Z życia elektronika – #21 – Analiza Monte Carlo wejścia ADC w procesorze w oparciu o pomiar prądu

Na rozgrzewkę:

Dwa poprzednie wpisy dotyczyły tematu analizy WCA, w tym wpisie skupię się na metodzie Monte Carlo. Analizę wykonam w darmowym i dla wielu znanym programie LTspice. Wyniki analizy dla lepszego zobrazowania pokażę w postaci histogramu. Do osób zapisanych do Newsletter wyślę pliki wykonane przeze mnie na potrzeby wpisu.

Zakres wpisu:

  • Analiza Monte Carlo
  • Symulacja w LTspice
  • Wyniki symulacji

Analiza Monte Carlo:

Analiza Monte Carlo jest bardziej rzeczywista niż WCA, ponieważ do wykonania analizy WCA używane są skrajne parametry tolerancji komponentów wchodzących w skład analizowanego obwodu. W analizie Monte Carlo tolerancje komponentów są losowane z podanego zakresu i są brane pod uwagę w jednej iteracji. Najlepiej wykonać jak najwięcej iteracji symulacji, wtedy będziemy mieli większy pogląd na zachowanie się układu, lecz symulacja będzie wykonywana dłużej. Moim zdaniem 500-1000 iteracji daje dobry pogląd na wynik symulacji.

Symulacja w LTspice:

Symulację metodą Monte Carlo tak jak wspominałem, wykonam w programie LTspice, zgodnie założeniami analizy WCA z poprzednich wpisów. 

Schemat symulowanego obwodu wygląda następująco:

Oznaczenie poszczególnych komend:

  • step param run 1 500 1: symulacja zostanie wykonana od 1 iteracji do 500 z krokiem 1,
  • temp 25: temperatura z jaką, będzie wykonywana symulacja, obecnie 25 °C,
  • param tol1-tol5: zdefiniowane tolerancje dla poszczególnych komponentów.

Wyniki symulacji:

Najczytelniejszym sposobem przedstawienia wyników symulacji metodą Monte Carlo jest histogram. Poniższy histogram wykonałem w programie Excell 2010. Na histogramie pokazano częstotliwość występowania konkretnych wartości napięcia na wyjściu wzmacniacza. Rozrzut wyników zawiera się w zakresie od 1,32V do 1,57V, czyli są to skrajne wartości mogące wystąpić. Sam histogram ma rozkład normalny.

Na histogramie warto umieścić wartość średnią ze zbioru wyników, wartości jednego, dwóch oraz trzech odchyleń standardowych:

  • 1σ: jedno odchylenie standardowe zawiera 68,2% wszystkich wyników,
  • 2σ: dwa odchylenia standardowe zawierają 95,4% wszystkich wyników,
  • 3σ: trzy odchylenia standardowe zawierają 99,7% wszystkich wyników.

Wyniki analizy WCA, z poprzedniego wpisu:

Porównując wyniki symulacji Monte Carlo (Rys.2, Rys. 3), oraz analizy WCA (Rys. 4) z poprzedniego wpisu stwierdzamy, że analiza WCA ma dużo większy rozrzut niż Monte Carlo, co oznacza, że jest mniej realistyczna.

Podsumowanie:

We wpisie przedstawiłem Ci Drogi Czytelniku kolejny sposób wykonywania analiz obwodów elektronicznych w trakcie projektowania urządzenia oraz sposoby przedstawiania wyników w czytelny sposób.

Autor artykułu
Mateusz Pluta

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *