วงจรที่ใช้ไอซีเชิงซ้อนที่จำลองแบบปกติเป็นอย่างไร

ฉันเข้าใจว่าเป็นเรื่องธรรมดาในการออกแบบทางอิเล็กทรอนิกส์เพื่อจำลองวงจรในโปรแกรมเครื่องเทศบางอย่างก่อนที่จะสร้าง บางครั้งโครงการต้องใช้ไอซีที่ซับซ้อนเช่น IC ซึ่งดำเนินการควบคุมการประจุสำหรับแบตเตอรี่ Li-Po หรือ IC ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวควบคุม PWM โดยทั่วไปผู้ผลิตจะไม่สร้างแบบจำลองเครื่องเทศของส่วนประกอบที่ซับซ้อนเหล่านี้ ฉันอยากรู้ว่าวิศวกร / นักออกแบบอิเล็กทรอนิกส์คนใดทำอะไรในสถานการณ์นี้ คุณจำลองวงจรดังกล่าวได้อย่างไร หรือเป็นกรณีของการทำงานกับการออกแบบของผู้ผลิตที่ให้ไว้ในส่วนแอปพลิเคชันของแผ่นข้อมูลและเชื่อมั่นว่าการออกแบบจะทำงานได้ บางทีคุณอาจสรุปวงจรรวมเหล่านี้และจำลองส่วนอื่น ๆ ของวงจรของคุณด้วยสัญญาณเอาต์พุตที่พวกเขาจะให้ได้?

ฉันขอขอบคุณตัวอย่างจริงที่ใช้งานได้จริงจากประสบการณ์ของคุณในการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์เพื่อแสดงให้เห็นว่าคุณเข้าใกล้การจำลองวงจรที่ใช้ประโยชน์จากไอซีชั้นวางที่ไม่มีโมเดลเครื่องเทศ

จากประสบการณ์ของฉันการใช้การจำลองแบบทั่วกระดานอย่างกว้างขวางนั้นส่วนใหญ่เป็นตำนานนอกการจำลองทางฟิสิกส์ใน RF

แน่นอนว่ากฎการจำลองสถานการณ์สำหรับการออกแบบ IC เพราะค่าใช้จ่ายในการทำต้นแบบนั้นค่อนข้างบ้าและสำหรับสิ่งที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบ HDL แต่สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปไม่มากนัก

ที่ซิมช่วยได้จริงๆสำหรับสิ่งต่าง ๆ เช่นฟิลเตอร์และลูปควบคุมที่คุณต้องการให้แน่ใจว่าเบรกพอยต์และการเลื่อนเฟสนั้นเป็นสิ่งที่คุณคาดหวัง แต่โดยทั่วไปแล้วสิ่งเหล่านี้มักจะเป็นหยดเล็ก ๆ .

ความพยายามในการจำลองทั้งบอร์ดของความซับซ้อนที่สมเหตุสมผลมีแนวโน้มที่จะล้มเหลวไม่ว่าจะเป็นความเสถียรเชิงตัวเลขหรือเพียงแค่บนรันไทม์ซึ่งจะระเบิดเมื่อคุณเริ่มเพิ่มปรสิตที่สมเหตุสมผล

โดยทั่วไปคุณจำลองบิตที่คุณไม่แน่ใจซึ่งโดยปกติแล้วจะน้อยกว่า 10% ของการออกแบบ (ส่วนที่เหลือคือ 'วิศวกรรมแผ่นข้อมูล' ของแหล่งจ่ายไฟและสิ่งที่ IO)

แม้ว่าจำนวนมากของเครื่องมือที่มีอยู่สองรูปแบบหลักของการจำลองแบบอะนาล็อก (เครื่องเทศ LTSPICE หรือSimetrixตัวอย่าง) และความสมบูรณ์ของสัญญาณ (กับสิ่งที่ต้องการHyperlynxถ้าคุณมีเงินในกระเป๋าลึกมาก)

มีเครื่องมือในการวิเคราะห์พลังงาน แต่ฉันได้เห็นผลลัพธ์แปลก ๆ บางอย่างที่ไม่เหมือนจริงกับทางกายภาพ

มีเครื่องมือสัญญาณแบบผสมแม้ว่าด้านดิจิตอลมีแนวโน้มที่จะเป็นพฤติกรรม

ปัญหาที่เราพบเจอคือ:

1ไม่มีรูปแบบจำลองสำหรับชิ้นส่วน หากคุณมีแผ่นข้อมูลเสร็จสมบูรณ์คุณสามารถทำให้การแทงที่ดีที่กลิ้งของคุณเองหรือใช้เป็นส่วนหนึ่งที่ไม่ได้มีรูปแบบ การทำตัวแบบของคุณเองสำหรับสิ่งที่ไม่สำคัญคือการออกกำลังกายที่ต้องใช้เวลามาก

โปรดทราบว่าสิ่งใดก็ตามที่อยู่นอกเหนือจากดั้งเดิม (ไดโอดทรานซิสเตอร์หรือพาสซีฟธรรมดา) เป็นแบบจำลองพฤติกรรมที่สะท้อนการทำงานของอุปกรณ์ในสถานะต่อเนื่อง ดูหมายเหตุแอปพลิเคชันนี้สำหรับสิ่งที่มีอยู่จริงในโมเดลดังกล่าว โปรดทราบว่าสิ่งต่าง ๆ เช่นเฟอร์ไรต์และโช้กนั้นซับซ้อนมาก แม้ว่าจะสามารถสร้างแบบจำลองเป็นวงจร (เพื่อให้บรรลุการตอบสนองในแผ่นข้อมูล) มันอาจใช้เวลานานมาก

2เวลาทำงาน ฉันจำลองเส้นทางไฟฟ้าทั้งหมดสำหรับที่นั่งดีดออกเพื่อรวมEEDและแบตเตอรี่ความร้อนเป็นส่วนหนึ่งของการตรวจสอบความปลอดภัยอิสระของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ซีเควนเซอร์ เมื่อสายเคเบิลไปยังวงจรควบคุมและวงจรการยิงค่อนข้างยาวพวกเขาถูกสร้างแบบจำลองเป็นขดลวดหม้อแปลงที่หลวม วงจรนี้อาจมีองค์ประกอบ 40 ชิ้นและใช้เวลา (ในเครื่องระดับไฮเอนด์แบบมัลติคอร์) นานกว่า30 ชั่วโมงในการทำงานชั่วคราวเพียงครั้งเดียว

3บางส่วนของวงจรไม่เหมาะสำหรับการจำลองหรือไม่ต้องการ ถ้าฉันมีขั้นตอนแยก optocouple อย่างง่ายเพื่อสลับสวิตช์ควบคุมมันไม่จำเป็นต้องทำการจำลองถ้ามีการใช้แผ่นข้อมูลอย่างถูกต้อง (แน่นอนว่าเป็นเรื่องที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงเพราะฉันได้เห็นการออกแบบมากมายที่ไม่ใช่กรณี) .

4ในการจำลองความสมบูรณ์ของสัญญาณผู้จำลองส่วนใหญ่ไม่คำนึงถึงความต้านทานที่ควบคุมได้ +/- 10% ที่ดีที่สุดและจะแตกต่างกันไปในแต่ละชั้น การจำลองดังกล่าวมีประโยชน์ในการดูปัญหารวม แต่คุณยังสามารถถูกกัดได้โดยรายละเอียดดังกล่าว นอกจากนี้ตัวจำลองส่วนใหญ่ไม่สามารถจำลองเส้นทางการส่งคืน (แม้ว่าการจำลองโครงร่างโพสต์จะเริ่มดีขึ้น)

5แทบทุกแบบจำลองสถานการณ์มีการประนีประนอมเพื่อสะท้อนให้เห็นถึงกรณีการใช้งานบ่อยที่สุด; ฉันต้องแก้ไขโมเดลอย่างมีนัยสำคัญเพื่อดูพฤติกรรมกรณีมุม

ระบบเต็มรูปแบบบอร์ด (หรือหลายคณะ) มักจะถูกห้ามในแง่ของเวลาในการทำงานจริงดังนั้นเฉพาะส่วนที่เราสนใจในการตรวจสอบเท่านั้นที่จะถูกจำลอง

ปัญหาอีกประการหนึ่งคือสำหรับรุ่นมาโครพฤติกรรมการเริ่มต้นไม่ได้กำหนดไว้ในหลายกรณีและไม่มีเครื่องมือจำลองในโลกที่จะช่วยได้หากพฤติกรรมการเริ่มต้นทำงานมีความสำคัญ มัน.

การจำลองสามารถช่วยนักออกแบบได้อย่างแน่นอน แต่พวกเขาไม่ได้อยู่ใกล้ที่สมบูรณ์แบบและไม่ควรเชื่อถือสำหรับการทำงานของวงจรจริง พวกมันบ่งบอกถึงการทำงานของวงจร

เมื่อใช้ไอซีดังกล่าวฉันพบว่าตัวเองติดตาม "ตำรา" ของผู้ผลิตบ่อยๆ สิ่งนี้ควรนำไปสู่วงจรการทำงานในกรณีส่วนใหญ่และบ่อยครั้งที่คุณมีวงจรที่คุณสามารถรวมเข้ากับการออกแบบของคุณได้มากขึ้นหรือน้อยลง

แต่ในบางกรณีฉันก็สร้างแบบจำลอง SPICE เพื่อเป็นส่วนหนึ่งของวงจรด้วยส่วนประกอบภายนอก เช่นการตอบสนองความถี่ลูปป้อนกลับในตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าอินพุตอินพุทของตัวเปรียบเทียบกับแหล่งจ่ายกระแสที่สลับภายใน ในกรณีนี้ฉันใช้องค์ประกอบในอุดมคติจากไลบรารี Spice และเพิ่มคุณสมบัติที่ระบุจากแผ่นข้อมูลไปยังมันเช่นการรั่วไหลเข้า, ความจุ, ไดโอด ESD สำหรับอุปกรณ์ความเร็วสูงแบบดิจิตอลผู้ผลิตมักจะเรียกว่าแบบจำลอง IBIS ซึ่งเป็นแบบจำลองพฤติกรรมทางไฟฟ้าของอินพุต / เอาต์พุต สิ่งนี้ช่วยให้การวิเคราะห์ความสมบูรณ์ของสัญญาณ (ซึ่งอาจรวมถึง PCB เป็นส่วนประกอบ)

แม้ว่าโดยทั่วไปอาจเป็นเรื่องจริงที่คุณมักจะไม่พบรุ่น SPICE ที่ซับซ้อนมากขึ้น แต่ฉันอยากจะกล่าวถึง Linear Technology / LTspice เป็นข้อยกเว้นพวกเขาให้แบบจำลองสำหรับ IC เช่นตัวควบคุม PWM ผู้ผลิตรายอื่นเสนอเครื่องมือออกแบบบนเว็บหรือสเปรดชีตให้คุณเช่นการคำนวณประสิทธิภาพ

ฉันเข้าใจว่าเป็นเรื่องธรรมดาในการออกแบบทางอิเล็กทรอนิกส์เพื่อจำลองวงจรในโปรแกรมเครื่องเทศบางอย่างก่อนที่จะสร้าง

ฉันไม่ได้เห็นการจำลองทั้งบอร์ดยกเว้นวงจรขนาดเล็กและเรียบง่าย แต่จะใช้การวิเคราะห์ทั้งกระดานในบางส่วนและใช้วิธีการที่เหมาะสมที่สุดในแต่ละส่วน ตัวอย่างเช่นระบบที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ทั่วไปอาจได้รับการวิเคราะห์ดังนี้:

• แหล่งจ่ายไฟของโหมดการสลับจะถูกจำลองใน SPICE
• เครื่องชาร์จแบตเตอรี่ตาม IC จะได้รับการออกแบบตามแผ่นข้อมูลและการคำนวณด้วยตนเอง
• ไมโครคอนโทรลเลอร์จะเชื่อมต่อตามแผ่นข้อมูลหรือแผนผังตัวอย่างของผู้ผลิต
• เสาอากาศวิทยุจะถูกจำลองในตัวจำลอง RF แบบพิเศษหรือออกแบบตามข้อกำหนดที่ผู้ผลิตได้ตรวจสอบแล้ว

และข้อ จำกัด ใด ๆ ระหว่างชิ้นส่วนจะถูกตรวจสอบด้วยตนเองเช่น "ไมโครคอนโทรลเลอร์ต้องการแหล่งจ่ายอย่างน้อย 200 mA" และ "SMPS ต้องจัดการโหลด 500 mA"

จากประสบการณ์ที่ จำกัด ของฉันฉันพบว่าฉันไม่จำเป็นต้องจำลองทั้งระบบ โดยทั่วไปมีเพียงส่วนเล็ก ๆ ของวงจรที่เข้าใจยาก และสำหรับสิ่งนั้นรุ่นสาธิตของเครื่องเทศมักจะเพียงพอ ในการสร้างแบบจำลององค์ประกอบ จำกัด มีเพียงส่วนเล็ก ๆ ของโครงสร้างเสาอากาศที่ยากต่อการเข้าใจดังนั้นรุ่นสาธิตของ FEMAP ก็เพียงพอแล้ว

สำหรับปัญหาการจำลองเฉพาะของคุณเครื่องเทศมีข้อกำหนดสำหรับคุณในการสร้างรูปแบบของอุปกรณ์ที่คุณชอบ อนิจจาสิ่งนี้ต้องการความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดี แต่สามารถทำได้ (ฉันจำไม่ได้ว่าเวอร์ชั่นสาธิตของเครื่องเทศสนับสนุนหรือไม่)