СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОННОЙ СХЕМЫ ПО МЕТОДУ МОНТЕ-КАРЛО

Пояснения к работе

Статистический анализ – это многократный анализ, при этом для каждого однократного анализа все компоненты приобретают случайные отклонения от номиналов в соответствии с известным законом распределения. Статистический анализ, в сущности, моделирует процесс серийного изготовления схем, учитывая при этом технологический разброс атрибутов компонентов.

Статистический анализ проводится для того, чтобы задолго до начала серийного производства определить, насколько приемлема конкретная схема с известным разбросом и законом распределения атрибутов компонентов.

Статистический анализ применим к любому из рассмотренных выше основных режимов анализа: передаточные характеристики по постоянному току (DC), частотные характеристики (AC) и переходные характеристики (Transient). Наиболее наглядным и важным представляется использование статистического анализа применительно к режиму АС. Именно на примере этого режима будет идти последующее изложение.

Работу, как обычно, следует начать с ввода схемы с указанием величины разброса для каждого атрибута компонентов, т. е. необходимо для каждого компонента дополнительно ввести величину разброса атрибута (обычно выражается в процентах) и для всей совокупности компонентов ввести закон распределения, ограниченный в среде МС8 равномерным и нормальным.

Для ввода величины разброса используется директива.MODEL. Для сложных компонентов и, возможно, для части простых такая директива уже существует. Остается лишь ввести в нее дополнительные сведения. Если же для каких-то компонентов директива.MODEL отсутствует, то необходимо щелкнуть курсором по кнопке и затем щелкнуть курсором с сопровождающей его буквой I по конкретному компоненту. В открывшемся окне атрибутов в строке.MODEL вводится имя модели, а в окне текста появляется «заготовка» директивы.MODEL. Для ввода сведений о величине разброса атрибута компонента используются ключевые слова DEV и LOT. Им соответствуют разные датчики случайных чисел. LOT служит для задания разброса компонентов, обладающих коррелированными значениями нескольких атрибутов. DEV служит для задания разброса независимых атрибутов. Запись разброса вводится внутрь круглых скобок в директиве.MODEL сразу же после записи значения атрибута компонента. Например, запись вида

.MODEL RVN RES (R =1 R17 = 100 DEV =10 %)

означает, что резистор R17 имеет модель по имени RVN, масштабный коэффициент R = 1, сопротивление 100 Ом, разброс сопротивления 10 %.

Закон распределения устанавливается одинаковым для всех компонентов (см. ниже).

После ввода схемы и величины разброса атрибутов следует перейти к анализу схемы. Как было сказано выше, в качестве примера рассмотрим статистический анализ для режима АС. Командой Analysis / Частотные характеристики устанавливается режим АС анализа и открывается окно АС Analysis Limits. В этом окне, как указано выше в описании лабораторной работы № 3, делаются необходимые установки и проводится обычный однократный анализ с тем, чтобы убедиться в правильности выполняемых действий. Теперь можно перейти собственно к статистическому анализу. Для выполнения начальных установок статистического анализа необходимо применить команду Monte Carlo / опции. При этом открывается окно Monte Carlo опции. В окне следует установить:

Статус: Вкл. (для выхода из режима Monte Carlo – Выкл.).

Число выполнений: целое число – количество испытаний. Для пробных попыток можно порекомендовать 10…20 испытаний, для окончательных расчетов 1000…2000.

Испол. дистрибутив: выбор закона распределения сразу для всех компонент; Гаусс – нормальный; Униф – линейный; Плохой регистр – худший случай.

Для задания вида гистограммы требуется нажать кнопку GET и выбрать функцию задающую вид гистограммы.

После установок выполняется запуск счета – команда AC / Запуск (F2). При этом на экран выводится вместо отдельных кривых семейства кривых, в каждом семействе количество отдельных кривых равно заданному количеству испытаний. Полученные графики несут полезную информацию, и их можно использовать для принятия решения о приемлемости данной схемы с заданными разбросами параметров.

Более детальная информация может быть получена после дополнительной обработки уже полученной информации посредством построения и анализа гистограмм. Гистограмма – это диаграмма; по оси абсцисс откладывается выходной параметр схемы; интервал, на котором размещаются все реализации параметра, делится на N участков, каждый из которых является основанием прямоугольника; по оси ординат откладывается абсолютное или относительное количество попаданий очередных реализаций выходного параметра на данный участок оси абсцисс. Иными словами, гистограмма – это дискретный огрубленный закон распределения выходного параметра.

Для построения гистограммы следует определить, для какого параметра какой именно зависимости надо построить гистограмму. Например, это может быть точка, соответствующая максимуму частотной характеристики модуля коэффициента передачи в заданных пределах по частоте. Естественно, при разбросе параметров для каждой реализации это будут разные точки и по частоте и по значению модуля коэффициента передачи. Эти данные проставляются в окне Monte Carlo (применяется команда Monte Carlo / Гистограммы / Добавить гистограмму).

После нажатия ОК окно Свойства исчезает и появляется экран с гистограммой. В правой части экрана представлен столбец конкретных реализаций выбранного выходного параметра. Количество реализаций определено числом испытаний. В нижней части непосредственно под окном гистограммы запись Percent displayed 78 означает, что гистограмма построена не для всего диапазона изменения параметра по оси Х, а только для 78 процентов. Полный диапазон изменения оговорен в строках Низкий и Высокий в левом столбце под окном, ограниченный диапазон – в строках Низкий и Высокий в правом столбце. Кроме того, в этих столбцах приведено математическое ожидание Mean и среднеквадратичное отклонение Sigma, а также количество интервалов гистограммы. Monte Carlo / Histograms /

Порядок выполнения работы

1. Введите схему для АС анализа.

2. В описании компонентов введите величину разброса атрибутов.

3. Проведите АС анализ введенной схемы и убедитесь в нормальной работе режима АС. Перед этим организуйте вывод на экран 2-3 наиболее показательных зависимостей.

4. Сделайте необходимые установки в окне Monte Carlo опции, указав, в частности, количество испытаний.

5. Вновь проведите АС анализ. Обратите внимание на характер кривых для всех доступных законов распределения. Сформулируйте выводы.

6. Реализуйте режим построения гистограмм. Используйте функции гистограмм High.

7. Повторите п. 6 для меньшего диапазона по оси Х; для функции гистограммы Low; для другой зависимости; для других значений числа разбиений гистограммы.

8. По желанию можно попробовать использовать другие функции гистограммы, используя Help.

9. В чем, на ваш взгляд, достоинства и недостатки МС8 при реализации режима статистического анализа?

10. Защитите работу, продемонстрировав умение работать в режиме статистического анализа и отвечать на контрольные вопросы.

4.3. Контрольные вопросы

1. Что такое статистический анализ?

2. Как подготовить описание различных компонентов к статистическому анализу?

3. Как установить закон распределения и число испытаний?

4. Какую информацию можно получить в результате статистического анализа?

5. Какие законы распределения реализуются в среде МС8 и почему?

6. Что такое худший случай?

7. Что такое гистограмма? Для каких параметров она реализуется?

8. Как используется информация, полученная в результате статистического анализа?

9. Какие достоинства и недостатки вы усматриваете в реализации статистического анализа в среде МС8?

Оглавление

Лабораторная работа № 1. ИУЧЕНИЕ МЕТОДОВ ВВОДА
ИНФОРМАЦИИ О СХЕМЕ................................................................ 3

1.1. Работа в среде МС8.................................................................. 3

1.1.1. Общие сведения о системе МС8........................................ 3

1.1.2. Подготовительные операции............................................. 3

1.1.3. Добавление компонентов в схему..................................... 4

1.1.4. Ввод параметров (атрибутов) компонентов...................... 5

1.1.5. Ввод и индикация вспомогательных обозначений
и текстов.............................................................................. 5

1.1.6. Редактирование введенной схемы..................................... 6

1.2. Задание...................................................................................... 6

1.3. Варианты заданий..................................................................... 7

1.4. Порядок выполнения работы................................................. 18

1.5. Форма отчетности.................................................................. 18

1.6. Контрольные вопросы............................................................ 19

Лабораторная работа № 2. АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ
В СТАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ........................................................... 21

2.1. Методические указания.......................................................... 21

2.1.1. Статические характеристики биполярного транзистора 21

2.1.2. Расчет семейства выходных статических характеристик 22

2.1.3. Расчет семейства входных статических характеристик. 26

2.1.4. Расчет нагрузочных прямых постоянного и переменного
тока.................................................................................... 27

2.1.5. Построение нагрузочных прямых................................... 29

2.2. Порядок выполнения работы................................................. 31

2.3. Форма отчетности.................................................................. 32

2.4. Контрольные вопросы............................................................ 32

Лабораторная работа № 3. АНАЛИЗ ЧАСТОТНЫХ
И ПЕРЕХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПАССИВНЫХ
И АКТИВНЫХ СХЕМ....................................................................... 33

3.1. Краткие теоретические сведения........................................... 33

3.2. Задание.................................................................................... 38

3.3. Порядок выполнения работы................................................. 39

3.4. Пример анализа переходных характеристик
усилительного каскада........................................................... 42

3.5. Форма отчетности.................................................................. 46

3.6. Контрольные вопросы............................................................ 46

Лабораторная работа № 4. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
ЭЛЕКТРОННОЙ СХЕМЫ ПО МЕТОДУ МОНТЕ-КАРЛО.............. 47

4.1. Пояснения к работе................................................................. 47

4.2. Порядок выполнения работы................................................. 50

4.3. Контрольные вопросы............................................................ 50

12 3 4 5 6 7 Следующая ⇒