MultiSIM



    Obsah 7. kapitoly

    7. Analýzy
    7.1. Úvod do analýzy
    7.2. Zobrazenie výsledkov analýzy – Grapher
    7.2.1. Grapher – práca s listami
    7.2.2. Práca s grafmi
    7.2.3. Zobrazovanie tabuliek
    7.2.4. Druhy súborov pre ukladanie a načítavanie
    7.3. Práca s analýzou
    7.3.1. Všeobecné inštrukcie
    7.3.2. Záložka parametrov analýzy (Analyses parameters)
    7.3.3. Záložka výstupu (Output)
    7.3.4. Výber spôsobu zaobchádzania s výstupnými premennými
    7.3.5. Filtrovanie zoznamu premenných
    7.3.6. Pridávanie parametrov do zoznamu premenných
    7.3.7. Pridávanie výrazov analýzy
    7.3.8. Záložka možností analýzy (Analysis Options)
    7.3.9. Záložka Súhrn (Summary)
    7.3.10. Nekompletná analýza
    7.4. Analýza jednosmerného pracovného bodu (DC operating point analysis)
    7.4.1. Nastavenie a spustenie analýzy
    7.4.2. Ukážkový príklad
    7.4.3. Odstránenie možných zlyhaní (Troubleshooting failures)
    7.5. AC analýza
    7.5.1. Nastavenie parametrov frekvencie
    7.6. Prechodová analýza (Transient analysis)
    7.6.1. Nastavenie parametrov
    7.6.2. Odstránenie možných porúch
    7.7. Fourierova analýza
    7.7.1. Nastavenia fourierovej analýzy
    7.8. Analýza šumu (Noise analysis)
    7.8.1. Nastavenie parametrov analýzy
    7.8.2. Frekvenčné nastavenia
    7.8.3. Príklad



    7. Analýzy




    7.1. Úvod do analýzy

    MultiSIM Vám ponúka niekoľko druhov analýzy, a to od jednoduchých k extrémne sofistikovaným, tiež sa môže stať, že jedna analýza bude potrebná pre uskutočnenie druhej. Pri uskutočnení analýz sa budete musieť rozhodnúť pre určité nastavenia, aby MultiSIM vedel čo má robiť. Taktiež môžete použiť SPICE ku vytvoreniu určitej analýzy založenej na príkazoch SPICE.
    Keď aktivujete analýzu, výsledky môžete zobraziť pomocou Grapher-u, a uložiť ich pre použitie v Postprocesore. Niektoré výsledky sú tiež zapisované do Audit Trail (stopa auditu).
    O tom, že analýza je v priebehu Vás informuje Simulation Running indicator (Indikátor priebehu simulácie) – obr. 147.


Obr.147 – Detail indikátora simulácie


    Pozn.: Niektoré simulácie môžu prebehnúť veľmi rýchlo, takže si blikanie indikátora ani nevšimnete.



    7.2. Zobrazenie výsledkov analýzy – Grapher



Obr. 148 – Ikona grapher-u


    Pre zobrazenie Grapher-u zvoľte View/Grapher (Zobraziť/Grapher).
    Grapher je viacúčelový zobrazovací nástroj, ktorý dovoľuje:
  • zobraziť výsledky všetkých analýz v podobe grafov a tabuliek
  • zobraziť graf stôp niektorých nástrojov (napr. osciloskop a zapisovač bodeho charakteristiky)
    V grafe sú získané dáta zobrazované ako niekoľko stôp v pravouhlom systéme (obr. 149).
    Tabuľka zobrazí klasicky stĺpce a riadky.
    Dialóg Grapher-u má niekoľko záložiek, ktoré závisia na uskutočnených analýzach. Každá záložka má dve aktívne oblasti indikované červenou šípkou.
    Niektoré analýzy ako je napríklad AC analýza vytvárajú na jednej záložke ako graf amplitúdy tak i fázy (obr. 150).
    Okno Grapher-u ponúka niekoľko tlačítok v hornom paneli (okrem zvyčajných New, Cut, Copy, Paste...) – obr. 151.


Obr. 149 – Príklad zobrazenia prechodovej analýzy




Obr. 150 – Príklad zobrazenia AC analýzy




Obr. 151 – Tlačidlový panel Grapher-u





    7.2.1. Grapher – práca s listami

    Každá analýza, ktorú uskutočníte sa zobrazí ako samostatná záložka. Každá stopa sa tiež môže objaviť na samostatnom grafe, ak ste si tak zvolili v nastaveniach.
  • pre skrolovanie medzi záložkami, ak je ich veľa, kliknite na príslušné šípky, ktoré sa objavia na pravom okraji záložiek
  • pre zmenu nastavení:
    1. zvoľte okno kliknutím na jeho záložku
    2. kliknite na záložku Properties pre zobrazenie dialógu nastavení (obr. 152).


Obr. 152 – Nastavenia záložiek grapher-u




ParameterMení:
Name of the tabMeno poľa
Title of chart or graphMeno grafu alebo tabuľky
Title’s fontPísmo
Background color of pageFarba pozadia
Show/Hide DiagramsUkáže/skryje diagramy

  1. Pre potvrdenie nastavení podľa potreby kliknite na OK (zavrie dialóg) alebo Apply - nechá dialóg otvorený.



    7.2.2. Práca s grafmi

    Pre pomoc pri vyhodnocovaní dát môžete použiť mriežku, legendu a vertikálne kurzory. Tiež si môžete zväčšiť ktorúkoľvek časť grafu. Tieto nastavenia môžu byť použité globálne alebo len na danú záložku. Pre zmenu nastavení použite dialóg Graph Properties (Vlastnosti grafu).


    Mriežky a legendy (Grids and Legends)
    Pre použitie mriežky:
  1. Vyberte graf kliknutím kdekoľvek naň.
  2. Kliknite na tlačítko Show/Hide Grid (Zobraziť/Ukryť mriežku).
    alebo kliknite na ikonku nastavení a v záložke General zaškrtnite príslušné políčko (obr. 153).
    Pre použitie legendy:
  1. Vyberte graf kliknutím kdekoľvek naň.
  2. Kliknite na tlačítko Show/Hide legend (Zobraziť/Ukryť legendu).
    alebo kliknite na ikonku nastavení a v záložke General zaškrtnite príslušné políčko.
    Pozn.: V poli Title môžete zmeniť názov grafu.


    Kurzory (Cursors)
    Pokiaľ aktivujete funkciu kurzorov, objavia sa na grafe dva vertikálne kurzory a zároveň sa objaví okno, ktoré zobrazuje hodnoty kurzorov (obr. 154).


Obr. 153 – Záložka obecné nastavení grafu




Obr. 154 – Kurzory grapher-u


    Dáta zobrazované kurzormi zahŕňajú:
    x1, y1 – súradnice ľavého kurzora
    x2, y2 – súradnice pravého kurzora
    dx – rozdiel na osi x medzi dvoma kurzormi
    dy – rozdiel na osi y medzi dvoma kurzormi
    1/dx – recipročná hodnota
    1/dy – recipročná hodnota
    min x, min y – minimá v rámci grafu
    max x, max y – maximá vrámci grafu
    Pre použitie kurzorov:
  1. Vyberte graf kliknutím kdekoľvek naň.
  2. Kliknite na tlačítko Show/Hide cursors (Zobraziť/Ukryť kurzory).
    alebo kliknite na ikonku nastavení a v záložke General zaškrtnite príslušné políčko.
    Pozn.: Zvoľte zobrazenie hodnôt jednej stopy - Single Trace alebo všetkých stôp - All Traces. Ak zvolíte jednu stopu a v grafe ich máte viac, potom musíte vybrať z poľa stôp tú, pre ktorú chcete zobraziť hodnoty.


    Kontextové menu kurzorov
  1. Kliknutím pravým tlačítkom myši na kurzor vyvolá menu, v ktorom môžete nastaviť parametre ako je na obr. 155.


Obr. 155 – Kontextové menu kurzora


  1. Vyberte Select Trace ID (Vybrať ID stopy) – obr. 156.


Obr. 156 – Výber ID stopy


  1. Vyberte stopu, ktorú chcete použiť ako referenciu pre ostatné nastavenia v menu.


    Priblíženie a Obnovenie (Zoom and Restore)
    Ak si chcete priblížiť niektorú časť zobrazeného grafu, označte túto oblasť kliknutím a podržaním ľavého tlačítka pri súčasnom pohybe myši (obr. 157). Alebo v nastaveniach na príslušnej záložke osi zmeňte jej mierku (obr. 158).


Obr. 157 – Označenie oblasti pre zväčšenie




Obr. 158 – Záložka osí nastavení grapher-u


    Osi (Axes)
    V nastaveniach grafu môžete meniť tieto parametre osí:

PolePoužitie
LabelMenovka osi
Pen SizeOvláda hrúbku a farbu čiary
Minimum/ MaximumOvláda minimum a maximum na osi
NumberNastaví počet značiek na osi
FrequencyNastaví frekvenciu opakovania sa značiek
PrecisionNastaví počet zobrazovaných číslic
ScaleMení mierku osi
EnabledUrčí či os bude alebo nebude zobrazená


    Stopy (Traces)
  1. Pre výber stopy kliknite na ňu ľavým tlačidlom myši, po jej zvolení sa na nej objavia malé trojuholníky.
  2. Následným kliknutím pravým tlačidlom sa zobrazí menu, v ktorom zvolíte žiadanú požiadavku.
    Taktiež môžete meniť nastavenia pomocou dialógu nastavení grafu v záložke stôp (obr. 159).


Obr. 159 – Záložka stôp nastavení grapher-u


    Je možné meniť tieto charakteristiky:

PolePoužitie
TraceŠpecifikuje to, ktorej stopy sa budú zmeny týkať
LabelMenovka stopy, objavuje sa v grafe
Pen SizeOvláda hrúbku čiary
ColorOvláda farbu čiary
Bottom Axis/Top AxisOvláda rozsah osi x stopy
Left Axis/Right AxisOvláda rozsah osi y stopy
X Offset/Y OffsetHodnota pre umiestnenie osí v offsete (posunutí)
Auto-Separate ButtonOffset osí pre lepšiu čitateľnosť grafu


    Zlučovanie stôp (Merging traces)
    Pre umiestnenie stôp na nový graf:
  1. Kliknite na tlačítko Overlay Traces (Prekrývanie stôp). Objaví sa dialóg výberu grafu.


Obr. 160 – Dialóg výberu grafu


  1. Zaškrtnite stopy, ktoré chcete v novom grafe a po potvrdení OK sa objaví nový graf.



    7.2.3. Zobrazovanie tabuliek

    Pre zlepšenie prehľadnosti môžete meniť šírku stĺpcov, dať tabuľke názov, zmeniť presnosť a triediť riadky.
  1. Pre zotriedenie riadkov kliknite na príslušný stĺpec a zvolíte tým vzostupné alebo zostupné triedenie, v prípade, že nejde o čísla je tento postup aplikovaný abecedne.
  2. Pre zmenu šírky stĺpca kliknite na jeho ľavý okraj a držte tlačidlo stlačené počas upravovania.
  3. Zmenou presnosti tabuľky sa rozumie v tomto prípade počet zobrazovaných číselných miest.
    Toto je možné uskutočniť v nastaveniach tabuľky na obr. 161.


Obr. 161 – Nastavenia tabuľky





    7.2.4. Druhy súborov pre ukladanie a načítavanie

    *.gra – súbory grafov
    *.dat – dáta zhromaždené Agilend osciloskopom
    *.scp – dáta zhromaždené MultiSIM osciloskopom
    *.bod – dáta z bodového plotteru
    *.lvm – súbory ako tie vytvrené v LabView
    *.tdm – binárne súbory meraní



    7.3. Práca s analýzou

    Každá analýza má niekoľko špecifických možností, ktoré môžu byť nastavené:
  • parametre analýzy
  • ako sa bude zaobchádzať s premennými
  • názov analýzy
  • používateľsky definované hodnoty pre možnosti analýzy
    Pozn.: Dôležité: Nastavenia analýzy sú uložené spolu s obvodom!



    7.3.1. Všeobecné inštrukcie

    Pre uskutočnenie analýzy:
  1. Vyberte Simulate/Analyses (Simulácia/Analýzy). Objaví sa menu so zoznamom analýz.
  2. V závislosti na zvolenej analýze sa objaví dialógové okno s niekoľkými záložkami ako:
    • Analysis parameters (Parametre analýzy)
    • Output (Výstup) - tu zvolíte čo má byť urobené s výstupom

      • analýzy ( nie je k dispozícii pri všetkých analýzach)

  3. Analysis Options (Možnosti analýzy)
  4. Summary (Súhrn) - kde je možné vidieť v usporiadanej štruktúre všetky nastavenia
    V základných nastaveniach väčšina záložiek zobrazí len základné najčastejšie používané polia nastavení. Pre rozšírenejšie možnosti kliknite na More.



    7.3.2. Záložka parametrov analýzy (Analyses parameters)

    Ponuka v tejto záložke sa líši pre každú analýzu, preto sú popisované pri príslušných analýzach.



    7.3.3. Záložka výstupu (Output)

    Na tejto záložke sa v oblasti naľavo zobrazujú všetky premenné k dispozícii pri danom el. obvode. Z nich si vyberáte tie, ktoré chcete použiť (obr. 162).



    7.3.4. Výber spôsobu zaobchádzania s výstupnými premennými

    Pre zahrnutie premennej do analýzy ju zvýraznite a kliknite na tlačítko Add.
    Pozn.: Pre výber viac ako jednej premennej podržte klávesu SHIFT počas výberu premenných.
    Pre odstránenie premennej kliknite Remove.
    Pri použití záložky výstupu je možné filtrovať list premenných, ako aj pridávať široký rozsah parametrov zariadení alebo modelov. V základnom prednastavení sú všetky premenné zahrnuté v zozname Variables in Circuit (Premenné v obvode).



    7.3.5. Filtrovanie zoznamu premenných

  1. Kliknite na rolovací zoznam Variables in Circuit.
  2. Kliknite na General type variables ako sú napr. Voltages, Currents, parametre zariadení/modelov, aby boli do zoznamu zahrnuté.


Obr. 162 – Záložka výstupu




Obr. 163 – Dialóg filtrovania uzlov


    Premenné môžete filtrovať tak, aby zahŕňali vnútorné uzly (vnútorné uzlové body – Internal Nodes), prázdne piny – open pins, ako aj výstupné premenné ktoréhokoľvek submodulu daného obvodu.
    Pre filtrovanie zobrazovaných premenných kliknite na Filter Unselected Variables (Filtruj nevybrané premenné) - objaví sa dialógové okno ako je na obr. 163.



    7.3.6. Pridávanie parametrov do zoznamu premenných

  1. Kliknite na Add device/model parameter (Pridaj parameter zariadenia/modelu). Objaví sa dialógové okno, kde špecifikujete parameter, ktorý má byť pridaný, napr. ako je na obr. 164.


Obr. 164 – Pridávanie parametra do analýzy


  1. Zo zoznamu Parameter type vyberte, či chcete parameter zariadenia alebo modelu. Toto Vám dovolí nastaviť ako sa rôzne vnútorné parametre modelu alebo súčiastky budú meniť počas analýzy.
  2. Zo zoznamu Device Type vyberte typ zariadenia z obvodu.
  3. V poli Name zvoľte označenie.
  4. Vyberte parameter zo zoznamu.
  5. Potvrďte kliknutím OK.
    Parameter sa objaví v zozname na ľavej strane v záložke Output Variables, ktorý sa automaticky nastaví na zobrazenie len parametrov zariadení/modelov.
    Pre odstránenie takto pridaného parametra vyberte Delete selected variables.
    Pre zobrazenie hodnôt všetkých komponentov a modelov na konci simulácie zapnite možnosť Show all device parameters at end of simulation in the audit trail (Zobraz parametre všetkých zariadení na konci simulácie v stope auditu).



    7.3.7. Pridávanie výrazov analýzy

    Výrazy môžu bať do analýzy pridávané pomocou dialógového okna výrazov analýzy.
    V nasledovných analýzach je tento dialóg otváraný pomocou tlačítka Add Expression (Pridať výraz):
  • DC Operating Point Analysis (Analýza jednosmerného napätia)
  • AC Analysis (Analýza striedavého napätia)
  • Transient Analysis (Analýza prechodových javov)
  • Fourier Analysis
  • Distortion Analysis (Analýza skreslenia)
  • DC Sweep Analysis (Analýza pomocou rozmietania napätia)
  • Parameter Sweep Analysis (Analýza pomocou rozmietania parametru)
  • Temperature Sweep Analysis (Analýza pomocou rozmietania teploty)
    Ostatné analýzy podporujú pridávanie výrazov pomocou záložky Analysis Parameters. Pri analýzach vymenovaných nižšie je možné pridávať výrazy pomocou zaškrtnutia políčka Expression a je možné výraz priamo vpísať do poľa Output Variable. Pri zaškrtnutom Expression sa tlačítko Change Filter zmení na Edit Expression. Kliknutím naň sa otvorí dialóg.
  • Sensitivity Analysis (Analýza citlivosti)
  • Worst Case Analysis (Analýza najhoršieho prípadu)
  • Monte Carlo Analysis (Analýza metódou Monte Carlo)
    Pre pridanie výrazu:
  1. Pristúpte do dialógu pridania výrazu ako bolo popísané vyššie.
  2. Kliknite Change Filter a vyberte nejaký uzol, voľný pin alebo submodul pre pridanie do zoznamu premenných.
  3. Filtrujte dostupné premenné a funkcie pomocou ich rolovacích zoznamov.
  4. Vytvorte Váš výraz pomocou výberu premenných a funkcií po jednej a vyberaním Copy variable to expression (Kopíruj premennú do výrazu) alebo Copy function to expression (Kopíruj funkciu do výrazu) pre pridania ich do poľa výrazov. Výber bude umiestnený na súčasnú pozíciu kurzora.
    Pozn.: Pridanie do poľa výrazov je možné dvojklikom.
    Pozn.: Dostupné funkcie sú podobné tým v postprocesore, avšak s výnimkou vektorových funkcií.
  1. Kliknite OK pre uzavretie dialógu. Závisiac na type analýzy, z ktorej ste pristúpili do dialógu výrazov, bude váš výraz umiestnený do zoznamu Selected Variables Analysis (Analýza vybraných premenných) alebo do poľa Output Variable (Výstupná premenná).
  2. Z dialógového okna analýzy kliknite na Simulate. Analýza pokračuje normálne, stopy výsledného grafu ukazujú výstupné rovnice ako keby boli nezávislé uzly.
    Keď otvoríte dialóg výrazov analýzy opäť, výraz ktorý ste zadali bude v zozname Recent Expressions (Súčasné výrazy). Vždy keď pridáte výraz v súčasnom „sedení“ - Session MultiSIM-u, tak bude pridaný do tohto zoznamu.
    Pozn.: Ak teraz na tejto analýze spustíte postprocesor, všetky výrazy ako aj premenné v ňom budú k dispozícii pre spracovanie postprocesorom.
    Pre úpravu výrazu z analýzy:
    Zvýraznite ho kliknutím naň v zozname Selected Variables for Analysis (Vybrané premenné pre analýzu) a kliknite na Edit Expression.



    7.3.8. Záložka možností analýzy (Analysis Options)

    Táto záložka Vám dáva väčšiu flexibilitu, avšak nemusí byť nutne nastavovaná (obr. 165).
    Pre skontrolovanie obvodu, či je pripravený na analýzu, zapnite funkciu Perform Consistency Check before starting analysis (Vykonaj kontrolu konzistencie pred analýzou). Táto funkcia automaticky detekuje chyby v konzistencii obvodu ako napr. neuzemnené obvody, prázdne súbory obvodu...


Obr. 165 – Záložka možností analýzy


    Pozn.: Ak analýza nepracuje ako by ste chceli, zaškrtnite políčko Use custom settings, následne kliknite Customize a v dialógu nastavte požadované parametre.



    7.3.9. Záložka Súhrn (Summary)

    Záložka ponúka rýchly prehľad o všetkých nastaveniach analýzy. Naviguje sa v nej ako vo MS Windows Explorer. V základe ponúka len prehľad najpotrebnejších nastavení, avšak dá sa zobraziť kompletný zoznam pomocou kliknutia More. Takéto okno tiež zobrazuje SPICE reprezentáciu nastavení, tak ako aj názov súboru do ktorého sa majú výsledky analýzy ukladať (súbor typu *.raw).



    7.3.10. Nekompletná analýza

    Existuje niekoľko dôvodov prečo sa v MultiSIMe analýza nemusí dokončiť a preruší sa. MultiSIM používa na riešenie nelineárnych obvodov modifikovanú metódu Newton – Raphson. Keď obvod obsahuje nelineárne komponenty, je použité niekoľko iterácií sústav lineárnych rovníc pre vytvorenie lineárnych modelov. Simulácia urobí prvotný odhad napätí uzlov, potom počíta prúdy vo vetvách pomocou konduktancií (vodivostí). Toto sa deje pokiaľ hodnoty napätí a prúdov nepadnú do tolerancií zadaných používateľom – teda pokiaľ sa nevyskytne konvergencia.
    Pokiaľ napätia alebo prúdy nekonvergujú ani po niekoľkých iteráciách, je vyprodukovná chybová správa (Error message) a simulácia je zrušená (typické správy sú napríklad Singular Matrix – singulárna matica, Gmin stepping failed – zlyhalo krokovanie Gmin, Source stepping failed – zlyhalo krokovanie zdroja, Iteration limit reached – dosiahnutý limit iterácií).


Obr. 166 – Záložka súhrn





    7.4. Analýza jednosmerného pracovného bodu (DC operating point analysis)

    Výsledkom tejto analýzy sú obyčajne hodnoty pre ďalšie typy analýz. Napríklad, obdržané výsledky sú použité pre vytvorenie linearizovaných modelov nelineárnych súčiastok pre malé signály, ako sú diódy a tranzistory, pre ďalšie využitie v AC frekvenčnej analýze.
    Predpoklady:
  • striedavé zdroje (AC sources) sú vynulované
  • kondenzátory sú vynechané (open)
  • induktory skratované (shorted)
  • s digitálnymi prvkami sa zaobchádza ako s veľkými odpormi voči zemi (ground)



    7.4.1. Nastavenie a spustenie analýzy

    Pre spustenie analýzy vyberte Simulate/Analyses/DC Operating Point (Simuluj/Analýzy/Jednosmerný pracovný bod).
    V tejto analýze nie sú parametre, ktoré by sa nastavovali, preto sa záložka parametrov analýzy neobjaví.



    7.4.2. Ukážkový príklad

    Tento príklad analyzuje DC zložku v uzle číslo 3 z obr. 167.


Obr. 167 – Analyzovaný príklad


    Obvod uvedený vyššie je tzv. Colpittsov oscilátor. Počas analýzy MultiSIM zredukuje daný obvod nasledovne:


Obr. 168 – Zjednodušenie príkladu programom MultiSIM


    Výsledok bude zobrazený ako je na obr. 169.
    Pozn.: Všimnite si, že výsledky z analýzy sa zhodujú s vypočítanými uvedenými vyššie.



    7.4.3. Odstránenie možných zlyhaní (Troubleshooting failures)

    Analýza jednosmernej zložky môže zlyhať z rôznych dôvodov. Počiatočné odhady napätí uzlov môžu byť príliš mimo, obvod môže byť nestabilný (unstable) alebo bistabilný (bi-stable) – t.j. môže byť viac než jedno riešenie rovníc, môžu byť nespojitosti v modeloch alebo obvod môže zahŕňať nerealistické impedancie.


Obr. 169 – Zobrazenie výsledku DC analýzy


    Príklad zlyhania obvodu


Obr. 170 – Príklad problémového obvodu


    Keď prúd tečie induktorom, na svorkách sa objaví napätie. SPICE modely induktorov sú časovo premenné zdroje prúdu (time-varying current sources). Ak má obvod dva induktory zapojené paralelne, automaticky je vyprodukovaná porucha, chyba (error). Počas analýzy na vyššie uvedenom obvode sú dva induktory chápané simuláciou ako zdroje napätia a preto analýza zlyhá.
    Pre vyriešenie tohto problému vložíme medzi cievky 0,001 Ω rezistor a analýza bude úspešná (obr. 171).


Obr. 171 – Riešenie problémového obvodu


    Techniky odstránenia problémov
    Pri vyskytnutí sa nejakého zlyhania:
  1. Skontrolujte topológiu obvodu a prepojenia. Uistite sa, že:
    • obvod je uzemnený
    • obvod je správne poprepájaný
    • nezamenili ste si nulu s písmenom O
    • obvod má uzemňovací uzol, a každý uzol má svoju cestu k tejto zemi, uistite sa, že žiadna časť obvodu nie je kompletne oddelená od zeme (napr. transformátorom)
    • kapacitory a zdroje napätia nie sú zapojené paralelne
    • induktory a prúdové zdroje nie sú v sérii
    • všetky zariadenia a zdroje v obvode sú nastavené na správne hodnoty
    • zisky všetkých závislých zdrojov sú správne
    • boli všetky modely a podobvody správne zavedené
  2. Zobrazte si všetky sieťové mená – Net Names – Options/Sheet Properities záložka Circuit. Všetky zeme v obvode musia mať sieťové meno 0 (nula).
  3. Prekontrolujte výskyt duplicitných mien v sieti
  4. Pri práci s číslicovými obvodmi sa uistite, že je normálna aj digitálne zem
  5. Skopírujte a vložte Váš obvod do nového súboru a spustite simuláciu opäť.
    Pokiaľ problém pretrváva, upravte nasledovné parametre:
  1. Na záložke nastavení analýzy zaškrtnite Use custom settings a tam kliknite Customize.
  2. Na záložke Global:
    • redukujte RSHUNT hodnotu na 100
    • zvýšte GMIN minimálnu vodivosť na 10. GMIN = 1/Rp, kde Rp je najmenšia parazitná rezistancia v obvode.
  3. V záložke DC nastavte ITL1 a ITL6 na hodotu 500.
  4. Použite .Nodeset pre nastavenie jednosmerného napätia pokiaľ je to možné (dvojklikom na vodič pripojený k sieti)
    Poz.: Výstraha – ak máte v obvode meracie prístroje, ktorým ste upravili vlastnosti na reálne (vnútorný odpor), výsledky nebudú správne, pretože do analýzy budú zahrnuté aj tieto hodnoty!



    7.5. AC Analýza

    AC analýza je používaná pre vypočítanie frekvenčnej charakteristiky (frekvenčnej odozvy – Frequency Response) lineárnych obvodov. V AC analýze je najprv vypočítaná jednosmerná zložka (DC operating point), aby sa obdržali lineárne, malé modely signálov pre všetky nelineárne súčiasstky. Potom je vytvorená komplexná matica (zahŕňajúca ako reálne tak aj virtuálne súčiastky). Pre vytvorenie matice je jednosmerným zdrojom (DC sources) pridelená nulová hodnota. Striedavé zdroje (AC sources), kapacitory, a induktory sú reprezentované ich AC modelmi. Nelineárne súčiastky sú reprezentované ich modelmi malých AC signálov, ktoré boli odvodené z analýzy jednosmernej zložky. Všetky vstupné zdroje sú považované za sínusové. Frekvencia zdrojov je ignorovaná. Pokiaľ je generátor funkcií nastavený tak, aby vytváral trojuholníkový alebo pravouhlý signál, automaticky sa vnútorne prepne na sínusový priebeh.



    7.5.1. Nastavenie parametrov frekvencie

    Pred začatím analýzy si zvoľte uzly pre túto analýzu. Môžete špecifikovať amplitúdu (magnitude) a fázu (phase) zdroja pre AC analýzu dvojklikom naň, a zadaním nastavení v záložke Values v dialógovom okne nastavení (obr. 172).


Obr. 172 – Nastavenia AC analýzy


    Frekvenčné parametre AC analýzy sú nastavované v dialógu ako je na obr. 173.
    Výsledok AC analýzy je zobrazovaný v dvoch častiach: zisk ako funkcia frekvencie a fáza ako funkcia frekvencie. Pokiaľ máte k obvodu pripojený aj bodový plotter tak je po aktivácii simulácie urobená podobná analýza.


Obr. 173 – Frekvenčné parametre AC analýzy


    Nastavenie parametrov frekvencie pre bežné použitie
    Vo väčšine prípadov stačí nastaviť:
    Počiatočnú frekvenciu – Start frequency (FSTART)
    Koncovú frekvenciu – End frequency (FSTOP)


    Nastavenie frekvencie pre pokročilé použitie
    Okrem rozsahu môžete nastaviť:
    Spôsob rozmietania frekvencie – Frequency sweep type z rolovacieho zoznamu Sweep type (dekadická, lineárna, oktávová). Počet bodov, ktoré majú byť počítané v poli Number of points per decade (Počet bodov na dekádu).
    Vybrať vertikálnu mierku – Vertical scale (logaritmickú, lineárnu, decimálnu, oktávovú) z rolovacieho zoznamu Vertical scale.
    Pozn.: Čím viac bodov pre výpočet, tým sú výsledky analýzy presnejšie, avšak predlžuje sa doba analýzy.



    7.6. Prechodová analýza (Transient Analysis)

    V tejto analýze počíta MultiSIM odozvu obvodu na signál ako funkciu času. Každý vstupný cyklus je rozdelený na intervaly, a pre každý časový bod je prevádzaná DC analýza. Riešenie tvaru priebeu napätia (voltage waveform) v uzle je určené hodnotou tohto napätia v každom časovom bode jedného cyklu.
    Predpoklady:
  • DC zdroje majú konštantné hodnoty
  • AC zdroje majú časovo závislé hodnoty
  • Kapacitory a induktory sú reprezentované ich modelmi (ako úložisko energie – Energy Storage)
  • Pre výpočet prenosu energie je používaná numerická integrácia



    7.6.1. Nastavenie parametrov

    Pozn.: Ak dialóg nastavení analýzy nevyzerá ako ten uvedený na obr. 174, kliknite tlačidlo More.


Obr. 174 – Dialóg nastavení prechodovej analýzy


    Pokiaľ máte k obvodu pripojený osciloskop, je uskutočnená podobná analýza po aktivovaní obvodu.

Počiatočné podmienkyPotom:
Automatically determine initial conditionsMultiSIM sa pokúsi začať simuláciu pomocou DC analýzy ako počiatočné podmienky. Ak simulácia zlyhá, použijú sa podmienky zadané používateľom.
Calculate DC operating pointMultiSIM vypočíta najprv DC analýzu, potom jej výsledky používa ako počiatočné podmienky prechodovej analýzy.
Set to zeroPrechodová analýzy začína od nulových počiatočných podmienok.
User-definedAnalýza začína od podmienok zadaných používateľom.


    Nastavenia pre bežné použitie
    Pôvodné prednastavenia v MultiSIMe sú také, že skúmajú odozvu obvodu na úseku od času 0s po 1ms. Ak chcete, môžete nastaviť:
  • počiatočný čas TSTART (Start Time)
  • konečný čas TSTOP (End Time)


    Pokročilé nastavenia
  • nastavenie počiatočných podmienok z rolovacieho zoznamu Počiatočné podmienky (Initial Conditions).

    • Počiatočné podmienky môžete mať nulové alebo nastavené na určité konštantné hodnoty. Počas a po skonštruovaní obvodu môžete špecifikovať napätia jednotlivých uzlov. Tieto nanútené hodnoty môžu byť použité ako počiatočné podmienky pre analýzu. Pokiaľ vyberiete Automatically determine initial conditions (Automaticky urči počiatočné podmienky) MultiSIM sa pokúsi použiť podmienky ustáleného stavu (Steady State). Pokiaľ toto zlyhá, MultiSIM nastaví počiatočné podmienky na nulové, a ak problémy budú stále pretrvávať, použije tie definované používateľom.

  • definovanie maximálneho časového kroku TMAX (Timestep maximum)
  • minimálny časový krok zapnutím Minimum Number of Points (Minimálny počet bodov)

    • Hodnota TMAX je vypočítaná ako rozdiel TSTART a TSTOP podelený minimálnym počtom bodov.

  • Initial Time Step (počiatočný časový krok)



    7.6.2. Odstránenie možných porúch

    Pokiaľ sa vyskytne nejaký problém, MultiSIM sa na začiatku pokúsi zopakovať cyklus so zmenšeným časovým krokom. Ak však dostanete chybové hlásenie: Časový krok prílš malý (Timestep too small), skúste nasledovné:
  • skontrolujte topológiu a prepojenia obvodu ako pri DC analýze
  • nastavte Relative error tolerance (relatívnu chybovú toleranciu) na 1% (z pôvodných 0,1%) – bude potrebných menej iterácií a výpočet sa ukončí skôr
  • zvýšte počet iterácií v prechodových bodoch – toto dovolí prechodovej analýze uskutočniť viac iterácií na jeden časový krok, než sa analýza vzdá.
  • Zredukujte absolútnu toleranciu prúdov v obvode (môže sa stať, že pre Vás hodnoty μA a pA nebudú mať význam)
  • Svoj obvod namodelujte realisticky. Pridajte najmä parazitné kapacity (Junction capacitances) a pri diódach použite RC tlmiace členy (RC snubbers). Vymeňte modely zariadení za podobvody, špeciálne pri RF obvodoch.
  • Pokiaľ máte v obvode jednorázový zdroj (One-shot source), nastavte mu dlhší čas čela a týlu signálu.
  • Zmeňte metódu integrácie na Gear. Vyžaduje viac času pre simuláciu, ale je stabilnejšia ako lichobežníková integrácia – Trapezoid Integration.



    7.7. Fourierova analýza

    Je to metóda pre analyzovanie komplexných periodických priebehov (complex periodic waveforms). Dovoľuje akýkoľvek periodický priebeh rozdeliť na súčet sínusových a kosínusových zložiek a jednosmernej zložky. Toto dovolí ďalšiu analýzu, pri ktorej je možné skúmať efekt kombinovania signálov. Analýza vychádza zo známych matematických vzťahov pre Fourierov rad:
f(t)= A0+A1 cos ωt+A2 cos 2ωt+…+B1 sin ωt+B2 sin 2ωt+...


Obr. 175 – Význam parametrov fourierovej analýzy (z angl.)


    Každá frekvenčná zložka odozvy (response) je produkovaná príslušnou harmonickou. Každá zložka je považovaná za samostatný zdroj (separate source). Prihliadnuc na princíp superpozície vieme, že celková odozva obvodu je súčtom odoziev na jednotlivé zložky.
    Keď MultiSIM uskutočňuje výpočet DFT (diskrétnej fourierovej transformácie – Discrete Fourier Transform), je použitý iba druhý cyklus prechodovej charakteristiky (získanej vo výstupnom uzle). Prvý cyklus je vymazaný z dôvodu ustálenia sa obvodu (doba ustálenia – settling time). Koeficient každej harmonickej je vyrátaný z dát získaných v časovej oblasti (time domain), od začiatku cyklu po čas „t“. Toto je nastavené automaticky a je funkciou základnej harmonickej (fundamental frequency). Táto analýza vyžaduje základnú frekvenciu rovnakú ako frekvencia AC zdroja alebo najnižšií spoločný faktor viacerých zdrojov.
    Výsledkom fourierovej analýzy je graf amplitúd napätí a fáze ako funkcie frekvencie. Analýza počíta tiež THD (Total Harmonic Distortion – celkové harmonické skreslenie) v percentách.



    7.7.1. Nastavenia fourierovej analýzy



Obr. 176 – Popis nastavení fourierovej analýzy 1




Obr. 177 – Popis nastavení fourierovej analýzy 2


    Nastavenie parametrov pre bežné použitie
    Nastavte:
  • Frekvenicu, od ktorej testovať – kliknite na Estimate (Odhadnúť), pre zvolenie hodnoty na základe AC zdrojov v obvode. Alebo zadajte hodnotu do poľa Frequency resolution (Fundamental Frequency). Táto hodnota by mala byť najnižšia, ktorá sa v obvode vyskytuje.
  • Počet harmonických, ktoré chcete skúmať zadaním hodnoty do poľa Number of Harmonics. Môžete špecifikovať konečný čas vzorkovania (sampling), aby ste sa vyhli nežiadaným prechodným javom v obvode zapnutím funkcie Stop time for Sampling a zadaním novej hodnoty, avšak dbajte na to, aby bolo aspoň 10 vzorkovaných bodov na periódu.
  • Hodnotu vzorkovacej frekvencie v poli Sampling Frequency.
    Poz.: Vzorkovacia frekvencia by mala byť ekvivalentná frekvenčnému rozlíšeniu (počet harmonických +1 vynásobené aspoň 10).


    Nastavenie parametrov pre pokročilé použitie
    Je možné nastaviť nasledovné parametre:
  • Stupeň polynomickej interpolácie (degree of polynomial interpolation), zapnutím tejto funkcie a zadaní hodnoty do príslušného poľa. Čím vyššia hodnota, tým presnejšie výsledky.
  • Spôsob úpravy zobrazenia výsledkov:
    1. vertikálnu mierku vybratím zo zoznamu Vertical Scale (Vertikálna mierka)
    2. výberom možnosti zobrazenia zo zoznamu Display (Zobrazenie) (tabuľka, graf, alebo tabuľka a graf)
    3. zapnutím funkcie Display phase (Zobraz fázu)
    4. zapnutím funkcie Display as bar graph (Zobraz ako plošný graf)
    5. zapnutím funkcie Normalize Graphs (Normalizuj grafy)
  • možnosti prechodovej analýzy kliknutím na Edit transient analysis



    7.8. Analýza šumu (Noise Analysis)

    Šum je elektrická alebo elektromagnetická energia, ktorá znižuje kvalitu signálu v obvode. Šum ovplyvňuje číslicové, analógové a včetky komunikačné systémy. MultiSIM vytvorí šumový model obvodu, pri ktorom použije šumové modely všetkých rezistorov a polovodičov namiesto AC modelov a potom uskutoční analýzu ako AC analýza. Počíta šumový príspevok (noise contribution) každého komponentu.
    Každý rezistor a polovodič je považovaný za generátor šumu. Celkový výstupný šum (total output noise) je súčtom efektívnych hodnôt (RMS – Root mean square) individuálnych šumových príspevkov. Výsledok je podelený ziskom (gain) z vnútorného zdroja ku vonkajšiemu zdroju, pre získanie ekvivalentného vstupného šumu (equivalent input noise). Toto je hodnota šumu, ktorá ak bude zavedená na vstupnom zdroji do obvodu bez šumu, zapríčiní predtým vypočítané množstvo šumu na výstupe. Referenciou napätia celkového šumu môže byť zem alebo iný uzol v obvode.
    MultiSIM dokáže simulovať 3 druhy šumu:
    Tepelný šum (thermal noise), tiež nazývaný Johnsnov šum. Je tepelne závislý a spôsobený tepelnými interakciami medzi voľnými elektrónmi a kmitajúcimi iónmi v polovodiči, jeho spektrum je spojité.
    Výkon takéhoto šumu:
P = k.T.B.W
    kde k – Boltzmanova konštanta
       T – teplota rezistoru v Kelvinoch
       BW – šírka frekvenčného pásma (Bandwidth) systému, ktorý skúmame
    Praskavý šum (shot noise) je spôsobený diskrétnou-časticovou povahou všetkých nosičov náboja (v anlg. prúdu – current carriers) vo všetkých formách polovodičov. Je hlavnou príčinou tranzistorového šumu.
    Rovnica pre diódu:
i = (2q×Idc×BW)1⁄2
    kde i – praskavý šum (v jednotkách RMS ampérov)
       q – elementárny el. náboj
       Idc – jednosmerný prúd
    Blikavý šum (flicker noise) – prejavuje sa pri frekvenciách menej ako 1 kHz najmä pri FET-och (Field effect transistor – tranzistor riadený el. poľom). Je nepriamo úmerný frekvencii a priamo úmerný teplote a jednosmerným prúdom.
V2= k.Idc/f



    7.8.1. Nastavenie parametrov analýzy

    Pre bežné použitie
    Keď je analýza hotová, výsledky sú zobrazované ako druhá mocnina napätia, V2, ako funkcia frekvencie. V záložke parametrov analýzy špecifikujte:
  • Input noise reference source (referenčný zdroj vstupného šumu)
  • Output node (výstupný uzol)
  • Reference node (referenčný uzol)
    Pre zobrazenie uzlov v podobvodoch alebo hierarchických blokoch:
kliknite na Change Filter a Display submodules.
  • Display internal nodes – zobrazí uzly v hierarchických blokoch a podobvodoch
  • Display submodules – zobrazí komponenty v polovodičových súčiastkach určených SPICE modelom
  • Display open pins – zobrazí všetky voľné piny obvodu


Obr. 178 – Nastavenia parametrov analýzy šumu


    Pre pokročilé použitie
    Na záložke parametrov analýzy môžete špecifikovať ako často budú produkované príspevky každého zariadenia zapnutím funkcie Set points per summary a zadaním hodnoty.



    7.8.2. Frekvenčné nastavenia



Obr. 179 – Frekvenčné nastavenia analýzy šumu





    7.8.3. Príklad

    Obvod uvedený nižšie (obr. 180) je základný operačný zosilňovač so ziskom 5. Pre túto analýzu obdržíme výsledky: šumové napätia na R1 a R2 a výsledky zobrazíme vo forme grafu frekvenčného spektra šumu v rozsahu od 10 Hz do 10 GHz.


Obr. 180 – Schéma obvodu príkladu


    Očakávané výsledky


Obr. 181 – Očakávané výsledky


    Postup:
  1. Vyberte Simulate/Analyses/Noise Analysis.
  2. Zvoľte záložku Analysis Parameters a nastavte nasledovné:
    • Input noise reference source - vv3
    • Output node - 4
    • Reference node - 0
  3. Zvoľte záložku Frequency Parameters a nastavte nasledovné:
    • FSTART - 1Hz
    • FSTOP - 10GHz
    • Sweep type - Decade
    • Number of points per decade - 5
    • Vertical Scale - Logarithmic
    1. Zvoľte záložku Output, vyberte nasledovné premenné:
      • innoise_total_rr1 & innoise_total_rr2
          Poz.: Nie je potrebné pridávať akýkoľvek parameter zariadenia/modelu do zoznamu premenných pre tento príklad.
      1. Kliknite Simulate. Zobrazí sa okno výsledkov ako je na obr. 182.


      Obr. 182 – Okno s výsledkami analýzy šumu


          Pozn.: Všimnite si, že výsledky sú podobné tým očakávaným.
          Pre zobrazenie stôp musíte re-inicializovať analýzu:
      1. Vyberte Simulate/Analyses/Noise Analysis.
      2. Na záložke Analysis Parameters, zapnite Set points per summary a napíšte do poľa číslo 5.
      3. Na záložke Output vyberte nasledovné parametre:
        • onoise_rr1 & onnoise_rr2
      4. Kliknite Simulate. Grapher zobrazí graf ako je na obr. 183.
          Tento graf ukazuje, že šumové napätie je konštantné pre nižšie frekvencie. Pre vyššie frekvencie sa šum pomerne rýchlo tlmí.


      Obr. 183 – Okno výsledkov analýzy šumu - graf


      • prečítané 7461x