淺談PSpice AA模塊的所有工具

又有一段時(shí)間沒和大家見面了，明天2020級同學(xué)就要參加研究生入學(xué)考試了，為了借個(gè)載體給考研的同學(xué)送上祝福，趕緊發(fā)篇推文，考研的小伙伴們只要看下面這張圖就可以啦，祝你們考研順利?。?！加油鴨！??！沖沖沖~~~

其它童靴咱來學(xué)點(diǎn)知識

咱們公眾號發(fā)過一個(gè)系列的PSpice教程，講解了PSpice軟件提供的各種分析方法：直流分析、交流分析、瞬態(tài)分析、參數(shù)分析、溫度分析等等，具體大家看PSpice合輯。這些都是Cadence PSpice的AD模塊提供的分析方法，AD模塊就是指模擬(Analog)和數(shù)字(Digital)混合信號仿真器。一般用這個(gè)模塊也就能解決各種仿真問題了。

PSpice從10.0版本后推出新的一個(gè)模塊叫PSpice AA模塊，它取自Advanced Analysis的首字母，主要提供高級的分析方法，幫助提高設(shè)計(jì)性能，優(yōu)化成本，并提高可靠性。

上圖中靈敏度工具、優(yōu)化工具、蒙特卡洛工具和電應(yīng)力工具是AA模塊最主要的四種分析工具。

為了讓大家通過一篇推文了解這四種高級工具的用處，這里用如下設(shè)計(jì)實(shí)例示范：

設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)一個(gè)共射-共基組成的Cascode電路，要求放大倍數(shù)=100?5%；帶寬=40MHz?5%，選擇合適的電阻電容容差，使得成品率達(dá)到80%以上

相信很多小伙伴靠著記憶里的模電知識，翻閱模電書、搜索百度，甚至請教ChatGPT之后，一般都可以搭建出能夠放大的共射-共基放大器，比如：

圖1 設(shè)計(jì)初稿

但通過瞬態(tài)分析和交流掃描分析

圖2 瞬態(tài)分析的仿真結(jié)果

圖3 交流掃描分析的仿真結(jié)果

發(fā)現(xiàn)放大倍數(shù)和帶寬都不能滿足設(shè)計(jì)要求

這種情況下，跟在EDA設(shè)計(jì)課上一樣，大多數(shù)同學(xué)就開始對每個(gè)電阻電容一通瞎調(diào)，但既要滿足增益，又要兼顧帶寬，盲目地修改電阻電容是很難實(shí)現(xiàn)的＞﹏＜

這時(shí)就該P(yáng)Spice AA出場了。我們先用靈敏度分析( Sensitivity)工具，找到影響增益和帶寬最大的元器件，畢竟只有找對器件，才能有的放矢~~

靈敏度分析工具 找到關(guān)鍵器件

靈敏度分析工具可以在菜單欄中找到，也可以在工具欄中找到，其它幾種工具也在附近哦~~

點(diǎn)擊上述這兩處中的其中之一后，也就調(diào)出PSpice AA模塊，這時(shí)電腦任務(wù)欄中也就多出一個(gè)帶著小飛機(jī)的圖標(biāo)

這就是PSpice AA，要起飛嘍~~~

運(yùn)行Sensitivity，并將增益和帶寬這兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)的函數(shù)調(diào)入，運(yùn)行后就可以得到如下結(jié)果：

圖4 靈敏度分析結(jié)果1

從圖4可以看出對電壓增益影響最大的前五個(gè)元件是：R1、R2、R3、R6、R7

圖5 靈敏度分析結(jié)果2

從圖5看出對帶寬影響最大的有R1、R6、R2、R3、R7

居然是一樣的，這就好辦多了（不一樣時(shí)可以全都選，或者選公共的元器件）。確定好關(guān)鍵器件后，可以將這五個(gè)電阻作為關(guān)鍵器件傳遞給優(yōu)化工具(Optimizer)，用于優(yōu)化技術(shù)指標(biāo)~~~

關(guān)于靈敏度分析工具的具體操作教程，大家可以通過如下鏈接看PDF文檔，文檔是去年給Cadence官方公眾號寫的教程，步驟非常詳細(xì)，大家自取????????

SPB17.4-PSpice AA 靈敏度工具.pdf

優(yōu)化工具 優(yōu)化技術(shù)指標(biāo)

優(yōu)化工具，軟件中叫Optimizer，可以幫助用戶計(jì)算出元器件參數(shù)值，對電路的特性函數(shù)和目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。本次項(xiàng)目的優(yōu)化目標(biāo)是將電壓增益從14倍調(diào)整到100倍，同時(shí)帶寬限制在40MHz，偏差在正負(fù)5%以內(nèi)。

這兩個(gè)條件轉(zhuǎn)換到軟件中是這樣的：

同時(shí)加載入前面靈敏度分析得到的五個(gè)關(guān)鍵元件。接著運(yùn)行優(yōu)化工具，軟件就開始奮力計(jì)算，終于不負(fù)眾望給出它的方案：

圖6 優(yōu)化工具給出的方案

從左上角的誤差分析圖中，你能看到優(yōu)化工具的努力，每個(gè)小方框就代表著每一次的計(jì)算，直至兩個(gè)指標(biāo)的誤差都達(dá)到0%才停止，實(shí)在是太敬業(yè)了

如果覺得軟件提供的方案中電阻都帶小數(shù)點(diǎn)，有些不切實(shí)際，那還可以再改一種算法，瞬間給個(gè)靠譜的，都是市場上可以買得到的阻值，還帶容差的：

圖7 根據(jù)實(shí)際元件給出進(jìn)一步調(diào)整方案

將原理圖中的R1、R2、R3、R6、R7均修改為圖7左上角給出的阻值，再重新仿真，得到99倍的放大倍數(shù)和40MHz的帶寬。

圖8 優(yōu)化參數(shù)后的技術(shù)指標(biāo)

優(yōu)化工具還是非常好用的吧，的確是“學(xué)渣”們的福星呀，當(dāng)然也能幫學(xué)霸們節(jié)省很多計(jì)算時(shí)間

優(yōu)化工具不僅可以優(yōu)化技術(shù)指標(biāo)，還可以優(yōu)化曲線，比如對幅頻特性曲線不滿意，可以優(yōu)化參數(shù)，調(diào)節(jié)到你滿意的曲線。具體細(xì)節(jié)參看如下PDF文檔，需要就打開看看吧，文后有暗號，可以直接下載到電腦

SPB17.4-PSpice AA 優(yōu)化工具.pdf

那接下來如果這個(gè)電路需要制作成成品，而實(shí)際的元器件都有容差，比如當(dāng)選擇10kΩ5%容差的電阻時(shí)，實(shí)際成品中的電阻阻值在9.5kΩ~10.5 kΩ之間。當(dāng)所有元器件的容差效果組合一起時(shí)，可能對電路的輸出響應(yīng)造成巨大偏差。于是需要蒙特卡洛工具出場了~~

蒙特卡洛工具 預(yù)估成品率

如果按照成本第一的原則，全部取便宜器件，比如所有電阻選10%容差，運(yùn)行蒙特卡洛工具后發(fā)現(xiàn)，成品率連50%都達(dá)不到

? 圖8?調(diào)整前的統(tǒng)計(jì)結(jié)果 ?

看來不能只關(guān)注成本，將關(guān)鍵器件的容差修改為1%，用貴一點(diǎn)器件，馬上成品率就上來了。

圖9 修改關(guān)鍵器件容差后的結(jié)果

關(guān)于蒙特卡洛工具的詳細(xì)操作教程，見下方的鏈接：

SPB17.4-PSpice AA 蒙特卡洛工具.pdf

批量生產(chǎn)產(chǎn)品不僅要求較高的成品率，還希望該產(chǎn)品有極高的可靠性，但如果電路中某個(gè)或某些元器件承受的電應(yīng)力（工作電壓、工作電流、工作溫度）超過允許范圍，這些元器件的失效率會越高，工作壽命也就越短。所以高級分析工具中還有一個(gè)叫“Smoke”分析的工具。直觀的翻譯就是冒煙報(bào)警工具，或叫電應(yīng)力工具~~

電應(yīng)力工具 找出不安全器件

電應(yīng)力（Smoke）工具就是用于檢查電路中是否存在超出安全工作條件的元器件，提高電路的可靠性。如果出現(xiàn)下面這樣的結(jié)果，那就要警惕了，畢竟誰都不希望產(chǎn)品出產(chǎn)沒多久就被召回 /_

對于這次的電路，雖然指標(biāo)中沒有提出可靠性要求，但我們還是需要通過Smoke分析看看有沒有存在過應(yīng)力的器件。

運(yùn)行后看到滿屏綠色，說明沒有過應(yīng)力的元器件，電路設(shè)計(jì)具有較大的裕量，可靠性很強(qiáng)。那就放心啦????????。

對于Smoke分析的細(xì)節(jié)，同樣參閱下面的PDF教程

SPB17.4-PSpice AA 電應(yīng)力分析工具.pdf

至此，通過一篇的推文將PpiceAA模塊最主要的四種工具進(jìn)行介紹，AA模塊中還有一個(gè)叫參數(shù)測繪儀的工具，相當(dāng)于AD模塊中的參數(shù)掃描分析的Plus版，可以設(shè)置多個(gè)參數(shù)，是個(gè)非常好用的工具，同樣給大家提供詳細(xì)的PDF教程，可以直接點(diǎn)擊查閱哦~~~

SPB17.4-PSpice AA 參數(shù)測繪儀工具.pdf

用如下表格總結(jié)AA模塊的五種工具：

好了，今天的分享就到這里，關(guān)于文中提供的五個(gè)工具的詳細(xì)操作教程，如果有需要下載完整電子檔和教程中涉及的實(shí)例文件，可以后臺輸入暗號：“24好運(yùn)”，即可獲得哦~~~

2023年即將過去，我們馬要迎來2024年，在這里也祝愿大家新的一年新的每一天都充滿希望和陽光，無論是考研、考試，還是工作、生活……，大家都心想事成，好運(yùn)相伴~~~

審核編輯：湯梓紅