1.2.7. Использование глобального параметра

Глобальный параметр используется для варьирования номиналов радиоэлементов схемы. Таким образом, при помощи параметрического анализа и глобального параметра можно исследовать влияние элемента на поведение схемы.

Установку глобального параметра покажем на конкретном примере.

Для этого примера, мы исследуем влияние на переходную характеристику RLC фильтра резистора потерь R1 (рис.25).

 

Рис.25. Установка глобального параметра. RLC фильтр

Установка задания на моделирование делится на несколько этапов.

1) Величина резистора R1 задается как глобальный параметр:

вместо номинала резистора ставится имя глобального параметра в фигурных скобках, например {R} (см.рис.25). Не путайте НОМИНАЛ элемента (1k, 1u и т.д.) с ОБОЗНАЧЕНИЕM элемента (R1, С2 и т.д.). Имя глобального параметра может быть произвольным, состоящим из латинских букв. Во избежание ошибок расчетов и путаницы не желательно устанавливать это имя одинаковым с обозначением самого элемента.

2) На схему поместить элемент блока параметров под названием PARAM. Для этого из меню Draw выбрать Get New Part, в открывшемся окне в поле Part Name набрать Param, нажать кнопку PLACE&CLOSE. Блок параметров разместить в свободном месте окна схемы (см рис.25).

3) Далее устанавливаются параметры блока PARAM. Для этого необходимо дважды щелкнуть мышью на изображении блока PARAM. В открывшемся окне в поле Name1 занести имя глобального параметра без фигурных скобок (в данном случае R). В поле Value 1 занести номинальное значение элемента (который был стерт со схемы), для которого был установлен глобальный параметр. В этом примере номинал резистора 0.5 .

Поскольку в окне установки параметров блока Param всего 3 поля с заголовком Name, то для схемы можно устанавливать от 1 до 3 глобальных параметров.

4) Установить один из видов основного анализа. В настоящем примере устанавливается временной анализ.

5) Установить параметрический анализ.

Установим изменение величины резистора от 0,5 до 1,5 Ом с шагом 0,5 Ом.

В окне параметрического анализа (рис.26) зададим следующие параметры:

swept var. type: global parameter

sweep type: linear

name: R

start value: 0.5

end value: 1.5

increment: 0.5

Рис.26. Установка задания на моделирование Параметрического анализа для схемы на рис.25

После запуска программы Probe перед вами появится окно со списком значений варьируемого резистора R. В этом окне отмечаются необходимые Вам значения или все значения сразу кнопкой All. При построении графиков под осью Х будет ряд цветных обозначений (точек, крестиков и т.д.), при этом 1-ый цвет будет соответствовать 1-му значению резистора (R = 0.5 Ом), второй цвет – второму значению (R = 1 Ом), третье – третьему (R = 1.5 Ом) (см.рис.27).

Рис. 27. Результаты исследования влияния резистора на ПХ RLC цепи

1.2.8. Анализ монте-карло

Анализ Монте-Карло исследует влияние разброса номиналов радиоэлементов схемы на основные характеристики. Параметры, для которых заданы разбросы, изменяются случайно.

При анализе Монте-Карло в каждом цикле анализа варьируются номиналы множества элементов схемы в пределах их установленных разбросов.

При этом анализе выбирается только один тип основного анализа цепи: по постоянному току, частотных характеристик или временной анализ. Выбранный тип анализа цепи повторяется несколько раз.

При анализе Монте-Карло создаются следующие виды отчетов:

• значения параметров моделей радиоэлементов для каждого цикла анализа (т.е. номиналы элементов и отклонение этих номиналов)

• форму сигнала для указанных циклов анализа;

• сравнение сигналов всех циклов при помощи задания функции сравнения

При анализе Монте-Карло в программе Probe можно построить гистограмму распределения различных параметров по количеству циклов анализа.

Температурный анализ во время статистического анализа

Как при статистическом, так и при температурном анализе производится несколько циклов вычисления. Статистический анализ находится внутри цикла температурного анализа. Рекомендуется не запускать многоцикловый температурный анализ одновременно со статистическим.

Так же не будет работать изменение температуры при анализе по постоянному току DC Sweep, если вы еще зададите статистический анализ.

Требования к электрической схеме:

Для радиоэлементов схемы, для которых исследуется влияние на поведение схемы, должен быть задан разброс параметров (см. модели радиоэлементов в PSpice).

Необходимо задать параметры одного из основных видов анализа.

Остальные требования к схеме зависят от того, какой основной вид анализа был установлен.

Установка задания на моделирование

Для установки параметров моделирования анализа Монте-Карло необходимо: в меню Analysis  Setup выбрать Monte Carlo/Worst Case. Перед Вами появится окно установки задания (рис.28).

 

Рис.28. Окно установки анализа Монте-Карло и наихудшего случая.

 

В появившемся окне необходимо выбрать вид проводимого анализа под заголовком Analysis: Монте-Карло – Monte Carlo или Анализ наихудшего случая - Worst Case.

В поле MC Runs указывается количество циклов вычислений при анализе Монте-Карло. Большее количество циклов анализа обеспечивают лучший результат и дает лучшую статистику, однако увеличивает время вычислений. Количество циклов ставят обычно от нескольких десятков до сотни.

Под заголовком Analysis Type выбирается необходимый вид основного анализа: частотных характеристик АС, по постоянному току DC или временной Transient.

В поле Output Var. указывается узел выхода схемы, для которого необходимо произвести расчеты.

Имя выходной переменной может быть нескольких форматов:

1 – V(имя узла) – обозначает напряжение на узле "имя узла" относительно земли;

2 – V(имя узла1, имя узла2) – обозначает напряжение между узлами "имя узла1", "имя узла2";

3 – I(V1) – обозначает ток через какой либо элемент схемы, в данном случае через источник напряжения V1.

Функции сравнения

При необходимости сравнить результаты статистического анализа каждого цикла используются функции сравнения, находящиеся в диалоговом окне под заголовком Function. В выходном текстовом файле output будет построена таблица изменения параметров при каждом цикле.

Можно выбрать одну из 5 функций сравнения.

YMAX – находит наибольшую разницу между графиками для каждого цикла от графика при номинальных значениях элементов;

MAX – находит максимальное значение каждого графика;

MIN – находит минимальное значение каждого графика;

RISE_EDGE находит первую точку пересечения снизу вверх графиком заданного порога;

FALL_EDGE находит первую точку пересечения сверху вниз графиком заданного порога.

Поля Range Lo & Range Hi устанавливают диапазон значений по оси Х, в пределах которых определяются параметры функций Ymax, Max и т.д. Если в этих полях ничего не задано, то результаты функций сравнения будут вычисляться в диапазоне от минимального до максимального значения по оси Х, заданные в основном виде анализа.

В поле Rise/Fall указывается порог для функций RISE_EDGE, FALL_EDGE.

 

Приведем пример расчета функции сравнения.

 

Рис.29. Результаты анализа Монте-Карло для резистивного делителя.

На рис.29 показаны результаты анализа Монте-Карло для резистивного делителя. При этом был установлен анализ по постоянному току и число циклов Монте-Карло – 5. Результаты вычисления функции сравнения MAX, которые заносятся в выходной файл, показаны ниже. Значения этой функции печатаются по порядку возрастания.

 

RUN (№ цикла) MAXIMUM VALUE (максимальное значение)

Pass 2 (цикл 2) 2.5343 at V_V1 = 5 (2.5343 при напряжении источника V1 = 5 В)

( 101.37% of Nominal) (101.37% от номинального режима)

Pass 5 2.5025 at V_V1 = 5 ( 100.1 % of Nominal)

NOMINAL 2.5 at V_V1 = 5

Pass 4 2.3447 at V_V1 = 5 ( 93.787% of Nominal)

Pass 3 2.2964 at V_V1 = 5 ( 91.857% of Nominal)

 

Поле List – указывает, что в выходной файл нужно печатать значения номиналов для каждого цикла анализа.

Поле Seed – задает параметры генератора случайных чисел при анализе Монте-Карло.

Построение графиков

Для анализа Монте-Карло существует 4 разновидности построения графиков, которые можно задать в диалоговом окне этого вида анализа в секции Output.

All в отчете отображаются все циклы анализа (включая цикл при номинальных значениях элементов)

First* в отчете только первые n циклов

Every* в отчете содержатся каждый n-ый цикл

Runs* устанавливает проведение анализа и производит отчет только для указанных в списке циклов (в списке может быть до 25 значений)

Знак * показывает, что нужно задать номера циклов в поле Value.

Величины выходных напряжений или токов, имена которых заданы в диалоговом окне анализа, передаются в выходной файл Output и файл данных для Probe. Заметьте, что даже небольшое количество циклов анализа может привести к появлению очень большого выходного файла.