PSpice的参数扫描对电路的优化分析

　　摘要： 用子电路模块代替电路中的关键元件， 采用理论分析与PSpice 的参数扫描分析和优化分析相结合的方法对电路进行最优化设计， 结合一个CCⅡ低通滤波电路的设计实例， 阐述了仿真分析方法的具体步骤， 给出了滤波电路最优化设计的仿真分析结果， 该结果符合设计理论分析值的要求。对优化后的电路进行了温度扫描分析、蒙托卡诺分析和最坏情况分析。仿真结果表明， 该方法在电路设计中是可行的。

　　引言

　　本文以CCⅡ低通滤波器的设计为例， 先采用理论分析设计低通滤波电路， 然后运用OrCAD/ Pspice 进行仿真分析和优化设计， 最后对设计结果进行验证， 以使电路性能达到设计要求。同时， 也便于了解该电路受参数变化的影响及其高低温情况下的性能变化等特性。

　　1 滤波电路的设计

　　

 

　　图1 基于CC Ⅱ的低通滤波电路

　　一般地， 图1 所示电路的转移函数可以通过列写电路节点a, b, o 的电流方程来求得， 即对a 节点有：

　　

 

　　对b 节点有：

　　

 

　　对o 节点有：

　　

 

　　CCⅡ端口的电压-电流关系有：

　　

 

　　式中： K 为CCⅡ的电流放大倍数。联系以上等式可以求得图1 所示电路的转移函数为：

　　

 

　　由图1 所示电路的转移函数可以得出电路参数与元件值的关系：

　　

 

　　这种设计方法的主要思路是通过令R1 = R2 = R ,C1 = C2 = C 来减小元件的分散性， 然后根据式( 7) ,式( 8) 进行设计， 从而确定每个元件的参数值， 其设计步骤如下：

　　( 1) 令R1 = R2 = R, C1 = C2 = C, 并选取适当的C 值;

　　( 2) 根据给定的ωp 和式( 7) , 求出R;

　　( 3) 根据给定的Q 值和式( 8) , 求出K ;

　　( 4) 进行PSpice 仿真分析以及优化设计。

　　设计指标为： f p = 105 Hz, Q = 1/ √2。

　　根据电路参数与元件值的关系以及设计步骤选取C = 1 nF, 则可求得： R = 10 k , K = √2 - 3。

　　2 电路的PSpice 仿真分析与优化

　　首先对原始电路设计方案在OrCAD/ Capture 下绘图， 其中CCⅡ的仿真模型采用子电路形式， 所有元件都调用PSpice 仿真库中的模型， 选电流源为交流源，交流电路为1 A, 直流电流为0 A , 设电容C1 和C2 的初始值为0; 分析类型为AC Sw eep/ Noise, 起始频率为10 Hz, 终止频率为100 MHz, 扫描记录点数为1 000; 扫描类型为Log arithmic, 扫描方式为Decade, 以此进行电路仿真， 得到的电路初始幅频特性曲线如图2所示。从电路的转移函数可知， 图1 所示的滤波器为二阶低通滤波器， 对比二阶低通滤波器的幅频特性可以得知， 其原始电路的设计指标不符合要求。

　　

 

　　图2 输出电流I o 的频率特性曲线