從實例中學習OrCAD-PSpice 10.3-AA(第7章 電應力工具)

第7章 電應力（Smoke）工具的使用
    電子電路在工作過程中，常因某（些）個元器件承受的熱電應力超出其安全工作條件，降低其可靠性，嚴重地導致冒煙燒毀。因此，“冒煙報警”提高電路工作的可靠性，對一些安全性要求較高的電路（網路）採用降額設計已納入電子工程師視野。本章結合電路實例簡介可靠性、降額設計的基本概念和Smoke工具的具體使用方法。

7.1 降額設計（參考《OrCAD10.3使用指導》）
    依據可靠性的物理分析和實驗得知，元器件所承受的電應力指的是工作電壓、工作電流以及熱應力比如工作溫度越高，則元器件的失效率越高，壽命也越短。如果使元器件承受的電應力和熱應力（主要是工作溫度）低於元器件的額定值，就可以提高元器件工作的可靠性。因此，使電路設計中對可靠性影響較大的關鍵的元器件，具有較常規額定值還低的裕量，以便確保安全運行。這就是降額設計又稱裕量設計。我國已制定有關降額設計標準供設計人員參考。

7.2 Smoke工具的工作流程
    Smoke工具的工作流程，如圖7-1所示。
 
    圖中，前幾步對於PSpice10.3-AA的特色工具都是相同的不贅述，只要按下PSpice/Advanced analysis/Smoke命令就可以運行Smoke工具，作電路的熱電應力分析。然後是分析運行結果是否超出所規定的安全工作條件（過應力參數），此時Smoke會給出警告信號，以便用戶返回去改變降額因子或者修改Smoke參數、電路設計等手段進行調整使之符合安全工作條件，列印輸出結束工作。
    由此可見，Smoke工具的使用，主要工作是：

1. Smoke參數設置
2. 查看Smoke分析結果
3. 改變降額因子

7.3 無源元件的Smoke參數設置
    Smoke參數設置只介紹無源元件的Smoke參數設置。因為實際上它應用較多，也比較簡單。而有源器件則選用程序中模型參數的默認值。仍然以射頻放大器為例如圖7-2所示。
 
圖中的R、C皆帶有高級分析參數，如果雙擊R1符號，將出現其屬性編輯框如圖7-3所示。
 
圖中相關屬性結合圖7-2中變數表的虛擬變數賦值（相關參數的設置可參考3.4.2節內容）：
 

7.4 調入、運行Smoke工具
7.4.1電路模擬瞬態模擬
   Smoke分析只有時域（瞬態），故原來多作頻域（交流）分析，則要加上瞬態電源tran=sin（0 5mv 1megHz），分析時間設為1us。瞬態分析模擬模擬參數設置如圖7-4所示。
 
    運行結果波形比較理想，輸出信號約為15Mv，放大倍數為3倍，滿足瞬態分析設計結果，電路輸出波形如圖7-5所示。
 
7.4.2調用、運行Smoke分析工具
1．調用Smoke分析工具 
    按照降額方式的不同，調用Smoke分析工具進行電熱應力分析時主要有三種不同的方法，系統默認設置是“No Derating”,即不降額調入 Smoke分析工具，若採用降額設計方法，可運用系統提供的另外兩種Smoke分析工具設計方法，即標準降額(Standard Derating)設置和自定義降額文件（Derating Files）設置。本節仍然以射頻放大器為實例，採用系統默認的“No Derating”調用Smoke工具，具體操作如圖7-6所示。
 
    從調用Smoke工具圖還可以看出，Average（平均值）、RMS（均方根值）、Peak（峰值）均被選中，將在Smoke工具窗口中，對同一個應力參數，將分三行分別顯示同一個應力參數相對應的數值。另外還選中了Parameter Filters中的所有參數類型，其中包括電流參數、功率參數、溫度參數和電壓參數，相應在Smoke工具窗口的Parameter列顯示對應元器件參數的應力參數名稱。

2．運行Smoke分析工具 
    調入 Smoke工具的方法如圖7-7 所示。
 
    運行Smoke工具則出現Smoke分析工具窗口如圖7-8所示。
 
    從Smoke工具窗口可見，圖表共分9列，下面將分別介紹Smoke工具窗中各列功能、用法：