用定制測量表達式簡(jiǎn)化PSpice對最壞情形的模擬

　　IC 設計期間，最壞情形的模擬可幫助設計師說(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)數據系列供分析。為了幫助 IC 設計師評估模擬波形的特性，PSpice 提供了一個(gè)由若干易用并預先定義的測量尺度組成的庫，包括帶寬、增益/相位余量等等。PSpice 還允許設計師利用預先定義的 YatX 和 XatNthY 測量尺度，在給定的 x 值（通常是時(shí)間）測量波形的 y 值，并找出一個(gè)對應于給定 y 值第 n 個(gè)實(shí)例的 x 值。

　　但是，當2號波形跨過(guò)特定 y 值時(shí)，設計師必須測量1號波形的值，在這種情況下，預先定義的測量尺度就不適用了，這是因為 PSpice 不允許嵌入，這與很多編程語(yǔ)言不同。本設計實(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 測量表達式。正如表1所示，測量表達式本身是直截了當的。第 1 行可發(fā)現 1 號跡線(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表示的，搜尋 2 號跡線(xiàn) (y2) 在 x1 的值。與此類(lèi)似，表2表明設計師如何創(chuàng )建一個(gè)測量表達式，來(lái)找出 1 號跡線(xiàn)跨過(guò)第 n 個(gè)負斜率的 y1 值時(shí)的 y2 值，或當 1 號跡線(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。當輸入電壓大于正閾值電壓時(shí)，則輸出電壓為高；當輸入電壓小于負閾值電壓時(shí)，則輸出電壓為低。利用定制的測量表達式，設計師在可供利用的探測數據之后，很容易發(fā)現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計規范的任何情況，設計師都能隨后直接進(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視器，它包含一個(gè)充當電源管理 IC 中的“電源良好”塊的比較器。當輸入電壓升至 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)使用了標稱(chēng)值，即各元件的規格均落在各自標稱(chēng)特性的中心內。對于每種組合，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 條數據跡線(xiàn)，總共顯示了 102 條跡線(xiàn)。PSpice 匯編了數據之后，電路設計師必須提取每種情況的實(shí)際閾值電壓，便于和電路的規格做比較。由于顯示的跡線(xiàn)數量很大，因此利用顯示器的光標來(lái)測量每個(gè)閾值會(huì )消耗設計師很多時(shí)間。如果利用定制的 PSpice 測量尺度，就能在很短時(shí)間內提取閾值電壓，并以表格形式呈現數據。緊接在波形圖下方的表格包含了所有 51 條跡線(xiàn)的模擬結果。1、2、3 列給出了標稱(chēng)特性的結果，而 4、5、6 列則給出了低溫、室溫、高溫的結果，所有器件的規格都在各自的下限。

　　表格第 1 行顯示了“使能電壓閾值”的測量表達式和結果。當輸出電壓首次跨過(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 行測量禁用閾值電壓。第 3、4 行用另一種方法測量“使能閾值”電壓和“不使能閾值”電壓：當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 )測量輸入電壓值。第 5 行計算滯后電壓。