Làm thế nào là các mạch sử dụng IC phức tạp thường được mô phỏng?


24

Tôi hiểu rằng đó là thông lệ trong thiết kế điện tử để mô phỏng một mạch trong một số chương trình gia vị trước khi xây dựng nó. Đôi khi, một dự án yêu cầu sử dụng các IC phức tạp, ví dụ như một IC thực hiện kiểm soát sạc cho pin Li-Po hoặc IC hoạt động như bộ điều khiển PWM. Các nhà sản xuất thường không tạo ra các mô hình gia vị của các loại thành phần phức tạp này. Tôi muốn tìm hiểu từ bất kỳ kỹ sư / nhà thiết kế điện tử nào họ làm gì trong tình huống này. Làm thế nào để bạn mô phỏng một mạch như vậy? Hoặc đó là một trường hợp làm việc với các thiết kế của nhà sản xuất được cung cấp trong phần ứng dụng của biểu dữ liệu và tin tưởng rằng các thiết kế sẽ hoạt động. Có lẽ bạn trừu tượng các IC này và mô phỏng các phần khác của mạch của bạn với loại tín hiệu đầu ra mà chúng sẽ cung cấp?

Tôi sẽ đánh giá cao bất kỳ ví dụ thực tế nào trong thế giới thực từ kinh nghiệm của bạn trong thiết kế điện tử để minh họa cách bạn tiếp cận mô phỏng các mạch sử dụng các IC ngoài kệ không có sẵn các mô hình gia vị.


Điều khiển sạc -> PWM không phát ra âm thanh IMHO tệ. Tôi sẽ cố gắng xây dựng IC với các khối chức năng lý tưởng và các bảng tra cứu (những thứ nhanh để mô phỏng) và xem liệu điều đó có giúp tôi đủ gần không. Nếu không, có nhiều cách để kết hợp VHDL và analog trong cùng một mô phỏng. Làm thế nào chính xác để bạn cần nó?
winny

Có mô phỏng tín hiệu hỗn hợp.
analogsystemsrf

Câu trả lời:


33

Theo kinh nghiệm của tôi, việc sử dụng rộng rãi mô phỏng toàn bộ bảng chủ yếu là một huyền thoại bên ngoài các mô phỏng vật lý trong RF.

Tất nhiên, các quy tắc mô phỏng cho thiết kế vi mạch, bởi vì chi phí tạo mẫu rất điên rồ, và đối với bất kỳ điều gì liên quan đến thiết kế HDL, nhưng đối với thiết bị điện tử nói chung, không quá nhiều.

Trường hợp sim thực sự hữu ích cho những thứ như bộ lọc và vòng điều khiển mà bạn thực sự muốn đảm bảo các điểm dừng và dịch pha là những gì bạn mong đợi, nhưng đây thường là một đốm nhỏ của nửa tá hoặc hơn một phần mà bạn có thể mô phỏng cách ly .

Nỗ lực mô phỏng toàn bộ một bảng có độ phức tạp hợp lý có xu hướng thất bại về độ ổn định số hoặc chỉ đơn giản là về thời gian chạy, nó sẽ phát nổ khi bạn bắt đầu thêm ký sinh trùng hợp lý.

Nói chung, bạn mô phỏng các bit mà bạn không chắc chắn, thường ít hơn 10% thiết kế (phần còn lại là 'kỹ thuật bảng dữ liệu' của nguồn cung cấp năng lượng và công cụ IO).


Hầu hết các nhà thiết kế điện tử trong thế giới thực thực sự tạo ra các mạch vật lý trên bảng mạch thay vì mô phỏng. Tuy nhiên, tôi biết một vài trường hợp ngoại lệ: Apple sử dụng Verilog để thiết kế bảng để mô phỏng gần như được tích hợp sẵn
slebetman

1
Chà, tôi không làm bánh mì (Khó chịu, không đáng tin cậy, những thứ điện dung), nhưng phải chết một cái gì đó trên một chút đồng phế liệu vì một chiếc thủy phi cơ khá bình thường quanh đây. Tôi đã cắt trước các vết pcb dày 0,4mm ở các độ rộng khác nhau (trở kháng) mà tôi có thể chỉ cần dán xuống khi cần thiết.
Dan Mills

15

Mặc dù có rất nhiều công cụ tồn tại, hai dạng mô phỏng chính là analog ( ví dụ SPICE, LTSPICE hoặc Simetrix ) và tính toàn vẹn tín hiệu (với thứ gì đó như Hyperlynx nếu bạn có túi rất sâu).

Có các công cụ phân tích sức mạnh, nhưng tôi đã thấy một số kết quả rất kỳ lạ không rõ ràng tương đương với thực tế vật lý.

Có các công cụ tín hiệu hỗn hợp, mặc dù phía kỹ thuật số có xu hướng hành vi.

Các vấn đề chúng tôi gặp phải là:

1 Không có mô hình mô phỏng tồn tại cho một phần. Nếu bạn có một bảng dữ liệu hoàn tất, bạn có thể làm cho một đâm đàng hoàng vào cán của riêng bạn hoặc sử dụng một phần mà không có một mô hình. Lăn mô hình của riêng bạn cho bất cứ điều gì không tầm thường là một bài tập rất tốn thời gian.

Lưu ý rằng bất cứ điều gì ngoài một nguyên thủy (diode, bóng bán dẫn hoặc thụ động đơn giản) là một mô hình hành vi phản ánh hoạt động của thiết bị ở trạng thái liên tục. Xem ghi chú ứng dụng này cho những gì thực sự trong một mô hình như vậy. Lưu ý rằng những thứ như ferrites và cuộn cảm rất phức tạp; mặc dù chúng có thể được mô hình hóa như một mạch (để đạt được phản hồi trong biểu dữ liệu), nó có thể rất tốn thời gian.

2 Thời gian chạy. Tôi đã mô phỏng toàn bộ đường dẫn điện cho ghế phóng để bao gồm EEDpin nhiệt như là một phần của đánh giá an toàn độc lập đối với thiết bị điện tử tuần tự. Vì các dây cáp cho các mạch điều khiển và bắn khá dài, chúng được mô phỏng như các cuộn dây biến áp được ghép lỏng lẻo. Mạch có lẽ chứa 40 phần tử và mất (trên một máy cao cấp đa lõi) trong hơn 30 giờ để thực hiện một lần chạy tạm thời.

3 Một số phần của mạch không thực sự phù hợp để mô phỏng hoặc không cần nó. Nếu tôi có một giai đoạn cách ly được ghép nối đơn giản để chuyển đổi một công tắc điều khiển, thì nó không cần mô phỏng nếu các bảng dữ liệu đã được sử dụng đúng cách (tất nhiên, đó là một chủ đề hoàn toàn khác vì tôi đã thấy nhiều thiết kế không phải là trường hợp đó) .

4 Trong mô phỏng tính toàn vẹn tín hiệu, hầu hết các trình giả lập không tính đến các trở kháng được kiểm soát là tốt nhất +/- 10% và sẽ thay đổi từng lớp. Mô phỏng như vậy rất hữu ích để xem các vấn đề thô, nhưng bạn vẫn có thể bị cắn bởi các chi tiết như vậy. Ngoài ra, hầu hết các trình giả lập không thể mô hình hóa đường dẫn trở lại (mặc dù mô phỏng bố cục bài đang trở nên tốt hơn).

5 Hầu như tất cả các mô hình mô phỏng là sự thỏa hiệp để phản ánh trường hợp sử dụng phổ biến nhất; Tôi đã phải sửa đổi các mô hình đáng kể để xem hành vi trường hợp góc.

Một hệ thống bảng đầy đủ (hoặc thường là nhiều bảng) sẽ bị cấm về thời gian để thực sự chạy, vì vậy chỉ có các phần chúng tôi quan tâm để kiểm tra được mô phỏng.

Một vấn đề khác là đối với các mô hình vĩ mô, hành vi khởi động không được xác định trong nhiều trường hợp và không có trình giả lập nào trên thế giới sẽ giúp ích nếu hành vi khởi động là quan trọng (vì nó có thể là thiết bị quan trọng trong an toàn bay) - bạn chỉ cần đo nó

Mô phỏng chắc chắn có thể giúp các nhà thiết kế, nhưng chúng không ở đâu gần hoàn hảo và không nên dựa vào hoạt động mạch thực tế ; chúng là chỉ dẫn của hoạt động mạch.


11

Khi sử dụng các IC như vậy, tôi thấy mình thường xuyên theo dõi "sách dạy nấu ăn" của nhà sản xuất. Điều này sẽ dẫn đến một mạch làm việc trong hầu hết các trường hợp và thường bạn có một mạch bạn có thể ít nhiều tích hợp vào thiết kế của bạn.

Nhưng trong một số trường hợp, tôi cũng xây dựng một mô hình SPICE cho một phần của mạch với các thành phần bên ngoài của nó. Ví dụ, đáp ứng tần số vòng phản hồi trong bộ điều chỉnh điện áp, đầu vào bộ so sánh với các nguồn hiện tại được chuyển đổi bên trong. Trong trường hợp này, tôi sử dụng các phần tử lý tưởng từ thư viện Spice và thêm các đặc điểm được chỉ định từ biểu dữ liệu vào nó, ví dụ như rò rỉ đầu vào, điện dung, điốt ESD. Đối với các thiết bị tốc độ cao kỹ thuật số, nhà sản xuất thường cung cấp các mô hình IBIS thường gọi là mô hình hành vi điện của đầu vào / đầu ra. Điều này cho phép phân tích tính toàn vẹn tín hiệu (có thể bao gồm PCB như một thành phần).

Mặc dù nhìn chung có thể đúng là bạn thường không tìm thấy các mô hình SPICE phức tạp hơn, tôi muốn đề cập đến Công nghệ tuyến tính / LTspice như một ngoại lệ, chúng cung cấp các mô hình cho các IC như bộ điều khiển PWM. Các nhà sản xuất khác cung cấp cho bạn các công cụ thiết kế dựa trên web hoặc bảng tính cho phép bạn ví dụ tính toán hiệu quả.


10

Tôi hiểu rằng đó là thông lệ trong thiết kế điện tử để mô phỏng một mạch trong một số chương trình gia vị trước khi xây dựng nó.

Tôi chưa thấy mô phỏng toàn bảng được sử dụng ngoại trừ các mạch nhỏ, đơn giản. Thay vào đó, toàn bộ bảng được phân tích thành các phần, và hầu hết các phương pháp thích hợp được sử dụng cho từng phần. Ví dụ, một hệ thống dựa trên vi điều khiển điển hình có thể được phân tích như sau:

  • Cung cấp năng lượng chuyển đổi chế độ sẽ được mô phỏng trong SPICE
  • Bộ sạc pin dựa trên IC sẽ được thiết kế dựa trên bảng dữ liệu và tính toán thủ công
  • Vi điều khiển sẽ được kết nối theo sơ đồ dữ liệu hoặc sơ đồ ví dụ của nhà sản xuất
  • Ăng ten vô tuyến sẽ được mô phỏng trong trình mô phỏng RF chuyên dụng hoặc được thiết kế theo thông số kỹ thuật mà nhà sản xuất đã xác minh

Và mọi ràng buộc giữa các bộ phận sẽ được xác minh thủ công, chẳng hạn như "vi điều khiển cần ít nhất 200 mA cung cấp" và "SMPS phải xử lý tải 500 mA".


2

Theo kinh nghiệm hạn chế của tôi, tôi đã thấy rằng tôi không cần phải mô phỏng toàn bộ hệ thống. Nói chung, chỉ có một phần nhỏ của mạch là khó hiểu. Và đối với điều đó, phiên bản demo của gia vị thường là đủ. Tương tự như vậy, trong mô hình phần tử hữu hạn, chỉ có một phần nhỏ của cấu trúc ăng-ten khó hiểu, vì vậy phiên bản demo của FEMAP là đủ.

Đối với vấn đề mô phỏng cụ thể của bạn, gia vị có các điều khoản để bạn xây dựng mô hình của riêng bạn về bất kỳ thiết bị nào bạn thích. Than ôi, điều này đòi hỏi một sự hiểu biết sâu sắc hơn một chút để có được kết quả tốt, nhưng nó có thể được thực hiện. (Tôi không nhớ nếu phiên bản demo của gia vị hỗ trợ điều này.)

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.