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PSpice
2012.04.08 01:23

PSpice Performance Analysis

TUW
조회 수 9610 댓글 0
Atachment
첨부 '9'

지난번 Parameter Sweep에 이어서, 이번 글에서는 AC전원이 연결된 회로의 분석에 유용하게 활용할 수 있는 Performance Analysis에 대하여 다뤄 보도록 하겠습니다.

Performance Analysys는 시간에 따라 시시각각 변하는 AC회로의 분석에서 유용하게 사용할 수 있으며, 일반적으로 임피던스 최소화와 같은 최적화 문제에 자주 활용됩니다.


예시로 사용할 문제와 회로도는 다음과 같습니다.

Q. 다음과 같은 회로가 있을 때, |VP/Vin| = 0.99가 되는 C1 값을 구하시오.

Performance_circuit.png

즉, 회로에서 C1의 공진주파수가 10MHz가 되어, 해당 주파수에서  거의 Short 상태에 있도록 하는 C1값을 찾는 문제입니다.

이런 형태의 문제에서는 DC Sweep을 하고 싶어도 Vin이 시간에 따라 계속 변하기 때문에 그렇게 할 수가 없습니다.

여기에서는 Time Domain에서의 분석과 동시에 Parametric Sweep도 수행한 뒤, Performance Analysis를 사용하여 최적값을 찾아내는 다소 복잡한 방법을 사용해야 합니다.

 

회로 꾸미기

회로를 꾸민 뒤, 회로에서 변동시킬 값인 C1을 Parameter로 지정합니다. Parameter를 지정하는 방법은 직전 포스트에서 다뤘으니, 무슨소린지 잘 모르겠다는 분은 얼른 다녀오세요!ㅎ

 

시뮬레이션 설정

Simulation Settings 창을 열고, 다음과 같이 설정합니다.

Performance_simulation_settings.png

맨 위에 있는 General Settings에서는 시뮬레이션 수행 시간을 지정합니다. 그리고, Transient는 무시할 것이므로 'Skip the initial transient bias point calculation'에 체크를 해주도록 합니다. (중요!)

이 옵션을 해제하면 OFF 상태에서 전원을 켠 직후 안정화가 되기까지 과정인 Transient State에 대한 분석도 함께 하게 되는데, 문제에서 요구한 내용은 안정화 이후 Steady State를 분석해야 하므로 이 옵션을 설정해야 합니다.

Performance_simulation_settings_general.png

다음으로, 세 번째의  Parametric Sweep을 체크한 뒤 값들을 지정합니다.

DC Sweep에서 보던 창과 비슷한데, Cin값을 0.1㎌에서 시작하여 0.1㎌간격으로 변화시키며 20㎌ 까지 시뮬레이션을 수행하겠다는 의미입니다.

DC Sweep과 다른 점은 Time Domain에서의 분석을 병행하고 있다는 점입니다. 즉, Cin값을 설정한 내용대로 Cin = 0.1㎌부터 0.1㎌ 간격으로 한 스텝씩 변화시키면서 각 Cin값마다 Time-Domain 시뮬레이션을 수행하게 됩니다.

Time Domain 시뮬레이션을 각 Cin값마다 각각 한번씩 수행하므로 Parameter Sweep창에 나타난 변수들은 PC의 성능을 고려하여 신중하게 지정해야 합니다.

여기에 설정한대로 입력하고 시뮬레이션을 수행하면, 20u/0.1u = 200. 즉, 200개의 Data Set과 각각에 대응하는 V-t 그래프가 생성됩니다.


시뮬레이션 수행 및 결과 표시

재생버튼(?)을 눌러 시뮬레이션을 수행합니다. 약간의 시간이 경과한 뒤에, 그래프가 바로 나타나는 대신 다음과 같은 이상한 창이 나타납니다.

Performance_simulation_available_sections.png

설마 오류가 난게 아닐까.. 라고 생각할지 모르지만, 이 창은 수행한 200개의 시뮬레이션 결과 중에서 무엇을 사용할지 고르는 창입니다.

200개를 다 그려볼 작정이므로, 모두 선택한 상태로 그냥 [OK] 버튼을 클릭하도록 합니다.

그러면 다음과 같이 Time-Domain에서의 결과 그래프가 나타납니다.

Performance_time_result.png

사인 곡선 무양의 그래프인데, 선이 뭔가 컬러풀합니다. 얼핏 봐서는 메모리가 부족해서 그래픽이 깨진 것처럼 보이기도 합니다. (실제로 저는 Performance Analysis를 처음 실행했을때 뭔가 잘못된 것 같아서 수 차례 다시 시도해보기도 했습니다....)

그래프가 이렇게 이상한 색상으로 나오는 이유는, 위에서 설명했던 200개의 그래프가 모두 겹쳐져서 그려져 있기 때문입니다. 화면을 잘 확대해서 관찰해보면 무슨 말인지 이해가 될 것입니다.

Performance_time_result_zoomin.png

그래프를 확대해 보면, 위 그린과 같이 200개의 그래프가 겹쳐져 있음을 알 수 있습니다. (무슨 에너지 밴드 다이어그램처럼 보이는군요...)

 

Performance Analysis 수행

이제 X축을 Cin으로 바꾸기 위해 Performance Analysis를 수행하도록 합니다. [Trace] 메뉴나 도구상자에서 [Performance Analysis...] 를 클릭하면 다음과 같은 안내창이 나타납니다.

Performance Analysis가 무엇이며, 어디에 쓰일 수 있는지 안내하는 내용이 위에 써 있고, 그 아래에는 시뮬레이션에서 생성한 Performance Analysis 설정과 데이터들에 대한 정보가 나타납니다.

여기에서 더 수정할 내용이 없으므로, 바로 [OK] 버튼을 클릭합니다.

Performance_notice.png


Trace 추가하기

Time Domain의 그래프 위쪽에 X축이 Cin인 텅 빈 그래프가 나타나는데, 이 상태에서 곧바로 [Trace] 메뉴에서 [Add Trace...]를 클릭합니다. 단축키인 [Insert]키를 사용해도 됩니다.

다음과 같은 Trace 생성 창이 나타납니다. 왼쪽에 나타난 값들은 현재 시뮬레이션에서 사용할 수 있는 회로의 속성들이고, 오른쪽의 리스트는 아래쪽 Expression에서 사용할 수 있는 함수들을 나열한 것입니다.

Performance_add_trace.png

아래에 있는 Trace Expression에 Min(ABS(V(P)/V(Vin)))을 입력하고 [OK] 버튼을 클릭하여 Trace 생성을 마무리합니다.

입력한 수식은 각 그래프에서 |VP/Vin|의 최소값을 추출하고, 이 값을 Cin값과 대응시켜 Trace를 생성하겠다는 의미입니다.

 

원하는 결과값 찾기

다음과 같이 X축은 Cin이고, Y축은 |VP/Vin|의 최소값인 필요한 그래프가 나타납니다.

Performance_trace_final.png

이제 이 그래프에서 커서를 움직여서 정답을 찾아내면 됩니다. Cursor Search 창을 열고, 다음 명령어를 사용해서 |VP/Vin|=0.99가 되는 점으로 커서를 옮깁니다.

search level(0.99)

따라서, 구하려는 C1값은 499.725nF이 됨을 알 수 있습니다.

 

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