原创 【转】从实例中学习OrCAD-PSpice 10.3-AA(第5章 优化) 5

2010-11-13 09:14 1105 4 4 分类: PCB

5.8 调整元器件参数
5.8.1设计变量 
    在优化过程调整元器件参数区的参数数据多是由灵敏度分析查找得出对电路特性参数优化影响最关键的元器件参数,如R8、R6、R4,即设计变量。为了加速优化设计的进程,此处的设置要尽量地减少设计变量的数目而不是增多,但也可以由设计师自行选定设计变量。按如图5-13所示进行,作进一步设置。
 
图5-13中:
 

5.8.2调整设计变量--在“Parameters”表格区调整
1.在“Parameters”表格区调整,如图5-14所示。
 
图5-14中: 
 
    其中的(6)、(7)、(8)部分的参数值皆可调整,为了加速优化进程,提高优化设计效率,可以缩小Min和Max值之间的元器件参数变化范围,具体参数设置如图5-15所示。
 
2. 添加设计变量时,可单击 文件所在行(与执行右键Parameters快捷菜单中的Import Parameters子命令作用相同) 如图5-16所示,将弹出Parameter selection框。从图5-16 Parameter selection框里选取拟添加的设计变量,使之高亮显示,单击OK按钮,则添加该元器件设计变量到Parameter中,以C3为例,如图5-17所示。
 
 
     关于Parameters区设计变量的添加还可以在电路图编辑器中设置要调整的元器件参数。还是以无源元器件C3为例,在Capture中选中C3,单击右键执行快捷菜单中的“Export Parameters to Optimizer”子命令(与执行PSpice/Advanced Analyses/Export Parameters to Optimizer子命令作用相同),同样可以添加该元器件设计变量到Parameter中。
    而对于有源元器件的设计变量添加则相对复杂一些,有源器件主要是模型参数的添加。以电路中有源元器件Q1为例,在Capture中选中Q1, 单击右键执行快捷菜单中的“Import Optimizable Parameters”子命令(与执行PSpice/Advanced Analyses/Import Optimizable Parameters子命令作用相同),出现模型参数的Import Optimizable Parameters列表对话框,在列表中选择Q1中要调整的模型参数,以反向饱和电流IS为例,使之高亮显示,单击OK按钮,则添加该模型参数名到电路图中选中元器件的下方显示,如图5-18所示。 
 
    然后在元器件选中的情况下,执行执行快捷菜单中的“Export Parameters to Optimizer”子命令(与执行PSpice/Advanced Analyses/Export Parameters to Optimizer子命令作用相同),则设计变量Q1模型中的IS模型参数被添加到Parameters列表中,如图5-19所示。
 


5.8.3调整目标函数 --在“Specifications”表格区调整
    即特性函数法。有关采用图表法的优化设计,将在5.9节介绍。通常以特性函数为目标函数,经过灵敏度分析找出最关键的元器件传送到优化工具中,如果轻易改变它,前面的工作可能失效。并且特性函数以一、二个为宜。如需要调整犹如5.8.2节设计变量的调整那样如图5-20所示,采用左上角Standard标签页。
 
 
 
 


5.8.4误差图(Error Graph)
    在图5-12中,第3区误差图“Error Graph”图表显示区:它的作用是在优化过程中动态显示优化进程,以及显示电路特性函数当前值与优化目标值的差距。
    如使用者希望在该区显示某个电路特性函数在优化过程中的变化情况,可将图5-21所示的“On/Off”处于“On”状态通过点击图形成 ,再点击一次,该图标呈现 状态,只有坐标轴无图形。如显示多个特性函数只要皆处于选中状态即可。选中状态的图标将以不同形状和颜色的几何图形显示不同的电路特性函数。
 
所有参数都设置完毕,选择MLSQ优化引擎,按下RUN键出现如图5-22所示图表。
 
70%,前3次优化分析变化不大,但第4次分析后与目标值已非常接近,第5次分析后,增益已经满足优化设计要求,误差显示为0。带宽为带菱形框 ,优化前带宽低于优化目标值,误差约为30%。也是前3次优化分析变化不大,但第4次分析后,带宽已满足优化要求,误差显示为0。
    如果同时优化的电路特性函数较多,优化前增益值与优化目标之间误差很大,则Error Graph图中显示的曲线会很混乱,也存在相应的图表显示误差,这时可单击Specification表中(以增益为例)“On/Off”所在行的增益方框图标,使其中的方形消失,这样Error Graph图中只保留带宽特性变化情况,如图5-23a所示。同理,可以在Error Graph图中只保留增益特性函数变化情况,如图5-23b所示。
 
                             a) 带宽特性函数变化Error Graph   b) 增益特性函数变化Error Graph


    显然单个优化参数的变化情况Error Graph图要比多个参数的变化情况Error Graph图清晰、详细、准确很多。
    若要在误差图(Error Graph)中显示运行过程中某一次的分析数据可以点击Error Graph图中横坐标(代表模拟次数),则相应的在Parameters和 Specifications表格区显示该次分析的参数值和电路特性函数值。例如:选中Error Graph图中的第4次分析过程,如图5-24所示。
 
    在图5-24中,Parameters和 Specifications表格区显示该次分析的参数值和电路特性函数值是历史记录数据,是只读方式不能被编辑修改。 
    若用户想把这次的优化结果作为下一次优化模拟分析元器件的参数初始值,可以在Error Graph图中单击右键,执行快捷菜单中的“Copy History To Next Run”子命令。如图5-25所示。 
 
    注解说明:该命令只有在单击工具栏中的 按钮,停止优化分析进程的前提下才是有效的。并且“Copy History To Next Run”子命令不能复制优化模拟分析中的引擎设置等内容,只能复制优化模拟分析元器件的参数值。 
    同样,根据设计需要,可以清除Error Graph图表记录,执行图5-25中的“Clear History”子命令,则相应Error Graph图表的曲线和模拟仿真优化运行信息都将被删除,只保留Parameters表格区中Current一栏最后一次模拟仿真分析的参数值来作为下一次优化模拟仿真分析的初始值。
注解说明:执行该命令后,Log File文件中的内容不受任何影响,用户可以查阅优化分析原始数据。

5.8.5优化的最佳结果 
    运行Optimizer工具结束后,可从①“Parameters”表格区、“Specifications”表格区显示优化结果,如图5-26所示。
 
     图中显示,对于范例射频放大器,只要将R8、R6和R4的电阻值改为:3.57  、702.5964  和238.8923  就可以满足优化设计要求,使电路增益为5.2489dB并且带宽也可以达到212.6955MHz。取得误差为零的理想结果,这在实际上不容易办到的。如是精确的电阻值也是理想数据。
    像灵敏度分析一样,优化分析工具同样可以把设置好的优化数据结果发送给其他分析工具。在Optimizer工具窗口选中“Specifications”表格区选中要进行优化设计的电路特性函数名称,单击右键在出现的快捷菜单中,执行Send to子命令把元器件参数发送给Sensitivity/Monte Carlo/Parametric Plot工具,如图5-27所示。 
 
    若要查找优化分析原始数据只要如图5-28所示,就可轻松的调出结果。
 
    调出的原始数据如图5-29所示,图中显示的是第5次优化运行结果。
 


5.8.6运用离散引擎确定参数值
    离散引擎(Discrete engine)是选定与优化结果要求最接近的商品化元器件系列标称值。以射频放大器电路为例,经过优化设计后,所有的电路特性参数,目标要求和约束条件都也满足设计标准,达到设计要求的理想结果,但优化结果显示的有效电阻R8、R6和R4值,分别为3.57Ω、702.5964Ω 和238.8923Ω,很显然这不是理想的商品化电阻系列标称值,为了使优化结果运用到实际生产中,提高生产效率,所以一般在优化分析过程的最后阶段都要调用离散引擎,将其优化值符合最接近的商品化元器件系列标称值。
    在以射频放大器为例的优化分析基础上,调用离散引擎: 
    1.从工具栏的引擎选择下拉列表选择Discrete engine,如图5-30所示。
 
    2.选择离散引擎(Discrete engine),将显示在Parameters 表中的Discrete Table 一列,如图5-31所示。
 
    3.从离散值表中选择符合要求的离散值系列,如图5-32所示,选择的是Resistor-10%(电阻标称值精度为10%离散系列)。
 
    4.运行离散引擎(Discrete engine),显示分析结果:R8=3.6Ω  , R6=680 Ω , R4=240Ω  ,如图5-33所示。
 
    5. 返回到电路图编辑器中,修改相应元器件参数,使其更新为符合生产标准的系列标称值。(可以在Optimizer工具窗口的Parameter表格区选中一个元器件名称,单击右键在出现的快捷菜单中,执行Find in Design子命令,将使电路图中该元器件处于选中状态,同时窗口切换为电路图绘制软件Capture窗口。在电路图中修改选中元器件的参数值大小,更好的适应电路设计要求。) 
   6.再对电路重新进行一次模拟分析,检验电路特性和模拟结果波形,确保是所期望的理想优化结果。

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