Pspice时域仿真不收敛问题

最近做的大创项目需要用到Pspice仿真，用的是Cadence 17.4。在遇到仿真不收敛的问题时，查阅搜索相关资料很少有给出详细的解决方法，基本上都是询问怎么解决，所以在这里系统的介绍Pspice仿真收敛问题来由和解决方法。(只看解决方法在文末图片)

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产生不收敛问题的原因

仿真的原理是软件在分析仿真电路时，是通过求解电流电压转换而来的方程组得到相关数据的。

这些方程组分为线性方程组和非线性方程组。线性方程组可以采用直接消元法、高斯消元法和分解法等，非线性方程组多种的使用迭代法，而迭代法不可避免的会产生不收敛的问题。（说白了就是算不出来）

以PSpice中使用最普遍的牛顿-拉夫逊(N-R)迭代法为例来说明。对于某一非线性方程，f(x)=0，N-R迭代关系式为：

x k + 1 = x k − f ( x ) f ‘ ( x ) x^{k+1}=x^k-\frac{f(x)}{f^‘(x)} xk+1=xk−f‘(x)f(x)​

当给定一个恰当迭代初值x0，代入式(1)进行迭代，产生一个迭代序列 x k + 1 {x^{k+1}} xk+1，直到 x k + 1 x^{k+1} xk+1和 x k x^k xk之间差的绝对值小于某个给定的允许误差ε为止。N-R迭代过程的几何解释如图l所示，首次迭代时k=0，xk=x0即为迭代初值，由x0求x1，再x1求x2，„，得到序列|xk+1|，最后收敛于真值x*。判断迭代结束的依据是2次x值之间的差小于给定误差ε，或者是迭代次数超过规定的最大迭代次数。由此可见，迭代过程出现不收敛的情况有以下几类：一是初值选取不恰当，如图1所示，若将迭代初值选为x＇，则迭代收敛于x的概率就很低；二是迭代次数过长，如果规定的迭代次数为30次，但是实际迭代30次时还未到达真值x，迭代被迫中止，也同样造成不收敛；三是规定的误差精度过高，也同样会造成迭代次数溢出，造成不收敛。要消除不收敛情况就必须从这3类情况入手。

详细内容在这里

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不收敛问题的解决方法

不收敛问题的一般报错：

ERROR(ORPSIM-15138): Convergence problem in transient analysis at Time = 116.4E-21. Time step = 116.4E-21, minimum allowable step size = 1.000E-18

就是在计算时迭代还没有达到计算的精度要求，但是步长已经小于要求的最小步长了，所以计算不出来。

在遇到不收敛问题的时候，一般需要修改的参数有：步长Maximum Step Size 、电压精度VNTOL、电流精度ANSTOL、一次迭代上限ITL4，参数具体含义如下：

ITL1：在DC分析和偏置点计算时以随机方式进行迭代次数上限，内定值为150;

ITL2：在DC分析和偏置点计算时根据以往情况选择初值进行的迭代次数上限，内定值为20；

ITL4：瞬态分析中任一点的迭代次数上限，注意，在SPice程序中有ITL3任选项，PSpice软件中则未采用ITL3，内定值为10；

RELTOL：设置计算电压和电流时的相对精度，内定值为0.001%；

VNTOL：设置计算电压时的精度，内定值为1.0μV；

ABSTOL：设置计算电流时的精度，内定值为1.0pA；

Maximum Step Size：步长决定了仿真点的密集程度，需要自己设置

遇到仿真问题时调整的思路：首先调节ITL4把单次能够迭代的次数提升，一般改成1000，然后增大步长或者减小电流电压精度。

电流电压精度和最大步长是相互制约的，要求步长足够小就可能不能保证精度；相反如果要求精度过高，就难以保证步长。

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