电路的容差分析仿真及在电路设计中的应用

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1、电路的容差分析仿真及在电路设计中的应用【摘要】讨论了电子电路中元器件产生随机渓差的原因及氏对电路性能的形响，分析了应用PSpice进行电子电路容差分析的掠理及其对电子产晶的设计和生产的指导作用。关键词：随机误差，容差分析，PSpice1引S众所周知，由于制造工艺和使用条件的原因，任何电子产品都不可避免地会受到随机扰动因素的影响.从而使实际电路中的元器件参数和其标称值之间总是存在随机谋差。这就意味着，实际电子电路中元器件参数的实际数值不一定等于其标称值，而只是其标称值容差范雨内的一个随机数值。而我们在设计电路过程中往往都是采用元器件参数的标称值进行分析和设计，因此，设

2、计的电路和实际生产制造出的电子产胡性能之间必然存在若差别。而•电子产品在使用的过程中随若使用时间的増加和环境温度的变化，也会使这种差别进一步扩大。在严重的情况下，这种偏差可能会达到影响电子产品的正常使用的程度，从而造成电子产品的功能失效。另外，电子元器件的参数容差和电子产品的经济成本直接相关。通常，元器件的精度越臥其误差范围越小，价格也会越高。总而言之，电子产品的性能和价格与所采用的元器件的参数容差密切相关，我们在设计电子产胡时只冇充分考虑这一因素，才能设汁出高可黨的，具有竞争力的电子产品。然而，由于这种误差所服从的是一种概率统计规律，在产品的研制过程中，我们很难通

3、过传统的人工设汁方法来全面地考虑元器件参数容差对产晶性能的影响。随着计算机的迅速发展，各种EDA技术也得到了广泛的应用，电路设计者可以应用这些软件对电路进行各种分析，计算和仿贞。不仅能使设讣者的设讣达到高质虽、高可靠性，而且可以降低成本，缩短开发周期。OrCAD公司的PSpice就是得到广泛应用的一种电路模拟仿真软件，它由于收敛性好，适于做系统及电路级的仿真，又有微机版木，在国内得到了广泛的应用。対于电路的容差分析，PSpice提供了蒙特卡罗分忻和最坏情况分忻两种方法来分忻电路中元湍件参数数（fl变化对电路性能的龙响。2PSpice的容差分析原理容遊分析就是在给定电

4、路元器件参数容差范围的条件下，计算元器件参数变化对电路性能的彫响。通过容強分析，我们可以发现所设计电路中元器件的容差对性能影响的大小，从而据此來优化我们的设计，将电路的误差控制在可靠的范田内。容差分析有两种方法：-种是统计的方法。在很名惰况下，我们并不可能确切地知道-批产胡中每个元器件参数实际偏离标称值的量，只是知道它们偏离范围和各个参数的随机分布规律，我们可以利用统计方法，通过已知的元器件参数的随机分布规律去计算电路待性的分布规律。PSpice中的蒙特卡罗分析(MonteCarloAnalysis)就是这种统计抽样的方法。第二种方法足以灵敏度为基础的分析方法，利用

5、灵敏度信息解决多个元器件参数变化偏离标称值对电路性能的总影响。PSpice中的最坏情况分析(Worst-CaseAnalysis)就是这样一种方法。•蒙待卡罗分析(MonteCarloAnalysis):蒙特卡罗分析足-•种统计模拟分析方法。它是按照元器件的参数容罐的所服从的统计分布规律，用一组组伪随机数，求得元器件参数的随机抽样序列，从而在不同的器件参数的随机抽样序列下进行电路特性仿贞，并通过多次分析结果的综合统汁分析，得到电路特性的分散变化规律，从而可以较好地模拟实际惰况。应用蒙特卡罗分析，可以求出电路性能的均值、城大值、址小值、方差、电路的合格率及电路性能的统

6、计分布直方图等。•垠坏情况分析(WorstCaseAnalysis):最坏情况是指电路中器件参数在其容雄范围内讯某种组合时，所引起电路性能的域大偏能如果我们己知电路中元器件参数的容舜而不知其统计•分布规律时，可以通过最坏情况分析估算出电路性能的这种最坏偏差。用数学模型描述如下。假定电路中器件参数的标称值矢量为：器件参数的容怎先肝为：/=(八・/・・・••・匚，)'•厶>0.那么，满足条件：I

7、悄况是一种极端悄况，在实际中出现的概率极低。但是故坏悄况的分析结果从一方而反映了电路设汁质量的好坏。如果城坏情况的分析结果都能满足规范耍求或与规范要求相差不犬，那么，将这种电路设计用于生产中时，成品率一定很高。IV«rR13KIIAAA.-WVMitoovw>V1H>VEE11"丄丄XI贾dr*〒-mvdr3实例分析以8阶巴特沃斯髙通滤波器为例，说明PSpice在实际电路设计的抬导作用。8阶巴特沃斯高通滤波器原理图如图1所示。所设计的高通滤波器的理想的截止频率为1kHz.K«P：所有电容的容咎均为±10%，电阻容那均为±5%,H设元器件参数分布服从正态分布（高斯