PSpice的參數掃描對電路的優化分析

摘要： 用子電路模塊代替電路中的關鍵元件， 采用理論分析與PSpice 的參數掃描分析和優化分析相結合的方法對電路進行最優化設計， 結合一個CCⅡ低通濾波電路的設計實例， 闡述了仿真分析方法的具體步驟， 給出了濾波電路最優化設計的仿真分析結果， 該結果符合設計理論分析值的要求。對優化后的電路進行了溫度掃描分析、蒙托卡諾分析和最壞情況分析。仿真結果表明， 該方法在電路設計中是可行的。

　　引言

　　本文以CCⅡ低通濾波器的設計為例， 先采用理論分析設計低通濾波電路， 然后運用OrCAD/ Pspice 進行仿真分析和優化設計， 最后對設計結果進行驗證， 以使電路性能達到設計要求。同時， 也便于了解該電路受參數變化的影響及其高低溫情況下的性能變化等特性。

　　1 濾波電路的設計

　　圖1 基于CC Ⅱ的低通濾波電路

　　一般地， 圖1 所示電路的轉移函數可以通過列寫電路節點a, b, o 的電流方程來求得， 即對a 節點有：

　　對b 節點有：

　　對o 節點有：

　　CCⅡ端口的電壓-電流關系有：

　　式中： K 為CCⅡ的電流放大倍數。聯系以上等式可以求得圖1 所示電路的轉移函數為：

　　由圖1 所示電路的轉移函數可以得出電路參數與元件值的關系：

　　這種設計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， 然后根據式( 7) ,式( 8) 進行設計， 從而確定每個元件的參數值， 其設計步驟如下：

　　( 1) 令R1 = R2 = R, C1 = C2 = C, 并選取適當的C 值;

　　( 2) 根據給定的ωp 和式( 7) , 求出R;

　　( 3) 根據給定的Q 值和式( 8) , 求出K ;

　　( 4) 進行PSpice 仿真分析以及優化設計。

　　設計指標為： f p = 105 Hz, Q = 1/ √2。

　　根據電路參數與元件值的關系以及設計步驟選取C = 1 nF, 則可求得： R = 10 k , K = √2 - 3。

　　2 電路的PSpice 仿真分析與優化

　　首先對原始電路設計方案在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, 掃描記錄點數為1 000; 掃描類型為Log arithmic, 掃描方式為Decade, 以此進行電路仿真， 得到的電路初始幅頻特性曲線如圖2所示。從電路的轉移函數可知， 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， 其原始電路的設計指標不符合要求。

　　圖2 輸出電流I o 的頻率特性曲線