背景介绍： 电子线路工作过程中，常常会遇到某些（个）元器件承受的热电应力超过安全工作范围，而导致元器件的可靠性降低，严重地甚至会导致元器件烧毁，从而使电路不能正常工作。因此在电路设计中，一方面要防止电路中存在承受"过应力"的元器件，同时对于可靠性要求较高的电路，还要采用降额设计，提高元器件的工作寿命。
PSpice 的高级分析工具提供的电应力分析（Smoke）工具可以很容易地找出过应力器件，它能用于预测各元器件的电流、电压、温度等各应力参数是否满足制造厂商允许的最大额定范围，帮助我们设计出更可靠的电路。
接下来就来介绍一下如何进行PSpice AA电应力(Smoke)分析。
一、应力参数设置
步骤一：首先打开先前瞬态分析的工程，添加X:\cadence\SPB_X\tools\capture
\library\pspice\advanls\pspice_elem.olb库文件，将其中的variables元件摆放至原理图上，如图1所示。
图1 variables表
步骤二：其中的应力参数均为默认值，我们可以在表上统一修改应力参数，也可通过编辑元器件属性来修改某个元器件的应力参数，如图2所示。
图2 修改单个器件的应力参数
步骤三：Smoke工具对电阻最大功耗、最高温度以及最大压降进行计算和显示。电阻最大额定功率（POWER）通常指电阻工作于标准环境温度于额定温度之间时允许消耗的功率极限值。温度超过额定温度时，额定功率将按照指定的斜率(SLOPE)下降，最大额定温度（MAX_TEMP）处电阻的功率为零。图3表示电阻应力分析中使用的参数。
图3 电阻应力参数
步骤四：Smoke分析对电容额定电压的最大值、纹波电流最大值、反向电压最大值和串联电阻引起的最大损耗进行计算和显示。图4表示电容应力分析的参数。
Ø
ØØ 额定电压指电容能够连续工作的直流电压最大值
ØØ 额定温度指电容在额定电压下连续工作的最高环境温度
ØØ 纹波电流最大值指电容流入流出的交流电流有效值
ØØ 串联电阻引起的最大损耗是指纹波电流最大下导致串联电阻功率损耗值
图4 电容应力参数
步骤五：Smoke分析对电感的额定直流电流、最大介电强度以及串联电阻引起的最大功耗进行计算和显示。图5表示电感应力分析的参数。
图5 电感应力参数
步骤六：Smoke分析对电流源承受的最大电压和电压源承受的最大电流进行计算和显示。
图6 电源应力参数
步骤七：半导体器件应力参数通过模型编辑器进行定义，在原理图设计界面的绘图窗口下，点击半导体器件右键快捷菜单中选择"PSpice Model Editor"进行模型应力参数编辑。图7是双极型晶体管的应力参数表。
图7 双极型晶体管应力参数
二 、应力 分析
步骤一：应力参数设置完成后首先进行瞬态分析，得到时域波形，如图8所示。
图8 瞬态时域波形
步骤二：回到原理图设计窗口，执行PSpice → Advanced Analysis → Smoke，或是相应的菜单栏图标，即可运行电应力分析工具，出现电应力分析工具的窗口，如图9所示。
图9 应力分析波形
图9的Smoke工具窗口共分九列：
Ø 第一列是应力参数安全条件要求标识，绿旗表示所在行可调整，黄旗表示所在行不可调；
Ø Component列：元器件名称，用户如果只想显示某些元器件，可以在Smoke窗口的表格任意位置点击鼠标右键，在出现的快捷菜单中选择"Component Filter"子命令，可以在编辑框中输入元器件的标号，还可以结合适配符？或*，使得符合要求的元器件出现在Smoke窗口中。
Ø Parameter列：以缩写的方式显示应力参数名。如果需要显示这些应力参数名的详细解释，可以在Smoke窗口的表格任意位置点击鼠标右键，在出现的快捷菜单中选择"Parameter Descriptions"子命令，就可以得到详细参数名。
Ø Type列：应力参数值显示类型，Average表示平均值，RMS表示均方根值，Peak表示峰值。用户可以通过右键快捷菜单中点击Average Value、RMS Value和Peak Value进行选择不显示某个类型。
Ø Rated Value列：表示元器件供应方提供的该参数允许的最大工作条件。
Ø %Derating列：表示Smoke分析中对该应力参数采用的降额因子数值。该值应小于等于100。因为默认是采用"No Derating",即不降额，因此这一列显示的都是100，如果采用标准降额或者自定义降额，那么该列的数值取决于相应降额文件的设置。
Ø Max Derating列：表示该应力参数的安全工作条件范围，该列的数值等于第五列Rated Value的值乘以第六列%Derating
Ø Measured Value列：表示电路工作时该应力参数的实际工作值，是PSpice仿真的计算结果。
Ø %Max列：表示实际应力值与安全工作条件的比值，即Measured Value除以Max Derating。%Max栏用条状图形的相对长度来表示比值的大小，并用不同颜色表示应力参数值的状态： %Max>100%说明超出了安全工作极限值，用红色表示； %Max>=90%说明接近安全工作极限值，用黄色表示； %Max<90%说明在安全工作极限值内，用绿色表示。
三 、 降额因子
步骤一：应力分析默认是在"No Derating"设置下进行的。为了提高电路的特性，可以选用标准降额（Standard Derating）设置和自定义降额（Derating File）设置来进行应力分析。标准降额就是指采用系统内部设置的降额方法进行应力分析。调用的方式是在Smoke窗口下，单击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择执行Derating→Standard Derating命令，系统将自动配置相关的标准降额文件所规定的降额因子值，如图10所示。
图10 使用标准降额文件
步骤二：选择好后，需要重新运行仿真，执行RUN命令，重新启动Smoke工具，分析结果如图11所示。
图11 标准降额因子分析结果
步骤三：Smoke工具提供了标准的降额文件，但如果用户有自己特殊的降额需要，也可以自己建立自定义降额文件，达到相关元器件指定的降额因子需求。为了方便用户建立符合规定格式要求的降额文件，PSpice提供了降额文件模板，路径为安装目录下：..\cadence\SPB_X\tools\pspice\library\路径下有上述的标准降额的文件standard.drt,还有模板文件custom_derating_template.drt，均可用记事本打开，标准降额文件如图12所示。
图12 标准降额文件中相关参数的降额因子设置
步骤二：建议将standard.drt复制到自己的工程目录下，因为标准的降额文件包含的参数比模板文件更多一些，可以在标准降额基础上修改成自定义的降额文件。比如将电容的额定电压CV的降额因子修改为0.7，将最大纹波电流CI的降额因子修改为0.5。然后保存文本文档即可。对于降额文件中没有涉及的参数，降额因子默认为1。文件保存好后，在Smoke窗口下，选择执行Analysis→Smoke→Derating→Derate Setting命令，或者是在Smoke的显示窗口中点击右键快捷菜单中选择Derating→Custom Derate Files命令，,在弹出的对话框中添加并选择保存好的文件，如图13所示。重新运行仿真，即会使用修改的降额因子进行计算。
图13 使用自定义降额文件
四 、小结
本节主要介绍了如何使用PSpiceAA 应力分析，至此，我们介绍了PSpice高级分析工具中的四种工具：灵敏度Sensitivity分析工具、优化Optimizer分析工具、蒙特卡洛Monte Carlo分析工具和电应力Smoke分析工具。借助PSpice高级分析工具，可以轻松降低设计成本、加快工程师的生产力、提高制造的成品率，并增加设计的可靠性。