Zusammenfassung

Interval Analysis of Analog Circuits with Component Tolerances

Intervall-Analyse analoger Schaltungen mit Bauteiletoleranzen

Alexander Dreyer

Schlüsselworte: Intervall-Analyse, Intervall-Arithmetik, analoge Schaltungen, symbolische Vorverarbeitung, Toleranzanalyse

Diese Arbeit behandelt Methoden zur Intervall-Analyse von toleranzbehafteten analogen Schaltungen. Zur effizienten Realisierung ist es notwendig, mögliche Abhängigkeiten in den Schaltungsgleichungen zu betrachten. Wesentlicher Bestandteil dieser Strategie ist es, Ausfüllmuster bezüglich solcher Parameter zu behandeln, die unsicheren Komponenten entsprechen. Diese Muster ergeben sich aus der linearen Schaltungsanalyse, wo sie benutzt werden, um Gleichungen effizient aufzustellen. In Hinblick auf die Integration der Methoden in den industriellen Entwurfsablauf, werden Prozeduren vorgestellt, die die Behandlung vieler toleranzbehafteter Komponenten ermöglichen.

Zunächst wird eine kurze Beschreibung toleranzspezifischer Problemstellungen und der Anwendung der Intervall-Analyse im analogen Schaltungsentwurfsprozess gegeben. Nach einer Einführung in die Intervall-Arithmetik und abgeleiteter Algorithmen werden die Grundlagen der analogen Schaltungsanalyse diskutiert. Weiterhin werden symbolische Vorverarbeitungsverfahren zur Verbesserung der Gleichungsformulierungen vorgeschlagen.

Danach wird eine geeignete mathematische Formulierung für die besondere Struktur der Matrixgleichungen linearer analoger Schaltungen eingeführt und für nichtlineare Komponenten wie Dioden und Transistoren erweitert. Darauf aufbauend werden Algorithmen vorgestellt, die speziell auf die Behandlung linearer Schaltungsgleichungen zugeschnitten sind. Dabei werden Alternativen vorgeschlagen, die eine Auswahl zwischen Rechengenauigkeit und Rechenzeit ermöglichen. Dies schließt auch Verfahren mit ein, mit der die Abweichung der Lösung komplexwertiger linearer Systeme aus der Frequenzbereichsanalyse genau eingegrenzt werden kann.

Schließlich wird das DC-Verhalten nichtlinearer Schaltungen mit unsicheren Parametern mit Hilfe eines erweiterten Intervall-Newton-Verfahrens analysiert. Insbesondere wird hier eine Methode gezeigt, die geeignet ist, eine verifizierte Lösunsgmenge um einen vorgegebenen Arbeitspunkt herum zu bestimmen.

Die in diesem Zusammenhang entwickelten Algorithmen werden durch ausführliche Beispiele mit Hilfe des Schaltungsanalysewerkzeuges Analog Insydes illustriert. Die Anwendbarkeit der vorgeschlagenen Methoden im analogen Schaltungsentwurf wird durch praktische Anwendung auf reale Bauelemente veranschaulicht.


Zuletzt geändert am 11 December 2005 12:39 Uhr