Grundlagen der SPICE-Analyse

Dokumententyp: Tutorium
Von NI unterstützt: Ja
Veröffentlichungsdatum: 28.09.2011
Grundlagen der SPICE-Analyse
Inhaltsverzeichnis
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Überblick
DC-Arbeitspunktanalyse
DC-Sweep-Analyse
Transientenanalyse
AC-Analyse
Temperatur-Sweep-Analyse
Fourier-Analyse
Analyse unter ungünstigsten Bedingungen
Rauschanalyse
Rauschzahlanalyse
Analyse mit variablen Parametern
Weiterführende Informationen
Überblick
NI Multisim bietet eine umfangreiche Sammlung an SPICE-Analysen zur Untersuchung des Schaltungsverhaltens. Das Spektrum reicht von einfachen bis hin zu anspruchsvollen Analysen. Jede
Analyse stellt wertvolle Informationen bereit, beispielsweise die Auswirkungen von Bauteiletoleranzen. Der Anwender muss für jede Analyse Einstellungen eingeben, anhand derer Multisim
angewiesen wird, was und wie analysiert werden soll.
Multisim vereinfacht den Ablauf für eine erweiterte Analyse, indem die Software ein Konfigurationsfenster bereitstellt. Somit entfallen komplexe Vorgänge im Zusammenhang mit der SPICE-Syntax
und -Konfiguration einer Analyse. Wird dieses Fenster verwendet, muss der Anwender lediglich die Parameterwerte und die relevanten Ausgangsknoten festlegen.
Die Grundlagenreihe zur SPICE-Analyse von National Instruments ist eine kostenfreie Dokumentensammlung, die Anwendern Tutorien über die Konfiguration und Ausführung der verschiedenen
SPICE-Analysen in Multisim bietet.
DC-Arbeitspunktanalyse
Mithilfe der DC-Arbeitspunktanalyse wird das Verhalten einer Schaltung berechnet, wenn eine Gleichspannung oder ein Gleichstrom auf sie angewendet wird. Das Ergebnis dieser Analyse wird in
der Regel als Arbeitspunkt bzw. Ruhepunkt bezeichnet. In den meisten Fällen sind die Ergebnisse der DC-Arbeitspunktanalyse Zwischenwerte für eine spätere Analyse.
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DC-Sweep-Analyse
Mithilfe der DC-Sweep-Analyse wird der Arbeitspunkt einer Schaltung über eine Reihe von Werten berechnet. Dieser Vorgang ermöglicht es, eine Schaltung viele Male zu simulieren. Dabei werden
die Gleichstromwerte innerhalb eines vorgegebenen Bereichs durchlaufen. Die Ausgangswerte sind frei wählbar. Dazu müssen einfach die Start- und Stoppwerte sowie die Steigerung für den
Gleichstrombereich ausgewählt werden. Der Arbeitspunkt der Schaltung wird für jeden Wert des Durchlaufs berechnet.
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Transientenanalyse
Bei einer Transientenanalyse verarbeitet Multisim die Antwort der Schaltung als eine Funktion der Zeit. Diese Analyse unterteilt die Zeit in Segmente und berechnet die Spannungs- und
Strompegel für jedes Interval. Abschließend werden die Ergebnisse (Spannung im Vergleich zur Zeit) in der Graphanzeige dargestellt.
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AC-Analyse
Mit der AC-Analyse wird die Kleinsignalantwort einer Schaltung berechnet. Dabei wird zunächst der DC-Arbeitspunkt ermittelt, um für alle nichtlinearen Bauteile lineare Kleinsignalmodelle zu
erzeugen. Danach wird die entsprechende Schaltung von einer Start- bis zu einer Stoppfrequenz analysiert. Das Ergebnis einer AC-Frequenzanalyse wird in zwei Teilen angezeigt: Verstärkung
verglichen mit Frequenz und Phase verglichen mit Frequenz.
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Temperatur-Sweep-Analyse
Mithilfe der Temperatur-Sweep-Analyse lässt sich eine Schaltung schnell auf einwandfreie Funktion prüfen, indem eine Simulation bei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt wird. Das
Resultat entspricht der mehrmaligen Simulation der Schaltung, wobei sie einmal für jeden Temperaturwert erfolgt. Die Temperaturwerte werden durch Wählen der Anfangstemperatur, der
Endtemperatur und der Schrittweite festgelegt.
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Fourier-Analyse
Mithilfe der Fourier-Analyse werden komplexe periodische Signalverläufe analysiert. Sie kann periodische, nicht sinusförmige Funktionen in Sinus- oder Cosinuskurven – möglicherweise eine
unendliche Anzahl – und eine DC-Komponente zerlegen. Mit diesem Ergebnis können weitere Analysen durchgeführt und untersucht werden, welcher Effekt entsteht, wenn diese Signalverläufe
mit anderen Signalen kombiniert werden.
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Analyse unter ungünstigsten Bedingungen
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Eine Analyse unter ungünstigsten Bedingungen ist ein statistisches Verfahren, bei dem ein „Was wäre wenn“-Ansatz genutzt wird, um ein praktisches Ergebnis zu liefern. Die Hauptaufgabe besteht
darin, die wichtigsten Komponenten einer Schaltung zu identifizieren. Mit dieser Analyse wird ermittelt, welche Abweichungen bei den Bauteileparametern die stärksten Auswirkungen haben.
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Rauschanalyse
Mithilfe der Rauschanalyse wird der Rauschanteil von jedem Widerstand und Halbleiter an einem festgelegten Ausgangsknoten berechnet. Multisim erstellt ein Rauschmodell der Schaltung und
nutzt dazu Rauschmodelle aller Widerstände und Halbleiter. Anschließend wird eine Analyse durchgeführt. Mit dieser Analyse lässt sich der Rauschanteil aller Bauteile berechnen und an den
Ausgang der Schaltung weiterleiten, wobei der festgelegte Frequenzbereich durchlaufen wird.
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Rauschzahlanalyse
Mit der Rauschzahlanalyse wird exakt festgelegt, wie stark ein Bauteil rauscht. Bei Transistoren gibt die Rauschzahl an, wie viel Rauschen der Transistor dem Signal bei der Verstärkung hinzufügt.
Innerhalb eines Schaltungsnetzwerks wird die Rauschzahl als Vergleichsgröße genutzt, um das Rauschen in einem Netzwerk mit dem Rauschen in einem idealen Netzwerk zu vergleichen. Es
handelt sich um ein Maß der Verschlechterung des Signal-Rausch-Abstands zwischen dem Ein- und Ausgang eines Netzwerks.
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Analyse mit variablen Parametern
Mit einer Analyse mit variablen Parametern wird die Funktionsweise einer Schaltung durch Simulation über einen bestimmten Wertebereich für einen Bauteilparameter geprüft. Das Resultat
entspricht der mehrmaligen Simulation der Schaltung, wobei sie einmal für jeden Wert erfolgt. Die Parameterwerte werden durch Auswahl eines Anfangswerts, eines Endwerts und von
Wobbel-Parametern, die simuliert werden sollen, sowie der gewünschten Schrittweite gesteuert.
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Weiterführende Informationen
Technische Fachbibliothek für die Schaltungsentwicklung
Grundlagen der SPICE-Simulation
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Circuit Design Community
AGB
Dieses Tutorium ("Tutorium") wurde von National Instruments ("NI") entwickelt. Auch wenn National Instruments dieses Tutorium technisch unterstützt, ist es jedoch möglich, dass dieses Tutorium
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