使用敏感性分析来改善你的电路设计
你可以确定这与灵敏度分析电路的行为
尽管我们可能愿意相信,世界并不是完全可预测的。工程师、实验和数学家们知道,在任何物理系统,系统输入的变化会产生一些改变系统输出。设计师的主要任务,无论是建筑桥梁或电路,是识别输入系统中产生最大的系统输出的变化。
如果你有一个封闭的函数为一个系统,涉及一个输入变量和系统的输出,然后很容易确定如何通过系统更改传播。实际系统由大量的相互联系,相关组件,使灵敏度分析技术不可或缺的在设计电路。
与敏感性分析解决组件的变化
真正的组件没有固定值为输出电流,电阻,电容,等等。在现实中,他们只能用于一些容许区间内。组件定义评级的平均值和变异。这种变化可以被定义为一个百分比(例如,电阻)或大小(通常在IC数据表)。
在某些情况下,您可能想要包括一个电位计或变量/微调电容器在电路,或者你可能想要包括一个集成电路可调输出参数所定义的一些用户输入。这些手动调节组件的变化也将影响电路的输出。
这就提出了一个重要的问题:你如何检查这些变化的影响在组件值给定电路的行为吗?这就是灵敏度分析。这种类型的分析是一个功能分析;它允许你确定一组输入变量的变化相关的一些目标变量或函数的变化。我们的目标是,以确定哪些输入变化产生电路的输出最大的变化。
身体上,各种组件的行为变化电路可能出现的现象。重要的是应对这些变化如何影响电路的行为。当决定重新设计的程度,一个设计师需要知道一个先天变异来源电路(例如,制造公差、温度变化、抗电磁干扰或噪音来源ICs)将出席。
不幸的是,敏感性分析并不能立即联系你观察的敏感电路的输出到一个特定的源电路中的方差。然而,当加上其他分析技术,你可以具体的语句对特定的物理现象在电路将如何影响其行为。
每个组件有一些变化在其额定值
灵敏度分析技术
灵敏度分析的数学工具是众所周知的,一般可以分为两类:确定性和概率。尽管我们谈论的是随机变化,确定技术只考虑一个特定值的变异和计算系统的输出。然后您可以确定系统的响应在整个范围的输入参数的变化范围。作为一个例子,你可能想考虑一个高通滤波器,使用10欧姆电阻。如果电阻额定变异的5%,然后您可以检查3 dB如何点,电路的时间常数,或任何其他方面的变化电阻的值是不同的从9.5到10.5欧姆。
本地和方差图方法时两个流行的确定性方法有用的输出系统及其输入描述使用单一封闭的功能。这两个方法仅仅依靠采取偏导数输出的对每一个输入。你可以很容易计算的相对灵敏度输出(输出组件变化范围除以输出额定值),每个输入的变化。这很简单,你可以这样做。
作为一个电路变得更加复杂,一个封闭的解可能不是直接从基尔霍夫定律和容易获得欧姆定律。这是特别有问题的非线性电路包含奇怪的安排必须分析的元素小信号响应。这就是一个筛选方法。这类方法是基于also-derivative,但衍生品评估对一些采样点(即数值。,每个组件的额定价值)。你会把你的数字数据的均值和方差的概念在电路的输出灵敏度。
示例输出从一个电路的两个输入值使用基本的变化影响的方法
输入参数的变化通常视为完全不相关的(即。、独立)。在实际系统中,这可能并非如此,比如与反馈系统。虽然组件值的变化可以被视为是独立的,一个更复杂的电路和反馈或非线性可以创建一个情况相关的方差会导致系统的不稳定。一个简单的方法来分析系统在这种情况下是使用数值概率方法,如蒙特卡罗模拟。
蒙特卡罗模拟,生成大量的随机变量使用一个随机数发生器,然后使用变换转换为一个特定的分布(如Box-Muller变换)。这需要一个假设潜在的概率分布,控制每个组件的变化。相关性也可以被认为是通过使用一个柯列斯基分解或类似的技术。
后模拟大量的随机组件值的变化,模拟输出的均值和方差可以计算。这是比计算概率分布,控制输出,并试图用手计算均值和方差。
您的输出可能不是正态分布。这就是数字敏感性分析可以是有用的。
敏感性分析在SPICE-based模拟器
使用数值模拟加速更复杂的灵敏度分析,特别是在复杂电路无法轻易简化为简单的等效电路。一个简单的例子是在桥电路,不能简化为简单的电路采用串联和并联电路的规则。更复杂的例子包括电路混合被动和主动组件,线性和非线性元件,直流交流信号。
采用数值方法允许您分析灵敏度标准模拟输出,如直流扫描、AC扫描,温度变化,传递函数、过滤器或放大器3 dB点或其他分析组件值是不同的。这不是一个复杂的电路无法分析描述不同组件使用封闭的功能。相反,确定上述的模拟输出之间的联系和变化在非常复杂的电路组件值变得棘手。
采用数值方法,使用概率或确定的方法,使您可以轻松地识别组件产生最大的变化在一个电路的输出。然后您可以采取措施来减少这种变化通过选择高质量的组件,或重新设计电路,电路输出的变化的影响抑制。
如果你不确定电路的关键方面将如何应对变化分量值,那么您需要使用敏感性分析功能PSpice软件模拟器OrCAD。这可以帮助您确定关键性能方面和组件的变化之间的联系随着你的设计变得更加复杂。这种独特的工具将数据直接从您的示意图,帮助自动化的分析。
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