基于OrCADPSpice9的電路優(yōu)化設計

1、基于OrCAD/PSpice9的電路優(yōu)化設計摘要：介紹了rAD/PSpie9的特點，通過實例說明了基于rAD/PSpie9環(huán)境下的電路優(yōu)化設計過程。1引言電子設計自動化EDA是以電子系統設計軟件為工具，借助于計算機來完成數據處理、模擬評價、設計驗證等工序，以實現電子系統或電子產品的整個或大部分設計過程的技術。它具有設計周期短、設計費用低、設計質量高、數據處理才能強，設計資源可以共享等特點。電路通用分析軟件rAD/PSpie9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rAD/PSpie9的電路優(yōu)化設計方法，通過實例分析了有源濾波器的優(yōu)

2、化設計過程。2rAD/PSpie9軟件的特點rAD/PSpie9是美國rADIN.公司研制的一種電路模擬及仿真的自動化設計軟件，它不僅可以對模擬電路、數字電路、數/模混合電路等進展直流、交流、瞬態(tài)等根本電路特性的分析，而且可以進展蒙托卡諾ntearl統計分析，最壞情況rstase分析、優(yōu)化設計等復雜的電路特性分析。相比PSpie8.0及以前版本，具有如下新的特點：改變了批處理運行形式。可以在INDS環(huán)境下，以人機交互方式運行。繪制好電路圖，即可直接進展電路模擬，無需用戶編制繁雜的輸入文件。在模擬過程中，可以隨時分析模擬結果，從電路圖上修改設計。以rAD/apture作為前端模塊。除可以利用ap

3、ture的電路圖輸入這一根本功能外，還可實現rAD中設計工程統一管理，具有新的元器件屬性編輯工具和其他多種高效省時的功能。將電路模擬結果和波形顯示分析兩大模塊集成在一起。Prbe只是作為其中的一個窗口，這樣可以啟動多個電路模擬過程，隨時修改電路特性分析的參數設置，并可在重新進展模擬后繼續(xù)顯示、分析新的模擬結果。引入了模擬類型分組的概念。每個模擬類型分組均有各自的名稱，分析結果數據單獨存放在一個文件中，同一個電路可建立多個模擬類型分組，不同分組也可以針對同一種特性分析類型，只是分析參數不同。擴展了模型參數生成軟件的功能。模型參數生成軟件delED可以統一處理以文本和修改標準兩種形式提取模型參數；

4、新增了達林頓器件的模型參數提??；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。增加了亞微米S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。3電路優(yōu)化設計所謂電路優(yōu)化設計，是指在電路的性能已經根本滿足設計功能和指標的根底上，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展調整，直到電路的性能到達要求為止。rAD/PSpie9軟件中采用PSpieptiizer模塊對電路進展優(yōu)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個目的參數和約束條件的要求?？梢愿鶕o定的模型

5、和一組晶體管特性數據，優(yōu)化提取晶體管模型參數。3.1電路優(yōu)化根本條件調用PSpieptiizer模塊對電路進展優(yōu)化設計的根本條件如下：電路已經通過了PSpie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根本功能，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(yōu)化設計的目的性能有關。在優(yōu)化時，一定要將約束條件如功耗和目的參數如延遲時間用節(jié)點電壓和支路電流信號表示。存在一定的算法，使得優(yōu)化設計的性能可以成為以電路中的某些參數為變量的函數，這樣PSpie才可以通過對參數變化進展分析來到達衡量性能好壞的目的。3.2電路優(yōu)化設計步驟調用PSpieptiizer進展電

6、路優(yōu)化設計，一般按以下4個步驟：(1)新建立計工程，完成電路原理圖設計。這一歩的關鍵是在電路中放置PTPARA符號，用于設置電路優(yōu)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(yōu)化的特性參數類別調用PSpieA/D進展電路模擬檢驗，確保電路設計能正常工作，根本滿足功能和特性要求；(3)調用PSpieptiizer模塊，設置可調整的電路元器件參數、待優(yōu)化的目的參數和約束條件等與優(yōu)化有關的參數。這一歩是優(yōu)化設計的關鍵。優(yōu)化參數設置是否適宜將決定能否獲得滿意的優(yōu)化結果；(4)啟動優(yōu)化迭代過程，輸出優(yōu)化結果。電路優(yōu)化設計的過程框圖如圖1所示。3.3電路優(yōu)化設計實例濾波器電路如圖2所示。優(yōu)化

7、目的要求中心頻率F為10Hz；3dB帶寬(B)為1Hz，容差為10%；增益G為10，容差為10%。在圖2中，濾波器電路共有三個可調電位器Rgain、Rf和Rb，用來調整中心頻率、帶寬以及增益，且這種調整是互相影響的。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01，所以將三個電位器的位置參數分別設置為aG、aB和aF。由于對濾波器的優(yōu)化設計是交流小信號分析，因此應將分析類型“Analysistype設置為“ASeep/Nise；掃描類型“ASeepType設置為“Lgarithi;“Pints/Deade設置為100；起始頻率“Start和終止頻率“End分別設置為1

8、Hz和100Hz。為了進展優(yōu)化設計，在電路圖繪制好后，應放置PTPARA符號并設置待優(yōu)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PSpieptiizer模塊并在優(yōu)化窗口中設置增益G、中心頻率F和帶寬(B)三個優(yōu)化指標。并利用PSpie中提供的特征值函數定義這三個優(yōu)化指標，詳細設置見表2。調用PSpieA/D進展模擬計算，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(yōu)化設計到達目的。在優(yōu)化窗口中選擇執(zhí)行Tune/Aut/Start子命令，即可開始優(yōu)化過程。優(yōu)化完畢后，優(yōu)化窗

9、口中給出最終優(yōu)化結果，如圖3所示。由圖3可見，系統共進展了三次迭代，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；aF=0.457928；aB=0.702911時，可以使3個設計指標到達G=10.3499，F=9.98953，B=1.00777?？梢?，對電路進展優(yōu)化設計后，電路指標均能滿足設計要求。另外，完成優(yōu)化設計后，還可以從不同角度顯示和分析優(yōu)化結果。4.完畢語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展優(yōu)化，這時調用PSpieptiizer來完成這一優(yōu)化過程是相當方便的。假設用戶可以觀察出詳細是什么因素影響了電路的某項性能，從而知道調節(jié)哪些參數可使該性能更加理想；那么，應用PS