Elektronisk kretssimulering

Elektronisk kretssimulering använder matematiska modeller för att replikera beteendet hos en verklig elektronisk enhet eller krets. Simuleringsprogramvara möjliggör modellering av kretsdrift och är ett ovärderligt analysverktyg. På grund av dess mycket exakta modelleringsförmåga använder många högskolor och universitet denna typ av programvara för undervisning av elektroniktekniker och elektronikingenjörsprogram . Programvara för elektroniksimulering engagerar sina användare genom att integrera dem i inlärningsupplevelsen. Dessa typer av interaktioner engagerar aktivt eleverna att analysera, syntetisera , organisera och utvärdera innehåll och resulterar i att eleverna konstruerar sin egen kunskap.

Att simulera en krets beteende innan den faktiskt byggs kan avsevärt förbättra designeffektiviteten genom att göra felaktiga konstruktioner kända som sådana, och ge insikt i beteendet hos elektronikkretsdesigner. Speciellt för integrerade kretsar är verktyget ( fotomasker ) dyrt, bryggbrädor är opraktiska och att undersöka beteendet hos interna signaler är extremt svårt. Därför är nästan all IC-design starkt beroende av simulering. Den mest kända analoga simulatorn är SPICE . Förmodligen de mest kända digitala simulatorerna är de som är baserade på Verilog och VHDL .

CircuitLogix elektronik simuleringsprogram.

Vissa elektroniksimulatorer integrerar en schematisk editor , en simuleringsmotor och vågformsvisning på skärmen (se figur 1), vilket gör det möjligt för designers att snabbt modifiera en simulerad krets och se vilken effekt ändringarna har på utgången. De innehåller också vanligtvis omfattande modell- och enhetsbibliotek. Dessa modeller inkluderar vanligtvis IC-specifika transistormodeller som BSIM, generiska komponenter som motstånd , kondensatorer , induktorer och transformatorer , användardefinierade modeller (som styrda ström- och spänningskällor, eller modeller i Verilog-A eller VHDL-AMS ). Design av tryckta kretskort (PCB) kräver också specifika modeller, såsom transmissionsledningar för spåren och IBIS -modeller för drivning och mottagning av elektronik.

Typer

Även om det finns strikt analoga elektronikkretssimulatorer, inkluderar populära simulatorer ofta både analoga och händelsedrivna digitala simuleringsmöjligheter, och är kända som mixed-mode simulatorer. Detta innebär att vilken simulering som helst kan innehålla komponenter som är analoga, händelsedrivna (digitala eller samplade data), eller en kombination av båda. En hel blandad signalanalys kan drivas från ett integrerat schema. Alla digitala modeller i mixed-mode simulatorer ger exakta specifikationer av fortplantningstid och stig-/falltidsfördröjningar.

Den händelsedrivna algoritmen som tillhandahålls av mixed-mode simulatorer är allmänt ändamål och stöder icke-digitala typer av data. Till exempel kan element använda reella värden eller heltalsvärden för att simulera DSP-funktioner eller samplade datafilter. Eftersom den händelsedrivna algoritmen är snabbare än SPICE-matrisens standardlösning, reduceras simuleringstiden avsevärt för kretsar som använder händelsedrivna modeller istället för analoga modeller.

Mixed-mode simulering hanteras på tre nivåer; (a) med primitiva digitala element som använder tidsmodeller och den inbyggda 12 eller 16 tillstånds digitala logiksimulatorn, (b) med subkretsmodeller som använder den faktiska transistortopologin för den integrerade kretsen, och slutligen, (c) med In- linje booleska logiska uttryck.

Exakta representationer används huvudsakligen vid analys av problem med transmissionsledningar och signalintegritet där en noggrann inspektion av en IC:s I/O-egenskaper behövs. Booleska logiska uttryck är fördröjningsfria funktioner som används för att tillhandahålla effektiv logisk signalbehandling i en analog miljö. Dessa två modelleringstekniker använder SPICE för att lösa ett problem medan den tredje metoden, digitala primitiver, använder mixed mode-kapacitet. Var och en av dessa metoder har sina fördelar och målapplikationer. Faktum är att många simuleringar (särskilt de som använder A/D-teknik) kräver en kombination av alla tre metoder. Inget tillvägagångssätt ensamt är tillräckligt.

En annan typ av simulering som huvudsakligen används för kraftelektronik representerar bitvis linjära algoritmer. Dessa algoritmer använder en analog (linjär) simulering tills en elektrisk strömbrytare ändrar tillstånd. Vid denna tidpunkt beräknas en ny analog modell att användas för nästa simuleringsperiod. Denna metod förbättrar både simuleringshastigheten och stabiliteten avsevärt.

Komplexiteter

Processvariationer uppstår när konstruktionen tillverkas och kretssimulatorer tar ofta inte hänsyn till dessa variationer. Dessa variationer kan vara små, men tillsammans kan de ändra uteffekten av ett chip avsevärt.

Temperaturvariationer kan också modelleras för att simulera kretsens prestanda genom temperaturområden.

Se även

Koncept:

HDL:

Listor:

Programvara:

^ "Nackdelar och fördelar med simuleringar i onlineutbildning" . Arkiverad från originalet 2010-12-16 . Hämtad 2011-03-11 .
^ Mengue och Vignat, inträde i universitetet i Marne, i Vallee
^ Fishwick, P. "Tillträde i University of Florida" . Arkiverad från originalet 2000-05-19.
^ Pedro, J; Carvalho, N. "Inträde i Universidade de Aveiro, Portugal" (PDF) . Arkiverad från originalet (PDF) 2012-02-07 . Hämtad 2007-04-27 .
^ L. Walken och M. Bruckner, händelsedriven multimodal teknologi arkiverad 2007-05-05 på Wayback Machine
^ Pejovic, P.; Maksimovic, D. (13 maj 1995). "En ny algoritm för simulering av kraftelektroniska system med hjälp av styckvis linjära enhetsmodeller" . IEEE-transaktioner på kraftelektronik . 10 (3): 340–348. Bibcode : 1995ITPE...10..340P . doi : 10.1109/63.388000 – via IEEE Xplore.
^ Allmeling, JH; Hammer, WP (13 juli 1999). "PLECS-bitvis linjär elektrisk kretssimulering för Simulink" . Proceedings of the IEEE 1999 International Conference on Power Electronics and Drive Systems. PEDS'99 (kat. nr. 99TH8475) . Vol. 1. s. 355–360 vol.1. doi : 10.1109/PEDS.1999.794588 . ISBN 0-7803-5769-8 . S2CID 111196369 – via IEEE Xplore.
^ Ohnari, Mikihiko (1998). Simuleringsteknik . Ohmsha. ISBN 9784274902178 . Hämtad 12 oktober 2022 .

externa länkar

[1] "Nackdelar och fördelar med simuleringar i onlineutbildning" . Arkiverad från originalet 2010-12-16 . Hämtad 2011-03-11 .

[2] Mengue och Vignat, inträde i universitetet i Marne, i Vallee

[3] Fishwick, P. "Tillträde i University of Florida" . Arkiverad från originalet 2000-05-19.

[4] Pedro, J; Carvalho, N. "Inträde i Universidade de Aveiro, Portugal" (PDF) . Arkiverad från originalet (PDF) 2012-02-07 . Hämtad 2007-04-27 .

[5] L. Walken och M. Bruckner, händelsedriven multimodal teknologi arkiverad 2007-05-05 på Wayback Machine

[6] Pejovic, P.; Maksimovic, D. (13 maj 1995). "En ny algoritm för simulering av kraftelektroniska system med hjälp av styckvis linjära enhetsmodeller" . IEEE-transaktioner på kraftelektronik . 10 (3): 340–348. Bibcode : 1995ITPE...10..340P . doi : 10.1109/63.388000 – via IEEE Xplore.

[7] Allmeling, JH; Hammer, WP (13 juli 1999). "PLECS-bitvis linjär elektrisk kretssimulering för Simulink" . Proceedings of the IEEE 1999 International Conference on Power Electronics and Drive Systems. PEDS'99 (kat. nr. 99TH8475) . Vol. 1. s. 355–360 vol.1. doi : 10.1109/PEDS.1999.794588 . ISBN 0-7803-5769-8 . S2CID 111196369 – via IEEE Xplore.

[8] Ohnari, Mikihiko (1998). Simuleringsteknik . Ohmsha. ISBN 9784274902178 . Hämtad 12 oktober 2022 .