PSpice中的測(cè)量(measurement)函數(shù)是什么

從第二期到第九期，介紹了四種基本分析(直流工作點(diǎn)分析、直流掃描分析、瞬態(tài)分析、交流掃描分析)和四種進(jìn)階分析(參數(shù)掃描分析、蒙特卡洛分析、最壞情況分析、溫度分析)，除了靜態(tài)工作點(diǎn)分析之外，都會(huì)在波形顯示窗口呈現(xiàn)仿真結(jié)果。很多時(shí)候，我們除了需要得到直觀的波形之外，更希望從波形上獲得電路特性的數(shù)值。這時(shí)就用到PSpice中的測(cè)量(measurement)函數(shù)了

為了讓大家理解PSpice中的測(cè)量(measurement)函數(shù)是什么，舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子：比如放大器交流掃描分析后希望知道放大器的帶寬值，我們?cè)凇?a href="http://ttokpm.com/v/tag/1053/" target="_blank">EDA設(shè)計(jì)”課程中用Multisim仿真時(shí)，是通過人為拖動(dòng)光標(biāo)的方式得到帶寬和上下限頻率，一旦重新運(yùn)行，又得重新尋找。下圖想必上過EDA設(shè)計(jì)的童靴一定都非常熟悉，很多同學(xué)雖然也放了兩”拉桿“，卻并沒有正確找到上下限頻率

圖1 Multsim中求帶寬和上下限頻率

如果換成PSpice，只要在波形窗口下選擇執(zhí)行Trace-->Measurement，選擇相應(yīng)的測(cè)量函數(shù)即可

圖2 用測(cè)量函數(shù)計(jì)算帶寬和上下限頻率

顯而易見，PSpice的方式既方便又準(zhǔn)確。

Measurement函數(shù)的使用不僅可用于計(jì)算電路的特性值，還用在電路的性能分析(Performance Analysis)，以及蒙特卡洛分析中的直方圖繪制，而它更是后續(xù)PSpice高級(jí)分析(Advance Analysis)的基礎(chǔ)哦????????。

測(cè)量函數(shù)的使用

1

電路特性值的計(jì)算

想要實(shí)現(xiàn)圖2這樣的結(jié)果我們可以有兩種途徑：

方法一：

在PSpice的波形顯示(Probe)窗口中選擇執(zhí)行Trace-->Measurement，屏幕上將出現(xiàn)對(duì)測(cè)量函數(shù)進(jìn)行各種處理的對(duì)話框

圖3 測(cè)量函數(shù)的對(duì)話框

對(duì)話框中列出了56個(gè)測(cè)量函數(shù)，供用戶從現(xiàn)實(shí)的波形中提取表征電路特性參數(shù)的值（如帶寬、中心頻率、最大值等）。*

文后給大家整理了自帶的測(cè)量函數(shù)的名稱和功能，有需要的記得收藏，以便日后查閱~~~

圖3右邊的按鈕的作用是對(duì)測(cè)量函數(shù)進(jìn)行新建、復(fù)制、查看、修改、調(diào)入等各種處理。

對(duì)于測(cè)量3dB帶寬，選擇Bandwidth_Bandpass_3dB，點(diǎn)擊按鍵”Eval“，出現(xiàn)如圖4所示的對(duì)話框。在對(duì)話框中單擊Name of trace to search后的按鍵。

在隨后出現(xiàn)的Traces for Measurement Arguments列表框中選擇測(cè)量變量，選擇好后點(diǎn)擊OK，隨后測(cè)量變量進(jìn)入Arguments for Measurement…對(duì)話框。也就是在圖4的編輯框中就插入了測(cè)量變量

確定后，在波形的下方就會(huì)出現(xiàn)Measurement Results窗口，如圖4所示?？梢杂猛瑯拥姆椒尤肷舷孪揞l率

圖4 函數(shù)計(jì)算結(jié)果

方法二：

在波形顯示上執(zhí)行菜單命令Teace--->Evaluate Measurement，或者是直接點(diǎn)擊工具欄中寫著"f(x)"的按鈕，彈出Evaluate Measurement對(duì)話框，如圖5所示，對(duì)話框右側(cè)是測(cè)量函數(shù)，左側(cè)是節(jié)點(diǎn)變量。選擇測(cè)量函數(shù)，輸入節(jié)點(diǎn)變量計(jì)算測(cè)量函數(shù)值，確定后測(cè)量結(jié)果將顯示在波形下方，和圖4相同。

圖5 測(cè)量函數(shù)計(jì)算對(duì)話框

通過執(zhí)行View-->MeasurementResults，可以使波形窗口下方計(jì)算結(jié)果列表在顯示和消失之間變化

2

電路性能分析

電路性能分析的作用是定量分析電路特性隨著某一元器件參數(shù)的變化關(guān)系。

比如為了分析放大器的帶寬隨著電路中偏置電阻（比如Rb1）參數(shù)的關(guān)系，可以按第六期參數(shù)掃描分析方法，使該電阻的阻值在一定范圍內(nèi)變化，對(duì)于每個(gè)取值，均進(jìn)行一次交流分析，仿真后使用本文前面計(jì)算電路特征值的方法調(diào)用測(cè)量函數(shù)，就得到如下的仿真結(jié)果：

接下來(lái)是啟動(dòng)電路性能分析的過程：

在參數(shù)分析結(jié)束后，在Probe窗口下選擇Trace--> Performance Analysis命令。出現(xiàn)圖6所示的對(duì)話框。

圖6性能分析的對(duì)話框

圖6對(duì)性能分析操作進(jìn)行了說明，例如參數(shù)變化范圍，坐標(biāo)變量名等。同時(shí)提示針對(duì)測(cè)量性能分析，可以采用兩種不同的操作方法：

第一種是是按“Wizard”按鈕，按照屏幕提示操作方式分步驟進(jìn)行電路測(cè)量性分析；

第二種是直接點(diǎn)擊“OK”按鈕，由用戶直接在Trace>Add選擇相應(yīng)的電路特性函數(shù)進(jìn)行電路性能分析。

下面分別詳細(xì)闡述這兩種方法

方法一屏幕引導(dǎo)方式

如果你是第一次使用性能分析方法，可以按照第一種方法，按照下面四個(gè)圖的提示分步進(jìn)行。每一步確認(rèn)后按“Next”進(jìn)入下一步。

圖7屏幕引導(dǎo)方式進(jìn)行測(cè)量性能分析

如果設(shè)置沒有問題，在第四步按“Next”后，就可以退出引導(dǎo)，在波形顯示窗口上方增加一個(gè)性能分析的計(jì)算結(jié)果，如圖8所示。橫軸是全局參數(shù)電阻阻值，縱軸是計(jì)算帶寬的測(cè)量函數(shù)。

這樣帶寬隨著電阻值的變化情況就一目了然了。

圖8 放大器中偏置電阻和帶寬的關(guān)系

顯然，得到圖8的關(guān)系圖后，在設(shè)計(jì)電路時(shí)就可以根據(jù)帶寬的設(shè)計(jì)要求，選取合適的偏置電阻了。

方法二 直接選擇的方式

屏幕引導(dǎo)適用于初學(xué)者，一般常用方式是直接在圖6對(duì)話框下按“OK”按鈕，或是按下菜單欄中的

按鈕。這時(shí)會(huì)在直接在波形顯示屏幕上方多出一個(gè)坐標(biāo)軸。

圖9 點(diǎn)擊性能分析按鈕后的波形顯示區(qū)

然后選擇菜單欄Trace>Add Trace，或者點(diǎn)擊相應(yīng)圖標(biāo)，在“Functions and Macros”中選擇帶寬bandwidth(1,db_level)，設(shè)置變量后，點(diǎn)擊確定，同樣得到如圖8所示的結(jié)果。

測(cè)量函數(shù)的應(yīng)用除了計(jì)算電路特征值和進(jìn)行性能分析之外，還有就是蒙特卡分析中的直方圖了。這個(gè)在蒙特卡洛分析那一期中已經(jīng)介紹過了，這里就不贅述了????????

編輯和創(chuàng)建測(cè)量函數(shù)

PSpice中自帶了五十多個(gè)測(cè)量函數(shù)，但有時(shí)所給的測(cè)量函數(shù)卻滿足不了要求，比如自帶的測(cè)量函數(shù)計(jì)算帶寬的函數(shù)用于計(jì)算第六期中介紹的陷波器就不合適，會(huì)彈出如下錯(cuò)誤提醒：

這時(shí)就需要對(duì)原有的測(cè)量函數(shù)進(jìn)行修改，或是自己新建一個(gè)測(cè)量函數(shù)。

不管是修改還是新建都需要先對(duì)測(cè)量函數(shù)的格式有一定的了解

測(cè)量函數(shù)的格式

測(cè)量函數(shù)的格式下：

函數(shù)名（波形名1，…波形名n，替換變量1，…替換函數(shù)m）=測(cè)量表達(dá)式

{

1|搜索命令！1；

……

n|搜索命令！m；

}

上述搜索命令行中第一個(gè)數(shù)字1~n是波形名序號(hào)，后面的1~m是搜索到的數(shù)據(jù)點(diǎn)序號(hào)。

函數(shù)名：賦予測(cè)量函數(shù)的名稱，執(zhí)行電路特性分析時(shí)出現(xiàn)在測(cè)量函數(shù)列表中的名字。

波形名1~n：是搜索命令的對(duì)象，被測(cè)量的信號(hào)波形的名稱，以數(shù)字1到n代表順序的波形，調(diào)用時(shí)要改用實(shí)際的波形名，如前面例子中V(out)等。

替換變量：是搜索命令執(zhí)行過程中涉及到的與相應(yīng)波形名相關(guān)的參數(shù)，調(diào)用相應(yīng)函數(shù)時(shí)，要給出替換變量的實(shí)際參數(shù)。

以帶寬的測(cè)量函數(shù)Bandwidth來(lái)說明一下上述的格式，

圖10 帶寬測(cè)量函數(shù)的格式詳解

測(cè)量表達(dá)式中可以包含全部的算術(shù)操作符（+，—,*,/等），以及作用于單個(gè)點(diǎn)的函數(shù)（ABS(),SIN(),SQT()等），計(jì)算結(jié)果是一個(gè)數(shù)值即可。

測(cè)量函數(shù)為了對(duì)波形進(jìn)行必要的分析，比如尋找最大值，測(cè)量帶寬，確定高低功率點(diǎn)等，都需要執(zhí)行一系列的搜索命令，一般每執(zhí)行一次搜索命令會(huì)得到一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，為區(qū)分這些數(shù)據(jù)點(diǎn)，方便對(duì)它們的處理，對(duì)搜索命令順序編號(hào)，搜索到的數(shù)據(jù)點(diǎn)也用相同序號(hào)，第一次搜索得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)為“x1,y1”,第二次為“x2,y2”。

測(cè)量表達(dá)式就是對(duì)搜索到的這一系列數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)算的表達(dá)式，結(jié)果即為測(cè)量函數(shù)值。比如帶寬的表達(dá)式就是沿著X軸向前搜索，得到符合參數(shù)要求的頻率低端和高端數(shù)據(jù)點(diǎn)x1和x2，帶寬的測(cè)量表達(dá)式應(yīng)為x2-x1。

測(cè)量函數(shù)中的注釋語(yǔ)句

測(cè)量函數(shù)的注釋行總是從星號(hào)開始的：

*#Desc#*描述測(cè)量?jī)?nèi)容或過程等信息。

*#Arg1#*描寫用于測(cè)量函數(shù)的變量，這些注釋行將被用于自變量參數(shù)設(shè)置對(duì)話框：

1

修改原有的測(cè)量函數(shù)

執(zhí)行Trace-->Measurements 命令，進(jìn)入圖3所示的Measurements對(duì)話框，選擇最為接近的測(cè)量函數(shù)，執(zhí)行Edit按鍵命令，在隨后的窗口中直接修改，然后按ok就可以保存修改。

比如我們對(duì)原有的帶寬函數(shù)修改成用于陷波器的函數(shù)，因?yàn)橄莶ㄆ鞯膸捰?jì)算需要先向下搜索，后向上搜索，所以修改代表正負(fù)斜率的n和p，將原來(lái)的n改為p，原來(lái)的p修改為n，就可以使用了。

圖11 選擇Edit修改原有的測(cè)量函數(shù)

修改后就可以按照前面的方法調(diào)用計(jì)算電路特性值或進(jìn)行性能分析了。

圖12 選擇修改后的函數(shù)計(jì)算陷波器的帶寬

但是編輯自帶函數(shù)的方法是直接將軟件自帶庫(kù)中的函數(shù)修改了，下回要分析正常放大器帶寬時(shí)，又會(huì)彈出錯(cuò)誤了。因此還是重新將一個(gè)新的函數(shù)最為保險(xiǎn)。

2

創(chuàng)建測(cè)量函數(shù)

執(zhí)行Trace-->Measurements 命令，進(jìn)入圖3所示的Measurements對(duì)話框，執(zhí)行New按鍵命令，進(jìn)入New Measurement對(duì)話框，

在New Measurement name欄鍵入測(cè)量函數(shù)名稱，該名稱最好能表現(xiàn)測(cè)量?jī)?nèi)容以便于使用時(shí)識(shí)別。File to keep Measurement in欄中確定保存測(cè)量函數(shù)的位置。確定后進(jìn)入函數(shù)編輯框，在這里編輯測(cè)量函數(shù)。

在編輯區(qū)內(nèi)，“=”號(hào)后面加入測(cè)量表達(dá)式，在“{}”號(hào)內(nèi)鍵入尋找波形特征點(diǎn)的一系列搜索命令，在這里輸入用戶自己需要的函數(shù)代碼，比如搜索反向50%的斜率點(diǎn)和正向50%的斜率點(diǎn)之間的寬度，代碼如下圖所示

單擊OK按鈕后，新的測(cè)量函數(shù)就進(jìn)入列表框內(nèi)了。后續(xù)就可以像調(diào)用自帶的測(cè)量函數(shù)一樣進(jìn)行使用。比如在前面的陷波器電路中，選中新建的測(cè)量函數(shù)PW，執(zhí)行按鍵Eval命令就可以進(jìn)行計(jì)算了

相比修改已有的測(cè)量函數(shù)，個(gè)人認(rèn)為自己創(chuàng)建新的測(cè)量函數(shù)更好，可以根據(jù)自己電路的技術(shù)指標(biāo)需求創(chuàng)建屬于自己的測(cè)量函數(shù)，而這些函數(shù)的數(shù)值也將成為PSpice AA模塊提供的高級(jí)分析的優(yōu)化指標(biāo)。

PSpice自帶的測(cè)量函數(shù)

本期的最后給大家整理了圖3對(duì)話框中包含的56個(gè)軟件自帶的測(cè)量函數(shù)的名稱和功能，供大家查閱。

審核編輯：劉清