CC BY
55Программа Advanced Analysis
и режим анализа Parametric Plotter в OrCAD 10.5
Данная статья завершает знакомство читателя с новым видом анализа Advanced Analysis. В предыдущих публикациях мы рассмотрели режимы анализа Smoke, Sensitivity, Optimizer, Monte Carlo и Troubleshooting, а теперь познакомимся с режимом Parametric Plotter (Параметрический графопостроитель).
Иосиф ЗЛАТИН
В связи с выходом во второй половине 2005 года новой версии программы OrCAD 10.5 знакомство с Advanced Analysis мы будем завершать для этой версии программы. Следует отметить, что все изложенное ранее [5, 6, 7, 8, 9] остается справедливым и для OrCAD 10.5.
Анализ Parametric Plotter добавлен к Advanced Analysis для обеспечения вариации нескольких параметров. Как только создана и промоделирована схема, можно воспользоваться этим анализом.
Анализ Parametric Plotter обеспечивает хороший и эффективный способ исследования варьируемых результатов. Используя Parametric Plotter, можно изменять любое число параметров проекта и модели (в любых комбинациях) и наблюдать результаты в табличной или графической форме.
Используя анализ Parametric Plotter, можно:
• Изменять множество параметров.
• Варьировать параметры устройства и модели.
• Отображать вариацию результатов в формате электронной таблицы, ячейки которой можно связать между собой формулами; вычисления в таблице производятся автоматически. Наиболее распространенные электронные таблицы: Excel, Lotus 1-2-3, Quattro Pro.
• Начертить график результатов измерений.
• Оценить измерения после анализа.
Порядок осуществления анализа Parametric Plotter
Для того чтобы запустить анализ Parametric Plotter, в редакторе схем Capture в меню PSpice выберем Advanced Analysis/Parametric
Plot. Откроется диалоговое окно анализа Parametric Plotter. Теперь можно использовать Parametric Plotter для анализа схемы. Для этого:
1. На первом этапе необходимо выбрать варьируемые параметры и определить тип вариации.
2. На втором этапе необходимо определить для оценки каждой вариации выражения для измерения.
После того как выбраны варьируемые параметры и определены выражения для измерения, выполним варьируемый анализ (sweep analysis) и рассмотрим результаты в таблицах Results и Plot Information диалогового окна Measurements.
Анализ Parametric Plotter используется для выполнения варьируемого анализа. Когда выполняется варьируемый анализ, на выходе схемы оцениваются результаты изменения одного или большего количества параметров.
В течение варьируемого анализа значения параметров изменяются согласно пользовательским спецификациям. Есть четыре возможных пути изменения значений параметра:
• Discrete Sweep — дискретная вариация;
• Linear Sweep — линейная вариация;
• Logarithmic octave sweep — логарифмическая восьмеричная вариация;
• Logarithmic decade sweep — логарифмическая десятичная вариация.
Для дискретной вариации необходимо определить фактические значения параметра, которые используются в течение выполнения моделирования. Значения параметра используются в заданном порядке. Можно определить значения переменных параметров как 10, 100, 340 и т. д.
Линейная вариация определяет значения Start Value (начальное), End Value (конечное) и Step Value (шаг). Для каждого выполнения анализа Parametric Plotter значение параметра увеличивается на значение шага. Другими словами, значения параметра, используемые в течение моделирования, определяются вычислением по формуле: Start Value + Step Value. Этот цикл продолжается, пока значение параметра не станет больше или равно End Value. Если для параметра определено начальное значение 1, конечное значение 2,5 и значение шага 0,5, значения параметра, использованные Parametric Plotter, соответственно равны 1, 1,5, 2 и 2,5.
При логарифмической восьмеричной вариации параметры изменяются как функция ln (2). Для логарифмической восьмеричной вариации должны быть определены Start Value (начальное значение), End Value (конечное значение) и число точек в октаве (Octave). Число точек в октаве является числом точек между начальным и удвоенным начальным значением. Например, если начальное значение равно 10, а число точек в октаве равно 5, то это подразумевает, что для варьируемого анализа Parametric Plotter подберет 5 значений между 10 и 20, с 20 в качестве пятого значения. В течение анализа значение параметра увеличивается с коэффициентом, который вычисляется по следующей формуле:
K = exp[(ln(2)/N], (1)
где N — число точек в октаве.
Рассмотрим тип вариации LogarithmicOct. Начальное значение, конечное значение и число точек в октаве определим соответственно как 10, 30 и 2. Значения, использованные анализом Parametric Plotter для типа вариации LogarithmicOct, будут соответственно 10; 14,142; 20; 28,284 и 40. В этом примере разница между начальным и конечными значениями больше чем октава, поэтому фактически число значений, используемых Parametric Plotter, больше двух.
Если используется тип вариации Logarithmic-Dec, значения параметра изменяются как функция ln (10). Для логарифмической десятичной вариации должны быть определены Start Value, End Value и число точек в декаде. Число точек в декаде является числом точек между начальным значением и значением в 10 раз большим, чем начальное значение. Например, если начальное значение равно 10 и число точек в декаде равно 5, то это подразумевает, что для варьируемого анализа Parametric Plotter подберет 5 значений между 10 и 100 (100 — пятое значение). В течение анализа значение параметра увеличивается
с коэффициентом, который вычисляется по формуле:
K = exp[(ln(10)/N], (2)
где N — число точек в декаде.
Если определено начальное значение равным 10, конечное значение 100 и число точек в декаде 5, то значения параметра, использованные для варьируемого анализа, будут соответственно 10; 15,8489; 25,1189; 39,8107; 63,0957 и 100.
В окно Sweep Parameters добавим значения параметров, которые необходимо изменить в течение варьируемого анализа.
Для этого:
1. В окне Sweep Parameters щелкнем по строке «Click here to import a parameter from the design property map». Откроется диалоговое окно Parameter Selection со списком компонентов и параметров, для которых можно варьировать значения параметра. В диалоговом окне Parameter Selection появятся только параметры компонента, которые были определены на схеме.
2. Для параметра, который необходимо изменить, определим Sweep Type (тип вариации):
- В диалоговом окне Parameter Selection щелкнем по ячейке Sweep Type.
- В разворачивающемся списке выберем тип вариации: Discrete, Linear, LogarithmicDec или LogarithmicOct. Тип вариации определяет метод, используемый Parametric Plotter для вычисления переменных значений параметра.
3. Для определения варьируемых значений выбранного параметра щелкнем по ячейке Sweep Values. Откроется диалоговое окно Sweep Settings.
4. Тип вариации, который выбран на предыдущем этапе, появится в диалоговом окне Sweep Settings в разворачивающемся списке Sweep Type. Определим значения параметра, которые использовались бы для каждого параметра в течение варьируемого анализа.
5. Для сохранения параметров щелкнем OK. Выбранные параметры добавятся в окне
вариации параметра. Варьируемая переменная (Sweep Variable) автоматически задается на каждый из параметров при их добавлении.
Значение варьируемой переменной указывает, как параметры будут изменяться в течение варьируемого анализа. Значения Sweep Variables задаются в порядке, в котором варьируемые параметры определены. Если требуется, можно изменить эти значения. Значения варьируемой переменной должны следовать последовательно.
Для варьируемого анализа значения параметров изменяются по вложенным циклам. Например, если выбраны две переменные, внешняя переменная установлена для анализа, в то время как внутренняя проходит все возможные значения. Внешняя переменная
затем увеличивается к ее следующему значению, а внутренняя переменная снова циклически проходит через все ее возможные значения. Этот процесс продолжается для всех возможных значений внешней переменной.
Результат для каждого выполнения анализа появляется в области окна Results. По умолчанию результаты отображаются в порядке, описанном выше.
Анализ Parametric Plotter используется для оценки влияния изменяющихся значений параметра на выражение для измерения и на график (trace). Можно либо добавлять выражение для измерения, которое было создано в PSpice A/D, либо даже создавать новое выражение для измерения в PSpice Advanced Analysis.
Для добавления выражений для измерений, созданных в PSpice:
1. В таблице Measurements щелкнем в строке «Click here to import a measurement created in PSpice». Откроется диалоговое окно Import Measurements. Это диалоговое окно показывает только выражения для измерения, которые были созданы в PSpice A/D.
2. Выберем измерение, которое необходимо оценить, и щелкнем OK. Выбранное измерение добавится в таблицу Measurements. Только измерения, которые перечислены в окне Measurements Results PSpice A/D, доступны в диалоговом окне Import Measurements. Для добавления новых выражений для измерений:
1. Щелкнем правой кнопкой мыши в таблице Measurements и выберем Create New Measurements. Откроется диалоговое окно New Measurement. Выберем профайл моделирования, для которого необходимо создать выражение для измерения в разворачивающемся списке Profile.
2. Выберем выражение для измерения, которое необходимо добавить в разворачивающемся списке Measurements.
3. В списке Simulation Output Variables определим переменную, с которой измерение должно быть выполнено, и щелкнем OK. Добавится новое выражение для измерения в таблицу Measurements.
Используя диалоговое окно New Measurements,
можно добавлять уже определенные выражения для измерения в окно Parametric Plotter. Новые выражения для измерения в PSpice можно определить, используя команду Trace/Measurements в PSpice A/D.
Используя анализ Parametric Plotter, можно оценить влияние изменяющихся значений параметра с помощью графика. Чтобы сделать это квалифицированно, необходимо добавить выражение для графика в таблицу Measurements. Для добавления выражения для графика:
1. Выберем Parametric Plotter/Create New Trace в меню Analysis или щелкнем правой кнопкой мыши по таблице Measurements и выберем Create New Trace. Откроется диалоговое окно New Trace Expression.
2. Создадим выражение для определения нового графика и щелкнем OK. Добавится выражение для графика в окно Measurement.
После того как определены выражения для измерения и список переменных параметров, выполним анализ Parametric Plotter. Для этого в меню Run выберем Start Parametric Plotter
или нажмем кнопку Run на панели инструментов, или нажмем на клавиши <CTRL>+<R>.
Для оптимизированного выполнения анализа Parametric Plotter максимальное число параметрических вариаций, поддерживаемых в одной сессии, составляет 500. Если для выбранных параметров и выражений для измерений общее количество требуемых вариаций больше чем 500, в выходном окне отобразится сообщение об ошибках и анализ остановится. Выходное окно показывает выбранный профайл и номер вариации, которая выполнена.
Результаты параметрического варьируемого анализа отображаются в форме электронной таблицы в позиции Results окна Measurement. Для тех же самых результатов можно определить графическую форму, используя таблицу Plot Information. Графическая информация отображается в окне PSpice Probe.
Таблица Results отображает результат моделирования для каждого выполнения анализа Parametric Plotter. Каждое выполнение Parametric Plotter обозначено строкой в таблице Results. Поэтому, если для полного анализа Parametric Plotter завершено 100 выполнений моделирования, то в таблице результатов будет 100 строк.
Число столбцов в таблице результатов равно числу переменных параметров и числу выражений для измерений или графиков. График создается для каждого выполнения анализа Parametric Plotter. Поскольку графики не могут быть отображены в таблице Results, то вместо каждого графика мы видим желтую пиктограмму В. Для рассмотрения законченного графика дважды щелкнем по желтой пиктограмме В в области окна Results. График отобразится в окне PSpice Probe.
Можно установить анализ Parametric Plotter для отображения данных множеством способов. Можно сортировать результаты варьируемого анализа согласно значениям в любом столбце. Для сортировки значений, отображаемых в столбце, дважды щелкнем по заголовку столбца. Как только содержание столбца отсортируется, следующий щелчок по заголовку столбца переключит порядок сортировки.
Например, после того как область окна Results заполнится, дважды щелкнув по заголовку столбца, расставляют значения в восходящем порядке. Теперь, если снова дважды щелкнуть по заголовку столбца, столбец со значениями, расставленными в восходящем порядке, отсортируется в порядке убывания.
При анализе результатов моделирования можно блокировать значения, отображен-
Рис. 1. Схема ключа
Рис. 2. Сигналы на входе и выходе ключа в диалоговом окне PSpice A/D: входной (красный) и выходной (зеленый)
ные в одном столбце. Как только блокированы значения столбца, порядок, в котором значения отображены в этом столбце, не изменяется. Можно затем сортировать значения в других столбцах. Для блокировки значений, отображенных в столбце, щелкнем по пиктограмме замка ш наверху столбца.
Таблица Plot Information может использоваться для определения графика, который необходимо рассмотреть в окне Probe. Используя таблицу Plot Information, можно отобразить множество графиков в одном окне. Это полезно, когда необходимо рассмотреть результат изменения параметра на выходе.
Можно добавить максимум четыре графика. Для добавления графика:
1. В меню Analysis выберем Parametric Plotter/ Add New Plot или щелкнем правой кнопкой мыши по таблице Plot Information и выберем Add Plot. Откроется диалоговое окно Plot Wizard (графического мастера).
2. На странице Select Profile графического мастера определим профайл моделирования и нажмем Next.
3. На выбранной странице графического мастера X-Axis Variable определим переменный параметр, который будет откладываться по оси X. В разворачивающемся списке переменных можно выбрать любой варьируемый параметр или выражения для измерения, которые были определены в таблице Measurements.
4. Нажмем Next.
5. На странице Select Y-Axis Variable выберем переменную, которая будет откладываться по оси Y, и нажмем Next. В зависимости от вашего выбора на предыдущей странице графического мастера выражения для измерения или выражения для графика появятся в разворачивающемся списке Variables.
6. На странице Select Parameter графического мастера определим параметр, который
будет изменяться для каждого графика, и нажмем Next.
7. В случае, где есть больше чем два переменных параметра, необходимо определить постоянное значение для переменных параметров, которые не охвачены в пунктах 3 или 6.
8. Щелкнем правой кнопкой мыши по значению параметра и выберем Lock ш.
9. Нажмем Finish. Добавится полная графическая информация в таблицу Plot Information. Для просмотра графика:
1. Выберем график, который будет отображен в окне графика PSpice Probe.
2. В верхней панели инструментов в меню Analysis выберем Parametric Plotter/Display Plot или щелкнем правой кнопкой мыши по нужной строке и выберем Display Plot. Откроется окно графика PSpice с множеством графиков.
Пример
В этом примере воспользуемся анализом Parametric Plotter для оценки схемы ключа. Эта схема создана на мощном MOSFET-транзисторе из библиотеки PWRMFET.OLB. Пример проекта находится в папке ..\tools\pspice\ tutorial\capture\pspiceaa\snubber. Откроем схему ключа в редакторе схем Capture.
Добавим два маркера напряжения в соответствии со схемой на рис. 1. Чтобы рассмотреть входное и выходное напряжение, сначала необходимо промоделировать схему. Для этого выберем профайл моделирования Snubber-transient и в меню PSpice в редакторе схем Capture выберем Run. Входной и выходной сигналы отображены на рис. 2. Каждый выходной импульс имеет выбросы на заднем фронте.
Прежде чем использовать данную схему, необходимо скорректировать компоненты схемы для уменьшения выброса в приемлемых пределах. Это может быть легко сделано увеличением значения резистора R2 и конденсатора C1. Но это увеличивает мощность рассеяния резистора R2. Поэтому проект требует баланса рассеиваемой мощности и напряжения выброса.
Чтобы найти приемлемое решение проблемы, изменим значения сопротивления R2, конденсатора C1 и время нарастания входного импульса, после чего проконтролируем действие изменения значений параметра на выброс и рассеяние мощности резистора R2.
Для достижения этого воспользуемся анализом Parametric Plotter и выполним варьируемый анализ:
• запустим анализ Parametric Plotter;
• добавим варьируемые параметры;
• добавим выражения для измерения;
• выполним варьируемый анализ.
Для запуска анализа Parametric Plotter в меню PSpice в редакторе схем Capture выберем Advanced Analysis/Parametric Plot.
Для проекта коммутационной схемы будем изменять дискретно параметр trise (время нарастания), а величину R2 и C1 — линейно.
Sflttl Sweep Parameter«
Sneep lyfw SMtp V<bM
v? ос
VI ос
KJ
№ VALUE lr<ar wira sj&ev n
И VALUC
01 MIWC
01 COSO Смаем V«uM1 41« 000.1 41 10 I
РАКАМ tme Coer «to Vakjei U40e.1e-9.Se-9
РАЛАМ 1М
И VALUf
Cl VAU* Lnwr Start leJMOfnd 1e40}.Stap 4e4l 1
I »» I
Рис. 3. Диалоговое окно Sweep Settings
Для добавления варьируемых параметров:
1. Щелкнем по строке «Click here to import a parameter from the design property map» в окне Sweep Parameters.
2. В окне Sweep Parameters выберем параметр trise и щелкнем внутри соответствующей ячейки Sweep Type.
3. В разворачивающемся списке выберем Discrete.
4. Для определения дискретных значений параметра trise щелкнем по соответствующей ячейке Sweep Values, в открывшемся диалоговом окне Sweep Setting нажмем кнопку New и введем 1e-9. Точно так же введем значение 5e-9.
5. Чтобы закрыть диалоговое окно Sweep Settings, щелкнем OK. Это подразумевает, что время нарастания импульса будет принимать дискретные значения 1, 5 и 10 нс.
6. Для добавления резистора R2 как следующего варьируемого параметра щелкнем по ячейке Sweep Type, соответствующей названию компонента R2.
7. Выберем Linear в разворачивающемся списке.
Рис. 4. Диалоговое окно Select Sweep Parameters
8. Для определения значения резистора R2 щелкнем по соответствующей ячейке Sweep Values.
9. В диалоговом окне Sweep Settings (рис. 3) определим Start Value равным 10, значение End Value — 33, Step Value — 11.
10. Чтобы закрыть диалоговое окно Sweep Settings, щелкнем OK.
11. Чтобы определить дискретные значения параметра CGCO полевого транзистора Q1, щелкнем по ячейке Sweep Type, соответствующей названию компонента Q1 (параметр CGCO) и выберем Discrete в разворачивающемся списке. Затем щелкнем по соответствующей ячейке Sweep Values.
12. Чтобы определить дискретные значения параметра CGCO, нажмем кнопку New, в открывшемся диалоговом окне Sweep Settings введем 1.41e-10 и щелкнем OK.
13. Наконец, чтобы добавить как варьируемый параметр конденсатор C1 и изменить значение емкости, щелкнем по ячейке Sweep Type, соответствующей конденсатору C1, и выберем Linear из разворачивающегося списка.
14. Щелкнем по ячейке Sweep Values.
15. В диалоговом окне Sweep Settings (рис. 3) определим Start Value равным 0.1e-9, End Value — 1e-9, Step Value — 4e-11 и щелкнем OK.
Это подразумевает, что варьируемый анализ будет выполнен для 23 значений емкости от 0,1 до 1 нФ.
16. Для сохранения изменений в диалоговом окне Select Sweep Parameters (рис. 4) щелкнем OK.
Изменения отразятся в окне Sweep Parameters (рис. 5).
Анализ Parametric Plotter назначает переменные на параметры в зависимости от порядка, в котором они добавляются. Если требуется, можно изменить этот порядок.
Для оценки влияния изменения значений параметра на выброс и мощность рассеяния резистора R2 добавим два выражения для измерения и одно выражение для графика. Для этого выполним следующие операции:
1. В верхней панели инструментов в меню Analysis выберем Parametric Plotter/Create New Trace. Откроется диалоговое окно New Trace Expression.
2. Создадим выражение для определения нового графика v(q1:d), выберем профайл transient.sim и щелкнем OK. Добавится выражение для графика в окно Measurement.
3. В таблице Measurements выберем строку «Click here to add a measurement created in PSpice».
4. В диалоговом окне Import Measurement выберем Overshoot(V(R2:1)), yatlastX(AVG(W(R2))), профайл transient.sim.
5. Щелкнем OK. Выражения для измерения добавятся в таблицу Measurements.
Для выполнения варьируемого анализа нажмем кнопку Start И на панели инструментов.
Поскольку анализ Parametric Plotter начинает выполняться, в выходном окне показывается общее число вариаций, требуемое для полного анализа (рис. 6).
Как только анализ заканчивается, столбцы Min Value и Max Value заполняются значениями для каждого выражения для измерения, определенного в таблице Measurements. Помимо этого, результаты для каждого
Рис. 5. Окно Sweep Parameters
Рис. 6. Диалоговое окно анализа Parametric Plotter в позиции Measurements
Рис. 7. Результаты анализа Parametric Plotter в таблице Results
Рис. 8. Вызов Plot Wizard в таблице Plot Information
Рис. 9. Выбор профайла моделирования в окне Plot Wizard
Рис. 10. Выбор переменной, откладываемой по оси X
Рис. 11. Выбор переменной, откладываемой по оси Y
выполнения Parametric Plotter отображаются в таблице Results (рис. 7).
В таблице Results можно отсортировать и блокировать отображаемые результаты в различных столбцах. Для нашего примера главная цель состоит в ограничении рассеиваемой мощности, которая определяется выражением для измерения yatlastx(avg(w(r2))) и должна быть меньше 0,006 и минимизации выброса.
Для достижения нашей цели сначала отсортируем значения, отображенные в шестом столбце на рис. 7. Чтобы отсортировать значения, дважды щелкнем по заголовку столбца. Значения получаются отсортированными в восходящем порядке. Затем блокируем сортируемые значе-
ния. Чтобы блокировать значения, щелкнем на пиктограмме замка ш наверху столбца.
После сортировки значений рассеиваемой мощности отсортируем значения, отображенные в пятом столбце на рис. 7. Сортируемые значения в последнем столбце не получат изменений. В результате, для всех значений yatlastx(avg(w(r2))) меньше 0,006 значения выброса получаются отсортированными. Таким образом, можно рассмотреть комбинацию^) значений параметра, для которых обе выходных величины находятся в желательном диапазоне.
С помощью Plot Wizard можно начертить график, используя координатные оси X и Y для всех значений варьируемого параметра.
Рис. 12. Выбор варьируемого параметра
Рис. 13. Назначение константы
Этот мастер помогает определять установки
для составления графика в окне PSpice Probe. Для добавления графика:
1. В таблице Plot Information щелкнем правой кнопкой мыши по графической информационной строке (рис. 8) и выберем Add Plot. Откроется диалоговое окно Plot Wizard (рис. 9).
2. Выберем профайл transient.sim (рис. 9) и нажмем Next (Далее).
3. Выберем r2:: в качестве переменной, которая будет откладываться по оси X, и нажмем Next (Далее) (рис. 10).
4. Выберем transient.sim::overshoot(v[r2:1]) в качестве переменной, которая будет откладываться по оси Y (рис. 11) и нажмем Next (Далее).
5. Выберем c1:: в качестве параметра, который будет изменяться, чтобы для каждого возможного значения этого параметра (рис. 12) был создан график, а затем нажмем Next (Далее).
6. Остающиеся варьируемые параметры и их возможные значения перечислены. Для каждого параметра выберем постоянное значение, которое используется, чтобы нарисовать график(-и). Для назначения константы param::trise щелкнем правой кнопкой мыши по 10е-9 и блокируем его, также блокируем константу q1::cgso со значением 1.41e-9 (рис. 13).
В*> [Л !— 1^ irWn- в**- О* _.<У X
iUA * f^=TS5 ЗІ □ » II ш
Рис. 14. Таблица Plot Information с графической информационной строкой
7. Нажмем Finish (Готово).
8. Щелкнем правой кнопкой мыши в графической информацион-
ной строке в таблице Plot Information (рис. 14) и выберем Display Plot. Графики отобразятся в окне PSpice A/D (рис. 15). ■
Литература
1. Разевиг В. Д. Система проектирования OrCAD 9.2. М.: Солон-Р, 2001.
2. Златин И. Моделирование на функциональном уровне в OrCAD 9.2 // Компоненты и технологии. 2003. № 3-4.
3. Златин И. В Монте-Карло с OrCAD 9.2 // Компоненты и технологии. 2003.
№5.
4. Златин И. Графический анализ результатов моделирования в OrCAD 9.2 // Компоненты и технологии. 2003. № 7.
5. Златин И. Расширенный анализ (Advanced Analysis) и режим анализа Smoke в PSD 15.0 и OrCAD 10.0 // Компоненты и технологии. 2004. № 4.
6. Златин И. Advanced Analysis и режим анализа Sensitivity в PSD 15.0 и OrCAD 10.0 // Компоненты и технологии. 2004. № 5.
7. Златин И. Advanced Analysis и режим анализа Optimizer в PSD 15.0 и OrCAD 10.0 // Компоненты и технологии. 2004. № 6, 8.
8. Златин И. Advanced Analysis и режим анализа Monte Carlo в PSD 15.0 и OrCAD 10.0 // Компоненты и технологии. 2005. № 9.
9. Златин И. Advanced Analysis и режим анализа Troubleshooting в PSD 15.0 и OrCAD 10.0 // Компоненты и технологии. 2006. № 1.
Рис. 15. Графики варьируемого анализа в диалоговом окне PSpice A/D
