Как обычно моделируются схемы, использующие сложные интегральные схемы?

Я понимаю, что в электронном дизайне обычной практикой является моделирование схемы в какой-либо программе специй перед ее построением. Иногда проект требует использования сложных интегральных схем, например интегральной микросхемы, которая выполняет управление зарядкой для Li-Po батареи или интегральной микросхемы, которая выполняет функции ШИМ-контроллера. Производители, как правило, не предоставляют модели специй из этих видов сложных компонентов. Я хотел бы узнать от любых инженеров-электронщиков / дизайнеров, что они делают в этой ситуации. Как вы моделируете такую ​​схему? Или это скорее случай работы с разработчиками, представленными в разделе приложений таблицы данных, и верить, что проекты будут работать. Может быть, вы абстрагируете эти микросхемы и моделируете другие части вашей схемы с типом выходного сигнала, который они будут обеспечивать?

Я был бы признателен за практические примеры из вашего опыта в области электронного проектирования, чтобы проиллюстрировать, как вы подходите к моделированию схем, использующих готовые микросхемы, которые не имеют доступных моделей специй.

По моему опыту, широко распространенное использование симуляции целых плат является мифом вне физических симуляций в РФ.

Конечно, правила моделирования для проектирования ИС, потому что затраты на прототипирование настолько безумны, и для всего, что связано с проектированием HDL, но для общей электроники, не так много.

Сим действительно помогает для таких вещей, как фильтры и контуры управления, где вы действительно хотите убедиться, что точки останова и фазовые сдвиги - это то, что вы ожидали, но это, как правило, небольшой шарик из полдюжины или около того частей, которые вы можете моделировать изолированно ,

Попытки смоделировать всю доску разумной сложности, как правило, терпят неудачу либо из-за числовой стабильности, либо просто из-за времени выполнения, которое взрывается, когда вы начинаете добавлять разумных паразитов.

Обычно вы моделируете биты, в которых вы не уверены, что обычно составляет менее 10% от проектирования (остальное - «разработка технических данных» источников питания и ввода-вывода).

Хотя существует множество инструментов, две основные формы симуляции - это аналоговые (например, SPICE, LTSPICE или Simetrix ) и целостность сигнала (с чем-то вроде Hyperlynx, если у вас очень глубокие карманы).

Существуют инструменты анализа мощности, но я видел очень странные результаты, которые явно не соотносятся с физической реальностью.

Существуют смешанные сигнальные инструменты, хотя цифровая сторона имеет тенденцию к поведению.

Проблемы, с которыми мы сталкиваемся:

1 Не существует имитационной модели для детали. Если у вас есть полная таблица данных, вы можете сделать приличный удар по прокрутке самостоятельно или использовать деталь, у которой есть модель. Подготовка собственной модели для чего-то нетривиального - очень трудоемкое упражнение.

Обратите внимание, что все, что находится за пределами примитива (диод, транзистор или простой пассив), представляет собой поведенческую модель, которая отражает работу устройства в непрерывном состоянии. См. Это примечание к приложению для того, что на самом деле в такой модели. Обратите внимание, что такие вещи, как ферриты и дроссели, очень сложны; хотя они могут быть смоделированы как схемы (для достижения ответа в таблице), это может занять очень много времени.

2 Время выполнения. Я смоделировал весь путь питания для эжекционного сиденья, включая EED и тепловые батареи, как часть независимого обзора безопасности электроники секвенсора. Поскольку кабели к цепям управления и обжига были довольно длинными, они были смоделированы как слабо связанные обмотки трансформатора. Схема содержала около 40 элементов и заняла (на многоядерной машине высокого класса) более 30 часов, чтобы выполнить один переходный процесс.

3 Некоторые части схемы на самом деле не подходят для моделирования или не должны в этом нуждаться. Если у меня есть простая оптоизолированная ступень изоляции для переключения управляющего переключателя, ей не нужно имитировать, если таблицы данных использовались должным образом (конечно, это совершенно другой предмет, поскольку я видел много конструкций, где это было не так) ,

4 В симуляции целостности сигнала большинство симуляторов не учитывают, что контролируемые импедансы в лучшем случае составляют +/- 10% и будут варьироваться от слоя к слою. Такое моделирование полезно, чтобы увидеть серьезные проблемы, но вы все равно можете быть укушены такими деталями. Кроме того, большинство симуляторов не могут смоделировать обратный путь (хотя моделирование после компоновки становится лучше).

5 Практически все имитационные модели являются компромиссами, отражающими наиболее распространенный вариант использования; Мне пришлось значительно изменить модели, чтобы увидеть поведение в угловых случаях.

Система с полным панелью (или часто с несколькими платами) была бы запрещена с точки зрения времени фактического запуска, поэтому моделируются только те части, которые мы заинтересованы в проверке.

Другая проблема заключается в том, что для макромоделей поведение при запуске во многих случаях не определено, и никакой симулятор в мире не поможет, если поведение при запуске является критическим (как это может быть в оборудовании, критически важном для безопасности полетов) - вам просто нужно измерить Это.

Моделирование, безусловно, может помочь проектировщикам, но они далеко не идеальны и на них не следует полагаться при реальной работе схемы; они указывают на работу схемы.

При использовании таких микросхем я часто следую «кулинарной книге» производителя. В большинстве случаев это должно привести к работоспособности схемы, и часто у вас есть схема, которую вы можете более или менее интегрировать в свой дизайн как есть.

Но в некоторых случаях я также строю модель SPICE для части схемы с ее внешними компонентами. Например, частотная характеристика контура обратной связи в стабилизаторе напряжения, входы компаратора с внутренне коммутируемыми источниками тока. В этом случае я использую идеальные элементы из библиотеки Spice и добавляю к ней указанные характеристики из таблицы данных, например, утечку на входе, емкость, диоды ESD. Для цифровых высокоскоростных устройств производитель предоставляет часто так называемые модели IBIS, которые моделируют электрическое поведение входов / выходов. Это позволяет проводить анализ целостности сигнала (который может включать в себя печатную плату в качестве компонента).

Хотя в целом может быть и так, что вы часто не найдете более сложные модели SPICE, я бы хотел упомянуть в качестве исключения Linear Technology / LTspice, они предоставляют модели для интегральных схем, таких как ШИМ-контроллеры. Другие производители предлагают вам инструменты дизайна на основе веб-страниц или электронных таблиц, которые позволяют вам, например, рассчитывать эффективность.

Я понимаю, что в электронном дизайне обычной практикой является моделирование схемы в какой-либо программе специй перед ее построением.

Я не видел, чтобы использовалась симуляция всей платы, за исключением маленьких простых схем. Вместо этого вся доска анализируется по частям, и для каждой части используются наиболее подходящие методы. Например, типичная система на основе микроконтроллера может быть проанализирована следующим образом:

• Импульсный источник питания будет моделироваться в SPICE
• Зарядное устройство на основе IC будет разработано на основе таблицы данных и ручных расчетов
• Микроконтроллер будет подключен в соответствии с таблицей данных или примером производителя.
• Радиоантенна может быть смоделирована в специализированном радиочастотном симуляторе или разработана в соответствии со спецификациями, которые производитель уже проверил

И любые ограничения между частями будут проверены вручную, например, «микроконтроллеру требуется питание не менее 200 мА» и «SMPS должен выдерживать нагрузку 500 мА».

Из моего ограниченного опыта я обнаружил, что мне не нужно моделировать всю систему. Как правило, есть только одна небольшая часть схемы, которую трудно понять. И для этого, демо-версия специй обычно достаточно. Аналогично, при моделировании методом конечных элементов существует только одна небольшая часть структуры антенны, которую трудно понять, поэтому достаточно демонстрационной версии FEMAP.

Что касается вашей конкретной проблемы симуляции, у Spice есть условия для того, чтобы вы могли создать собственную модель любого устройства, которое вам нравится. Увы, это требует более глубокого понимания, чтобы получить хорошие результаты, но это можно сделать. (Я не помню, поддерживает ли это демо-версия spice.)