Характеристики программ моделирования

Характеристика	PSpice A/D	PSpice A/D Basics +	Micro-Cap V
1. Графический ввод схем	Да	Да	Да
2. Интерфейс с программами разработки печатных плат	Да	Да	Нет
3. Расчет режимов DC, AC, Transient	Да	Да	Да
4. Расчет шумов, спектров, вариация температуры	Да	Да	Да
5. Статистический анализ по методу Монте-Карло и расчет наихудшего случая	Да	Нет	Да
6. Применение функциональных зависимых источников	Да	Да	Да
7. Учет издержек распространения сигналов в цифровых компонентах	Да	Нет	Да
8. Наличие программ идентификации параметров моделей	Да	Нет	Да
9. Наличие модуля параметрической оптимизации	Да	Нет	Нет
10. Расчет целостности сигналов	Да	Нет	Нет

Основные характеристики Micro-Cap V:

– многостраничный графический редактор принципиальных схем, поддерживающий иерархические структуры;

– поведенческое моделирование аналоговых и цифровых компонентов, возможность описания цифровых компонентов с помощью логических выражений. В сочетании с библиотекой графических символов типовых операций (суммирование, вычитание, умножение, интегрирование, применение преобразования Лапласа и т.п.), позволяет моделировать динамические системы, заданные не только принципиальными, но и функциональными схемами;

– большая библиотека компонентов, включающая в себя наиболее популярные цифровые интегральные схемы дискретной логики и аналоговые компоненты типа диодов, биполярных и МОП-транзисторов, магнитных сердечников, линий передачи с потерями, макромоделей операционных усилителей, кварцевых резонаторов, датчиков Холла и т.п. Все эти модели написаны в стандартном формате SPICE и могут быть использованы программами фирм MicroSim, IntoSoft и др.;

– макромодели могут быть представлены в виде принципиальных электрических схем или в текстовом виде;

– графики результатов выводятся в процессе моделирования или после его окончания по выбору пользователя, имеются сервисные возможности обработки графиков;

– многовариантный анализ при вариации параметров и статистический анализ по методу Монте-Карло;

– имеется специальная программа MODEL для расчета параметров математических моделей аналоговых компонентов по справочным или экспериментальным данным;

– при наличии ошибок информация и них мгновенно появляется на экране (в PSpice большинство ошибок необходимо отыскивать в текстовом файле); имеется встроенные средства помощи;

– имеется электронная документация и контекстно-ориентированные средства помощи.

Если ранее фирма Spectrum Software выпускала две отдельные программы моделирования: Micro-Cap для моделирования аналоговых устройств и Micro-Logic для моделирования цифровых устройств (развивается с июня 1981), то версия Micro-Cap V позволяет моделировать и аналоговые, и цифровые устройства, и более того, смешанные аналого-цифровые устройства. При этом язык описания цифровых устройств заимствован у программы PSpice A/D. Однако нужно отметить, что программа МС5 поддерживает формат PSpice старых версий пакета Design Center. В последних же версиях ряд ключевых слов текстовых описаний претерпел незначительные изменения и появились новые возможности. Поэтому перед загрузкой в современные версии PSpice текстовых описаний схем, полученных с помощью программы МС5, может потребоваться их коррекция.

Для Micro-Cap V имеется также студенческая версия, которая предназначена для моделирования схем, содержащих не более 50 компонентов или 100 связей (число узлов + число индуктивностей + число источников сигналов). К тому же в ней отсутствует программа MODEL. Моделирование в студенческой версии выполняется в несколько раз медленнее, чем в профессиональной. Кроме того, в студенческой версии встроенные текстовые редакторы обрабатывают текстовые файлы размером не более 30 000 байт и к ней прикладываются сокращенные библиотеки математических моделей, компоненты и символы которых можно самостоятельно расширять. Однако, если прежде студенческие версии продавались, то для Micro-Cap V ее можно бесплатно получить по Internet, обративщись на Web-страницу https://www.spectrum-soft.com/demo.html.

Micro-Cap V выпускается для платформы IBM, NEC, Macintosh. Версии для IBM, NEC РС требуются:

– процессор не хуже 80386 (с сопроцессором);

– 15 МБ свободного пространства на жестком диске;

– операционная система Windows 3.1, Windows NT 3.1, Windows 95 или поздние версии и программа Win 32s (при наличии Windows 95– не нужна);

– рекомендуется ОЗУ 16 МБ;

– монитор VGA, SVGA, XVGA.

Изучение материала книги целесообразно проводить параллельно с работой на ПК, моделируя схемы, составленные совместно с Micro-Cap V и решая собственные проблемы.

Программа Micro-Cap V очень удобна для первоначального освоения схемотехнического моделирования электронных схем и рекомендуется для выполнения исследовательских работ, не предполагающих немедленной конструкторской реализации. Однако однозначно выбрать одну-единственную программу для применения в различных условиях невозможно. Существуют и другие аналогичные программ, краткие характеристики которых приведены ниже в алфавитном порядке.

APLAC 7.0 – предназначена для проектирования и моделирования электрических схем во временной и частотных областях. В ее состав могут входить как цифровые, так и аналоговые компоненты, в том числе устройства диапазона СВЧ.

Выполняются следующие виды расчетов:

– режим по постоянному току,

– частотные характеристики,

– спектральная плотность,

– коэффициент шума,

– чувствительность,

– параметрическая оптимизация,

– переходные процессы,

– спектры сигналов,

– анализ периодических режимов,

– статистический анализ по методу Монте-Карло.

В основном, этот набор довольно стандартен. Однако аналогичные расчеты проводятся обычно с помощью нескольких разных программ, а здесь они доступны в одной.

Другая важная особенность APLAC – наличие большого набора библиотек элементов принципиальных схем и отдельных блоков, применяемых в аналоговых и цифровых системах связи. По своему функциональному составу эти библиотеки превосходят библиотеки других систем. Кроме того, в состав APLAC входит подпрограмма расчета трехмерных электромагнитных полей микроплосковых конструкций и других устройств диапазона СВЧ.

Последнее, на что следует обратить внимание, это возможность ввода результатов измерений и вывода управляющих сигналов с помощью интерфейсных плит стандарта IEEE-488 (GPIB, HP-IB), как в системе LabView.

DesignLab 8.0 – интегрированный программный комплекс компании MicroSlim для сквозного проектирования аналоговых, цифровых и смешанных аналого-цифровых устройств, синтеза устройств программируемой логики и аналоговых фильтров. Проектирование начинается с ввода принципиальной схемы, ее моделирования и оптимизации и заканчивается созданием управляющих файлов в формате JEDEC для программаторов, разработкой печатной платы и выводом управляющих файлов для фотоплоттеров и сверлильных станков. Система DesignLab является развитием системы предыдущего поколения DesignСenter. Во всех этих системах широко известна программа моделирования PSpice. Если DesignСenter обеспечивал синтез устройств программируемой логики только типа PLD фирм Almera, AMD, Atmel, Cypress, ICT, Lattice, Motorola, PLX, Philips, Texas Instruments, Toshiba TriQuint, то в DesignLab включен интерфейс со средствами проектирования перепрограммируемых логических устройств FPGA фирмы Xilinx (в качестве средств проектирования используется программа XACT Step 6.0). В результате получена система, позволяющая разрабатывать PLD и FPGA, моделировать их на ПК совместно с другими аналоговыми и цифровыми компонентами, проектировать печатные платы и затем повторять моделирование с учетом паразитных эффектов, присущим реальным конструкциям.

Electronics Workbench 5.0 – в отличие от других программ схемотехнического моделирования на экране отображаются измерительные приборы с органами управления, максимально приближенными к реальности. Пользователь освобождается от изучения довольно абстрактных (хотя и не очень сложных) правил составления заданий на моделирование. Достаточно на схему поместить двухканальный осциллограф и генератор сигналов – программы сама «сообразит», что нужно анализировать переходные процессы. Если же на схеме разместить анализатор частотных характеристик, то будет рассчитан режим по постоянному току, выполнена линеаризация нелинейных компонентов и затем проведен расчет характеристик схем в частотной области. Диапазон анализируемых частот, коэффициента усиления и характер оцифровки данных (в линейном и логарифмическом масштабе) устанавливаются на лицевой панели с помощью мыши. Чтобы начать моделирование, достаточно щелкнуть выключателем. После этого на устройствах индикации цифровых вольтметров будет зафиксирован режим по постоянному току, на экране измерителя нарисованы частотные характеристики (амплитудно- или фазочастотные), а на экране осциллографа будут непрерывно изображаться эпюры напряжений до тех пор, пока не заполнится буферная память, а затем можно прекратить или обнулить память и продолжить наблюдения.

HyperSignal Block Diagram 4.0 – программа моделирования аналоговых и цифровых устройств, заданных функциональными схемами.

System View 1.9 – программа System View представляет собой великолепный конструктор, с помощью которого из стандартных «кубиков» строится функциональная схема. Слева от рабочего окна выбирается библиотека, щелчком по которой раскрывается ее содержание. Из каталога библиотеки выбирается нужный функциональный модуль, который мышкой переносится на схему, и затем производится автоматический синтез или задание вручную его параметров. После соединения всех функциональных модулей и подключения измерительных устройств задаются системные параметры (длительность интервала наблюдения, частота дискретизации, параметры быстрого преобразования Фурье) и выполняется моделирование. В отдельном окне просматриваются и обрабатываются результаты анализа (рассчет преобразование Фурье графиков, корреляционные и взаимно корреляционные функции, выполняются арифметические и тригонометрические операции, статистическая обработка данных и многое другое).

В заключение приведем адреса Internet, по которым можно получить оценочные (evaluation) или студенческие версии следующих программ:

APLAC – https://www.aplac.hut.fi/aplac;

DesignLab – https://www.microsim.com;

Electronics Workbench – https://www.interactiv.com;

HyperSignal Block Diagram – https://www.hyperception.com;

Micro-Cap – https://www.spectrum soft.com/demo.html;

System View – https://www.elanix.com.

Выводы по 1-му вопросу:

1. Основной задачей программных продуктов является оказание помощи разработчикам в разработке, моделировании и доводке принципиальных схем различных электронных устройств.

2. Программы схемотехнического моделирования позволяют работать как профессиональному электронщику, так и начинающему студенту.