
Saber是目前電路仿真中較為專業也是應用面積最為廣泛的方針應用。Saber功能強大,但與之相對的就是較為繁瑣的操作和龐大的參數調整。這使得一些新手,甚至是一些有經驗的朋友在使用Saber時都顯得較為困難。在本文中,小編將針對Saber仿真軟件中的GND參數進行解釋,通過圖文結合的方式幫助大家逐步理解。
打開Sketch在PartGallery里Search欄輸入gnd可以檢索出一系列與”地”有關的符號(Symbol),如圖1所示:
上圖中列出的所有符號都可以作為GND在Saber中使用,那么這些GND相互之間有什么區別?又該如何使用呢? 本文將針對這一問題做一些簡單的探討。
首先需要明白的是一般系統中GND的概念分為兩種,一種是絕對參考GND,另一種是懸浮(floating)GND。前一種是真實的大地,它是整個電路乃至系統的絕對參考點,后一種是一個相對的參考平面,是電路或者系統中一部分子電路或者子系統的公共參考點。
對于系統中其它子電路或子系統而言,它是隔離的,存在很大的隔離阻抗,同樣對于絕對GND來說,它也是隔離的,也存在很大隔離阻抗。下面來看看在仿真中GND的概念是怎么處理的,Saber仿真器在分析能量守恒系統時,主要依據能量守恒定律。以電路系統為例,主要依據的是基爾霍夫定律。在表達電路節點電壓的時候,通常需要一個公共的參考點,以便計算各個節點電壓和電流。
如果電路系統中有隔離變壓器,就會產生懸浮的GND,變壓器原副邊是不能共GND的,否則也就沒有隔離的必要了。圖1中所示的GND(Saber Node 0)就是通常意義上的公共參考0點,可以用來作為電路中所有電路的參考基點。
它包含兩個屬性(“connector"和"name”),其中“connector”的值是global,而name的值是gnd。
這兩個基本屬性的含義就是在sketch中,如果該符號連接到任意一個節點上,該節點的名字就會自動的變為gnd,這樣做的意義在于在sketch執行netlist命令時,會自動將gnd對于的節點解釋為0(有興趣的朋友可以去看看原理圖對應的*.sin文件),而Saber仿真器把0視為電路中所有節點的參考零點。
直觀的來講,就是GND(Saber Node 0)這個符號在Saber中對應的是電路系統的參考零點,這個參考零點在電路圖中是必須要有的,否則Saber仿真器就不知道以哪一個點作為參考點計算節點電壓,也就無法正常的進行分析。Saber中還有一批與GND(Saber Node 0) 概念相同,但針對不同技術領域的參考點如下(這些參考點的一個特點就是以Reference開頭):
Hydraulic–Reference、Thermal–Reference、Atmosphere–Reference、Exhaust Port–Reference、Light–Reference、Magnetic– Reference、Pneumatic、Reference、Rotational–Reference、Translational。
從意義上來看,這些GND有點類似與真實系統中絕對GND的概念。而圖1中所示的GND符號中剩下的Analog Ground,Digital Ground等就對應于懸浮GND了,這些GND的概念都是一樣的,為了方便, 以Analog Ground為例進行討論。Analog Ground從意義上看是模擬GND,這個符號和前面的GND(Saber Node 0) 符號一樣擁有"connector"和"name"屬性,即在sketch中如果該符號連接到任意一個節點上,該節點的名字就會自動的變為name屬性對應的值(agnd)。
所不同的是在netlist的時候,不會將agnd對應的節點解釋為0,仍然是agnd。而agnd這個名字對應saber仿真器而言和其它普通的節點名字沒什么區別,同樣需要計算該節點相對于參考零點的電壓,如果仿真器沒法找到agnd節點和參考零點的相對關系的話,將會報錯,導致分析不收斂。
下面以一個簡單的例子來看看GND和AGND在Saber中的使用。電路圖如圖2所示。
圖2是一個簡單的帶有變壓器隔離的電路,在真實電路中變壓器原副邊的GND是隔離的,所以圖中只在原邊添加了公共參考零點GND,副邊懸空,對該圖做DC分析會出現如下錯誤:
*** ERROR "ALG_SINGULAR_JACOBIAN" *** Singular Jacobian matrix. Some possible causes for a singular Jacobian matrix;- Model operating outside of its intended region of operation. - Node/subsystem with no connection to the reference(floating). - Current loops(voltage sources/inductors in parallel). - Missing equation and/or missing variable reference. Potential problem variables/equations;/voutp
從出錯信息可以看出,是由于:
Node/subsystem with no connection to the reference(floating)
表明變壓器副邊需要一個參考點,于是為變壓器副邊添加一個參考GND,出于隔離的需要,添加了一個AGND。如圖3所示;
對修改的原理圖的執行DC分析,結果同以前一樣-不收斂。從這里就可以看出AGND和前面的voutm一樣,對Saber仿真器而言都不是絕對參考點,所以仍然需要進行解算。
將前面圖中AGND換成GND,如圖4所示;
對上圖執行DC分析,結果正常,TR分析也能得到收斂的結果。但這樣修改有違變壓器原副邊隔離的初衷,那么如何實現即體現變壓器隔離又能保證得到收斂的分析結果呢?換個角度看,沒有什么節點在電路中是完全懸浮的,所謂的隔離不過是在原副邊之間有著很高的隔離阻抗(幾十兆歐),導致原副邊相互影響非常小。
通過以上的介紹可以看到,Saber接地參數解釋起來就需要如此大的篇幅。可見Saber軟件本身的強大,在使用如此強大的軟件時,一開始無法完全掌握是很正常的,但是只要長時間的反復使用,并搞清每個參數當中的含義,那么想要熟練使用Saber是并不困難的。
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