассчитывается коэффициент передачи схемы со входа на выход и с его помощью выходной шум пересчитывается ко входу (спектральная плотность эквивалентного шума на входе обозначается как INOISE). Если источник <имя> в операторе .NOISE является источником напряжения, то размерность INOISE В/Гц1/2 (т.е. это напряжение шума). Если же источник <имя> в операторе .NOISE является источником тока, то размерность INOISE А/Гц1/2 (т.е. это ток шума).

Суммарные результаты анализа шумов могут быть выведены на печать операторами

.PRINT и .PLOT или запомнены оператором .PROBE. В списки печатаемых величин могут быть включены ONOISE и INOIS (если требуется получить значения в децибеллах, то эти величины обозначаются как DB(ONOISE), DB(INOISE)). Помимо этого можно распечатать информацию о вкладах в общий шум каждого отдельного источника шума. Для этого служит спецификация <шаг печати> в операторе .NOISE. Если задан <шаг печати>=N, то на каждой N-ой частоте в выходном файле печатается подробная таблица, содержащяя данные о вкладе каждого источника шума в ONOISE. Если <шаг печати> не задан, то эти подробные таблицы не печатаются.

Подробнее об анализе шумов см. в работе [1].