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第四章 时域分析
完称设计后，可以验证设计在时域内的响应。Saber用瞬态分析来验证设计在时域内的响应，过程如下：
1、指定首个瞬态数据点
2、如果驱动源（Driving Source）是振荡器，要使用初始点文件（Initial Point File）
3、执行瞬态分析
4、查看瞬态分析结果
5、测量分析结果
6、制定下一步
Ø 指定首个瞬态数据点
由于瞬态分析在分析运行时，使用初始点作为首个数据点，所以在瞬态分析之前，必须找到系统的工作点，可以用下列方法：
● 在瞬态分析面板内，指定Run DC Analysis First处为yes，该选择让Saber执行DC分析来找到工作点，然后用计算的工作点作为首个数据点来进行瞬态分析。
● 选择Analysis>Operating Point>Operating Point下拉菜单项，单独运行DC分析。大多数情况下，Saber用DC Operating Point框中默认值就能找到合适的工作点。
Ø 如果驱动源是振荡器
由于振荡器依赖噪声放大来启动的，而噪声又不是模拟器内在的，所以在瞬态分析运行开始时，必须改变初始点文件中的一些节点值以启动振荡器，详细情况看本章后边叙述。
Ø 执行瞬态分析
1、显示瞬态分析对话框（Analysis>Time-domain>Transient）。
2、指定瞬态分析所要求的信息
瞬态分析设置面板如图4－1所示，要执行瞬态分析，必须指定下列信息：
● End Time（Basic标签）：定义瞬态分析结束点。例如：如果驱动源是周期为10μS的正弦函数，要查看前五个周期的瞬态响应，可以在该处键入50μ。
● Start Time（Basic标签）：定义瞬态分析开始点。默认情况下，该时间取决于初始点，如果初始点被DC分析创建，该时间为0。
● Time Step（Basic标签）：作为瞬态分析中相邻计算点间重复的标尺，可以按下面的情况设置其数值：
▲ 设计中有关时间常数的1/10
▲ 驱动源方波最小的上升沿或下降沿
▲ 正弦驱动源输入周期的1/100
3、指定要分析其波形的信号
Time-domain Transient Analyses面板提供下列两处来指定波形数据怎样被保存，用来画图和分析：
● Plot File（Input/Output标签）：指定画图文件的名称，该文件包含了Signal List处定义的信号的模拟结果。默认情况下，Saber为每个瞬态分析创建名为tr的画图文件，如果不想让Saber创建画图文件，在该处填入“_”
● Signal List（Input/Output标签）：指定要保存模拟结果的信号，用于Saber画图。默认情况下，信号列表只包含层次中顶级电路中的信号，如果要查看内层电路信号，必须将信号名称加入Signal List处。下列表格列出Signal List处语法的例子，在同一个Signal List处填加多个信号，用空格隔开。
|
Signal List例子 |
含义 |
|
./ |
包含目前例子中所有的信号 |
|
/…/ |
包含所有信号 |
|
/…/pll.* |
包含有pll成分的所有例子中的所有信号 |
|
…/ |
包含当前例子下面的例子中的所有信号 |
|
Pll.u12/ |
包含pll.u12例子中所有的信号 |
|
Sig1 sig2 |
包含每个列出的信号 |
如果不清楚该指定哪个信号，用默认设置（该设计中的所有信号），如果以后需要更多的信号，可以按下面方法：
▲ 对模拟时间较短的，用信号列表中另外定义的信号，重新运行瞬态分析
▲ 对模拟时间较长的，用Extract>Add Signals to Plot File菜单项，从中选取另外的信号。
4、设置自动画出波形
在Plot After Analysis（Basic标签）处，可以使分析运行完后，自动画出波形，其选项如下：
● No：表示不自动画图
● Open Only：表示分析运行完后，打开画图文件
● Append：表示分析运行完后，保留当前的波形，再重新放置更新的波形
● Replace：表示分析运行完后，用更新的波形替换当前的波形
5、是否保存初步模拟结果
Data Files包含了模拟中每个数据点的模拟结果，数据文件可能会变得很大，除下述目的要用数据文件外，最好不要创建数据文件：
▲ 为画图文件选取其它的信号
▲ 选取工作点
▲ 将瞬态数据传到频域用于傅立叶分析
▲ 运行应力分析（Stress Analysis）
由于从数据文件选取画图信息要比重新运行分析快得多（特别是对模拟时间较长的分析），所以要认真考虑是否创建数据文件。在Input/Output标签中的DataFile处指定数据文件的名称，默认情况下，Saber对每个瞬态分析都以“tr”命名数据文件。如果不想创建数据文件，在此处键入“_”。
6、验证首个数据点数值
Saber用Input/Output标签中Initial Point File处定义的初始点作为瞬态分析的首个数据点，在运行瞬态分析前，应先验证Saber是否使用正确的初始点文件，也应该指定Calibration标签中的Sample Point Density的值，使它大于或等于用于初始点文件生成过程中的数值，该值越大，模拟的精度越高，但是需要的时间越长。
7、执行瞬态分析
点击Apply按钮执行分析，Saber用初始点文件来验证设计的瞬态响应，从而验证初始电路状况，然后计算一段时间内，电路的响应。
图4－1 瞬态分析面板
Ø 查看瞬态分析结果
用SaberScope中的信号管理器（Signal Manager）来管理和显示来源于分析过程中所创建的不同画图文件的信号，SaberScope界面如图4－2所示，查看瞬态分析的波形过程大致如下：
● 添加画图文件到信号管理器的列表中
● 打开画图文件
● 选择要进行画图的信号
● 对所选的信号画图
在分析完成后，可以如上所述一样，一步步进行来查看波形，也可以设置SaberGuide来自动执行全部过程。
图4－2 SaberScope界面
1、添加画图文件到信号管理器并打开它
如果分析前在瞬态分析面板中的Plot After Analysis处指定下列其中一个，SaberGuide会自动做这些事情：
▲ Yes-Open Only
▲ Yes-Append Plots
▲ Yes-Replace Plots
在上述情况下，SaberGuide运行SaberScope，打开信号管理器和相应的画图文件。然而如果在Plot After Analysis处指定为No，SaberGuide将不打开信号管理器，可以选择Results>View Plot Files in Scope下拉菜单项打开最后创建的画图文件，激活View Plotfiles对话框，点击Plot File处的箭头，选择其中一个：
▲ Last：选择分析产生的最近的画图文件，这是默认的
▲ Plot File Names：允许在Plot File处指定一系列的画图文件（用空格隔开），可以点击Browse按钮来浏览并选择画图文件
在Plot Action处，选择下列操作的其中一个：
▲ Open Only：打开画图文件
▲ Append：保留当前的波形，再重新放置更新的波形
▲ Replace：用更新的波形替换当前的波形
当重复运行分析来查看改变设计参数所带来的影响时，Append和Replace对优化设计是非常方便的。在进行了上述的设置后，点击OK按钮或Apply按钮来打开信号管理器。
2、选择信号
如果在上步没有选择Append或Replace画图操作，那么现在需要选择要画图的信号。在Plot File窗口中，用鼠标左键点击即可选中，如果要对所选的信号不选的话，点击Deselect按钮。
3、对所选的信号画图
要对选取的信号画图，点击Plot按钮或者将光标移到Graph窗口中点击鼠标中键（也可以在Plot File窗口中双击所选的信号），在画图文件中选择的信号的波形将在Graph窗口中出现。在对信号画图完成后，可以用不同的方法来分析结果，并制定设计过程的下一步。
Ø 测量分析结果
SaberScope提供多种预定义的自动测量方法，要在SaberScope中测量波形，可以按下面的步骤：
1、显示测量工具（Tools>Measurement）
2、选择相应的测量
显示测量工具后，要选择执行何种测量。在Measurement处，点击箭头，从不同的测量种类中选择测量类型。下表列出在时域内易测量的种类：
|
测量种类 |
含义 |
|
Falltime |
显示从波形上边到下边的下降时间 |
|
Risetime |
显示从波形下边到上边的上升时间 |
|
Slew Rate |
显示上升沿或下降沿的回转比率 |
|
Period |
显示波形的周期 |
|
Frequency |
显示波形的频率 |
|
Duty Cycle |
显示脉冲保持时间与间歇时间之比 |
|
Pulse Width |
显示脉冲宽度 |
|
Delay |
显示两信号波形边沿的延时 |
|
Overshoot |
显示相对于顶端的波形过冲 |
|
Undershoot |
显示相对于底端的波形陷落 |
|
Settle Time |
显示波形的建立时间 |
3、选择要测量的信号
在Signal处指定要测量的信号，方法如下：
▲ 点击箭头按钮从结果列表中选择信号
▲ 从当前的图形中选择信号
4、设置测量的数据范围
在测量面板中的Apply Measurement to处，可以控制测量的数据范围，必须指定下列数据范围之一：
▲ Entire Waveform：对整个波形测量
▲ Visible X and Y range only：测量当前图形中可见的X和Y的范围
5、执行测量
点击Apply按钮开始测量，该操作执行对指定信号的测量并在图形中添加相关信息。
6、使用测量信息
在用SaberScope进行数据分析过程中，或许要查看某个测量，用Measure Results面板（Graph>Measure Result或者在图形中双击测量结果）可以完成。用下列按钮使用测量信号：
▲ Delete Measurement：删除从Graph中选择的测量
▲ Delete All：删除Graph中所有的测量
▲ Show All Values：显示所有的先前的测量
▲ Hide All Values：隐藏所有的先前的测量
▲ 可以通过绿色或黑色的按钮让测量是否可见
Ø 制定下一步
用SaberScope的查看和测量功能，可以验证设计是否满足要求。
如果满足要求，可以进行下列操作：
● 选择Analyses>Continue>Transient下拉菜单项，用最后的数据点继续进行瞬态分析
● 用AC分析验证小信号频率响应
● 用傅立叶变换或FFT来检查时域内波形的频率幅度
● 用统计、参数、应力分析来调整设计参数
如果不满足要求，可以用下列方法进行矫正操作：
● 改变设计或元件参数
如果改变设计不要求改变设计的连接性，可以用Edit>List/Alter菜单项修改设计参数。
● 编辑电路图，重新网表化
如果改变设计要求改变设计的连接性，必须在电路图中修改，重新网表化（Design>Netlist design_name），然后在Saber中重新调入设计（Design>Simulate design_name）
Ø 检查时域信号的频率幅度
在完成瞬态分析后，用傅立叶分析（傅立叶或FFT）来检查系统的频谱成分，根据时间信号是否是周期性的来选择用傅立叶分析或FFT分析，检查时域波形的频率幅度。
● 傅立叶分析：将周期性波形转换成频谱，由于所有的周期性波形都可以用正弦函数来描述，该分析产生一个线谱，显示直流、基波和各次谐波分量。
● FFT分析：将非周期性波形转换成连续性输出，在FFT中显示每个点。
由于傅立叶分析、FFT分析、失真分析都提供频谱信息，下表将作一比较：
|
|
Fourier |
FFT |
Distortion |
|
特性 |
大信号 |
大信号 |
小信号 |
|
概念 |
将时域信号转换成频谱 |
将时域信号转换成频谱 |
小信号频域分析 |
|
类型 |
时域数据的传递器 |
时域数据的传递器 |
单独分析 |
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算法 |
周期信号的离散性傅立叶变换 |
连续性傅立叶变换的近似 |
基于泰勒级数近似的Volterra级数 |
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结果 |
直流、基波、各次谐波分量 |
连续频率分布，显示FFT中每个点 |
变换每个指定信号的结果 |
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应用 |
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