Статистический анализ по методу Монте-Карло

Завершающим этапом моделирования радиоэлектронных устройств является, как правило, анализ влияния раз­броса параметров элементов на уже рассчитанные харак­теристики схемы. Для этого в системе DesignLab пред­назначена директива моделирования Monte Carlo/Worst Case — статистический анализ по методу Монте-Карло и «Наихудший случай». Для метода Монте-Карло случай­ные значения параметров компонентов рассчитываются по формуле:

где х_ном — номинальное значение параметра, введенное проектировщиком; Δ — разброс параметра, установлен­ный проектировщиком для каждого компонента в атри­буте Tolerance; x— центрированная случайная величина в диапазоне (- 1, 1), формируемая генератором случай­ных чисел.

Для активизации статистического анализа по мето­ду Монте-Карло необходимо задать параметры директи­вы Monte Carlo/Worst Case и в атрибутах компонентов схемы установить значение параметра Tolerance (разброс) в процентном отношении. Задание параметров директи­вы статистического анализа по методу Монте-Карло осу­ществляется в диалоговом окне, вызываемом по команде Analysis/Setup и нажатием на кнопку Monte Carlo/Worst Case (рис. 2-10). Ниже приводится назначение основных параметров директивы статистического анализа по мето­ду Монте-Карло:

Рис. 2-10. Окно задания параметров статистического анализа по методу Монте-Карло

- Monte Carlo/Worst Case — выбор алгоритма статис­тической обработки (метод Монте-Карло или метод наихудшего случая);

- МС Runs — число статистических испытаний (про­гонов);

- Analysis Type (AC, DC, Transient) — выбор вида ана­лиза (частотный анализ, анализ по постоянному току, временной анализ);

- Output Var — выходная переменная, значения кото­рой будут рассчитываться и выводиться на графики;

- Function — выбор вида статистической функ­ции, а также дополнительных условий, позволя­ющих осуществлять селекцию статистических результатов;

- МС Options/Output — задание числа или номера вы­водимой реализации (прогона).

Установка значений атрибута Tolerance осуществляется путем их ввода в диалоговом окне, вызываемом двойным щелчком мыши по компоненту. При этом если значение атрибута Tolerance не установлено ни у одного компонента, то статистический анализ выполнен не будет. На рис. 2-11 показано окно с атрибутами конденсатора С1 с парамет­ром Tolerance = 20%.

Рис. 2-11. Диалоговое окно для задания атрибутов компонента

Рис. 2-12. Окно сообщения программы PSpice при статистичес­ком анализе по методу Монте-Карло

После задания параметров режима Монте-Карло и установки соответствующих значений атрибутов ком­понентов схемы следует выполнить моделирование. Не забудьте включить соответствующую директиву моде­лирования. Так, например, для расчета влияния пара­метров конденсатора С1 на АЧХ фильтра необходимо помимо директивы Monte Carlo/Worst Case включить директиву АС Sweep и задать необходимые параметры. При моделировании в окне программы PSpice показы­вается информация о ходе вычислений — номер прогона (статистического испытания) и т. д. По окончании мо­делирования в окно программы Probe будут выведены несколько графиков, количество которых соответствует числу заданных испытаний.

На рис. 2-13 показан фрагмент окна программы Probe с результатами моделирования фильтра нижних частот в режиме частотного анализа (число испытаний равно 5, поэтому выведено 5 характеристик).

Рис. 2-13.Результаты статистического анализа АЧХ фильтра нижних частот по методу Монте-Карло

Анализируя полученные характеристики, проектиров­щик принимает решение, является ли разброс выходных параметров (характеристик) допустимым или нет. В слу­чае неудовлетворительного результата необходимо вы­брать компоненты с меньшим разбросом параметров или пересчитать номиналы компонентов.

Поупражняйтесь в анализе созданных ранее схем по методу Монте-Карло. Можете восполь­зоваться файлом p7.sch из каталога схем, в котором анали­зируется влияние разброса параметров конденсатора С1 на АЧХ фильтра нижних частот.