Bagaimana sirkuit yang menggunakan IC kompleks biasanya disimulasikan?

Saya mengerti bahwa itu adalah praktik umum dalam desain elektronik untuk mensimulasikan rangkaian dalam beberapa program rempah sebelum membangunnya. Terkadang suatu proyek membutuhkan penggunaan IC kompleks, misalnya IC yang melakukan kontrol biaya untuk baterai Li-Po atau IC yang bertindak sebagai pengontrol PWM. Pabrikan umumnya tidak menyediakan model bumbu dari komponen rumit semacam ini. Saya ingin mencari tahu dari insinyur / desainer elektronik apa yang mereka lakukan dalam situasi ini. Bagaimana Anda mensimulasikan rangkaian seperti itu? Atau itu lebih merupakan kasus bekerja dengan desain pabrikan yang disediakan di bagian aplikasi lembar data dan percaya bahwa desain akan bekerja. Mungkin Anda abstrak IC ini dan mensimulasikan bagian lain dari rangkaian Anda dengan jenis sinyal keluaran yang akan mereka berikan?

Saya akan menghargai contoh-contoh praktis dunia nyata dari pengalaman Anda dalam desain elektronik untuk menggambarkan bagaimana Anda mendekati simulasi sirkuit yang memanfaatkan IC rak yang tidak memiliki model rempah-rempah yang tersedia.

Dalam pengalaman saya penggunaan luas simulasi seluruh papan sebagian besar mitos di luar simulasi fisika dalam RF.

Aturan simulasi untuk desain IC tentu saja, karena biaya pembuatan prototipe sangat gila, dan untuk apa pun yang melibatkan desain HDL, tetapi untuk elektronik umum, tidak begitu banyak.

Di mana sim benar-benar membantu adalah untuk hal-hal seperti filter dan loop kontrol di mana Anda benar-benar ingin memastikan breakpoints dan pergeseran fasa adalah apa yang Anda harapkan, tetapi ini biasanya gumpalan kecil setengah lusin atau lebih bagian yang dapat Anda simulasikan dalam isolasi .

Upaya untuk mensimulasikan seluruh papan kompleksitas yang masuk akal cenderung gagal baik pada stabilitas numerik atau hanya pada waktu berjalan, yang meledak setelah Anda mulai menambahkan parasit yang masuk akal.

Umumnya Anda mensimulasikan bit yang Anda tidak yakin, yang biasanya kurang dari 10% dari desain (sisanya adalah 'rekayasa data sheet' dari pasokan listrik dan barang IO).

Meskipun ada banyak alat, dua bentuk utama simulasi adalah analog (SPICE, LTSPICE atau Simetrix misalnya) dan integritas sinyal (dengan sesuatu seperti Hyperlynx jika Anda memiliki kantong yang sangat dalam).

Ada alat analisis kekuatan, tetapi saya telah melihat beberapa hasil yang sangat aneh yang tampaknya tidak sama dengan kenyataan fisik.

Ada alat sinyal campuran, meskipun sisi digital cenderung bersifat perilaku.

Masalah yang kami hadapi adalah:

1 Tidak ada model simulasi untuk bagian ini. Jika Anda memiliki lembar data yang lengkap, Anda dapat membuat tusukan yang layak untuk menggulung sendiri atau menggunakan bagian yang memang memiliki model. Menggulung model Anda sendiri untuk apa pun yang non-sepele adalah latihan yang sangat memakan waktu.

Perhatikan bahwa apa pun di luar primitif (dioda, transistor, atau pasif sederhana) adalah model perilaku yang mencerminkan operasi perangkat dalam keadaan kontinu. Lihat catatan aplikasi ini untuk apa yang sebenarnya ada dalam model seperti itu. Perhatikan bahwa hal-hal seperti ferrites dan choke sangat kompleks; walaupun mereka dapat dimodelkan sebagai sirkuit (untuk mencapai respons dalam datasheet) itu bisa sangat memakan waktu.

2 Jalankan waktu. Saya mensimulasikan seluruh jalur daya untuk kursi ejeksi untuk memasukkan EED dan baterai termal sebagai bagian dari tinjauan keselamatan independen dari elektronik sequencer. Karena kabel ke sirkuit kontrol dan penembakan cukup panjang, mereka dimodelkan sebagai gulungan transformator yang longgar. Sirkuit ini mungkin berisi 40 elemen dan membutuhkan (pada mesin high-end multi-core) lebih dari 30 jam untuk melakukan lari sementara tunggal.

3 Beberapa bagian sirkuit tidak benar-benar cocok untuk simulasi atau seharusnya tidak memerlukannya. Jika saya memiliki tahap isolasi optocoupled sederhana untuk beralih kontrol, seharusnya tidak perlu simulasi jika lembar data telah digunakan dengan benar (tentu saja, itu adalah subjek yang sama sekali berbeda karena saya telah melihat banyak desain di mana itu tidak terjadi) .

4 Dalam simulasi Integritas Sinyal, sebagian besar simulator tidak memperhitungkan bahwa impedansi terkontrol adalah +/- 10% terbaik, dan akan bervariasi dari lapisan ke lapisan. Simulasi semacam itu berguna untuk melihat masalah-masalah kotor, tetapi Anda masih bisa digigit oleh rincian seperti itu. Selain itu, sebagian besar simulator tidak dapat memodelkan jalur balik (meskipun simulasi tata letak pos menjadi lebih baik).

5 Sebenarnya semua model simulasi kompromi untuk mencerminkan kasus penggunaan yang paling umum; Saya harus memodifikasi model secara signifikan untuk melihat perilaku sudut kasus.

Sistem full board (atau sering multi-board) akan menjadi penghalang dalam hal waktu untuk benar-benar berjalan, jadi hanya bagian-bagian yang kami tertarik untuk disimulasikan yang disimulasikan.

Masalah lain adalah bahwa untuk model makro, perilaku start-up tidak ditentukan dalam banyak kasus dan tidak ada simulator di dunia yang akan membantu jika perilaku start-up sangat penting (seperti yang dapat terjadi pada peralatan penting keselamatan penerbangan) - Anda hanya perlu mengukur saya t.

Simulasi tentu dapat membantu para desainer, tetapi mereka tidak mendekati sempurna dan tidak boleh diandalkan untuk operasi sirkuit yang sebenarnya ; mereka menunjukkan operasi sirkuit.

Saat menggunakan IC semacam itu, saya sering mengikuti "buku masak" pabrikan. Ini harus mengarah ke sirkuit kerja dalam banyak kasus dan seringkali Anda memiliki sirkuit yang Anda dapat lebih atau kurang mengintegrasikan ke dalam desain Anda apa adanya.

Tetapi dalam beberapa kasus, saya juga membangun model SPICE untuk bagian sirkuit dengan komponen eksternal. Misalnya respons frekuensi putaran umpan balik dalam regulator tegangan, input pembanding dengan sumber arus yang beralih secara internal. Dalam kasus ini saya menggunakan elemen ideal dari perpustakaan Spice dan menambahkan karakteristik yang ditentukan dari datasheet ke dalamnya, misalnya kebocoran input, kapasitansi, dioda ESD. Untuk perangkat kecepatan tinggi digital, pabrikan sering menyediakan apa yang disebut model IBIS, yang memodelkan perilaku kelistrikan dari input / output. Ini memungkinkan untuk analisis integritas sinyal (yang mungkin termasuk PCB sebagai komponen).

Walaupun secara umum mungkin benar bahwa Anda sering tidak akan menemukan model SPICE yang lebih kompleks tersedia, saya ingin menyebutkan Linear Technology / LTspice sebagai pengecualian, mereka menyediakan model untuk IC seperti pengendali PWM. Pabrikan lain menawarkan alat desain berbasis web atau spreadsheet yang memungkinkan Anda, misalnya, perhitungan efisiensi.

Saya mengerti bahwa itu adalah praktik umum dalam desain elektronik untuk mensimulasikan rangkaian dalam beberapa program rempah sebelum membangunnya.

Saya belum melihat simulasi papan keseluruhan yang digunakan kecuali untuk sirkuit kecil dan sederhana. Sebaliknya, seluruh papan dianalisis dalam bagian-bagian, dan metode yang paling tepat digunakan untuk masing-masing bagian. Misalnya, sistem berbasis mikrokontroler tipikal mungkin dianalisis seperti ini:

• Switching mode power supply akan disimulasikan dalam SPICE
• Pengisi baterai berdasarkan IC akan dirancang berdasarkan pada lembar data dan perhitungan manual
• Mikrokontroler akan dihubungkan sesuai dengan datasheet atau contoh skematik pabrikan
• Antena radio akan disimulasikan dalam simulator RF khusus, atau dirancang sesuai dengan spesifikasi yang telah diverifikasi oleh pabrik

Dan setiap kendala antara bagian-bagian akan diverifikasi secara manual, seperti "mikrokontroler membutuhkan pasokan setidaknya 200 mA" dan "SMPS harus menangani beban 500 mA".

Dalam pengalaman saya yang terbatas, saya menemukan bahwa saya tidak perlu mensimulasikan seluruh sistem. Secara umum, hanya ada satu bagian kecil dari rangkaian yang sulit dimengerti. Dan untuk itu, versi demo rempah biasanya sudah cukup. Demikian juga, dalam pemodelan elemen hingga, hanya ada satu bagian kecil dari struktur antena yang sulit dipahami, sehingga versi demo FEMAP sudah cukup.

Adapun masalah simulasi khusus Anda, rempah-rempah memiliki ketentuan bagi Anda untuk membuat model sendiri dari perangkat apa pun yang Anda suka. Sayangnya, ini membutuhkan pemahaman yang agak lebih dalam untuk mendapatkan hasil yang baik, tetapi itu bisa dilakukan. (Saya tidak ingat apakah rempah-rempah versi demo mendukung ini.)