第三章  查找、调试DC工作点

在运行模拟器、验证网表正确调入后，下一步应找到电路的工作点。查找工作点的步骤如下：

1、执行DC分析

2、评估工作点

3、制定下一步

如果Saber找到所期望的工作点，那么就可以继续进行设计分析的过程，如果没有找到，需要调整设计或DC分析的自变量，并重新运行DC分析。

工作点是一组数值，这些数值定义了在time=0，并且将所有随时间变化的参数以及它们的衍生物设置为0，噪声源和ac源设置为0时，非线性系统的稳定状态。由于所有衍生物设置为0，所以所有随时间变化的元件可以从电路中有效移走（如：电容器视为开路，电感视为短路，所有与时间有关的源有效移走）。在电气电路中，该分析制定了设计的DC偏置值。用DC分析，让Saber计算工作点，存储结果到初始点文件中。

初始点文件有两个作用：

●    它包含了用于其它分析的工作点，Saber用工作点作为时域分析的首个数据点。对小信号频率分析，Saber在工作点周围应用小正弦信号。

●    提供快速检查，以查出可能不正确的部件参数。虽然大多数电路图工具有电气规则检查来验证设计的连接性，但是这些工具不能查出来指定的元件参数，如：如果100kΩ的电阻器上忘记“k”，或者与DC电源连接反向了，设计将会通过检查，但是逻辑是不正确的。

Ø    执行DC分析

1、打开DC分析对话框（Analyses>Operating Point>DC Analysis）

2、验证DC分析面板的内容

大多数情况下，Saber用默认设置就可以制定工作点。通常，用默认设置运行DC分析，然后估算结果初始点，决定是否需要修改设计或DC分析处。

3、设置送入到Transcript中的信息

Saber提供下列两处来控制在DC分析过程中，Transcript的反馈信息：

▲    Monitor：如果设为0，Transcript将报告分析的整个执行时间；如果设为－1，Transcript将报告执行概要和时间；如果设为正数，Transcript将报告电路系统的总体信息、运算法则、CPU时间等。

▲    Debug：对Saber计算的每个可能方案进行统计，该特点通常用于当Saber用默认设置不能找到工作点或者要知道设计在工作点上是否收敛。图3－1为工作点分析的面板。

4、设置DC初始点和结束点文件名称，这些地方包含电路开始状态和DC分析结果的文件

▲    Starting Initial Point File：包含在DC分析开始时，所有设计变量的初始值。默认文件名（zero），设置所有连续时间变量（模拟）为0，如果在数字管脚上，事件驱动（数字）或者不定义或者为一个初始值。

▲    Ending Initial Point File：包含在DC分析完成处的节点值，用该文件作为其它Saber分析的初始点文件，如时域（瞬态）和小信号频域（ac）。默认情况下，Saber为该文件命名dc。如果要完成几个重复DC分析，用前一个结束点文件作为下一个运行的初始点文件。该技术减少分析执行时间和增加收敛比率，因为Saber在每个重复上，不得不使所有设计变量为0。下表显示为多个DC分析重复的命名方法：

 

DC重复分析	DCIP	DCEP
一	Zero	Dc1
二	Dc1	Dc2
三	Dc2	Dc

5、验证DC分析面板中的其它设置

大多数情况下，Saber用默认设置会找到DC工作点。

6、执行DC分析

点击Apply按钮，执行DC分析。成功的DC分析会创建一个End Point File处指定的初始点文件，包含系统中每个节点的电压和电流。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图3－1 工作点分析面板

Ø    评估工作点

因为一些设计可包含多个正确的工作点，所以应该评估DC分析的结果，评估工作点，步骤如下：

1、显示工作点报告对话框

在SaberGuide用户界面内，选择Results>Operation Point Report下拉菜单，可以显示在一个工作点报告中的DC分析结果。

2、验证该面板中的内容

通常情况下，该框中默认设置是可以评估工作点

▲    指定要显示的初始点文件

如果要显示不同的或多个初始点文件，作以比较，可以在Input File Form处指定要显示的初始点文件。

▲    指定要显示的信号

通过添加节点到Signal List处，可以指定其它节点，在同一信号列表中要加入多个信号，用空格隔开。

●Current Block：当前电路块中的所有信号

●All Toplevel Signals：顶层电路中的所有信号

●All Signals：所哟信号

●Get Selected Signals：从电路中选取的信号

●Append Selected Signals：追加从电路中选取的信号

▲    显示错误评估信息

当在Display Initial Point Error处指定时，Saber为每个显示的信号写出一个错误评估，除了初始节点值外。错误计算是DC算法的一部分，Saber从dc_err文件中选取信息，不能显示dc_err文件本身。错误值仅对系统变量（如：节点电压）有效，对评估没有用。

3、显示报告

点击Apply按钮执行该框，默认情况下，Saber显示大多数最近计算的工作点文件的值到Report Tool中，当值显示时，可以评估初始点，以决定是否它是有效的。

Ø    制定下一步

如果DC分析结果如所期望，那么可以继续其它设计过程：

●    校正DC分析

●    分析初始点是怎样随独立源的变化而变化的

●    验证时域规范

●    用AC分析验证小信号频域规范

如果DC分析结果不是所期望的，从信息中查找原因，可以作如下操作：

●    如果未指定参数导致不正确的DC工作点，用Edit>List/Alter菜单，在网表中改变参数，重新运行DC分析

●    如果是连接性问题导致不正确的DC工作点，必须在电路图中修改问题，重新网表化电路图，将设计重新调入到Saber中，然后重新运行DC分析

●    如果Saber用默认值没有找到工作点，用下节描述的方法调整DC分析自变量

●    如果Saber找到一个不是所期望的工作点，用后面提到的方法调整DC分析自变量

Ø    难找到DC工作点时的调整方法

如果Saber用默认值没有得到一个解决方案，可以用下列过程找到工作点：

1、如果得到一个错误的信息，表达一个奇特的矩阵（如：ALG_SINGULAR_JACOBIAN，MAST_NO_NUM EQUATION或者MAST_NO_NUM_REFERENCE），很可能是电路中有错误，用所提供的错误信息，解决问题，重新运行DC分析。

2、验证dcerr文件是否在本目录中创建，不要混淆一个成功的DC分析所创建的dcerr文件和dc_err文件。

3、验证dcerr文件是否包含合理的结果，用Display命令可以显示工作点（di dcerr）。如果dcerr文件不包含合理的结果，看第四步，否则用调试模式和把dcerr文件作为分析的输入来重新运行DC分析。

Dc(debug yes,dcip dcerr

如果DC分析仍然不能找到一个解决方案，检查transcript中的输出，看是否设计是收敛的。

4、检查信号是否在解决方案中解决，如果没有，增加DR_Tsettle和重复动态蔓延收敛，例如：dc(dr_tsettle 1，algstep n algstart dyn_r，debug yes

如果信号仍然没有解决，重复该步，dc_tsettle会是一个较大的值。如果在达到dr_tsettle后，收敛振动，失败，用dcerr文件中的值作为初始点。

5、用一个系数3增加密度，减少截断错误到5m，重新运行动态蔓延收敛，例如：

dc(den 3 , dr_terr 5m , dr_tsettle 1, algstep n , algstart dyn_r , debug yes

Ø    Saber找到错误的工作点时

      对有多个稳定工作点的系统，如锁存器、触发器、计数器，未偏置的DC分析在多个工作点间或许会“感到困扰”。另一方面，依靠设计，DC分析找到一个工作点或许没问题，但是找到的工作点未必是想要的。对于这些情况，可以用DC分析的Holdnodes，在特殊的工作点处给DC分析一个“推进”。在制定了让Saber找到解决方案后，重新运行DC分析。 看图3－2的例子：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                     图3－2

  该电路有一个不稳定和两个稳定的工作点，两个稳定的工作点是：

●    节点C1是高电平，节点C2是低电平

●    节点C2是高电平，节点C1是低电平

  如果运行DC分析，然后用Display命令看结果，如下：

dc

di dc

  结果显示如表中A部分：

           

A	B
time         0 ---------------------- _n8          5 b1           0.8085 b2           0.8085 c1           1.186 c2           1.186 i(v_dc.vcc)  -0.007628 q_3p.q1/bp   0.8085 q_3p.q1/cp   1.186 q_3p.q1/ep   0 q_3p.q1/s    1.186 q_3p.q2/bp   0.8085 q_3p.q2/cp   1.186 q_3p.q2/ep   0 q_3p.q2/s    1.186 0            0	time         0 ---------------------- _n8          5 b1           0.07351 b2           0.8186 c1           4.62 c2           0.07351 i(v_dc.vcc)  -0.005307 q_3p.q1/bp   0.07351 q_3p.q1/cp   4.62 q_3p.q1/ep   0 q_3p.q1/s    4.62 q_3p.q2/bp   0.8186 q_3p.q2/cp   0.07351 q_3p.q2/ep   0 q_3p.q2/s    0.07351 0            0

 

      因为节点C1、C2对每个稳定的工作点应是不同的值，所以很明显，DC分析的结果不是一个稳定的工作点，在DC分析中用节点保持变量，可以阻止此情况，例如，要发现C1是高电平，C2是低电平的工作点，用下面方法：

dc(hold c1 5 , relhold y)

di dc

该命令运行DC分析两次，用第一次运行的初始点文件，作为第二次运行的输入，在第一次运行时，C1置于5V，第二次，C1允许查找自己的本身电位，结果如表中B部分，结果显示C1、C2处的DC值是所期望的，现在可以进行设计过程中的下一步。

Ø    简单电路对DC分析的不利影响

下面列出简单电路结构对DC分析的不利影响，会难以找到工作点：

●    单节点只连接到电容器和电源：在这种结构中，所有电容器视为开路，所以节点处在DC分析过程中可能浮空，在该点设置一个初始条件，可以避免这样的问题。

●    回路仅包含电感和电压源：这种结构在DC分析中视为短路，对回路电流设置一个初始状态，可以避免这种问题。

●    电流源驱动电容器：因为电容器视为开路，获得工作点会很困难（电容器上电压没有定义），对电流源作非理想的措施（给电流流向）可以有帮助。

●    电压源驱动电感：由于电感视为短路，获得工作点会很困难。

●    两个电感在级数上有初始电流状态冲突。

●    两个电容在平面上有初始电压状态冲突。

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