перечень сокращений (стр. 8 из 13)

Анализ шумов в общем виде производится по директиве:

.NOISE V(<узел>,[<узел>])<имя>[<n>],

где n – общее количество точек расчета

На каждой частоте частотного анализа рассчитывается спектральная плотность внутреннего шумового напряжения, которая пересчитывается ко входу цепи и к ее выходу. Проведем анализ шумов на выходе схеме при температуре 27 С⁰. Укажем в поле Interval значение 10, что означает – каждый десятый результат анализа будет записан в выходной файл.

Рисунок 5.3 - АЧХ и спектральная плотность шума на выходе УПЧ - 2

По результатам проведенного моделирования выведем два графика (см. рисунок 5.3): АЧХ на выходе схемы и кривую результирующих шумов (спектральная плотность), построенную при помощи стандартной функции ONOISE входящей в модуль OrCAD – PSpice A/D.

Для расчета отношения сигнал/шум воспользуемся формулой /16/:

(5.2)

где

А – действующее значение выходного напряжения на резонансной частоте, В;

В – полоса пропускания = 48228 Гц

С – спектральная плотность шума на резонансной частоте, В.

Сделав подстановку, получим:

дБ

OrCAD позволяет выявлять основную причину шума, т.е. определять основной его источник, подробные данные об этом записываются в выходной файл.

Проанализировав фрагмент выходного файла для частоты 1.455 МГц можно сказать, что наибольший вклад в шумовую картину вносит транзистор VT1, а точнее параметр этого полевого транзистора RS – объемное сопротивление истока. Далее по интенсивности вносимого шума следует резисторы R6, R2, R3.

5.4 Статистический анализ по методу Монте-Карло

Частотный анализ проводился при выполнении условия, что компоненты проектируемой схемы УПЧ - 2 действительно имеют свои номинальные значения, и, к примеру, резистор R5, рядом с которым установлен индикатор значения 330 Ом, на самом деле имеет значение 330 Ом. Однако это предположение далеко от реальности, так как все компоненты, устанавливаемые в реальной электронной схеме, естественно, имеют допуски. Следовательно, в условиях массового производства схема может не обеспечивать заданные параметры.

Программа OrCAD позволяет приписывать допуски параметрам компонентов. И тогда в ходе одного анализа Монте-Карло одна и та же схема будет моделироваться («прогоняться») множество раз: каждый раз с новым набором параметров, заданным по принципу случайной выборки, таким образом можно проверить чувствительность схемы к допускам компонентов.

Случайное значение параметра х рассчитывается в общем случае по формуле /17/:

, (5.3)

где х_НОМ – номинальное значение параметра х;

D - относительный разброс параметра х;

x - центрированная случайная величина, принимающая значения на отрезке (минус 1, плюс 1).

Величина относительного разброса каждого параметра D и закон распределения случайной величины x задаются опцией, которая имеет вид:

[[/<генератор #>] [/<закон распределения>] <разброс>[%]],

где параметр <генератор #> - указывает номер генератора случайных чисел.

Проведем анализ Монте-Карло, задав для пассивных элементов (резисторов и конденсаторов) допуск 10 %, стандартная величина для

отечественных электронных компонентов (характерно для разброса параметров партий изделий). Моделирование проведем для десяти «прогонов» и определим закон распределения случайных величин как нормальный (опция Uniform).

Все параметры определяются независимо друг от друга. В качестве анализируемого параметра УПЧ - 2 определим коэффициент усиления по напряжению схемы, а точнее, его максимальное отклонение от номинального значения.

Рисунок 5.4 - АЧХ УПЧ - 2 при анализе Монте-Карло (10 "прогонов" при нормальном распределении)

Рисунок 5.5 - АЧХ УПЧ - 2 при анализе Монте-Карло увеличенный фрагмент (нормальное распределение)

Проведем моделирование для десяти «прогонов» и определим закон распределения случайных величин как Гауссов (опция Gaussian) /17/.

Рисунок 5.6 - АЧХ УПЧ - 2 при анализе Монте-Карло (10 "прогонов" при Гауссовом распределении)

Рисунок 5.7 - АЧХ УПЧ - 2 при анализе Монте-Карло увеличенный фрагмент (Гауссово распределение)

Полученные следующие результаты для резонансной частоты 1.455МГц:

а) нормальное распределение - коэффициент усиления колеблется от 9171 до 10700 (плюс 5.8 % / минус 9.3 % от номинального значения); полоса пропускания при

номинальном значении элементов – 48228 кГц, при максимальном отклонении вверх - 48039, при максимальном отклонении вниз – 48400кГц; коэффициент прямоугольности соответственно – 22.054, , 22.56, 21.86;

б) гауссово распределение - коэффициент усиления колеблется от 9072 до 11640 (плюс 15.1 % / минус 10.3 % от номинального значения); полоса пропускания при максимальном отклонении вверх - 47700, при максимальном отклонении вниз – 48900кГц; коэффициент прямоугольности соответственно –22.80,21.43.

Анализ результатов позволяет сделать вывод, что схема работает достаточно стабильно, т.е. она малочувствительна к разбросу допусков резисторов и конденсаторов. При фактическом изготовлении такой схемы не нужно тщательно подбирать, а, следовательно, проводить измерение номинала каждого резистора и конденсатора, что, несомненно, удешевит работу при производстве данного устройства.

5.5 Анализ наихудшего случая (Worst case)

Анализ наихудшего случая тесно связан с анализом Монте-Карло. Здесь так же проводятся расчеты характеристик схемы при вариации параметров. Сначала по очереди изменяются все указанные параметры, что позволяет оценить параметрическую чувствительность. Измененные значения параметров рассчитываются по формуле:

новое значение = номинальное значение * (1 + RELTOL)

В заключение рассчитываются характеристики схемы при одновременном изменении всех параметров по методу наихудшего случая. При этом значения параметров определяются по формуле:

новое значение = номинальное значение * (1 плюс / минус D)

Как правило, с помощью анализа наихудшего случая удается смоделировать самый неблагоприятный вариант работы схемы. И в этом случае анализ Worst case имеет преимущество над анализом Монте-Карло.

Определим «экстремальное» значение коэффициент усиления по напряжению схемы. Оставим допуск для резисторов и конденсаторов - 10%. Выберем функцию YMAX для исследования максимального отклонения выходной величины от номинального случая (когда все компоненты имеют свои номинальные значения) в направлении снизу вверх (Hi), а так же направлении сверху вниз (Lo). В заключении проводится «прогон» наихудшего случая, когда все параметры имеют граничные в области своего допуска значения, т.е значения, которые позволяют ожидать наихудшего случая.

После проведения анализа построим АЧХ УПЧ - 2 для номинального случая, а так же для наихудшего случая в направлении снизу вверх и в направлении сверху вниз, после чего совместим все графики в одних осях.