Як зазвичай моделюються схеми, що використовують складні ІМС?

Я розумію, що звичайна практика в електронному дизайні імітувати схему в якійсь програмі спецій, перш ніж будувати її. Іноді проект вимагає використання складних ІМС, наприклад, ІМС, який здійснює контроль заряду для батареї Li-Po або ІМС, який виконує функції контролера ШІМ. Зазвичай виробники не надають доступних пряних моделей подібних складних компонентів. Я хотів би дізнатися у будь-яких інженерів / дизайнерів електроніки, що вони роблять у цій ситуації. Як ви моделюєте таку схему? Або це більше випадки роботи з розробниками конструкцій, що містяться в розділі застосування таблиці даних, і довіряти, що конструкції будуть працювати. Може бути, ви абстрагуєте ці ІМС та імітуєте інші частини вашої схеми з видом вихідного сигналу, який вони б надавали?

Буду вдячний за будь-які практичні приклади реального світу з вашого досвіду роботи з електронним дизайном, щоб проілюструвати, як ви підходите до моделювання мікросхем, які використовують позаштатні ІМС, у яких немає спецій моделей.

На мій досвід, широке використання моделювання цілих плат є здебільшого міфом поза фізичними симуляціями в РФ.

Правила моделювання дизайну ІС, звичайно, тому що витрати на прототипування такі безглузді, і для всього, що стосується дизайну HDL, але для загальної електроніки, не так багато.

Там, де сим справді допомагає, - це такі речі, як фільтри та петлі управління, де ви дійсно хочете переконатися, що точки перелому та зсуви фаз - це те, чого ви очікували, але це, як правило, невелика плівка з півдесятка або близько того частин, які ви можете імітувати ізольовано .

Спроби моделювати цілу дошку з розумною складністю, як правило, не вдається чисельній стабільності, або просто просто на час виконання, який вибухає, коли ви починаєте додавати розумні паразити.

Як правило, ви імітуєте біти, в яких ви не впевнені, що, як правило, менше 10% від дизайну (решта - це "опис технічних даних" джерел живлення та IO).

Хоча існує багато інструментів, дві основні форми моделювання - це аналогові (наприклад, SPICE, LTSPICE або Simetrix ) та цілісність сигналу (щось подібне до Hyperlynx, якщо у вас дуже глибокі кишені).

Є засоби аналізу потужності, але я бачив дуже дивні результати, які, мабуть, не співпадають з фізичною реальністю.

Існують змішані сигнальні засоби, хоча цифровий бік має тенденцію поведінки.

Проблеми, з якими ми стикаємося:

1 Немає моделі моделювання для деталі. Якщо у вас є повний аркуш даних, ви можете зробити гідний удар при прокатці самостійно або використовувати частину, яка має модель. Розгортання власної моделі нічого нетривіального - це дуже трудомістка вправа.

Зауважте, що все, що виходить за межі примітиву (діод, транзистор або простий пасив) - це поведінкова модель, яка відображає роботу пристрою в безперервному стані. Про те, що насправді в такій моделі, дивіться у цій примітці . Зауважте, що такі речі, як феррити та дроселі, дуже складні; хоча вони можуть бути змодельовані як схеми (для досягнення відповіді в таблиці), це може зайняти багато часу.

2 Час виконання. Я моделював весь шлях живлення для сидіння для викидання, включаючи EED та теплові батареї як частина незалежного огляду безпеки електроніки секвенсора. Оскільки кабелі до ланцюгів управління та випалу були досить довгими, їх моделювали як слабко пов'язані обмотки трансформаторів. Схема містила, можливо, 40 елементів і потребувала (на багатоядерній машині високого рівня) протягом 30 годин, щоб зробити один перехідний пробіг.

3 Деякі частини схеми насправді не підходять для моделювання або не потребують цього. Якщо у мене є простий етап ізоляції оптопарів для перемикання керуючого вимикача, воно не повинно потребувати моделювання, якщо аркуші даних використовуються належним чином (звичайно, це зовсім інша тема, оскільки я бачив багато конструкцій, де цього не було) .

4 У моделюванні цілісності сигналу більшість тренажерів не враховує, що керовані опори в кращому випадку становлять +/- 10% і будуть змінюватися шаром на шар. Такі симуляції корисні, щоб побачити грубі проблеми, але ви все одно можете бути покусані такими деталями. Крім того, більшість тренажерів не в змозі моделювати шлях повернення (хоча симуляції розміщення після публікації покращуються).

5 Практично всі імітаційні моделі - це компроміси, що відображають найпоширеніший випадок використання; Мені довелося значно модифікувати моделі, щоб побачити поведінку у кутових випадках.

Система повного пансіонату (або часто мультибордова) була б забороненою з точки зору часу фактичного запуску, тому моделюються лише ті частини, які ми зацікавлені перевірити.

Інша проблема полягає в тому, що для макро-моделей поведінка при запуску у багатьох випадках не визначена, і жоден тренажер у світі не допоможе, якщо поведінка при запуску є критичною (як це може бути в критичному техніці безпеки польоту) - просто потрібно вимірювати це.

Моделювання, безумовно, можуть допомогти дизайнерам, але вони ніде не близькі до ідеальних, і на них не слід покладатися для фактичної роботи схеми; вони вказують на роботу ланцюга.

Під час використання таких ІМС я часто переживаю "кулінарну книжку" виробника. Це в більшості випадків повинно створювати робочу ланцюг, і часто у вас є схема, яку ви можете більш-менш інтегрувати у свій дизайн.

Але в деяких випадках я також будую модель SPICE для частини схеми з її зовнішніми компонентами. Наприклад, частотна характеристика циклу зворотного зв'язку в регуляторі напруги, компараторні входи з внутрішніми джерелами струму. У цьому випадку я використовую ідеальні елементи з бібліотеки Spice та додаю до неї задані характеристики, наприклад, витоку входу, ємності, діодів ESD. Для цифрових високошвидкісних пристроїв виробник часто пропонує так звані моделі IBIS, які моделюють електричну поведінку входів / виходів. Це дозволяє провести аналіз цілісності сигналу (до складу якого може входити друкована плата).

Хоча, як правило, може бути правдою, що ви часто не знайдете складніших SPICE-моделей, але я хотів би згадати Linear Technology / LTspice як виняток, вони надають моделі для ІС, таких як PWM-контролери. Інші виробники пропонують вам інструменти дизайну на основі веб-або електронних таблиць, які дозволяють, наприклад, розрахунки ефективності.

Я розумію, що звичайна практика в електронному дизайні імітувати схему в якійсь програмі спецій, перш ніж будувати її.

Я не бачив, як використовується модельне моделювання, крім невеликих, простих схем. Натомість вся дошка аналізується частинами, і для кожної частини використовуються найбільш відповідні методи. Наприклад, типова система на основі мікроконтролерів може бути проаналізована так:

• Блок живлення в режимі перемикання буде моделюватися в SPICE
• Зарядний пристрій для акумуляторів на базі ІС буде розроблений на основі даних та ручних розрахунків
• Мікроконтролер буде підключений відповідно до схеми даних чи схеми прикладу виробника
• Радіоантена буде імітуватися в спеціалізованому РЧ-симуляторі або розроблена відповідно до технічних характеристик, які виробник вже підтвердив

І будь-які обмеження між деталями перевірятимуться вручну, наприклад, "мікроконтролеру потрібно не менше 200 мА живлення" та "SMPS повинен справляти навантаження 500 мА".

За своїм обмеженим досвідом я виявив, що мені не потрібно імітувати цілу систему. Як правило, є лише одна невелика частина схеми, яку важко зрозуміти. А для цього зазвичай вистачає демо-версії спецій. Аналогічно, в моделюванні кінцевих елементів є лише одна невелика частина структури антени, яку важко зрозуміти, тому демо-версія FEMAP є достатньою.

Що стосується вашої конкретної проблеми з імітацією, то у спецій є можливість створити власну модель будь-якого пристрою, який вам подобається. На жаль, для отримання хороших результатів це потребує дещо глибшого розуміння, але це можна зробити. (Я не пам'ятаю, чи підтримує це демо-версія спецій.)