《電子技術應用》
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OrCAD的電路優化設計
摘要: ORCAD是由美國ORCAD公司于八十年代末推出的EDA軟件,每天都會有百萬計的電子工程師、PCB設計師在使用。它是世界上使用最廣的EDA軟件,相對于其它EDA軟件而言,它的功能也是最強大的,由于ORCAD軟件使用了軟件狗防盜版,因此在國內它并不普及。但是它以其良好的人機交互性能,完善的電路模擬、仿真、設計等功能,已成為微機級EDA的標準系列軟件之一。本文基于OrCAD/PSpice9的電路優化設計方法,通過實例分析了有源濾波器的優化設計過程。
關鍵詞: IC設計軟件
Abstract:
Key words :
</a></a>lED" title="lED">lED可以統一處理以文本和修改規范兩種形式提取模型參數;新增了達林頓器件的模型參數提取;完成模型參數提取后,自動在圖形符號庫中增添該器件符號。
  6 增加了亞微米MOS器件模型EKV2-6。EKV2-6是一種基于器件物理特性的模型,適用于采用亞微米工藝技術的低壓、小電流模擬電路和數/模混合電路的模擬分析。

  二、 電路優化設計
  所謂電路優化設計,是指在電路的性能已經基本滿足設計功能和指標的基礎上,為了使得電路的某些性能更為理想,在一定的約束條件下,對電路的某些參數進行調整,直到電路的性能達到要求為止。OrCAD/PSpice9軟件中采用Pspice Optimizer模塊對電路進行優化設計,可以同時調整電路中8個元器件的參數,以滿足最多8個目標參數和約束條件的要求。可以根據給定的模型和一組晶體管特性數據,優化提取晶體管模型參數。

  1 電路優化基本條件
  調用Pspice Optimizer模塊對電路進行優化設計的基本條件如下:
  電路已經通過了Pspice的模擬,相當于電路除了某些性能不夠理想外,已經具備了所要求的基本功能,沒有其他大的問題。
  電路中至少有一個元器件為可變的值,并且其值的變化與優化設計的目標性能有關。在優化時,一定要將約束條件(如功耗)和目標參數(如延遲時間)用節點電壓和支路電流信號表示。
  存在一定的算法,使得優化設計的性能能夠成為以電路中的某些參數為變量的函數,這樣Pspice才能夠通過對參數變化進行分析來達到衡量性能好壞的目的。

  2 電路優化設計步驟
  調用Pspice Optimizer進行電路優化設計,一般按以下4個步驟:
  (1) 新建設計項目,完成電路原理圖設計。這一歩的關鍵是在電路中放置OPTPARAM符號,用于設置電路優化設計過程中需要調整的元器件名稱及有關參數值;
  (2) 根據待優化的特性參數類別調用Pspice A/D進行電路模擬檢驗,確保電路設計能正常工作,基本滿足功能和特性要求;
  (3) 調用Pspice Optimizer模塊,設置可調整的電路元器件參數、待優化的目標參數和約束條件等與優化有關的參數。這一歩是優化設計的關鍵。優化參數設置是否合適將決定能否取得滿意的優化結果;
      (4) 啟動優化迭代過程,輸出優化結果。
      電路優化設計的過程框圖如圖1所示。

                                       
  
 

 3 電路優化設計實例
  濾波器電路如圖2所示。優化目標要求中心頻率(Fc)為10Hz;3dB帶寬(BW)為1Hz,容差為10%;增益(G)為10,容差為10%。

       濾波器電路共有三個可調電位器R gain、Rfc和Rbw,用來調整中心頻率、帶寬以及增益,且這種調整是相互影響的。三個可變電阻的阻值是由滑動觸點的位置SET確定的,顯然SET值的范圍為0~1,所以將三個電位器的位置參數分別設置為aG、aBW和aFc。

  由于對濾波器的優化設計是交流小信號分析,因此應將分析類型"Analysis type"設置為"AC Sweep/Noise";掃描類型"AC Sweep Type"設置為"Logarithmic";"Points/Decade"設置為100;起始頻率"Start"和終止頻率"End"分別設置為1Hz和100Hz。
  為了進行優化設計,在電路圖繪制好后,應放置OPTPARAM符號并設置待優化的元器件參數。本例中參數屬性設置值如表1所示。

                           
  設置好待調整的元器件參數以后,調用Pspice Optimizer模塊并在優化窗口中設置增益(G)、中心頻率(Fc)和帶寬(BW)三個優化指標。并利用Pspice中提供的特征值函數定義這三個優化指標。
  調用Pspice A/D進行模擬計算,在相應窗口中顯示中心頻率的值為8.3222,帶寬為0.712187,增益為14.8106。顯然這與要求的設計指標有差距,需要通過優化設計達到目標,具體設置見表2。

                            
  在優化窗口中選擇執行Tune/Auto/Start子命令,即可開始優化過程。優化結束后,優化窗口中給出最終優化結果如圖3所示。

                             
  系統共進行了三次迭代,自動調用了9次電路模擬程序。當3個待調整的元器件參數分別取aG=0.476062;aFc=0.457928;aBW=0.702911時,可以使3個設計指標達到G=10.3499,Fc=9.98953,BW=1.00777。
  可見,對電路進行優化設計后,電路指標均能滿足設計要求。另外,完成優化設計后,還可以從不同角度顯示和分析優化結果。

  三. 結束語

      需要強調的是,Pspice Optimizer的自動化設計程度也是相對的,如果所設計的電路距離它的基本功能還相差甚遠的話,用Pspice Optimizer來進行優化設計是很難達到理想效果的。同時它不能創建電路,不能對電路中的敏感元素進行優化設計。
  從上面的例子可以看出,當電路的功能已經大致完成,但仍需要對一些指標進行優化,這時調用Pspice Optimizer來完成這一優化過程是相當方便的。如果用戶能夠觀察出具體是什么因素影響了電路的某項性能,從而知道調節哪些參數可使該性能更加理想;那么,應用Pspice Optimizer對該電路進行調整也是完全合適的。

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