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汽车电子设计中正确用Pspice做WCCA分析的设计要点

时间:2019-11-06 作者:高杨 阅读:
上篇文章讲述了在汽车电子设计中正确用Pspice做蒙特卡洛分析的设计要点,本文是它的姊妹篇,将会讲述用Pspice做最差电路分析(WCCA)的设计要点。

上篇文章讲述了在汽车电子设计中正确用Pspice做蒙特卡洛分析的设计要点,本文是它的姊妹篇,将会讲述用Pspice做最差电路分析(WCCA)的设计要点。

同样,本文将就在汽车电子中需要注意的一些细节和事项做个总结,并结合一个实际的设计案例(图1)来把整个过程串联起来。

EDNC1911-DI3-1

图1:电池电压测量电路。

设计要点1

在Pspice的WCCA分析中需要调用Pspice中的break器件模型,它们在Pspice中的Breakout.olb元件库中(见图2“Pspice中的break器件模型”).这和在Cadence/Capture中使用的模型(symbol)不一样,如果不使用带有break参数的器件,是无法实施最差电路分析仿真的。

EDNC1911-DI3-2

图2:Pspice中的break器件模型。

设计要点2

以图1为例,即电池电压测量电路。

需要把完整电路加到仿真电路中,如图1中的D1和D2——它们是MCU内部的钳位二极管,用来保护MCU的I/O口。需要注意的是,不是所有的MCU都具备这种内部钳位二极管,需要通过阅读数据手册来确定。

设计要点3

要把电路中的“隐藏通路”部分在电路仿真中体现出来,如图1中R3代表PCB对于信号的“隐藏”接地阻抗。

设计要点4

仿真参数的设置对于正确运行出仿真结果至关重要。图3为最差电路分析的设置界面,本文不准备详细如何去介绍这些设置参数,这超出了本文的写作范围。需要注意两点,第一点是在break器件模型中对于参数的正确输入。在本例中,R1和R2通过分压的方式来获得采样的电池电压,因此此处选用的都是1%精度的电阻。在设置参数的时候需要按照图4设置才能符合实际的工程应用(1%精度的电阻在最差电路分析时用3%来处理,其中考虑了温度变化的影响以及电阻本身的阻值偏差影响)。第二点的是在做最差电路分析的时候,和蒙特卡洛不同的是,它不需要将温度的变化要求设置在里面(如图5),这是因为在break的参数中DEV的设置值已经包含了器件的偏差,这样运行出来的结果才是真正的最差电路分析。

EDNC1911-DI3-3

图3:最差电路分析的设置界面。

EDNC1911-DI3-4

图4:Pspice中的break器件模型中的DEV设置。

EDNC1911-DI3-5

图5:在最差电路分析时不需要把温度的参数设置进去。

设计要点5

对图1做最差电路分析,完整的仿真分析计划如下:

1)VBat_SENSE的电压@12V;

2)VBat_SENSE的电压@26V。

EDNC1911-DI3-6

图6:VBat_SENSE的电压@12V的仿真输出。

EDNC1911-DI3-7

图7:VBat_SENSE的电压@26V的仿真输出。

从仿真曲线可以看出在26V的输入下,VBat_SENSE的电压在最差情况下没有超过5V,这是可以接受的设计值。

最后对本文中需注意的一些事项做个总结:

1)最差电路分析主要的目的就是分析元件在极限误差下对电路的影响程度。一般而言,元件的极限误差都是考虑了器件的容差以及温度变化对器件影响等因素的,因而所得到的仿真结果更接近真实情况。

2)元件误差受误差影响的情况,一般是以LOT(批次)和DEV(器件)这两个误差系数来描述的(见图3)。LOT误差会使相同模型的元件一起变化,故适用于集成电路(IC)仿真。DEV误差会使用相同模型的元件分别变化,比较适用于分立元件仿真。

3)随机产生器的种子值(Random number seed)可为1到32767间的奇数。由于最差电路分析所分析的是器件极限偏差对电路的影响,因此可以看出在设置其界面(如图3)时是不需要设置种子值的,这点和蒙特卡洛分析的设置有所不同。

本文为《电子技术设计》2019年11月刊杂志文章。

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
高杨
近20年在汽车电子TOP10公司经验,特别是在车载控制器领域(多媒体、车身、驾驶辅助及VCU)。曾任职博世汽车专家级工程师,超过10年在汽车零部件(博世和大陆汽车),5+年汽车半导体(德州仪器和英飞凌),历任多种资深(系统、设计、产品)工程师职务。丰富的平台开发(从0到1)及产品开发的工程经验和技术积累。 Ford SYNC第一代的核心硬件工程师,定义和开发了德州仪器(TI)第一款智能高边驱动器(TPS1H100-Q1),填补了公司在汽车电子市场的技术路线和市场空白。 整理和标准化了与设计开发的技术文件,可以直接用于指导设计及融入公司的文件体系中,满足体系审查要求和提高公司的设计流程和管理水平。硬件设计流程管理的模板(45+篇),硬件设计评审和检查清单模板(50+篇)。 企业内训师认证(TTT) ,超过2500页汽车电子设计培训内容PPT,满足从入门、中级及高级汽车电子设计的培训要求,目前在4家企业内部实施过培训,收到了很好的反馈。 目前获得13件汽车电子专利(截止2019年12月)。《EDN电子技术设计》汽车电子专栏作者ednchina.com/author/gaoyang
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