用定制測(cè)量表達(dá)式簡(jiǎn)化PSpice對(duì)最壞情形的模擬

　　IC 設(shè)計(jì)期間，最壞情形的模擬可幫助設(shè)計(jì)師說(shuō)明 PNP 和 NPN 晶體管以及基極電阻器和多晶硅電阻器的特性變化。僅是這四類(lèi)器件產(chǎn)生的模擬條件組合就超過(guò) 16 種。為了適應(yīng)溫度變化，每個(gè)組合都要在 -40℃、+27℃（室溫）和 +125℃ 下接受模擬，因此在模擬完成時(shí)會(huì)產(chǎn)生至少 48 個(gè)數(shù)據(jù)系列供分析。為了幫助 IC 設(shè)計(jì)師評(píng)估模擬波形的特性，PSpice 提供了一個(gè)由若干易用并預(yù)先定義的測(cè)量尺度組成的庫(kù)，包括帶寬、增益/相位余量等等。PSpice 還允許設(shè)計(jì)師利用預(yù)先定義的 YatX 和 XatNthY 測(cè)量尺度，在給定的 x 值（通常是時(shí)間）測(cè)量波形的 y 值，并找出一個(gè)對(duì)應(yīng)于給定 y 值第 n 個(gè)實(shí)例的 x 值。

　　但是，當(dāng)2號(hào)波形跨過(guò)特定 y 值時(shí)，設(shè)計(jì)師必須測(cè)量1號(hào)波形的值，在這種情況下，預(yù)先定義的測(cè)量尺度就不適用了，這是因?yàn)?PSpice 不允許嵌入，這與很多編程語(yǔ)言不同。本設(shè)計(jì)實(shí)例介紹了如何創(chuàng)建一個(gè)能解決該問(wèn)題的定制型 PSpice 測(cè)量表達(dá)式。正如表1所示，測(cè)量表達(dá)式本身是直截了當(dāng)?shù)?。?1 行可發(fā)現(xiàn) 1 號(hào)跡線(xiàn)跨過(guò)第 n 個(gè)正斜率的 y1 值時(shí)的 X 值 (x1)。第 2 行是由表底部的大括號(hào)表示的，搜尋 2 號(hào)跡線(xiàn) (y2) 在 x1 的值。與此類(lèi)似，表2表明設(shè)計(jì)師如何創(chuàng)建一個(gè)測(cè)量表達(dá)式，來(lái)找出 1 號(hào)跡線(xiàn)跨過(guò)第 n 個(gè)負(fù)斜率的 y1 值時(shí)的 y2 值，或當(dāng) 1 號(hào)跡線(xiàn)跨過(guò)其整個(gè) y 軸范圍的給定百分比時(shí)的 y2 值。

　　圖 1 描繪了一個(gè)模擬實(shí)例，其中的輸入電壓和輸出電壓分別代表比較器的輸入和輸出。當(dāng)輸入電壓大于正閾值電壓時(shí)，則輸出電壓為高；當(dāng)輸入電壓小于負(fù)閾值電壓時(shí)，則輸出電壓為低。利用定制的測(cè)量表達(dá)式，設(shè)計(jì)師在可供利用的探測(cè)數(shù)據(jù)之后，很容易發(fā)現(xiàn)所有情況下的上升閾值和下降閾值，以及比較器的滯后電壓。如果存在閾值不符合設(shè)計(jì)規(guī)范的任何情況，設(shè)計(jì)師都能隨后直接進(jìn)入這種情況，并花時(shí)間做進(jìn)一步分析。

　　模擬實(shí)例描述了某種輸入電壓監(jiān)視器，它包含一個(gè)充當(dāng)電源管理 IC 中的“電源良好”塊的比較器。當(dāng)輸入電壓升至 13V “使能閾值”以上時(shí)，輸出電壓變高，并使能其它電路塊。當(dāng)輸入電壓降至 10V“不使能閾值”以下時(shí)，輸出電壓變低，并不使能其它電路?！笆鼓荛撝怠焙汀安皇鼓荛撝怠敝瞑D―3 V――定義了滯后電壓。電路的最壞情形的模擬必須說(shuō)明電路中的 NPN 和 PNP 晶體管、基極電阻器、多晶硅電阻器的特性變化。每種器件的特性可能會(huì)在工藝規(guī)范的低端或高端下降，因此產(chǎn)生 16 種組合。

　　工具條列出了這 16 種可能組合的其中幾種。例如，LLLL 是指 NPN 和 PNP 晶體管以及基極電阻器和多晶硅電阻器都在各自低值下下降的情況。另外，模擬的一次性通過(guò)使用了標(biāo)稱(chēng)值，即各元件的規(guī)格均落在各自標(biāo)稱(chēng)特性的中心內(nèi)。對(duì)于每種組合，PSpice 分別模擬了電路在低溫、室溫、高溫的行為，產(chǎn)生了模塊的輸入和輸出電壓的 51 條數(shù)據(jù)跡線(xiàn)，總共顯示了 102 條跡線(xiàn)。PSpice 匯編了數(shù)據(jù)之后，電路設(shè)計(jì)師必須提取每種情況的實(shí)際閾值電壓，便于和電路的規(guī)格做比較。由于顯示的跡線(xiàn)數(shù)量很大，因此利用顯示器的光標(biāo)來(lái)測(cè)量每個(gè)閾值會(huì)消耗設(shè)計(jì)師很多時(shí)間。如果利用定制的 PSpice 測(cè)量尺度，就能在很短時(shí)間內(nèi)提取閾值電壓，并以表格形式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)。緊接在波形圖下方的表格包含了所有 51 條跡線(xiàn)的模擬結(jié)果。1、2、3 列給出了標(biāo)稱(chēng)特性的結(jié)果，而 4、5、6 列則給出了低溫、室溫、高溫的結(jié)果，所有器件的規(guī)格都在各自的下限。

　　表格第 1 行顯示了“使能電壓閾值”的測(cè)量表達(dá)式和結(jié)果。當(dāng)輸出電壓首次跨過(guò)正斜率上的 4.5 V（被模擬電路的 9 V電源總線(xiàn)電壓的一半），模擬會(huì)記錄輸入電壓值，把它作為“使能閾值”電壓，并且第 2 行測(cè)量禁用閾值電壓。第 3、4 行用另一種方法測(cè)量“使能閾值”電壓和“不使能閾值”電壓：當(dāng)輸出電壓第一次和第二次通過(guò)滿(mǎn)刻度值的 50% 時(shí)，PSpice 會(huì)測(cè)量輸入電壓值。第 5 行計(jì)算滯后電壓。