LED电路仿真设计-Saber篇.ppt

LED电路仿真设计,一、SABER 软件概述,电路仿真作为电路计算的必要补充和论证手段，在工程应用中起着越来越重要的作用。熟练地使用仿真工具，在设计的起始阶段就能够发现方案设计和参数计算的重大错误，在产品开发过程中，辅之以精确的建模和仿真，可以替代大量的实际调试工作，节约可观的人力和物力投入，极大的提高开发效率。,一、SABER 软件概述,Saber是美国Analogy（Synopsys）公司开发的系统仿真软件，可用于电子、电力电子、机电一体化、机械、光电、光学、控制等不同类型系统构成的混合系统仿真。 Saber作为混合仿真系统，可以兼容模拟、数字、控制量的混合仿真，便于在不同层面上分析和解决问题，其他仿真软件不具备这样的功能。 Saber软件主要用于外围电路的仿真模拟，包括Saber Skerch、Saber Simulator及CosmosScope。,1.1 原理图输入和仿真 Saber Skerch是Saber的原理图输入工具，通过它可以直接进入Saber仿真引擎。在Saber Skerch中，用户能够创建自己的原理图，启动Saber完成各种仿真（偏置点分析、DC分析、AC分析、瞬态分析、温度分析、参数分析、傅里叶分析、蒙特卡洛分析、噪声分析、应力分析、失真分析等），可以直接在原理图上查看仿真结果， Saber Skerch及其仿真功能可以帮助用户完成混合信号、混合技术（电气、液压等）系统的仿真分析。 Saber Skerch中的原理图可以输出成多种标准图形格式，用于报告、设计审阅或创建文档。,一、SABER 软件概述,一、SABER 软件概述,1.2 数据可视化和分析 SaberScope是Saber的波形查看和仿真结果分析工具，它的测量工具有50多种标准的测量功能，可以对波形进行准确的定量分析。它的专利工具波形计算器，可以对波形进行多种数学操作。SaberScope中的图形也可以输出成多种标准图形格式用于文档。,一、SABER 软件概述,1.3 模型库 Saber拥有市场上最大的电气、混合信号、混合技术模型库，它具有很大的通用模型库和较为精确的具体型号的器件模型，其元件模型库中有4700多种带具体型号的器件模型，500多种通用模型，能够满足航空、汽车、船舶和电源设计的需求。Saber模型库向用户提供了不同层次的模型，支持自上而下或自下而上的系统仿真方法，这些模型采用最新的硬件描述语言(HDL)，最大限度地保证了模型的准确性，支持模型共享。,一、SABER 软件概述,1.4 建模 不同类型的设计需要不同类型的模型，Saber提供了完整的建模功能，可以满足各种仿真与分析的需求。其建模语言主要有MAST、VHDL-AMS、Fortran，建模工具包括State-AMS、5维的图表建模工具TLU，Saber可以对SPICE、Simulink模型进行模型转换，同时Saber还拥有强大的参数提取工具，可以通过协同仿真实现模型复用。 1.5 可制造性和稳健的设计 Saber的InSpecs工具包能够帮助用户进行复杂的分析，包括统计、参数和应力分析。统计分析确定参数公差对系统性能的影响，参数分析显示设计中的关键参数，应力分析评估系统中各组件的应力程度。,一、SABER 软件概述,1.6 FMEA(故障状态分析) Saber的Testify工具包用于仿真系统在故障状态下的情况。用户可以建立故障列表，仿真系统在每个故障状态下的工作状态。Testify可以帮助验证系统运行的可靠性。,1.7 布线设计 SaberHarness是业界领先的布局布线、设计和分析工具。SaberHarness和Saber紧密结合，计算电缆尺寸、熔断分析、故障分析，对电压降、功率质量以及连通性进行仿真与评估。SaberHarness将功能设计、电气设计和物理设计集中在单一的工具流程中，全面结合了Saber的仿真和分析功能，使得SaberHarness成为高级电气系统设计的首选工具。,二、SABER 的操作界面原理图设计,下拉菜单 saber Guide图标栏 saber sketch图标栏 原理图窗口 工具栏 帮助区,saber sktech 下拉菜单栏,saber sketch 图标栏,二、SABER 的操作界面及原理图设计,层叠窗口,平铺窗口,格点,边框,连线,总线,线束,示波器,参数编辑器,显示/隐藏,二、 SABER 的操作界面,中断,DC工作点（DC operation point）,小信号AC(small signal AC) DC扫描（DC Transfer） 暂态分析(Transient) DC工作点及暂态分析（ operation point / Transient ） 极零点分析(pole-zero) 参数扫描（vary） Monte Carlo 分析 灵敏度分析(sensitivity),二、 SABER 的操作界面,SABER 状态,Saber记录,工作图标,运行实例工作状态,二、 SABER 的操作界面,二、 SABER 的操作界面,二、 SABER 的操作界面,命令行,绘图工具,选择器件,设计工具,宏记录器,Saber RT (Simulator Real Time),Model Architect,报告,测试,saber sktech 基本操作绘制电路原理图,点击进入saber sketch，然后选择file newschematic，进入原理图绘制画面，如下图所示：,下面我们绘制一个三极管共发射极电路。首先添加元件，在空白处点击鼠标右键菜单get partpart gallery,saber sktech 基本操作绘制电路原理图,saber sktech的基本操作,器件的查找,单击,or,下面我们绘制一个三极管共发射极电路。首先添加元件：,器件添加后修改其参数，然后点击 连接器件，或者按下键盘W键，光标变成了一个十字星，即表示可绘制wire，将所有的器件连接起来。,Saber Sktech 基本操作绘制电路原理图,Saber Sktech 基本操作-修改器件参数,右图是电阻模型的参数设置 primitive: 模型名称 ref: 原理图中的标识符 其他参数含义可以通过选中参数后看左下角的Help显示的含义。 框中黑点表示该属性名称及值在电路图中不可见，半绿半黑表示该属性的值在电路图中可见，全绿表示该属性名称及值在电路图中都可见。,按照上述方法把器件的参数设置为：电压源12V，基极电阻为10K，集电极电阻为1K。电路图如图所示：,Saber Sktech 基本操作-修改器件参数,三、Saber simulator仿真界面简介,在完成原理图输入后下面要做的工作就是仿真分析。Saber Guide图标栏给出了几种常见的分析。,三、 SABER 的仿真分析,指定顶级电路图,要用Saber对设计进行模拟，必须让SaberSketch知道设计中哪个电路图是最上层的，因为Saber在打开时只能有一个网表，所以在SaberSketch中只能指定一个顶级电路图。可以通过DesignUseDesign_name来指定顶级电路图。 如果电路图不包含层次设计，SaberSketch会默认打开的电路图为顶级电路图。,关于网表,由于Saber不能直接读取电路图，必须通过网表器产生的网表来进行模拟。产生的网表器是一个ASCII文件，包含元件名、连接点和所有非默认的元件参数。要进行模拟时，只要网表中的连接不同于设计中的，SaberSketch会自动对设计进行网表化。例如：如果增加或修改一条连线，下次分析时，SaberSketch会自动对设计进行网表化并重新调入到Saber中。如果改变连线的颜色，再去进行分析，Saber将使用原有的网表，因为设计的连接没有改变。如果改变属性，SaberSketch会自动发送一条Alter命令到Saber中，改变内存网表，因而减少了重新网表化的需要。,三、 SABER 的仿真分析,对设计进行模拟 在进行模拟的时候，一般情况下，先要验证设计的功能。Saber软件包含了多种分析，在验证前选择合适的分析类型，分析前，SaberSketch会决定是否有必要重新生成网表，如果有必要，它将会重新生成网表。如果没有制定顶级电路就进行分析，将会提示制定顶级电路图或者取消分析，除非所设计的电路图是单层的。,三、 SABER 的仿真分析,验证设计功能 对所设计的功能，可在时域和频域上进行验证，Saber提供了以下的分析方法： 要验证设计在时域上的规范，可用瞬态分析来看系统在时间上的响应。傅立叶分析（Fourier analysis）和快速傅立叶分析（FFT analysis）将时域上的波形转变成频谱。 要验证设计在频域上的规范，用交流分析（AC analysis）来决定系统小信号频率响应，iFFT分析将频域的波形转换成时域上的波形。 直流传输分析（DC Transfer analysis）来扫描独立源和计算每个操作点的扫描值。,三、 SABER 的仿真分析,Saber用下列方法来调节设计参数，如设计中的元件数值及容限等： Vary：用Vary可以对设计或元件的一系列设定的参数进行 描述，对每个参数都进行一系列的分析。 Monte Carlo：用蒙特卡诺分析对设计或元件参数随机变化，进行各种分析，对模拟结果进行评估。 Sensitivity：对不同设计或元件的参数的改变，性能测量的敏感度。 Stress：在精确的DC、DC传输或瞬态分析中，分析元件是否会过应力。,三、 SABER 的仿真分析,查看分析的波形 SaberSketch提供两种查看波形的方法，一种是用 SaberScope 波形分析器，另一种是用 SaberSketch 中的 DesignProbes。 下面将介绍怎样在信号列表中加入节点，怎样查看模板的内部信号，怎样使用SaberSketch中的 DesignProbes： 一、利用CosmosScope打开仿真波形，通过信号管脚选择要查看的波形。 二、在连线或者管脚添加DesignProbes，查看波形。（将鼠标光标移到连线或管脚处，点击右键，在快捷菜单中选择Probe）,三、 SABER 的仿真分析,改变设计 当分析结束后，如果分析的结果不满足要求，可以改变相应的设计，再进行仿真模拟，直到结果符合要求。 在SaberSketch中改变属性值 当在设计中改变属性值时，Saber会发送一条 Alter 命令将内存网表修改成新值，该方法允许在SaberSketch中修改属性并模拟而不必重新网表化。 在Saber 中改变属性值 用 EditList/Alter菜单项可以查看元件名称、 连接点和参数值等。该菜单显示 List/Alter Design 框，该框允许改变的参数用于分析中，但是改变的属性不能传回到SaberSketch设计中。,三、 SABER 的仿真分析,三、 SABER 的仿真分析,意义：此分析功能在于求解系统的静态工作点，为其他分析提供计算初始点。,3.1 DC Operating Point Analysis (直流工作点分析),仿真器设置,执行DC分析时无须设置仿真器参数，使用默认值即可。,三、 SABER 的仿真分析,DC分析的结果是一组数值,这些数值定义了在time=0时，非线性系统的稳定状态的值。 DC分析遵循一下几个规则： a. 将所有随时间变化的参数以及它们的衍生物设置为0; b. 将所有噪声源设置为0; c. 将所有ac源设置为0; d. 将所有随时间变化的元件可以从电路中有效移走(如:电容器视为开路,电感视为短路); e. 将所有与时间有关的源有效移走;,3.1 DC Operating Point Analysis (直流工作点分析),三、 SABER 的仿真分析,用DC分析，让Saber计算工作点，存储结果到初始点文件中。初始点文件有两个作用： （1）它包含了用于其它分析的工作点，Saber用工作点作为时域分析的首个数据点。对小信号频率分析，Saber在工作点周围应用小正弦信号。 （2）提供快速检查，以查出可能不正确的部件参数。虽然大多数电路图工具有电气规则检查来验证设计的连接性，但是这些工具不能查出来指定的元件参数，如：如果100k的电阻器上忘记“k”，或者与DC电源连接反向了，设计将会通过检查，但是逻辑是不正确的。,三、 SABER 的仿真分析,3.1 DC Operating Point Analysis (直流工作点分析),DC分析步骤： 1）打开 DC 分析对话框（ AnalysesOperating PointDC Analysis ） 2）设置 DC 分析面板的内容，大多数情况下， Saber 用默认设置就可以制定工作点。 3）点击 Apply 按钮，执行 DC 分析。成功的 DC 分析会创建一个 End Point File 处指定的初始点文件，包含系统中每个节点的电压和电流。,三、 SABER 的仿真分析,3.1 DC Operating Point Analysis (直流工作点分析),3.1 DC Operating Point Analysis (直流工作点分析),仿真器常用参数的含义及其设置方法,Monitor Progress ：进度监控。确定仿真器运行时显示的信息数量，缺省值为0。,0：Transcript将只显示执行时间。 -1：显示仿真执行过程的简要信息与时间。 正整数（n）：将在每n个时间步长（时间步长：仿真器运行时，两次分析计算之间的间隔。）显示那一时刻的仿真时间、反复数量、时间步长、占用CPU时间等信息。,三、 SABER 的仿真分析,Sample Point Density 仿真器对电路中的非线性模块做线性化处理时将其分为n个线性段(n值为此参数值的2倍)，n越大，精度越高，但会降低仿真速度，最大可取1k。 Debug： 对Saber计算的每个可能方案进行统计，该特点通常用于当Saber用默认设置不能找到工作点或者要知道设计在工作点上是否收敛。,3.1 DC Operating Point Analysis (直流工作点分析),三、 SABER 的仿真分析,3.1 DC Operating Point Analysis (直流工作点分析),Select File Open Design,打开文件 ex_rlc 如下：,三、 SABER 的仿真分析,1. Click on the Operating Point button,3.1 DC Operating Point Analysis (直流工作点分析),2. Click OK to accept the defaults.,3. When the analysis is complete, select Results Operating Point Report from the SaberSketch Pulldown Menu Bar to display the results of the analysis. 4. Click OK to accept the operating point report defaults. The Report Tool comes up, and displays the results of the analysis. Note that all of the displayed values are zero. To find out if this is correct, look at the initial value of the voltage source that drives the filter. The schematic shows that the voltage source has an initial value of 0, and a pulse value of 1. This means that the source will supply zero volts at time = 0. So the results are correct.,三、 SABER 的仿真分析,简单电路对 DC 分析的不利影响 下面列出简单电路结构对DC分析的不利影响，会难以找到工作点： 单节点只连接到电容器和电源：在这种结构中，所有电容器视为开路，所以节点处在DC分析过程中可能浮空，在该点设置一个初始条件，可以避免这样的问题。 回路仅包含电感和电压源：这种结构在 DC分析中视为短路，对回路电流设置一个初始状态，可以避免这种问题。 电流源驱动电容器：因为电容器视为开路，获得工作点会很困难（电容器上电压没有定义），对电流源作非理想的措施（给电流流向）可以有帮助。 电压源驱动电感：由于电感视为短路，获得工作点会很困难。 两个电感在级数上有初始电流状态冲突。 两个电容在平面上有初始电压状态冲突。,3.1 DC Operating Point Analysis (直流工作点分析),三、 SABER 的仿真分析,3.1 DC Operating Point Analysis (直流工作点分析),To get non-zero values for a DC analysis, you can change the initial value of the source. For example, you can make the initial value to 1V, and the pulse value to 0V. This way, you invert the previous waveform.,Back Annotate Analysis Results 1. Select Results Back Annotation from the SaberSketch Pulldown Menu Bar. 2. Click OK in the Back Annotation form. Note how the simulation voltages appear on the schematic.,三、 SABER 的仿真分析,3.2 Small-signal AC Analysis（交流小信号分析）,意义：交流小信号用于检验系统的频域响应特性，可用DC分析结果作为本分析的工作点。,AC 分析把系统变量看成频率的函数，在指定工作点下对系统进行线性分析计算系统在不同频率下的行为。因为在开始瞬态分析前要设置初始点作为首个数据点，所以在瞬态分析之前，必须找到系统的工作点，由此可以看出DC分析的重要性了。,作交流小信号分析之前，需要给原理图中信号源加上ac_mag幅值。,三、 SABER 的仿真分析,AC分析的作用： AC分析通过用来观察系统或者元件的频域行为，它要求目标系统是线性的，并且主要分析系统在小信号激励情况下的频率效应特性。它通过扫描输入端正弦信号源的频率,得到系统的频域特性，典型的AC分析反映了系统增益和相位与频率的关系。 因此它可以用于一下几个方面的设计分析: a.滤波器设计; b.开环/闭环控制系统设计; c.系统零/极点分析;,三、 SABER 的仿真分析,3.2 Small-signal AC Analysis（交流小信号分析）,AC 分析步骤： 1）打开 AC 分析对话框（AnalysesFrequencySmall Signal AC. ） 2）设置 AC 分析面板的内容， Start Frequency 和 End Frequency 一定要设置，否则，就无法进行仿真了，另外，进行 AC 分析之前，一定要将原理图中被当作 AC 激励源的模型的 ac_mag 参数修改为非零，否则 AC 分析无法得到正确的结果； 3）点击 Apply 按钮，执行 AC 分析。在默认情况下，成功的 AC 分析会创建一个与原理图文件同名尾缀为 .ac.ai_pl 的波形文件。,三、 SABER 的仿真分析,3.2 Small-signal AC Analysis（交流小信号分析）,AC 分析的设置界面如下图所示： Start Frequency: 它用于指定AC分析的起始频率点 End Frequency: 它用于指定AC分析的结束频率点 Increment Type,它用于指定从Start Frequency 到End Frequency之间频率变化的规则 Number of Points,它用于控制AC分析的精度,三、 SABER 的仿真分析,3.2 Small-signal AC Analysis（交流小信号分析）,3.2 Small-signal AC Analysis（交流小信号分析）,Continue with the same RLC circuit.（还以上面的RLC电路为例。）,Perform AC Analysis 1. Click on the Small Signal AC button, 2. The Small-Signal Frequency Analysis form comes up. Set the frequency range over which the circuit is to be swept as indicated below (do not change any field defaults unless instructed to do so): a. Start Frequency: 1 b. End Frequency: 100k,三、 SABER 的仿真分析,3. Click the Yes button next to Run DC Analysis First. 4. Click on the down arrow located to the right of the Plot After Analysis field. 5. Select Yes Open Only. 6. Click OK.,作交流小信号分析之前，需要给原理图中信号源加上ac_mag幅值。,3.2 Small-signal AC Analysis（交流小信号分析）,对输出电压进行测量 对这个电路中我们比较感兴趣的是滤波器的带宽。一个典型的低通滤波器的带宽为-3db（分贝）. 这就是说在什么频率下测量的功率衰减3db（或者说3db=20*log(Uo/Ui)=log2，可知，这时的输出功率是输入功率的1/2； 而输出电压等于输入电压的0.7071倍。） 1.在 SaberScope graph 窗口中选择vout (dB(V)作为测量源。 2. 点击工具条中Tools-Measurement Tool。 3. 点击Measurement后的测量区域，选择Frequency Domain Lowpass (3dB Point) 。 4. 点击Apply. The measurement is applied in SaberScope. The 3dB bandwidth should be about 1.47kHz.,三、 SABER 的仿真分析,3.3 DC Transfer Analysis (直流扫描分析),三、 SABER 的仿真分析,此分析允许独立电源按照指定规律变化，从而实现电路特性的规律性的研究。直流扫描分析一般在 DC分析的基础上进行。,DT分析的意义. DT分析的实际上是在用户指定的范围内,对独立电压(电流)源按照指定步长进行扫描变化,并计算系统的直流工作点。其基本功能还是计算系统的直流工作点。 DT分析的作用 DT分析常用于分析器件以及系统的各种直流特性,如BJT、MOSFET的转移特性等.,3.3 DC Transfer Analysis (直流扫描分析),三、 SABER 的仿真分析,DT分析的步骤： 1）打开DT分析对话框(AnalysesOperating PointDC Transfer) 。 2）设置DT分析面板的内容，Independence Source 和 Sweep range一定要设置，否则,就会出现错误“Required Fields not Complete!” 。 3）点击Apply按钮，执行DT分析.在默认情况下，成功的DT分析会创建一个与原理图文件同名尾缀为.dt.ai_pl的波形文件。,3.3 DC Transfer Analysis (直流扫描分析),三、 SABER 的仿真分析,DT 分析的设置界面如下图所示： Independence Source：用于制定DT分析所扫描的独立源,其输入可以是系统中的任何一个独立激励源； Sweep Range：用于制定所扫描变化独立源的变化规则以及内容； Plot After Analysis：改参数用于确定在分析接受一个是否自动在Scope中打开分析结果文件以及打开的方式。,3.4 Time-Domain Analysis（瞬态分析）,意义：瞬态分析用于检验系统的时域特性，此分析通常从静态工作点开始。但对于自激振荡电路应从零时刻开始。 还以前面的电路作为分析电路，了解TR分析。,TR 分析把系统变量看成时间的函数，在指定工作点下对系统进行线性分析，计算系统行为的时域响应。 由于瞬态分析在分析运行时，使用初始点作为首个数据点，所以在瞬态分析之前，必须找到系统的工作点，因此，开始分析之前要先进行DC分析。,三、 SABER 的仿真分析,TR 分析的步骤： 1）打开 TR 分析对话框（ AnalysisTime-domainTransient ） 2）设置 TR 分析面板的内容， End Time 和 Time Step 一定要设置，否则，就无法进行仿真了。 3）点击 Apply 按钮，执行 TR 分析。在默认情况下，成功的 TR 分析会创建一个与原理图文件同名尾缀为 .tr.ai_pl 的波形文件,3.4 Time-Domain Analysis（瞬态分析）,三、 SABER 的仿真分析,时域分析的设置界面如右图所示： End Time：定义瞬态分析结束点。 Start Time：定义瞬态分析开始点。 Time Step：作为瞬态分析中相邻计算点间重复的标尺，可以按下面的情况设置其数值： 1、设计中有关时间常数的1/10 2、驱动源方波最小的上升沿或下降沿 3、正弦驱动源输入周期的1/100,3.4 Time-Domain Analysis（瞬态分析）,三、 SABER 的仿真分析,3.4 Time-Domain Analysis（瞬态分析）,从图形中可以看到滤波器是一个欠阻尼状态，输出的电压稍稍高出了输入的电压。,三、 SABER 的仿真分析,3.4 Time-Domain Analysis（瞬态分析）,测试电压的大小： 1. 选择输出信号。 2. 点击 Measurement按钮中的 Time Domain Overshoot. 3. 点击 Apply. 从测试结果可以看到电压高出了0.273V。 4.测试完毕后，清除测试数据和图形。,三、 SABER 的仿真分析,3.4 Sensitivity Analysis（灵敏度分析）,意义：此分析用来检验某个模型参数发生变化时，对系统特性的影响。,SA 分析的步骤： 1）选择AnalysisSensitivity Sensitivity。 2）设置 分析面板的内容： Parameter List 要进行灵敏度分析的参数列表。,三、 SABER 的仿真分析,Parameter List选项： All Parameters ：选择所有模型的所有参数进行扫描 。 Browse Design ：将出现一个包含所有参数的列表框，按住 Ctrl键，点击所有需要进行扫描的参数，单击 OK 按钮。 Get Parameters From Selected Parts ：将出现一个包含选中模型参数的列表框，按住Ctrl键，点击所有需要进行扫描的参数，单击OK按钮，即可将这些参数加入到Parameter List文本框中，原有内容将被覆盖。 Append Parameters From Selected Parts ：将出现一个包含选中模型参数的列表框，按住Ctrl键，点击所有需要进行扫描的参数，单击OK按钮，即可将这些参数加入到Parameter List文本框中，追加到原有内容。,3.4 Sensitivity Analysis（灵敏度分析）,三、 SABER 的仿真分析,Perturbation ：参数值相对误差。,3.4 Sensitivity Analysis（灵敏度分析）,三、 SABER 的仿真分析,3）添加一个瞬态分析。在AddAnalysis中添加Tranalysis。 4）点击 Tranalysis后的箭头并设置结束时间5m步进时间0.01u，Monitor Progress：100。 5）选择Addanalysis Batch Measure选项，添加一测量操，其参数设置： Measure Time Domain Overshoot Curve Name Vout 6）单击OK。开始灵敏度分析。,3.4 Sensitivity Analysis（灵敏度分析）,三、 SABER 的仿真分析,3.4 Sensitivity Analysis（灵敏度分析）,三、 SABER 的仿真分析,四、saber元器件库简介,在介绍这部分内容之前，先介绍几个概念： （1）符号和模型。 符号主要给人使用，用来编辑原理图； 模型主要给仿真器用，用来建立数学方程。 对于仿真器而言，只能接受按固定语法描述的网表以及模型文件，无法理解符号以及由符号构成的原理图；而对于普通使用者而言，模型以及网表的语法过于抽象，不能直观的反映设计思想。为了解决这种矛盾， EDA 工具中便有了符号和模型的概念。,（2）模板（ template) 和器件（ component ） 模板（ template ）是基于某一类器件的通用模型，它需要用户根据需要设置各种参数以达到使用要求； 器件（ component ）是某一或者某一系列商用元件（如 LM324 ）的模型，它无须用户进行任何设置，可直接使用。 另外， Saber 的 component 库分两种， DX 库和 SL 库，后者比前者缺少容差和应力分析参数。,四、saber元器件库简介,与宇航工业相关 自动化工业 特性元件 通讯 控制系统 集成电路IC MAST元件 电力系统 VHDL 应用管理控制元件 车辆检测,四、saber元器件库简介,常见元器件英文对照： Resistor 电阻 Capacitor 电容 Voltage source 电源 Ground 地 Diode 二极管 (Zener 齐纳、 Power功率 ) BJT 三极管 (Darlington达林顿、 Power 功率、 Array阵列 ) JFET/MOSFET/ 功率 MOSFET 场效应管 Inductor 电感线圈,四、saber元器件库简介,primitive：表明符号对应的模型名称； ref：表明模型在原理图中的标示符： 其他的参数名称可以在Help处显示出来,四、saber元器件库简介,电源：在设计中可以用全局网络标号（如Vcc或者Vdd） 连接电源和各个部件，但必须要将一个电源和全局网络标号连接起来，否者在模拟中，全局网络标号将浮空。 地：在电路图中必须加入元件“Ground (Saber node 0)”，这个是模拟地，不加入将模拟出错。,四、saber元器件库简介,常见电路仿真分析,下面我们将对一些基本的电路进行模拟分析。 一、RLC电路。,常见电路仿真分析,1、DC分析。 设置分析界面，分析结果。改变电压值重新分析。 Voltage inital=0 Voltage inital=1 分析：结果显示1V的输入电压产生0.9091V的输出电压的原因,常见电路仿真分析,2、时域分析（TR分析） 1）对电路进行TR分析，以确定其脉冲输入相应。 设置分析数值： End Time:10m Time Step:0.1u,常见电路仿真分析,2）分析完成后在一个窗口显示Vin和Vout图表。,常见电路仿真分析,3）测量 下降时间 上升时间 压摆率 周期 频率 占空比 脉宽 延迟时间 超调量 下超调量 稳定时间,常见电路仿真分析,3、小信号AC分析 分析时，电路中必须有AC的电压源和电流源 1)设置电路扫描范围： Start Frequency:1 End Frequency:100k 还可以设置其它参数：如指定计算的频率点个数，并选择用线性或对数坐标等,常见电路仿真分析,开始分析 2）从CosmosScope中观察输出信号,常见电路仿真分析,3）测量 低通（3dB点） 高通（3dB点） 带通 抑制频带 相位裕度 幅值裕度 斜率 幅值 dB 相位 实部 虚部 Nyquist绘图频率,常见电路仿真分析,4、线性系统分析（也叫零极点分析，是小信号分析功能） 此分析用于求解交流小信号电路传递函数中极点和零点的个数及其数值。做零极点分析之前应先做直流工作点分析 参数设置 Find Poles/Find Zeros：确定寻找零点或极点； Input Source：输入源； Output List：输出列表,常见电路仿真分析,5、参数扫描分析（Vary） 此分析用于检测电路中某个元件的参数，在一定取值范围内变化时对电路直流工作点、时域特性、频域特性的影响。 三个未知数： 1、被扫描的参数； 2、如何计算每次参与分析的参数值； 3、参数值起点与终点。,常见电路仿真分析,Edit：确定新加入的分析或嵌套在当前分析结构中的位置； Add Loop：添加嵌套； Add Analysis：添加分析。 利用分析按钮右侧的下拉菜单也可以调整分析结构 ，如将某个分析提前（Move Up）、推后（Move Down）、删除（Delete）等。 单击vary按钮即可调出参数扫描分析仿真器。,常见电路仿真分析,Parameter Name：选择要进行扫描的参数，可通过两种方式选择参数（如Select下拉菜单所示） 。 Variation Type：参数值获取方式。有四种途径取得每次参与运算的参数值。,常见电路仿真分析,参数值获取方式： 1.Step By：以固定步长递增。数据输入格式： from 初始值 to 终止值 by 步长 2.Linear ：按次数m计算步长。 数据输入格式：from 初始值 to 终止值 in 次数 3.Log Steps：按次数m计算步长。 数据输入格式： from 初始值 to 终止值 in 次数 Log Steps 4.Set Values：自定义参数值。 数据输入格式：将指定数据添入文本框。,常见电路仿真分析,二、稳压管电路分析,常见电路仿真分析,可用DT分析、TR分析、Very分析：,常见电路仿真分析,三、整流仿真电路,3.8 几种器件模型的说明,分段线性电源,三、 SABER 的仿真分析,三、 SABER 的应用,saber中的封装,1、在空白的原理图中绘制好要封装的内容，查找hierarchical analog模块，这是saber中封装模型时子模型的输入输出连接模块，共有4个，hierarchical analog模块是模拟量输入输出连接模块，常用。还有两个hierarchical input和hierarchical output模块，分别是数字量的输入、输出连接模块。这里用的是hierarchical analog模块。将欲封装的原理图先存为原理图格式，并与使用该封装模块的主原理图存在一个目录下。,步骤：,2、在上述存储的原理图上点右键，选择create-hierarchical symbol，对图形进行编辑。如果需要设定封装模块的参数，在中间图中点右键选中properties，在此添加参数名，同时要在原理图中设定参数名。点击save键，存储的名字一定要与前面存储的原理图名字一样。,Buck电路,一、BUCK电路基本结构,Buck电路,二、电路基本功能简介： 上述电路是一个降压调节电路，用来提供稳定和高效的输出电压。 此电路中设有LC滤波电路，滤波电感中的电流还有一个直流成分和一个周期性变换的脉动成分。电感的作用是滤除斩波开关输出电流中的脉动成分，以减小纹波，电感量越大，效果越明显。但是如果电感量过大，会使滤波器的电磁时间常数变化的很大，使得输出电压对占空比变化的回应速度变慢，从而影响整个系统的快速性。,Buck电路,电容的作用是滤掉主要的开关纹波，选择电容C足够大，可以使开关频率时的电容值阻抗远小于负载阻抗，因此几乎可以使所有的电感电流纹波流经电容，而流经负载电阻阻抗R的纹波非常小，电容电流波形等于电感电流波形去掉直流成分后的交流成分。 输出滤波电容的选取决定了输出纹波电压，纹波电压与电容的等效的串联电阻ESR有关，电容的纹波电流要大于电路中的纹波电流。,三、等效的电路模型及基本规律,Buck电路,(1)晶体管导通时：电感电流增加，电感储能。 电感电压为,Buck电路,(2)晶体管关断时：电感续流，二极管导通。 电感电压为,Buck电路,若Buck电路为无损的，则有： 可求出,Buck电路,四、设计实例 要求：Vin=12V；Vo=5V；Io=6A；fs=50kHz。 计算参数如下： 周期T=20us 占空比D=0.42； Ton=8.4us；R=0.83 根据公式 =4.8uH，这个电感是电流连与 否的临界值。,Buck电路,电流连续状态的实际电感值可选为1.2倍的临界电感。根据经验输出纹波电压不大于5%，由公式： 得：C=100.7uF 在实验三中由于先选定了C=470uF，带入上式可得L=1.24uH4.8UH，所以实验中选用了L=1.6mH,Boost电路,一、Boost电路基本结构,Boost电路,二、电路基本功能简介： BOOST升压电路中，电感的作用是将电能和磁场能相互转换的能量转换器件，当MOS开关管闭合后，电感将电能转换为磁场能储存起来，当MOS断开后电感将储存的磁场能转换为电场能，且这个能量在和输入电源电压叠加后通过二极管和电容的滤波后得到平滑的直流电压提供给负载，由于这个电压是输入电源电压和电感的磁砀能转换为电能的叠加后形成的，所以输出电压高于输入电压，既升压过程的完成。,Boost电路,肖特基二极管主要起隔离作用，即在MOS开关管闭合时，肖特基二极管的正极电压比负极电压低，此时二极管反偏截止，使此电感的储能过程不影响输出端电容对负载的正常供电；因在MOS管断开时，两种叠加后的能量通过二极向负载供电，此时二极管正向导通，要求其正向压降越小越好，尽量使更多的能量供给到负载端,Boost电路,Boost电路的电容选择主要是控制输出的纹波在指标规定的范围内。对于Boost电路，电容的阻抗和输出电流决定了输出电压纹波的大小。电容的阻抗由三部分组成，即等效串联电感（ESL），等效串联电阻（ESR）和电容值（C）. 在电感电流连续模式中，电容的大小取决于输出电流、开关频率和期望的输出纹波。,Boost电路,三、工作原理 当晶体管导通时，电源给电感L充电，电感储能，电 容放电。电感上的电流增量为： 当晶体管关断时，电感放电，电感的能量通过二极管传递到负载。电感上的电流不断减小，忽略二极管的压降，则电流变化为：,Boost电路,在电感连续导电模式时，在稳态条件下，电感上的电流增加等于其电流减小，即IL(+) = IL(-)于是整理可得: 电感电流纹波值为： 峰-峰值为： 如果效率为1，则：,Boost电路,在非连续导电模式下，如下图,Boost电路,Boost电路,主要参数的 稳态波形,Boost电路,电路参数关系推到,Boost电路,Boost电路,由上述公式可以推出： 临界时的电感和电压值：,Boost电路,四、设计实例 要求：Ui=6V，Uo=20v，脉冲信号源 Us=5v、开关频 率f=1/5us=200KHZ，功率为40w。 参数计算如下： D=0.7，Io=2A， 临界电感和电容分别为：L=1.6uH，C=35uF,傅立叶分析,此分析可完成对时域信号的直流分量与各次谐波分量的幅值、相位分析。傅立叶分析必须以瞬态分析为基础。,主要参数： Number of Harmonics ：谐波数； Fundamental Frequency ：基频； Period Beginning, Period End ：参与分析的首尾时间点。 通常情况下，做傅立叶分析无须进行参数设置，按默认值即可。,Analyses Fourier Fourier :,应力分析,应力分析用来检验电路运行时的工作参数是否超过元器件的承受能力。即元件的工作状态是否超过本身的额定负荷。,主要参数： Use Input From：选择电路工作参数的来源。 Input Data File：选择电路工作参数文件，应与Use Input From保持一致。 Use Input From：Transient Analysis Input Data File：tr Use Input From：Initial Point File Input Data File：_ Use Input From：DT Transfer Analysis Input Data File：dt,Analysis Stress :,主要参数： Two-Port Parameter：选择传递函数类型，主要掌握前七种： Transfer Function：电压增益函数； Admittance：Y函数； Impedance：Z函数； Hybrid：H函数； Reverse Hybrid：G函数； Chain ABCD：ABCD函数； Reverse Chain： ABCD函数（ABCD反函数）；,参数灵敏度分析,此分析用来检验某个模型参数发生变化时，对系统特性的影响。,主要参数： Parameter List：参数列表； Perturbation：参数值变化量。 利用Edit 与AddAnalysis菜单可以添加分析与测量。 Edit：确定将分析或测量加入的位置。 AddAnalysis：添加分析、测量或变化（如傅立叶变化等）。,Analysis ParametricSensitivity :,两端口分析,此分析用于检验系统的交流小信号模型中各种传递函数的频域特性，包括电压增益、输入输出阻抗等七种传递函数。,第四次课： 数字电路常见元件简介 混合信号分析及仿真方法 仿真实例,数字电路常见元器件,比较器 计数器 编码器 置位信号源 触发器&锁存器 门电路 数据选择器 寄存器 1位全加器 逻辑型双极结型晶体管 逻辑缓冲器 三态缓冲器 逻辑时钟 脉宽可调的逻辑输出 逻辑控制使能的继电器 电源半导体开关,数字电路常见元器件,Op Amp运算放大器 Schmitt Trigger施密特触发器 Sample&Hold Amplifier采样保持放大器 混合信号分析及仿真方法 混合信号是指同时包含模拟及数字元件/模型的电路。 混合信号仿真的具体方法： 粘合仿真器 本地混合信号 协同仿真,混合信号分析及仿真方法,混合信号系统中，必须穿越模数及数模边界。 Saber在包含模拟和数字连接的模型之间插入接口，即在不同类型的节点之间插入一个Hypermodel接口模板。 Synopsys中建立了3500个元件的模型 TTL（晶体管-晶体管逻辑电路），ECL（射极耦合逻辑电路），CMOS（互补金属氧化物半导体）及理想的行为模型 在仿真过程中，与Saber Simulator一同运行的Netlister（网表器）自动插入Hypermodels模板。,仿真实例方波发生器,仿真实例方波发生器,其基本工作原理如下： 1. 假设lm339输出为高，则inp电压为(2/3)vcc, 并且vcc通过r3向c1充电，inn端电压逐渐上升； 2. 当inn端电压高于Vinp时，lm339输出为低，则inp端电压跳变为（1/3）vcc，此时电容c1通过电阻r3向vout端放电，inm端电压逐渐下降； 3. 当inn端电压低于Vinp时，lm339输出为高，开始重复过程1。,仿真实例方波发生器,过程1到3反复重复，导致lm339输出端vout在vcc和gnd直接跳变，产生方波输出，方波频率主要有r3和c1决定（r54.7kr3100k）。 在sabersketch中对该电路执行TR分析，end time = 10m， time step=10n。 观察： （1）lm339两个输入管脚inp和inm波形 （2） lm339输出管脚vout波形,仿真实例反相运算放大器,从仿真结果可以看出,当输入电压超出一定范围时, 输出电压被钳位. 输出上限时6.5V, 下限是-6.5V. 电路的放大倍数A=-5 。,