3.3 使用蒙特卡罗SPICE工具进行误差统计分析

大家好，欢迎来到 TI ADC高精度实验室

讨论数据转换器的 统计误差分析

本视频将介绍如何使用

称为蒙特卡罗分析的spice分析

来确定增益误差的 统计有效估计值

本视频，将逐步介绍

基于Tina spice的 蒙特卡罗分析方法

并解释如何解读结果

首先回顾一下

TI高精度实验室

标题为理解和校准AD系统的 偏移与增益视频中的电路

在那个电路中

电流采样放大器的增益误差

可以在器件的规格数里找到

因为其增益是由内部电阻决定的

然而，在很多情况下

增益是由外部的分立电阻设定的

这里展示的电路

就是使用分立器件搭建的一个 差分输入、差分输出的放大器

该电路的差分增益为

2倍的Rf除以Rg

在本例子中

记为0.04

因此，对于±100V的输入信号

输入到ADC的差分电压为±4V

该电路的增益精度

取决于整个电路Rf和Rg的精度

通常工程师会根据电阻精度 进行最坏情况分析

但是，正如我们前面提到的一样

这样可能会产生在统计上 不太可能出现的结果

业界Tina Spice和 其他许多Spice仿真器

都提供了一种 称为蒙特卡罗分析的工具

这对于进行统计误差分析非常有用

本视频将讨论如何使用 Tina Spice蒙特卡罗分析工具

在进行蒙特卡罗分析之前

让我们看看这个电路的 直流传递函数

在Tina中，选择直流分析

直流传输特性选项

在弹出的直流传输特性窗口中

选择Vin作为输入

在起始值和结束值

输入从+100V到-100V的电压范围

点确定，然后你会得到 右图所示的曲线

此图显示，对于-100V的输入

差分的输出为+4V

对于+100V的输入 差分的输出为-4V

做直流传递函数 是确定理想传递函数的好方法

而蒙特卡罗分析

则可以在这个基础上

考虑电阻公差再进行分析

在运行蒙特卡罗分析之前

你还需要设置电路中 每个电阻和电流的公差

只需要双击电阻器

一个列出电阻参数的窗口就会弹出

这个时候点击电阻值 旁边省略号按钮

一个设置公差参数的窗口会弹出

在这个窗口中 根据你的设计输入电阻公差

并使用高斯分布作为分布类型

在这个例子中 我们使用1%精度的电阻

要打开蒙特卡罗分析

请在分析菜单下选择模式

在弹出的分析模式选择窗口中

选择「蒙特卡罗」

在分布百分比中输入「99.73%」

这将为蒙特卡罗分析的原器件误差

设置为正负三个标准差

我们在这里真正要做的

是使大部分高斯分布样本

都落在我们设定的容忍限度以内

请注意，默认值的68.26% 只对应一个标准差

这对于电阻和电流的 公差是不实际的

然后我们输入

将在仿真中运行的样本数量

在这个例子中

我们会运行最多1000次仿真

这将使仿真根据高斯分布

使用随机的电阻值重复运行1000次

一般来说

你应该将此数字设置的尽可能得大

已获得更好的统计结果

将最大限制值设大的唯一缺点

就是它可能会增加仿真时间

现在蒙特卡罗的功能已被打开

任何分析都将以 蒙特卡罗分析的方式运行

在这个例子中

我们运行直流传输特性

所以每个仿真都会使用 随机高斯分布的电阻值

模拟1000次来求取直流传递函数

仿真结果看起来虽然是一条曲线

但是它实际包含了1000条

紧密间隔的曲线

现在，我们想要使用这些曲线

来获得统计上有效的增益误差

要做到这一点

我们首先要通过按「Ctrl+Alt」 来选择全部曲线

接下来，在进程菜单下

我们应该选择统计

在统计窗口下

我们要选择「Cut」选项

Cut，会根据X轴上的特定值

在Y轴上截取对应的分布曲线

这里，我们想看看传递函数末端

也就是Vin=100V的增益误差

在查看放大的传输特性时

你可以看到有许多间隔很近的曲线

对应着不同的随机电阻值

在切割及相邻的框中 输入100V的X轴值

最后选择将在直方图中 显示的方块数量

一般来说，选择10就足够了

然后，在统计窗口按计算

这样，截取集合的平均值 和标准差都会被显示出来

这个信息现在可以用来计算 我们增益电路的误差和百分比

典型增益误差对应一个标准差

我们将一个标准差除以平均值

并乘以100

即可得到典型增益误差的百分比

即±0.24%

此外，我们还可以使用 前面介绍的统计因素

来评估最坏情况

例如，将典型值的增益误差乘以3

来计算最大值的增益误差

即±0.73%

其中，包含了99.73%的样本

感谢观看本视频

请尝试完成小测验

以巩固你对本视频内容的理解

大家好，欢迎来到 TI ADC高精度实验室

讨论数据转换器的 统计误差分析

本视频将介绍如何使用

称为蒙特卡罗分析的spice分析

来确定增益误差的 统计有效估计值

本视频，将逐步介绍

基于Tina spice的 蒙特卡罗分析方法

并解释如何解读结果

首先回顾一下

TI高精度实验室

标题为理解和校准AD系统的 偏移与增益视频中的电路

在那个电路中

电流采样放大器的增益误差

可以在器件的规格数里找到

因为其增益是由内部电阻决定的

然而，在很多情况下

增益是由外部的分立电阻设定的

这里展示的电路

就是使用分立器件搭建的一个 差分输入、差分输出的放大器

该电路的差分增益为

2倍的Rf除以Rg

在本例子中

记为0.04

因此，对于±100V的输入信号

输入到ADC的差分电压为±4V

该电路的增益精度

取决于整个电路Rf和Rg的精度

通常工程师会根据电阻精度 进行最坏情况分析

但是，正如我们前面提到的一样

这样可能会产生在统计上 不太可能出现的结果

业界Tina Spice和 其他许多Spice仿真器

都提供了一种 称为蒙特卡罗分析的工具

这对于进行统计误差分析非常有用

本视频将讨论如何使用 Tina Spice蒙特卡罗分析工具

在进行蒙特卡罗分析之前

让我们看看这个电路的 直流传递函数

在Tina中，选择直流分析

直流传输特性选项

在弹出的直流传输特性窗口中

选择Vin作为输入

在起始值和结束值

输入从+100V到-100V的电压范围

点确定，然后你会得到 右图所示的曲线

此图显示，对于-100V的输入

差分的输出为+4V

对于+100V的输入 差分的输出为-4V

做直流传递函数 是确定理想传递函数的好方法

而蒙特卡罗分析

则可以在这个基础上

考虑电阻公差再进行分析

在运行蒙特卡罗分析之前

你还需要设置电路中 每个电阻和电流的公差

只需要双击电阻器

一个列出电阻参数的窗口就会弹出

这个时候点击电阻值 旁边省略号按钮

一个设置公差参数的窗口会弹出

在这个窗口中 根据你的设计输入电阻公差

并使用高斯分布作为分布类型

在这个例子中 我们使用1%精度的电阻

要打开蒙特卡罗分析

请在分析菜单下选择模式

在弹出的分析模式选择窗口中

选择「蒙特卡罗」

在分布百分比中输入「99.73%」

这将为蒙特卡罗分析的原器件误差

设置为正负三个标准差

我们在这里真正要做的

是使大部分高斯分布样本

都落在我们设定的容忍限度以内

请注意，默认值的68.26% 只对应一个标准差

这对于电阻和电流的 公差是不实际的

然后我们输入

将在仿真中运行的样本数量

在这个例子中

我们会运行最多1000次仿真

这将使仿真根据高斯分布

使用随机的电阻值重复运行1000次

一般来说

你应该将此数字设置的尽可能得大

已获得更好的统计结果

将最大限制值设大的唯一缺点

就是它可能会增加仿真时间

现在蒙特卡罗的功能已被打开

任何分析都将以 蒙特卡罗分析的方式运行

在这个例子中

我们运行直流传输特性

所以每个仿真都会使用 随机高斯分布的电阻值

模拟1000次来求取直流传递函数

仿真结果看起来虽然是一条曲线

但是它实际包含了1000条

紧密间隔的曲线

现在，我们想要使用这些曲线

来获得统计上有效的增益误差

要做到这一点

我们首先要通过按「Ctrl+Alt」 来选择全部曲线

接下来，在进程菜单下

我们应该选择统计

在统计窗口下

我们要选择「Cut」选项

Cut，会根据X轴上的特定值

在Y轴上截取对应的分布曲线

这里，我们想看看传递函数末端

也就是Vin=100V的增益误差

在查看放大的传输特性时

你可以看到有许多间隔很近的曲线

对应着不同的随机电阻值

在切割及相邻的框中 输入100V的X轴值

最后选择将在直方图中 显示的方块数量

一般来说，选择10就足够了

然后，在统计窗口按计算

这样，截取集合的平均值 和标准差都会被显示出来

这个信息现在可以用来计算 我们增益电路的误差和百分比

典型增益误差对应一个标准差

我们将一个标准差除以平均值

并乘以100

即可得到典型增益误差的百分比

即±0.24%

此外，我们还可以使用 前面介绍的统计因素

来评估最坏情况

例如，将典型值的增益误差乘以3

来计算最大值的增益误差

即±0.73%

其中，包含了99.73%的样本

感谢观看本视频

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