用定制测量表达式简化PSpice对最坏情形的模拟

　　IC 设计期间，最坏情形的模拟可帮助设计师说明 PNP 和 NPN 晶体管以及基极电阻器和多晶硅电阻器的特性变化。仅是这四类器件产生的模拟条件组合就超过 16 种。为了适应温度变化，每个组合都要在 -40℃、+27℃（室温）和 +125℃ 下接受模拟，因此在模拟完成时会产生至少 48 个数据系列供分析。为了帮助 IC 设计师评估模拟波形的特性，PSpice 提供了一个由若干易用并预先定义的测量尺度组成的库，包括带宽、增益/相位余量等等。PSpice 还允许设计师利用预先定义的 YatX 和 XatNthY 测量尺度，在给定的 x 值（通常是时间）测量波形的 y 值，并找出一个对应于给定 y 值第 n 个实例的 x 值。

　　但是，当2号波形跨过特定 y 值时，设计师必须测量1号波形的值，在这种情况下，预先定义的测量尺度就不适用了，这是因为 PSpice 不允许嵌入，这与很多编程语言不同。本设计实例介绍了如何创建一个能解决该问题的定制型 PSpice 测量表达式。正如表1所示，测量表达式本身是直截了当的。第 1 行可发现 1 号迹线跨过第 n 个正斜率的 y1 值时的 X 值 (x1)。第 2 行是由表底部的大括号表示的，搜寻 2 号迹线 (y2) 在 x1 的值。与此类似，表2表明设计师如何创建一个测量表达式，来找出 1 号迹线跨过第 n 个负斜率的 y1 值时的 y2 值，或当 1 号迹线跨过其整个 y 轴范围的给定百分比时的 y2 值。

　　图 1 描绘了一个模拟实例，其中的输入电压和输出电压分别代表比较器的输入和输出。当输入电压大于正阈值电压时，则输出电压为高；当输入电压小于负阈值电压时，则输出电压为低。利用定制的测量表达式，设计师在可供利用的探测数据之后，很容易发现所有情况下的上升阈值和下降阈值，以及比较器的滞后电压。如果存在阈值不符合设计规范的任何情况，设计师都能随后直接进入这种情况，并花时间做进一步分析。

　　模拟实例描述了某种输入电压监视器，它包含一个充当电源管理 IC 中的“电源良好”块的比较器。当输入电压升至 13V “使能阈值”以上时，输出电压变高，并使能其它电路块。当输入电压降至 10V“不使能阈值”以下时，输出电压变低，并不使能其它电路。“使能阈值”和“不使能阈值”之差——3 V——定义了滞后电压。电路的最坏情形的模拟必须说明电路中的 NPN 和 PNP 晶体管、基极电阻器、多晶硅电阻器的特性变化。每种器件的特性可能会在工艺规范的低端或高端下降，因此产生 16 种组合。

　　工具条列出了这 16 种可能组合的其中几种。例如，LLLL 是指 NPN 和 PNP 晶体管以及基极电阻器和多晶硅电阻器都在各自低值下下降的情况。另外，模拟的一次性通过使用了标称值，即各元件的规格均落在各自标称特性的中心内。对于每种组合，PSpice 分别模拟了电路在低温、室温、高温的行为，产生了模块的输入和输出电压的 51 条数据迹线，总共显示了 102 条迹线。PSpice 汇编了数据之后，电路设计师必须提取每种情况的实际阈值电压，便于和电路的规格做比较。由于显示的迹线数量很大，因此利用显示器的光标来测量每个阈值会消耗设计师很多时间。如果利用定制的 PSpice 测量尺度，就能在很短时间内提取阈值电压，并以表格形式呈现数据。紧接在波形图下方的表格包含了所有 51 条迹线的模拟结果。1、2、3 列给出了标称特性的结果，而 4、5、6 列则给出了低温、室温、高温的结果，所有器件的规格都在各自的下限。

　　表格第 1 行显示了“使能电压阈值”的测量表达式和结果。当输出电压首次跨过正斜率上的 4.5 V（被模拟电路的 9 V电源总线电压的一半），模拟会记录输入电压值，把它作为“使能阈值”电压，并且第 2 行测量禁用阈值电压。第 3、4 行用另一种方法测量“使能阈值”电压和“不使能阈值”电压：当输出电压第一次和第二次通过满刻度值的 50% 时，PSpice 会测量输入电压值。第 5 行计算滞后电压。