PSPICE电子线路辅助设计课件.ppt

1、设设 计计 指指 标标 要要 求求确确 定定 电电 路路 方方 案案确确 定定 电电 路路 参参 数数选选 定定 分分 析析 方方 法法修修 改改 电电 路路 参参 数数修修 改改 电电 路路 方方 案案数数 学学 方方 法法C CA AC CA A实实 验验 方方 法法结结 果果性性 能能 满满 足足 要要 求求确确 定定 电电 路路输出结果输出结果输入电路的拓扑信输入电路的拓扑信息和元件特性息和元件特性解方程求数值解解方程求数值解确定器件模型确定器件模型并处理并处理建立电路方程建立电路方程V1V1V2V2TRCTRCTRDTRDTFDTFDTFCTFCt tV(V)V(V)V1V1V2V2

2、TRTRTDTDTFTFt tV(V)V(V)PERPERPWPWV(V)V(V)T1T1T2T2T3T3T4T4T5T5T6T6V1V1V2V2V3V3V4V4V5V5V6V6t tl语句格式：.WCASE(analysis)(output variable)l例：.WCASE TRAN V(10)YMX.WCASE DC IC(Q6)YMAX VARY DEV.WASE AC VP(5，0)YMAX DEVICE RQ OUTPUT ALLl.WCASE 语句中的前三项(analysis)(output variable)均与.MC语甸中的含意一样,是任选项，可没有，也可选下列几种：?.W

3、ASE 语句是对电路进行灵敏度和最坏情况分析。该语句是在参数变化时，对所选的分析多次运行,与.MC不同的是.WCASE每次运行只改变一个器件参数，而monte carlo统计分析是参数按指定的统计规律同时随机的变化。由于.WCASE每次运行时可求出每个参数对输出变量(波形)的灵敏度，在所有的灵敏度都得到后，在最后一次运行中使各个参数同时按容差范围内各自的最大变化量改变，这样就进行了最坏情况分析了。如果器件参数有5个，.WCASE 开始按参数的标称值进行第一次分析，然后由各自容差分别改变一个参数共运行5次，最后进行最坏情况分析，所以.WCASE 共进行参数变量加二次等于7次分析。0R21kV11

4、Vac0VdcR11kL110uH12L210uH12R51kV31Vac0Vdc-+-E1E0R41kR31kC11n0C21nL610uH12R61kL510uH12L410uH12L310uH12V41Vac0VdcR7500megC11n0C21nL610uH12R61kL510uH12L410uH12L310uH12V41Vac0VdcR8500megR91k1Vac0VdcC31n0R101kR111GV71Vac0Vdc0V61Vac0Vdc0V81Vac0VdcL710uH12使用OFF项在直流计算时，可关断所有对直流计算是截止的半导体器件。偏置点首先是假定被设定的器件都是在截

5、止时得到的，收敛后再允许这些器件中有电流通过，以使它们的端电压与实际相符，处于正常工作，然后继续迭代至收敛。因此ONOFF项不影响偏置点的最终解，只影响对初始迭代的估计。所以，这种方法对非线性工作区是最有效。使用.NODESET语句.NODESET 语句是节点电压设置语句，用它可以对电路中某些节点设置初始电压。在直流分析时将对予置节点接上设定的电压源，进行迭代直至收敛，再将这些电压源去掉继续迭代直至收敛到最终解。因此该语句仅起帮助收敛的作用并不影响直流偏置点的最终解。放宽分析精确度收敛的最终判据是用相对误差和绝对误差来表示的，这些误差直接反映了分析的精度。如果放宽了分析的精度也就放宽了收敛的条

6、件。如果设置RELTOL0.02，ABSTOL10-10，VNTOL=10-4,且把ITL1设为300，这就比用它们的缺省值都大，即放宽了收敛条件，如果这时收敛了，就记下非线性元件控制节点的直流电压值，并把这些节点的电压用.NODESET语句设定记下的节点直流电压值，然后恢复上述任选项的值，即提高分析精度，再运行一次，看是否收敛。使用UIC开关 在以上方法都不能使直流偏置点收敛时，使用开关UIC可作为最后的偿试。该法获得正确结果的可能性约98。这种方法是在不用直流(DC)和交流(AC)分析时只进行瞬态分析，并用获得的稳态输出值作为给节点进行电压值设定，再按要求，重新进行所需的分析。具体步骤如下

7、：1、如果在输入文件中有.OP和.AC语句，则去掉这些语句，只进行瞬态分析。去掉所有脉冲，指数或正弦输入源。2、设置合理的模拟时间。3、使用.TRAN语句中的UIC开关，这将允许在没有求解静态工作点的情况下就进行瞬态计算。4、对电路的输入文件中的每一个非线性控制节点添加观察项5、运行该分析。6、从输出曲线图中每一节点的输出波形取值。将这些电压值作为节点设置来决定每个非线性控制节点的初始电压。7、重新加上所需要的独立电源、.OP和.AC语句。8、.TRAN语句中去掉UIC开关,再开始分析。RsACdKID 为了模拟晶体管中的电荷存贮效应采用电容模型来模拟。为了模拟晶体管中的电荷存贮效应采用电容模

8、型来模拟。晶体管中的存贮电荷一部分是由晶体管中的存贮电荷一部分是由PN结的空间电荷区存贮的，结的空间电荷区存贮的，并用结势垒电容来表示，另一部分是由于注入的少数载流子引并用结势垒电容来表示，另一部分是由于注入的少数载流子引起的，这部分电荷用注入的载流子电荷或扩散电容来表示。其起的，这部分电荷用注入的载流子电荷或扩散电容来表示。其中中B-E结电容为：结电容为：Cbe=B-E结电容结电容=Ctbe+areaCjbeCtbe=扩散电容扩散电容=tfGbetf=有效度越时间有效度越时间=TF(1+XTF(Ibe1/(Ibe1+areaITF)2eVbc/(1.44VTF)Gbe=B-E直流电导直流电导

9、=(dIbe)/(dVb)Ibe=Ibe1+Ibe2Cjbe=CJE(1-Vbe/VJE)-MJE Vbe FCVJEB-C结电容为：结电容为：Cbc=B-C结电容结电容=Ctbc+areaXCJCCjbcCtbc=扩散电容扩散电容=TRGbcGbc=B-C直流电导直流电导=(dIbc)/(dVbc)直流模型直流模型 考虑晶体管的准饱和效应，在本征集电极和集电极串联考虑晶体管的准饱和效应，在本征集电极和集电极串联电阻之间加入了一个新的节点，并加上了受控电流源，二个受电阻之间加入了一个新的节点，并加上了受控电流源，二个受控电容分别用控电容分别用Qw和和Qo，表示。如果模型参数表示。如果模型参数R

10、CO0，则准则准饱和效应就考虑饱和效应就考虑.Iepi=area(VO(Vt(K(Vbc)-K(Vbn)-ln(1+K(Vbc)/(1+K(Vbn)+Vbc-Vbn)/RCO(|Vbc-Vbn|+VO)Qo=areaQCO(K(Vbc)-1-GAMMA/2)Qw=areaQCO(K(Vbn)-1-GAMMA/2)K(v)=(1+GAMMAe(v/Vt)1/2在模型参数中，直流特性由下列参数确定。在模型参数中，直流特性由下列参数确定。VTO和和BETA决定漏电流随栅压的变化，决定漏电流随栅压的变化，LAMBDA决定输决定输出电导，出电导，IS是两个栅结的饱和电流。模型中还包括两个欧姆是两个栅结的

11、饱和电流。模型中还包括两个欧姆电阻电阻RD和和RS。电荷贮存效应由两个栅结的非线性耗尽层电电荷贮存效应由两个栅结的非线性耗尽层电容模拟，该电容随结电压的容模拟，该电容随结电压的-1/2幂变化并由零偏压时幂变化并由零偏压时CGS、CGD和结电势和结电势PB所决定。所决定。当当VTO0，表明是耗尽型表明是耗尽型JFET，不论是不论是N沟还是沟还是P沟，沟，VTO0，表明器件是增强型表明器件是增强型JFET。直流模型直流模型Ig=栅极电流=area(Igs+Igd)Igs=栅源结的泄漏电流=In+IrKgIn=PN结传输电流=IS(e Vgs/(NVt)-1)Ir=复合电流=ISR(e Vgs/(N

12、RVt)-1)Kg=产生因子=(1-Vgs/PB)2+0.005)M/2Igd=栅漏结的泄漏电流=In+IrKg+IiIn=PN结传输电流=IS(e Vgd/(NVt)-1)Ir=复合电流=ISR(e Vgd/(NRVt)-1)Kg=产生因子=(1-Vgd/PB)2+0.005)M/2Ii=碰撞电流Ii=IdrainALPHAvdife-VK/vdif 0 Vgs-VTO 0：Idrain=0Vgs-VTO 0Idrain=BETA(1+LAMBDAVds)Vds(2(Vgs-VTO)-Vds)Vds Vgs-VTOIdrain=BETA(1+LAMBDAVds)(Vgs-VTO)2 0 Vg

13、s-VTO VdsVds 0：仅需将上面公式中所有的源和漏对调一下即可。栅源栅源PN结结耗尽层电容耗尽层电容Cgs=areaCGS(1-Vgs/PB)-M Vgs FCPB栅漏栅漏PN结耗尽层电容结耗尽层电容Cgd=areaCGD(1-Vgd/PB)-M Vgd FCPBl电路元件灵敏度比较法针对电路特性求出组成该电路所有元件的灵敏度，而后去掉灵敏度较低的元件，由剩下的元件组成的电路，就构成原电路的简化宏模型。l电路元件短路、开路法这种方法是保证电路性能在不偏离给定范围的前提下将原电路中元件短路或开路，达到简化目的。该方法的具体做法如下：1、选定原电路中的某一元件，将其开路，计算出响应；再将其

14、短路，也计算出响应。若其响应超过容许的偏离，则说明这个元件不能首先开路或短路。若其响应不超过容许范围，则将其偏离记录下来。2、对电路中每个元件都按上述方法进行计算。3、对所有元件开路和短路所造成的电路响应的偏离进行比较，取其最小者，作为第一个被开路或短路的元件。4、将选出的第一个元件开路或短路后，再重复上述步骤，决定第二个，第三个能够开路或短路的元件。直到再短路或开路元件时，响应的容差就要超过规定值为止。用构造法建立宏模型 用构造法建立的宏模型，实际上是构造一个另外的电路。该电路的端口特性与原电路的端口特性相同，但它要比原电路有较大程度的简化。这种方法建立宏模型的步骤如下：首先分析集成电路的内

15、部电路以明确各部分的功能，把功能块分割成各子电路块。而后以最简单的方式通过R、l、C及受控源去模拟各功能块子电路的功能，必要时也可采用尽可能少量的有源器件。最后以适当的方式把各子功能块连系起来组成整个集成电路的宏模型。l直流特性宏模型该宏模型电路主要用来模拟失调电流、输入偏置电流、失调电压、差模和共模输入电阻、电流增益、共模抑制比及输出电阻等。RicRidRicGm2*Vic0+RcI+VoI-Ro-Ei0Gmi*VidVi输入特性输入特性摆率和摆率和低频特性低频特性高频特性高频特性输出特性输出特性RicV1Gm1*VicCicViRcGm4*V3-C1VoCid+C2R2Gm2*V1RoV2R1Gm3*V2V30Ridl交流大信号宏模型C1Gm4*V3RoV3RnCicRicRc0R2-V1Rid+V2C2Gm3*V2CidViGm1*VicR1Vopoly(V1)VcRc(+)C2VCCVeRc1Rc20Re1GcVoRe2GbVbCEEVaD4RE(-)VbR2GcmVaIEED3-VEER1VoD2C1D1GaVoRp