处理仿真结果

概览

本文将带您了解 Altium Designer 如何在仿真数据文件中存储、打开和组织仿真结果,并介绍如何在 SimData 编辑器中处理这些结果。您将清楚了解图表、绘图区和波形的概念,掌握管理和保存仿真运行结果、选择和比较波形数据,以及调整显示以便于分析的方法。本文还将重点介绍一些实用技巧,包括重新排列绘图区和波形、解读多轮仿真结果,以及调整可见内容,帮助您更有效地分析仿真行为。如果您希望更熟练地浏览和分析仿真输出,请继续阅读本指南。

- 了解仿真结果的存储位置、如何重新打开和管理这些结果,以及如何保存多次运行的结果。
- 理解仿真数据中图表、绘图区和波形的组织结构,以及如何在 SimData 编辑器中操作它们。
- 掌握筛选、比较、重新排列和显示波形数据的实用技巧,让分析更加轻松。
使用 AI 深入了解:

在配置并运行所需的分析后, 分析结果将写入仿真数据文件 (SDF)。该文件以项目名称命名 (<ProjectName>.sdf),并显示在 Projects 面板的 Generated\Simulation Documents 文件夹下。该文件会自动以文档选项卡的形式打开,并在 SimData 编辑器中呈现。这个功能丰富的环境可帮助您快速、高效地分析仿真结果,从而评估和调试设计,最终对设计的运行充满信心。 请注意,虽然该文件已创建,但最初尚未保存。

使用仿真结果列表

已执行的仿真运行显示在 Simulation Dashboard 面板的 Results 区域中。特定结果条目右侧的  按钮提供以下操作:

  • Show Results – 重新打开该次运行的结果。您也可以双击结果名称将其重新打开。
  • Load Profile – 将该次运行的分析设置恢复到 Simulation Dashboard 面板的 Analysis Setup & Run 区域中的相应位置。
  • Edit Title – 重命名结果条目。默认情况下,结果以分析名称命名。
  • Edit Description – 编辑结果条目的描述。 默认情况下,描述反映该次运行的关键参数。您也可以单击描述字段进行编辑。
  • Delete – 删除结果条目。

使用 Simulation Dashboard 面板的 Results 区域管理仿真结果。
使用 Simulation Dashboard 面板的 Results 区域管理仿真结果。

您还可以切换仿真结果条目对应的锁定图标 (/),以保留该次运行的结果。之后运行同类型分析时,新结果将以递增的数字后缀重新命名。锁定仿真结果可让您累积同一分析类型的多次运行结果。

图表、绘图区和波形

仿真数据文件基本上可分为三个组成部分:

  • 图表
  • 绘图区
  • 波形

图表可以看作 SDF 文件中的一个“页面”。一个 SDF 文件可以包含多个图表,每个图表的内容取决于所执行的分析类型。绘图区是以图形方式显示数据的区域,可用于显示一个或多个波形。一个图表可以包含多个绘图区。波形表示从设计中特定点或节点采集的分析数据。

了解仿真结果中的不同元素
了解仿真结果中的不同元素

运行仿真时,系统会为每种分析类型创建单独的图表。单击设计空间底部以分析类型命名的选项卡,即可访问对应的图表。 使用数字小键盘上的 + 和 - 键,可快速切换多个分析结果图表。

访问仿真分析结果。单击相应的选项卡可查看该分析类型的结果。
访问仿真分析结果。单击相应的选项卡可查看该分析类型的结果。

对于生成波形数据的分析,图表中包含的绘图区数量取决于分析类型、添加到原理图中的探针,以及配置该分析类型时添加的输出表达式。

某些仿真分析类型生成的图表不包含绘图区和/或波形。例如,工作点分析的图表显示文本数据。极点-零点分析的图表包含一个绘图区,但其中显示的是图形化的极点 (X) 和零点 (0) 标记,而不是通常意义上的“模拟波形”。

SimData 编辑器使用技巧:

  • 单击并按住波形名称,然后将其拖动到其他绘图区,即可将波形从一个绘图区移至另一个绘图区。
  • 要在新的独立绘图区中显示现有波形,请双击波形名称,然后在 Edit Waveform 对话框的 Plot Number 下拉列表中选择 New Plot。
  • 要放大查看绘图区中的某个区域,请按住鼠标左键拖出一个矩形,以定义新的视图区域。要恢复视图,请右键单击并选择 Fit Document。
  • 双击绘图区内的任意位置可打开 Plot Options 对话框,您可以在其中配置标题、网格线和线条样式。
  • 双击坐标轴可设置该坐标轴的标签并进行配置。
  • 双击图表标题可打开 Chart Options 对话框,您可以在其中为图表命名;如果当前已启用游标,还可以配置在该绘图区中显示哪些游标测量值。
  • 从菜单中选择 Tools » Document Options 可打开 Document Options 对话框,您可以在其中配置颜色、各种波形、图表和绘图区元素(包括数据点)的可见性,并定义 FFT 长度。

选择波形

单击波形名称即可在设计空间中选择该波形。选中后,波形颜色会加深,其名称左侧会出现一个圆点。系统会以该波形的名称为范围应用过滤。当前图表中所有名称不同的其他波形都将被遮罩(变暗)。

  • 如果当前图表中存在多个同名波形,未选中的同名波形仍将保持完全可见。
  • 使用 Shift+Click 快捷键可选择多个波形。 在波形密集的绘图区中,这有助于比较部分波形。

单击设计空间右下角的 Mask Level 按钮,可显示 Mask Level 滑块,用于控制遮罩程度。

单击波形名称以选择波形,并使用右下角的按钮和滑块设置遮罩级别。
单击波形名称以选择波形,并使用右下角的按钮和滑块设置遮罩级别。

要清除过滤并恢复所有绘图区的完全可见状态,请单击设计空间右下角的 Clear 按钮,或使用主菜单中的 Wave » Clear Filter 命令(快捷键:Esc、Shift+C)。 此前选中的波形(其名称用作所应用过滤器的范围)将被取消选择。

如果绘图区中包含大量波形,将显示滚动功能。单击可用的按钮,即可滚动查看绘图区中包含的所有波形名称。

显示多轮运行结果

温度扫描、 参数扫描和 蒙特卡洛分析 都是对基本分析类型(例如交流扫描、瞬态分析等)执行多轮运行的仿真功能,每轮运行都会改变一个或多个电路参数。在 SimData 编辑器中显示结果时,相关绘图区会包含多轮运行的波形,并在波形名称后添加一个字母和一个数字来标识每轮运行(例如 v(Output) p1、 v(Output) p2 等)。字母用于表示多轮运行的分析类型:

  • t – 温度扫描
  • p – 参数扫描
  • m – 蒙特卡洛

该数字表示实际的扫描轮次。

参数扫描分析结果示例
参数扫描分析结果示例

单击波形名称时,该轮扫描所用参数的信息将显示在绘图区下方和状态栏中。 此外, 如果在 Document Options 对话框(Tools » Document Options)中启用了 Highlight Similar Waves 选项,使用相同参数值的其他波形也会高亮显示。

单击特定扫描轮次的波形,可查看其参数,并高亮显示同一轮次的其他波形。
单击特定扫描轮次的波形,可查看其参数,并高亮显示同一轮次的其他波形。

控制可见绘图区的数量

分析结果首次写入 SDF 文件时,默认会以最佳方式显示,即根据分析生成的绘图区数量,一次显示一到四个绘图区。例如,如果有三个绘图区,图表将自动配置为同时显示全部三个绘图区。如果有六个绘图区,图表将自动配置为一次显示四个绘图区,依此类推。您可以通过配置 Document Options 对话框中的 Number of Plots Visible 选项,更改“可见”绘图区的数量。要打开当前 SDF 文件的该对话框,请从主菜单中选择 Tools » Document Options。

在 Document Options 对话框中定义的设置可以仅应用于当前图表,也可以应用于当前 SDF 文件中的所有图表,和/或保存为默认选项,以应用于此后生成的所有图表。使用对话框左下角的下拉列表选择所需选项。

在 Document Options 对话框中选择所需的 Number of Plots Visible。
在 Document Options 对话框中选择所需的 Number of Plots Visible。

将可见绘图区数量设置为 All 后,通常可以在设计空间中同时看到所有绘图区 (当然,这取决于分析生成的绘图区数量)。 这可视为一种“草稿模式”,便于快速概览生成的波形。

 

如果要更详细地分析波形,应从显示全部绘图区切换为显示指定数量的绘图区。设计空间中同时显示的绘图区越少,就越容易专注于某个特定波形并对其进行测量。如果要使用调整显示范围(X 轴和/或 Y 轴)、添加 Y 轴以及绘图区标注等功能,则需要将 Number of Plots Visible 选项设置为 All 以外的值。

重新排列绘图区和波形

您可以通过单击并拖动来更改绘图区在图表中的排列顺序。 首先,确保要移动的绘图区在设计空间中处于活动状态。当 Number of Plots Visible 设置为 All 时,活动绘图区的波形名称区域周围会显示实线边框; 如果 Number of Plots Visible 设置为 2、3 或 4,则活动绘图区的显示区域左侧会出现一个箭头。然后,在波形名称区域内单击(避开名称本身),并按需向上或向下拖动。此时会出现一条线,指示松开鼠标按钮后,正在移动的绘图区将放置在哪个绘图区的下方。

与绘图区一样,波形本身也可以在绘图区之间移动。单击波形名称并将其拖动到所需的目标绘图区。目标绘图区的 Y 轴顶部会出现一个箭头。无论当前可见绘图区有多少,都可以执行移动操作。

您也可以双击波形名称,然后在打开的 Edit Waveform 对话框的 Plot Number 下拉列表中选择 New Plot,将波形移动到新的绘图区。 完成此操作后,可能需要更改可见绘图区的数量,这可在 Document Options 对话框(Tools » Document Options)中进行。

使用 Edit Waveform 对话框将波形移动到新的绘图区。
使用 Edit Waveform 对话框将波形移动到新的绘图区。

以下视频演示了重新排列绘图区和波形的过程。

绘图区和波形重新排列方法演示。

  • 通过 Shift+Click 快捷键在同一绘图区或不同绘图区中选中的多个波形,也可以通过拖放移动到另一个绘图区。
  • 移动后,您可能需要调整 Y 轴,以更好地“适配”这些波形。 当移入波形的幅度大于目标绘图区中原有波形的幅度时,尤其如此。有关调整绘图区坐标轴的更多信息,请参阅“更改坐标轴”一节。

放大数据

您可以更改活动绘图区的缩放比例,以便在分析波形数据时放大或缩小显示。使用 View 主菜单中专用的 Zoom In 和 缩小 命令,分别进行放大或缩小。也可以在感兴趣的位置周围单击并拖出一个矩形选框,以放大查看该区域。

更改某个绘图区中数据的缩放比例时,其他绘图区不会随之改变。在 Document Options 对话框中禁用 Zoom Plots Separately 选项后,更改某个绘图区中数据的缩放比例时,相同的缩放比例将应用于所有绘图区。

  • 要使用 Zoom In 和 缩小 命令以鼠标指针位置为中心进行缩放,请先将指针移至所需位置,然后使用键盘快捷键执行命令:PgUp 用于放大,PgDn 用于缩小。
  • 使用 Z 键盘快捷键可打开缩放命令的弹出菜单:
    • Zoom All – 完整显示当前图表中的所有波形。
    • Zoom In – 以当前图表中各相关波形绘图区的中心位置为基准,拉近(放大)波形。
    • Zoom Out – 以图表中各相关波形绘图区的中心位置为基准,拉远(缩小)波形。

要恢复波形的初始显示状态(未放大),请从主菜单 View 或设计空间的右键菜单中执行 Fit Document 命令(快捷键:Ctrl+PgDn)。

以下视频演示了放大仿真结果数据的过程。

数据放大方法演示。

为绘图区定义多个 Y 轴

有时,仅使用一个 Y 轴无法满足需求。例如,您可能希望在同一绘图中对比电流和电压信号。电压信号可能达到 5V,而电流信号可能只有毫安或微安量级。为了使波形清晰可读,SimData 编辑器支持使用多个 Y 轴。

请看下图中的波形。其中一个表示输入电压,另一个表示流经电阻的电流。如果将电流波形移到电压波形所在的绘图中,您会发现,按照绘图现有 Y 轴的比例显示时,电流波形几乎无法辨认。更好的做法是定义一个新的 Y 轴,结果如下所示。

可通过以下任一方式为电流波形添加新的 Y 轴:

  • 右键单击波形名称,选择 Edit Wave,然后在弹出的 Edit Waveform 对话框中,从 Axis Number 下拉列表中选择 New Axis。


    使用 Edit Waveform 对话框为波形设置新的 Y 轴。
  • 添加新的 Y 轴 (Plot » Add Y Axis),然后将电流波形拖到该轴上以建立关联。

波形的新 Y 轴(自动缩放)将添加到现有 Y 轴的左侧。这样即可在同一绘图中清晰地查看各个波形。

 

要从定义了多个 Y 轴的绘图中移除某个 Y 轴,请单击选中该轴,然后执行 Plot » Remove Y Axis 命令。也可以右键单击该轴,然后从上下文菜单中选择 Delete Axis。

删除 Y 轴也会删除与其关联的波形。当然,您随时可以从 Sim Data 面板的 Source Data 区域将该波形重新添加到绘图中。不过,如果希望只移除坐标轴而保留波形,则需要先解除波形与该轴的关联。单击波形名称,并将其拖到要保留的 Y 轴上。随后即可安全地移除多余的 Y 轴。

显示数据点

如果您不确定波形的精度,例如波形看起来尖锐且呈锯齿状,而不是平滑的曲线,可以启用数据点显示,以检查结果的计算频率是否足够高。

要显示这些点,请在 Document Options 对话框中启用 Show Data Points 选项。波形上每个经过数据计算的点都会显示一个小圆圈。

使用 Show Data Points 选项直观查看波形的精度。
使用 Show Data Points 选项直观查看波形的精度。

有关更多信息,请参阅 配置和运行仿真——在精度与性能之间取得平衡 页面。

快速傅里叶变换

使用 Chart » Create FFT Chart 命令,可以快速对当前图表中的每个波形执行快速傅里叶变换。结果将存储并显示在一个新图表中,该图表按 <SourceChartName>_FFT 格式命名,并添加到 SDF 文件中现有图表的右侧。

在 Document Options 对话框 (Tools » Document Options) 中设置 FFT Length。默认长度为 128。

使用 Create FFT Chart 命令执行快速傅里叶变换。
使用 Create FFT Chart 命令执行快速傅里叶变换。

图表、绘图和波形管理的其他功能

请参阅以下各节,了解图表、绘图和波形管理的其他功能。

处理文本数据

为工作点和传递函数分析类型创建的图表不包含绘图和/或波形,而是显示文本数据。在这种情况下,一个“波形”表示一个计算值。在 Sim Data 面板的 Source Data 列表中选择相应条目,然后单击 Add Wave to Plot 按钮,即可将所需的值添加到图表中。

添加瞬态函数分析计算值的示例。
添加瞬态函数分析计算值的示例。

使用主菜单中的 Tools » Copy to Clipboard as Text 命令,可将文本信息复制到剪贴板。

处理数字绘图

数字绘图表示数字节点的逻辑电平:0 或 1。下图展示了一个数字绘图示例。

数字绘图示例
数字绘图示例

数字波形还可以分别使用双线和三线波形段来显示未定义状态和高阻态。

数字图中显示的未定义状态(第一张图)和高阻态(第二张图)。 
数字图中显示的未定义状态(第一张图)和高阻态(第二张图)。

请注意,测量游标分别用“X”和“Z”表示 未定义状态和高阻态。

测量游标对 未定义状态和高阻态的表示。

测量游标对 未定义状态和高阻态的表示。

  • 数字图没有 Y 轴,因为数字波形仅显示数字电平。另请注意,数字波形和模拟波形不能混合显示在同一个图中。
  • 可以对数字波形应用布尔函数。生成的 波形仍为数字波形,即仍显示在数字图中。其他运算则会将 生成的波形 转换为模拟波形。

处理测量结果

查看仿真结果文档时,测量的结果 数据会显示在 Sim Data 面板的 Measurements 选项卡上。

有多种功能可帮助您分析 仿真测量结果,包括:

  • 选择一个测量值,然后单击 Show on chart 按钮,即可在图中显示测量游标,突出显示 用于计算该测量值的区域。 了解有关基于游标的测量的更多信息。

    使用 Show on chart 按钮可将测量结果可视化。
    使用 Show on chart 按钮可将测量结果可视化。

  • 单击 Add 按钮可打开 Add Waves to Plot 对话框,在其中定义新的波形及其测量项。
  • 单击  按钮可打开 Edit Waveform 对话框,在其中编辑现有波形和当前定义的测量项; 无需返回 Simulation Dashboard 面板。

当仿真结果文档包含多次分析运行的波形时(例如执行温度扫描或蒙特卡洛分析时),每个波形都会有一个测量值。此时,测量表将显示在 Sim Data 面板的 Measurements 选项卡上,并可使用以下功能:

  • 自动计算测量统计数据,并将其显示在 Sim Data 面板的下方区域。

  • 单击 Sim Data 面板中的 Expand the table 控件,可显示完整的测量结果表。该表将显示在 Measurement Table 图表中。可以选择并复制表中的数据(例如, 将其 粘贴到 电子表格中)。

  • 使用 Plot 按钮生成绘图。例如,执行参数扫描后,可以创建测量值随扫描参数变化的关系图。该图将添加到 Measurement Plot 图表中。

  • 使用 Histogram 按钮生成直方图,以直观呈现数据分布。直方图将添加到 Measurement Histogram 图表中。

 

进行直接测量

SimData 编辑器提供了直接在设计空间内获取测量信息的功能。选中波形后,会自动显示其基本测量数据。如果您希望进行更精确的测量,可以使用专用测量游标,以更具交互性的方式进行测量。

所选波形的测量数据

所选波形的常规测量数据显示在 Sim Data 面板的 Waveform Measurements 区域中。

所选波形的常规测量数据。
所选波形的常规测量数据。

数据直接根据波形本身计算,完全不涉及测量游标。计算的数据如下:

Rise Time 信号从顶线值与基线值之差的 10% 变化到 90% 所需的时间。仅当所选信号为基于功率的信号(混合信号仿真),或为信号完整性分析生成的波形时,才提供此测量数据。
Fall Time 信号从顶线值与基线值之差的 90% 变化到 10% 所需的时间。仅当所选信号为基于功率的信号(混合信号仿真),或为信号完整性分析生成的波形时,才提供此测量数据。
Min 波形达到的最小值。同时还会显示该点对应的 X 轴值。
Max 波形达到的最大值。同时还会显示该点对应的 X 轴值。
Base Line 信号波形低电平的稳态值。在信号完整性分析波形图中,此值尤为明显,信号会围绕该基线值发生振铃(下冲)。
Top Line 信号波形高电平的稳态值。在信号完整性分析波形图中,此值尤为明显,信号会围绕该顶线值发生振铃(过冲)。

基于游标的测量

使用 SimData 编辑器的专用测量游标,可以进行精确的数据测量。共有两个游标:游标 A 和游标 B,可将它们添加到设计空间中的同一波形或不同波形上。

在当前活动图表中,每个游标(A 或 B)只能使用一次。如果您要将某个游标分配给一个波形,而另一个波形已在使用该游标,则该游标将被重新分配给新波形。

可以通过以下两种方式之一添加测量游标:

  • 选择波形,然后使用 Wave » Cursor A 或 Wave » Cursor B 命令。
  • 右键单击波形名称,然后从上下文 菜单中选择“游标 A”或“游标 B”。

添加的游标将以标签形式显示在波形所在绘图的顶部,其颜色与所分配的波形相同。绘图中会出现与波形相交的十字线。单击并拖动游标标签即可移动游标。

游标的交点和标签
游标的交点和标签

当您将鼠标指针移至绘图区域上方时,状态栏的最左侧会显示 XY 坐标值。

测量数据显示在 Sim Data 面板的 Measurement Cursors 区域中。您还可以启用在设计空间内显示测量数据的功能。此设置位于 Chart Options 对话框(Chart » Chart Options)的 Cursors 选项卡中。

Chart Options 对话框的 Cursors 选项卡
Chart Options 对话框的 Cursors 选项卡

光标测量功能是否可用(包括设计空间中和 Sim Data 面板上的测量功能) 取决于测量光标的分配方式:

  • 如果只使用一个光标,则只能读取光标交点的 XY 值。

  • 如果在不同波形上添加了两个光标,则可以测量:

    • XY 值

    • B-A

  • 如果在同一波形上添加了两个光标,则可以测量:

    • XY 值

    • B-A

    • A..B 区间最小值

    • A..B 区间最大值

    • A..B 区间平均值

    • A..B 区间交流有效值

    • A..B 区间有效值

    • A..B 区间频率

 

单击光标的标签以选中光标, 即可使用主 Wave 菜单中 用于操作该光标的一系列命令。您可以 将光标移至波形的最大值点或最小值点, 也可以快速跳转至下一个/上一个波峰或波谷。

要移除光标, 请使用主菜单中的 Wave » Cursor A 或 Wave » Cursor B 命令,或者右键单击光标标签,然后从上下文菜单中选择 Cursor Off 命令。

交叉探查原理图

SimData 编辑器支持从选定波形交叉探查到电路中对应的分析节点,该波形的结果正是从该电路中采集得到的。 

要使用此功能,请右键单击设计空间中的波形名称,然后从弹出菜单中选择 Cross Probe to Schematic。源原理图文档将成为活动文档,相应节点也会按照 Preferences 对话框的 系统 – 导航页面 上定义的 Highlight Methods 设置高亮显示。

只有通过原理图电路分析采集到数据的波形才支持交叉探查。如果您通过应用数学表达式编辑了源波形,或者创建了新波形,则无法进行交叉探查。
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