Анализ программных средств моделирования электрических схем

С быстрыми темпами развития электронно-вычислительной техники стало возможным использование компьютерных методов математического моделирования, постепенно вытесняющие естественный эксперимент. Полное или частичное применение данных методов в значительной степени позволит сократить время проектирования.

Внедрение методов компьютерного моделирования в процесс создания электронной базы характерных неисправностей, посредством Spice подобных программ электрического моделирования, эффективным образом повлияет на информативность самой базы.

К широко используемым программным средствам для реализации такого моделирования относятся: PSpice, CircuitMaker 2000, Electronics Workbench 5, Protel DXP, Multisim и др.

Программа PSPICE является мировым лидером в сфере автоматизации схемотехнического проектирования. Так как используется единый вычислительный алгоритм, то и программы разных производителей являются в основном всего-навсего графические оболочки, которые предоставляют пользователю доступ к функциям программы PSPICE, и помимо этого ряд дополнительных возможностей обработки полученных данных. Типовой набор средств анализа включает в себя наличие статического, динамического и частотного видов анализа, смешанного логико-аналогового моделирования, температурного и шумового анализов, расчетов на наихудший случай и анализ Монте-Карло, спектрального анализа, максимизации быстродействия.

CircuitMaker — наиболее простая система моделирования фирмы Microcode Engineering (в настоящее время является собственностью компании Protel). В этой системе приняты модели компонентов стандарта SPICE. В программу включена большая библиотека моделей промышленных изделий электронных компонентов, характеристики которых можно оперативно просмотреть (к примеру, для транзистора — это тип корпуса, максимальное напряжение, ток, частота, фирма-изготовитель и др.). Благодаря программе есть возможность быстрой оперативной подготовки электрических схем аналоговых, цифровых или смешанных аналого-цифровых устройств и проводить их моделирование. Результаты можно получить в виде осциллограмм сигналов и графиков частотных характеристик. Также при помощи вертикальных и горизонтальных визирных линий реально получение точных отсчетов. Программа позволяет осуществлять контроль режима по постоянному току в выбранных точках схемы.

Multisim — программа разработана фирмой National Instruments. Предоставляет уникальную среду разработки схем, ее тестирование/эмуляции в одной среде разработки. Данный подход обладает рядом преимуществ. Пользователю в Multisim нет необходимости знания сложного синтаксиса SPICE и его команды, тем не менее имеется возможность настройки всех параметров SPICE.

Помимо традиционных анализов SPICE, Multisim дает возможность подключать к схеме виртуальные устройства. Концепция виртуальных приборов — простой и быстрый вариант получения результата при помощи имитирования реальных явлений.

В случае более сложных анализов, в Multisim имеется более 15 разных функций анализа: AC анализ, Монте-Карло, анализ наиболее неблагоприятных условий и Фурье и т. п. В составе Multisim содержится Grapher — эффективное инструмент визуализации и анализа данных эмуляции.

Имеющиеся в Multisim функции различного описания и тестирования схемы, способствуют разработчику схем сэкономить его время и уберечь от ошибок на всем пути разработки схемы.

Protel DXP является быстроразвивающейся системой сквозного проектирования аналоговых и цифровых электронных устройств фирмы Protel. Дает возможность проведения всевозможных анализов из стандартного набора, которые входят в любые программы с базой ядра SPICE. По имеющимся функциональным характеристикам программа очень похожа на систему OrCAD. Дает возможность проектировать аналоговые и аналого-цифровые устройства, в том числе задаваемые многостраничными принципиальными схемами древовидной структуры и схемами, содержащие наиболее современные ПЛИС. Имеются функции размещения (компоновка/трассировка) печатных плат с использованием разных программ автотрассировки и проведения анализа целостности сигналов [13].

Таким образом, анализ программных средств схемотехнического моделирования показал, что существующие программные средства позволяют достаточно точно и быстро проводить полный анализ электрических схем, но они не имеют единой среды, в которой возможно создавать как математическую модель объекта диагностирования, так и дополнять данную модель экспериментальными данными посредством аппаратных средств ввода-вывода, сопряженных с реальным физическим объектом.