10-电路的优化设计.ppt
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电路的优化设计电路的优化设计中南民族大学中南民族大学电信学院电信学院汪汉新汪汉新11/10/20221电信学院电信学院汪汉新汪汉新电路的优化设计电路的优化设计l电电路路优优化化设设计计：
在在电电路路设设计计已已基基本本满满足足功功能能和和特特性性指指标标的的基基础础上上，根根据据要要求求的的电电路路特特性性约约束束条条件件，调调整整电电路路中中的的元元器器件件参参数数，使使电电路路指指标标要要求求（又又称称为为目目标标参参数数）为为某一指定的数值。
某一指定的数值。
l电电路路优优化化设设计计方方法法包包括括：
自自动动设设计计电电路路的的拓拓朴朴结结构构和和自自动动确确定定电电路路的的元元器器件件参参数数两两方方面面。
目目前前一一般般是是将将最最优优算算法法和和电电路路基基本本分分析析结结合合在在一一起起，从从而而产产生生CAD与与EDA的的最优工具。
最优工具。
l电电路路优优化化设设计计过过程程：
在在约约束束条条件件限限制制下下，不不断断调调整整电电路路中中元元器器件件参参数数，进进行行电电路路迭迭代代运运算算，直直到到目目标标参参数数满满足足优化要求。
即进行一次优化将包括多次电路模拟。
优化要求。
即进行一次优化将包括多次电路模拟。
11/10/20222电信学院电信学院汪汉新汪汉新与与优化设计相关的参数优化设计相关的参数l目目标标参参数数：
是是待待优优化化的的目目标标，是是评评价价电电路路设设计计优优劣劣的的标准。
标准。
l约约束束条条件件：
为为了了满满足足电电路路设设计计要要求求给给出出的的某某种种电电路路特特性的限制范围。
性的限制范围。
l优优化化指指标标：
约约束束条条件件和和目目标标参参数数统统称称为为优优化化指指标标（Specification）。
）。
11/10/20223电信学院电信学院汪汉新汪汉新PSpicePSpiceOptimizerOptimizer模块的功能模块的功能1.对对电电路路进进行行优优化化设设计计时时，可可以以同同时时调调整整电电路路中中88个个元元器器件的参数，以满足最多件的参数，以满足最多88个目标参数和约束条件。
个目标参数和约束条件。
2.2.根根据据给给定定的的模模型型和和一一组组晶晶体体管管特特性性数数据据，优优化化提提取取晶晶体体管管模模型型参参数数。
晶晶体体管管模模型型参参数数类类比比于于电电路路优优化化设设计计中中的的元元器器件件参参数数，晶晶体体管管特特性性数数据据类类比比于于目目标标参参数数。
优优化化提提取取的的过过程程就就是是不不断断调调整整晶晶体体管管模模型型参参数数值值，使使得得由由晶晶体体管模型计算得到的晶体管特性与测量值尽量接近。
管模型计算得到的晶体管特性与测量值尽量接近。
11/10/20224电信学院电信学院汪汉新汪汉新调用优化模块的前提调用优化模块的前提1.电路设计应已通过常规的模拟，实现了要求的功能。
电路设计应已通过常规的模拟，实现了要求的功能。
2.通通过过电电路路模模拟拟只只能能给给出出节节点点电电压压和和支支路路电电流流。
在在优优化化时时，一一定定要要将将约约束束条条件件（如如功功耗耗）和和目目标标参参数数（如如延延迟时间）用节点电压和支路电流表示。
迟时间）用节点电压和支路电流表示。
3.应应对对电电路路工工作作原原理理有有较较深深入入理理解解，才才能能确确定定应应调调整整那那几个元器件参数，使要求的电路特性达到要求。
几个元器件参数，使要求的电路特性达到要求。
11/10/20225电信学院电信学院汪汉新汪汉新电路优化设计步骤电路优化设计步骤1.完完成成电电路路图图设设计计，在在电电路路图图中中放放置置OPTPARAM符符号号，用用于于设设置置电电路路优优化化设设计计需需调调整整的的元元器器件件名名称称及及有有关关参参数值。
数值。
2.根根据据待待优优化化的的特特性性参参数数类类别别进进行行电电路路模模拟拟检检验验，确确保保电路设计能正常工作，基本满足功能和特性要求。
电路设计能正常工作，基本满足功能和特性要求。
3.根根据据电电路路的的优优化化目目的的，设设置置可可调调整整的的电电路路元元器器件件参参数数、待优化的目标参数和约束条件。
待优化的目标参数和约束条件。
4.4.启启动动优优化化迭迭代代过过程程，分分析析电电路路特特性性（如如增增益益、带带宽宽、输输出出输输入入阻阻抗抗、等等效效噪噪声声系系数数、时时域域波波形形等等），输输出出优化结果。
优化结果。
11/10/20226电信学院电信学院汪汉新汪汉新PSpiceOptimizer的启动的启动lPSpiceOptimizer电路优化程序是电路优化程序是OrCAD软件系统中软件系统中的一个功能模块。
的一个功能模块。
l在在Capture/Pspice主命令中执行主命令中执行Place/OptimizerParameters，放置放置OPTPARAM符号并设置优化过程符号并设置优化过程中待调整的元器件名称和有关参数值；再执行中待调整的元器件名称和有关参数值；再执行Pspice/RunOptimizer命令，则系统调用优化模块，命令，则系统调用优化模块，进入进入Optimizer窗口结构。
窗口结构。
11/10/20227电信学院电信学院汪汉新汪汉新Optimizer窗口结构窗口结构PSpiceOptimizer窗口包括窗口包括3个区域（见下页）：
个区域（见下页）：
1.1.优化指标显示区与指标信息显示框优化指标显示区与指标信息显示框2.2.元器件参数显示区和参数调整信息显示框元器件参数显示区和参数调整信息显示框3.3.优化信息显示区优化信息显示区11/10/20228电信学院电信学院汪汉新汪汉新Optimizer窗口信息窗口信息11/10/20229电信学院电信学院汪汉新汪汉新PSpiceOptimizer-File命令命令lFile/New：
结结束束当当前前优优化化过过程程，开开始始新新的的电电路路优优化化设设计。
计。
lFile/Open：
打开一个已有的打开一个已有的OPT文件。
文件。
lFile/Save、SaveAs：
存存OPT文件。
文件。
lFile/Report：
显显示示当当前前优优化化设设计计的的有有关关信信息息和和计计算算结结果。
果。
lFile/Exit：
退出。
退出。
11/10/202210电信学院电信学院汪汉新汪汉新PSpiceOptimizer-Edit命令系统命令系统lEdit/Parameters：
新新建建、修修改改、删删除除约约束束条条件件和和目目标标参数的设置。
参数的设置。
lEdit/Specifications：
新新建建、修修改改、删删除除约约束束条条件件和和目标参数的设置。
目标参数的设置。
lEdit/StoreValues：
保存优化过程的中间结果。
保存优化过程的中间结果。
lEdit/ResetValues：
恢复优化前的设置。
恢复优化前的设置。
lEdit/RoundNearest：
优优化化结结束束后后，将将优优化化得得到到的的最最佳元器件值取为最接近的元器件系列标称值。
佳元器件值取为最接近的元器件系列标称值。
lEdit/RoundCalculated：
按按最最近近一一次次优优化化结结果果确确定定元元器件优化值。
器件优化值。
lEdit/UpdateSchematic：
用用优优化化结结果果得得到到的的元元器器件件最佳值更新电路上相应元器件的取值。
最佳值更新电路上相应元器件的取值。
11/10/202211电信学院电信学院汪汉新汪汉新PSpiceOptimizer-Tune命令系统命令系统lTune/UpdatePerformance：
由由当当前前元元器器件件参参数数的的设设置值，调用置值，调用Pspice程序模拟分析电路特性。
程序模拟分析电路特性。
lTune/UpdateDerivatives：
由由当当前前设设置置值值，分分别别计计算算每一个优化指标对每一个元器件的导数。
每一个优化指标对每一个元器件的导数。
lTune/ShowDerivatives：
显示当前的导数计算值。
显示当前的导数计算值。
lTune/Auto：
根据设置的优化参数，开始优化过程。
根据设置的优化参数，开始优化过程。
11/10/202212电信学院电信学院汪汉新汪汉新PSpiceOptimizer-Options命令系统命令系统lOptions/Defaults：
设设置置与与优优化化过过程程有有关关的的任任选选项项参参数。
数。
lOptions/Recalculate：
在在优优化化过过程程中中，检检查查、分分析析优优化参数变化时对优化结果的影响。
化参数变化时对优化结果的影响。
11/10/202213电信学院电信学院汪汉新汪汉新待待调整元器件参数、目整元器件参数、目标参数和参数和约束条件束条件的的设置置l用用Optimizer对电路进行优化的关键是设置好与优化有对电路进行优化的关键是设置好与优化有关的关的3类参数，即待调整的元器件参数、目标参数和约类参数，即待调整的元器件参数、目标参数和约束条件。
束条件。
l通过实例说明电路优化时有关参数设置。
以二极管偏通过实例说明电路优化时有关参数设置。
以二极管偏置电流的优化为例，电路图如图：
需要确定电阻置电流的优化为例，电路图如图：
需要确定电阻R1R1阻阻值，使通过二极管的电流为值，使通过二极管的电流为，电阻，电阻R1R1的功的功耗耗。
11/10/202214电信学院电信学院汪汉新汪汉新设置分析类型和参数设置分析类型和参数l设置分析类型设置分析类型:
DCl设置扫描分析设置扫描分析:
ParametricSweeplSweptVariableType:
VoltageSourceV2lSweepType:
ValueListlName:
V2lValues:
5Vl执执行行PlaceOptimizerParameters命命令令，调调待待调调整整元元件参数符号件参数符号:
OPTIMIZERPARAMETERS:
NameInitialCurrentR1Val5k5k11/10/202215电信学院电信学院汪汉新汪汉新设置待优化调整的元器件参数设置待优化调整的元器件参数l执行执行Edit/Parameters命令，进入参数设置框命令，进入参数设置框:
11/10/202216电信学院电信学院汪汉新汪汉新目标参数和约束条件的设置目标参数和约束条件的设置l执行执行Edit/Specifications命令，进入优化指标设置框。
命令，进入优化指标设置框。
11/10/202217电信学院电信学院汪汉新汪汉新电路功能特性的检验电路功能特性的检验l当待优化电路的设计已基本满足功能和特性要求，并当待优化电路的设计已基本满足功能和特性要求，并选择了比较合适的初值，完成待调整元器件参数和优选择了比较合适的初值，完成待调整元器件参数和优化指标的设置后，执行化指标的设置后，执行Tune/UpdatePerformanceTune/UpdatePerformance命令，命令，对电路设计和初值选择是否合适进行检验。
对电路设计和初值选择是否合适进行检验。
11/10/202218电信学院电信学院汪汉新汪汉新优化过程的启动与结果优化过程的启动与结果l执行执行Tune/Auto/Start命令，启动电路优化设计的进程。
命令，启动电路优化设计的进程。
11/10/202219电信学院电信学院汪汉新汪汉新优化结果显示和处理优化结果显示和处理l除了从窗口显示优化结果外，还可以从其它除了从窗口显示优化结果外，还可以从其它6个方面个方面显示和处理优化最终结果。
显示和处理优化最终结果。
1.1.优化结果报告优化结果报告2.2.过程中间结果记录文件过程中间结果记录文件3.3.导数计算结果的显示导数计算结果的显示4.4.元器件参数优化结果的处理元器件参数优化结果的处理5.5.优化结果的存放优化结果的存放6.6.在电路设计图中标注元器件参数优化结果在电路设计图中标注元器件参数优化结果11/10/202220电信学院
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