浅谈PSpice AA模块的所有工具

又有一段时间没和大家见面了，明天2020级同学就要参加研究生入学考试了，为了借个载体给考研的同学送上祝福，赶紧发篇推文，考研的小伙伴们只要看下面这张图就可以啦，祝你们考研顺利！！！加油鸭！！！冲冲冲~~~

其它童靴咱来学点知识

咱们公众号发过一个系列的PSpice教程，讲解了PSpice软件提供的各种分析方法：直流分析、交流分析、瞬态分析、参数分析、温度分析等等，具体大家看PSpice合辑。这些都是Cadence PSpice的AD模块提供的分析方法，AD模块就是指模拟(Analog)和数字(Digital)混合信号仿真器。一般用这个模块也就能解决各种仿真问题了。

PSpice从10.0版本后推出新的一个模块叫PSpice AA模块，它取自Advanced Analysis的首字母，主要提供高级的分析方法，帮助提高设计性能，优化成本，并提高可靠性。

上图中灵敏度工具、优化工具、蒙特卡洛工具和电应力工具是AA模块最主要的四种分析工具。

为了让大家通过一篇推文了解这四种高级工具的用处，这里用如下设计实例示范：

设计要求

设计一个共射-共基组成的Cascode电路，要求放大倍数=100∓5%；带宽=40MHz∓5%，选择合适的电阻电容容差，使得成品率达到80%以上

相信很多小伙伴靠着记忆里的模电知识，翻阅模电书、搜索百度，甚至请教ChatGPT之后，一般都可以搭建出能够放大的共射-共基放大器，比如：

图1 设计初稿

但通过瞬态分析和交流扫描分析

图2 瞬态分析的仿真结果

图3 交流扫描分析的仿真结果

发现放大倍数和带宽都不能满足设计要求

这种情况下，跟在EDA设计课上一样，大多数同学就开始对每个电阻电容一通瞎调，但既要满足增益，又要兼顾带宽，盲目地修改电阻电容是很难实现的＞﹏＜

这时就该PSpice AA出场了。我们先用灵敏度分析( Sensitivity)工具，找到影响增益和带宽最大的元器件，毕竟只有找对器件，才能有的放矢~~

灵敏度分析工具 找到关键器件

灵敏度分析工具可以在菜单栏中找到，也可以在工具栏中找到，其它几种工具也在附近哦~~

点击上述这两处中的其中之一后，也就调出PSpice AA模块，这时电脑任务栏中也就多出一个带着小飞机的图标

这就是PSpice AA，要起飞喽~~~

运行Sensitivity，并将增益和带宽这两个技术指标的函数调入，运行后就可以得到如下结果：

图4 灵敏度分析结果1

从图4可以看出对电压增益影响最大的前五个元件是：R1、R2、R3、R6、R7

图5 灵敏度分析结果2

从图5看出对带宽影响最大的有R1、R6、R2、R3、R7

居然是一样的，这就好办多了（不一样时可以全都选，或者选公共的元器件）。确定好关键器件后，可以将这五个电阻作为关键器件传递给优化工具(Optimizer)，用于优化技术指标~~~

关于灵敏度分析工具的具体操作教程，大家可以通过如下链接看PDF文档，文档是去年给Cadence官方公众号写的教程，步骤非常详细，大家自取ฅʕ•̫͡•ʔฅ

SPB17.4-PSpice AA 灵敏度工具.pdf

优化工具 优化技术指标

优化工具，软件中叫Optimizer，可以帮助用户计算出元器件参数值，对电路的特性函数和目标函数进行优化。本次项目的优化目标是将电压增益从14倍调整到100倍，同时带宽限制在40MHz，偏差在正负5%以内。

这两个条件转换到软件中是这样的：

同时加载入前面灵敏度分析得到的五个关键元件。接着运行优化工具，软件就开始奋力计算，终于不负众望给出它的方案：

图6 优化工具给出的方案

从左上角的误差分析图中，你能看到优化工具的努力，每个小方框就代表着每一次的计算，直至两个指标的误差都达到0%才停止，实在是太敬业了

如果觉得软件提供的方案中电阻都带小数点，有些不切实际，那还可以再改一种算法，瞬间给个靠谱的，都是市场上可以买得到的阻值，还带容差的：

图7 根据实际元件给出进一步调整方案

将原理图中的R1、R2、R3、R6、R7均修改为图7左上角给出的阻值，再重新仿真，得到99倍的放大倍数和40MHz的带宽。

图8 优化参数后的技术指标

优化工具还是非常好用的吧，的确是“学渣”们的福星呀，当然也能帮学霸们节省很多计算时间 

优化工具不仅可以优化技术指标，还可以优化曲线，比如对幅频特性曲线不满意，可以优化参数，调节到你满意的曲线。具体细节参看如下PDF文档，需要就打开看看吧，文后有暗号，可以直接下载到电脑

SPB17.4-PSpice AA 优化工具.pdf

那接下来如果这个电路需要制作成成品，而实际的元器件都有容差，比如当选择10kΩ 5%容差的电阻时，实际成品中的电阻阻值在9.5kΩ~10.5 kΩ之间。当所有元器件的容差效果组合一起时，可能对电路的输出响应造成巨大偏差。于是需要蒙特卡洛工具出场了~~

蒙特卡洛工具 预估成品率

如果按照成本第一的原则，全部取便宜器件，比如所有电阻选10%容差，运行蒙特卡洛工具后发现，成品率连50%都达不到

  图8 调整前的统计结果  

看来不能只关注成本，将关键器件的容差修改为1%，用贵一点器件，马上成品率就上来了。

图9 修改关键器件容差后的结果

关于蒙特卡洛工具的详细操作教程，见下方的链接：

SPB17.4-PSpice AA 蒙特卡洛工具.pdf

批量生产产品不仅要求较高的成品率，还希望该产品有极高的可靠性，但如果电路中某个或某些元器件承受的电应力（工作电压、工作电流、工作温度）超过允许范围，这些元器件的失效率会越高，工作寿命也就越短。所以高级分析工具中还有一个叫“Smoke”分析的工具。直观的翻译就是冒烟报警工具，或叫电应力工具~~

电应力工具 找出不安全器件

电应力（Smoke）工具就是用于检查电路中是否存在超出安全工作条件的元器件，提高电路的可靠性。如果出现下面这样的结果，那就要警惕了，毕竟谁都不希望产品出产没多久就被召回 /_

对于这次的电路，虽然指标中没有提出可靠性要求，但我们还是需要通过Smoke分析看看有没有存在过应力的器件。

运行后看到满屏绿色，说明没有过应力的元器件，电路设计具有较大的裕量，可靠性很强。那就放心啦ฅʕ•̫͡•ʔฅ。

对于Smoke分析的细节，同样参阅下面的PDF教程

SPB17.4-PSpice AA 电应力分析工具.pdf

至此，通过一篇的推文将PpiceAA模块最主要的四种工具进行介绍，AA模块中还有一个叫参数测绘仪的工具，相当于AD模块中的参数扫描分析的Plus版，可以设置多个参数，是个非常好用的工具，同样给大家提供详细的PDF教程，可以直接点击查阅哦~~~

SPB17.4-PSpice AA 参数测绘仪工具.pdf

用如下表格总结AA模块的五种工具：

好了，今天的分享就到这里，关于文中提供的五个工具的详细操作教程，如果有需要下载完整电子档和教程中涉及的实例文件，可以后台输入暗号：“24好运”，即可获得哦~~~

2023年即将过去，我们马要迎来2024年，在这里也祝愿大家新的一年新的每一天都充满希望和阳光，无论是考研、考试，还是工作、生活……，大家都心想事成，好运相伴~~~

审核编辑：汤梓红