PSpice 21周仿真培训 I 第7周：参数扫描分析

在许多电路的设计过程中，常需要针对某一个元器件做调整，以达到所要求的指标，一般解决这类问题是不断更换元器件，直到指标满足要求。这样做费时费力。借助参数扫描分析方法就简便多了。参数扫描分析是在前面三期直流扫描分析、瞬态分析和交流扫描分析基础上的进阶分析。

本周看点：

温度分析的设置
参数扫描分析的基本操作
测量性能分析的使用

参数扫描分析是针对电路中的某一参数在一定范围内做调整，利用Cadence^® PSpice^®分析得到清晰的结果，从而确定出该参数的最佳值，这也是常用的电路优化方法。参数分析适用于判别电路响应与某一元器件值之间的关系，所以必须和其他基本分析搭配使用。

PSpice A/D中的参数扫描分析可以与瞬态分析、交流扫描分析和直流扫描分析同时进行。并且电压源、电流源、温度、全局参数或者模型参数都可以作为变量。参数扫描是进阶分析，因此本期使用上一期的陷波器电路，研究电路中的电阻电容对滤波器中心频率和品质因素的影响。

图7.1 本期实例电路

参数扫描分析的基本操作

注意到图7.1中，电容：

将C1和R3设为全局参数，编辑属性时，其值用{Cval}和{Rval}代替。可以直接双击器件的数值，将原来的数值修改为{Cval}和{Rval}。这样电路中的变化的参数就是Cval和Rval。PSpice软件通过大括号{}对全局参数变量进行定义。

电位器R4具有SET调节参数，利用该参数可以有效的调节运放U2同相端和运放U1输出端的阻值与电位器阻值的比例。例如：比例设为0.025，那么上面部分的电阻值为100Ω，下面为3.9kΩ。所以当参数SET在01.0之间变化时，调节点的电阻值可以在全阻值范围内变化。为了使SET参数能够在01.0之间变化，再添加一个全局参数变量ratio，同样在绘图时将电位器POT的SET默认值0.5修改为{ratio}。

至此，电路中有了三个变量：Rval、Cval和ratio。接下来需要放置PARAM元器件，它位于“SPECIAL”库中，也可以在搜索器件中搜索得到。图7.2提供了两种方式找到PARAM器件。PARAM元件的名称为PARAMETERS，包括定义变量名称及其默认值列表。

图7.2 放置PARAM元件

参数值设置

设置PARAMETERS的属性，双击字符“PARAMETERS”，在属性编辑器中点击New Property按钮，出现图7.3所示的对话框：

在Name中输入前面设置的参数名；
在Value栏中键入默认的数值。如果电路不进行参数扫描分析，或是该参数没有被设置为全局变量，那该参数的默认数值就是对话框中Value的值。

图7.3 PARAMETERS参数编辑对话框

注意勾选上“Display [ON/OFF]”，确定后会弹出如图7.4所示的对话框，点选是否将参数值显示在绘图区。

图7.4 显示属性的设置

对于另外的两个参数Cval和ratio，也用相同的方式设置，并显示在绘图区，如本期实例电路图7.1所示。

PSpice允许定义多个全局参数，但参数扫描分析时只能选一个参数进行分析，其余参数均按默认值参与计算。

仿真分析的设置

点选菜单PSpice → Edit Simulation Profile，或其对应的图标，出现设定分析的窗口。先按上一期交流扫描分析的设置，选择“AC Sweep/Noise”进行交流扫描分析的设置。如图7.5所示。

图7.5 基础分析的设置

在“Options”中再点击“Parametric Sweep”，如图7.6所示，参数扫描分析可以进行扫描的变量有：

Voltage source：电压源；
Current source：电流源；
Global parameter：全局参数变量，如刚才设置的Rval、Cval、ratio
Model parameter：元器件模型的参数，如三极管的电流放大倍数等
Temperature：以温度为自变量

电压源、电流源和模型参数的设置可以参考第4周直流扫描分析中的设置。这一节重点介绍全局参数。图7.6是设置电阻Rval作为参数，那么另外两个参数：

Cval取

ratio取0.025。

图7.6 进阶参数分析的设置

上图设置电阻取值从1kΩ扫描到3kΩ，增量为200Ω，要求对Rval=1kΩ，1.2kΩ,1.4kΩ,……，2.8kΩ，3kΩ十一种情况进行交流分析。

点选PSpice -> Run，或其对应图标。仿真结束后，会出现如图7.7所示的画面。此对话框告知用户有十一项模拟结果的波形资料，可以任选一项或多项，也可以全部选择，确认对话框后就可以得到分析结果了。

图7.7 分批模拟结果的波形资料

选择输出out节点的幅频特性，如图7.8所示，波形反映了电阻变化对陷波器的中心频率的影响。最右边的绿线是电阻值为1kΩ的波形，最左边的蓝线是电阻值为3kΩ的波形。从曲线可以看出，随着电路中电阻值的增大，中心频率减小。

图7.8 电阻作为参数变化得到的波形

对于电容参数，选择列表扫描方式，只设置100nF,500nF，1uF,2uF，四种情况进行扫描，得到图7.9的波形。可以看出电阻和电容的变化只会改变中心频率，对于带宽和品质因素是没有改变的。

图7.9 电容作为参数变化得到的波形

滑动变阻器的SER参数变化改变了接入运放U2同相端和运放U1输出端的阻值与电位器阻值的比例，设置比例从0.1变化到0.9,得到图7.10波形，可以看出比例越小曲线更加尖锐，表明选择性更好，而且比例变化对中心频率没有影响，都是在50Hz附近发生谐振。

图7.10 滑动变阻器器比例变化得到的波形

测量性能分析的使用

电路测量性能分析（Performance Analysis）是在参数分析的基础上，定量地分析电路特性函数随着某一个元器件参数的变化情况，对电路的优化设计也有很大的帮助。在上一节参数分析的基础上，进行测量性能分析。

步骤是：在参数分析结束后，在Probe窗口下选择Trace → Performance Analysis命令。出现图7.11所示的对话框。

图7.11 测量性能分析的对话框

图7.11中，主要是对测量性能分析注释说明，例如参数变化范围，坐标变量名等。以及提示针对测量性能分析，可以采用两种不同的操作方法，第一种是按“Wizard”按钮，按照屏幕提示操作方式分步骤进行电路测量性分析；另一种方法是直接点击“OK”按钮，由用户直接在Trace -> Add选择相应的电路特性函数进行电路测量性能分析。

屏幕引导方式

如果是第一次使用性能分析方法，可以按照第一种方法，按照图7.12提示分步进行。每一步确认后按“Next”进入下一步。

图7.12 屏幕引导方式进行测量性能分析

注意：软件自带的测量函数有时不一定满足要求，可以在图7.12的第二步中通过“Measurements…”对选中的测量函数进行编辑。具体操作方法参照第六期内容。

如果设置没有问题，在第四步按“Next”后，就可以退出引导，在波形显示窗口上方增加一个性能分析的计算结果，如图7.13所示。横轴是全局参数电阻阻值，纵轴是上期介绍的测量函数CenterFrequency，用于计算中心频率。这样中心频率随着电阻值的变化情况就一目了然了。

图7.13 中心频率和电阻的关系曲线

如果需要具体的数值，可以按照上一期调用测量函数的方法：Trace -> Evaluate Measurement，或点击相应的图标，选择测量函数，得到是一组数据。

图7.14 参数分析下调用测量函数

直接选择方式

屏幕引导适用于初学者，一般常用方式是直接在图7.11对话框下按“OK”按钮，或是按下菜单栏中的如下按钮：

这时会在直接在波形显示屏幕上方多出一个坐标轴。图7.15就是以电位器比例SET作为全局参数，仿真得到的结果后进行测量性能分析。

图7.15 点击性能分析按钮后的波形显示区

然后选择菜单栏Trace -> Add Trace，或者点击相应图标，在“Functions and Macros”中选择品质因素Q_bandpass(1,db_level),选择输出电压后，点击确定，同时也可以增加显示测量函数的具体值，如图7.16所示。

图7.16 品质因数和电位器比例的关系曲线

温度分析的设置

电路工作一段时间，温度会发生改变，同时环境工作温度也是在改变，而半导体器件、电阻、电容、电感等大多数电子元件的工作特性都会受温度影响，因此温度也是电路中一个需要考虑的参数。PSpice中所有的元器件参数和模型参数都是设定其在常温下的值（常温默认值为27^oC），可以在 Option选项中获得和修改。

在图7.6中可知参数扫描分析中含有温度变量，所以温度分析可以选择在参数扫描分析时使用温度作为变量进行分析。另外，PSpice还单独提供了温度扫描分析选项，所以也可以使用单独的温度分析。

前面用交流分析下进阶参数扫描解释参数扫描的基本操作，接下来使用第5期瞬态分析的实例进阶温度分析作为范例解释温度分析的基本操作。