PSpice的參數(shù)掃描對電路的優(yōu)化分析

摘要： 用子電路模塊代替電路中的關(guān)鍵元件， 采用理論分析與PSpice 的參數(shù)掃描分析和優(yōu)化分析相結(jié)合的方法對電路進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)， 結(jié)合一個CCⅡ低通濾波電路的設(shè)計(jì)實(shí)例， 闡述了仿真分析方法的具體步驟， 給出了濾波電路最優(yōu)化設(shè)計(jì)的仿真分析結(jié)果， 該結(jié)果符合設(shè)計(jì)理論分析值的要求。對優(yōu)化后的電路進(jìn)行了溫度掃描分析、蒙托卡諾分析和最壞情況分析。仿真結(jié)果表明， 該方法在電路設(shè)計(jì)中是可行的。

　　引言

　　本文以CCⅡ低通濾波器的設(shè)計(jì)為例， 先采用理論分析設(shè)計(jì)低通濾波電路， 然后運(yùn)用OrCAD/ Pspice 進(jìn)行仿真分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)， 最后對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證， 以使電路性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。同時， 也便于了解該電路受參數(shù)變化的影響及其高低溫情況下的性能變化等特性。

　　1 濾波電路的設(shè)計(jì)

　　圖1 基于CC Ⅱ的低通濾波電路

　　一般地， 圖1 所示電路的轉(zhuǎn)移函數(shù)可以通過列寫電路節(jié)點(diǎn)a, b, o 的電流方程來求得， 即對a 節(jié)點(diǎn)有：

　　對b 節(jié)點(diǎn)有：

　　對o 節(jié)點(diǎn)有：

　　CCⅡ端口的電壓-電流關(guān)系有：

　　式中： K 為CCⅡ的電流放大倍數(shù)。聯(lián)系以上等式可以求得圖1 所示電路的轉(zhuǎn)移函數(shù)為：

　　由圖1 所示電路的轉(zhuǎn)移函數(shù)可以得出電路參數(shù)與元件值的關(guān)系：

　　這種設(shè)計(jì)方法的主要思路是通過令R1 = R2 = R ,C1 = C2 = C 來減小元件的分散性， 然后根據(jù)式( 7) ,式( 8) 進(jìn)行設(shè)計(jì)， 從而確定每個元件的參數(shù)值， 其設(shè)計(jì)步驟如下：

　　( 1) 令R1 = R2 = R, C1 = C2 = C, 并選取適當(dāng)?shù)腃 值;

　　( 2) 根據(jù)給定的ωp 和式( 7) , 求出R;

　　( 3) 根據(jù)給定的Q 值和式( 8) , 求出K ;

　　( 4) 進(jìn)行PSpice 仿真分析以及優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　設(shè)計(jì)指標(biāo)為： f p = 105 Hz, Q = 1/ √2。

　　根據(jù)電路參數(shù)與元件值的關(guān)系以及設(shè)計(jì)步驟選取C = 1 nF, 則可求得： R = 10 k , K = √2 - 3。

　　2 電路的PSpice 仿真分析與優(yōu)化

　　首先對原始電路設(shè)計(jì)方案在OrCAD/ Capture 下繪圖， 其中CCⅡ的仿真模型采用子電路形式， 所有元件都調(diào)用PSpice 仿真庫中的模型， 選電流源為交流源，交流電路為1 A, 直流電流為0 A , 設(shè)電容C1 和C2 的初始值為0; 分析類型為AC Sw eep/ Noise, 起始頻率為10 Hz, 終止頻率為100 MHz, 掃描記錄點(diǎn)數(shù)為1 000; 掃描類型為Log arithmic, 掃描方式為Decade, 以此進(jìn)行電路仿真， 得到的電路初始幅頻特性曲線如圖2所示。從電路的轉(zhuǎn)移函數(shù)可知， 圖1 所示的濾波器為二階低通濾波器， 對比二階低通濾波器的幅頻特性可以得知， 其原始電路的設(shè)計(jì)指標(biāo)不符合要求。

　　圖2 輸出電流I o 的頻率特性曲線