Встроенный имитатор электрических цепей Altium Designer

0
457

Что такое имитатор электрических цепей Altium Designer, как он работает и для чего используется.

Что такое имитатор электрических цепей

Часто при выполнении проектирования разработчик задаёт себе вопросы:

  • Правильно ли выполнен выбор пассивных элементов с точки зрения разброса номинальных значений, температурных коэффициентов, допустимой мощности?
  • Оптимально ли функционирует устройство в допустимых диапазонах электрических и температурных режимов?
  • Возможно ли нарушение требуемых электрических режимов функционирования при массовом производстве?

Ответы на эти вопросы очень важны с точки зрения оценки уровня качества изделия, его надёжности. Ответ на эти и подобные вопросы проектирования электронных приборов позволяет получить имитатор электрических цепей.

Необходимый имитатор электрических цепей встроен в Altium Designer, и его функционирование отталкивается от электрической схемы устройства и основано на математических моделях компонентов.

Тесная интеграция имитатора со средством разработки электрической схемы — редактором схем, позволяет сделать его использование бесшовным, не требующим контролируемой инженером передачи данных между этими инструментами проектирования.

В свою очередь это снижает затрачиваемое времени и прилагаемые усилия на работу с инструментом, поскольку не требует отвлечения на рутинные операции не связанные напрямую с основной задачей разработчика — проектированием устройства.

Что даёт использование имитатора электрических цепей

Во-первых, это экономия времени. Возможно это выглядит спорно, ведь моделирование также требует некоторого времени. Тем не менее, затраченное на работу с имитатором время — это время раннего этапа разработки проекта. Своевременное обнаружение ошибки проектирования экономит время всех последующих этапов разработки, снижая вероятность доработок и, как следствие, производства доработанных макетов/образцов проектируемого устройства.

Во-вторых, использование имитатора позволяет сэкономить материальные средства, за счёт уменьшения вероятности ошибок проектирования до этапа изготовления макета или образца и, как следствие, уменьшения их количества. Ведь при отработке нового устройства могут возникать нештатные ситуации при проведении испытаний, и если конструкция содержит ошибки, то это может обернуться разрушением или порчей макета/образца, иногда дорогостоящего.

В-третьих, использование имитатора позволяет хранить модель электрической цепи и результаты расчётов вместе с проектом. При необходимости внесения изменений можно оценить качества новой конфигурации устройства, что позволяет действовать более оперативно при разработке линейки электронных приборов. Таким образом, возникает  возможность быстрого сравнения результатов эффективности новых технических решений и оправданность их внедрения в проект.

Функциональные возможности

Функциональные возможности имитатора электрических цепей Altium Designer предусматривают моделирование работы электрических цепей с аналоговыми, цифровыми сигналами и их комбинацией — смешанными сигналами.

Основные виды расчёта, которые может выполнять имитатор, включают:

  • расчёт «рабочей точки» — стационарного состояния электрической цепи в режиме постоянного тока после релаксации всех процессов,
  • расчёт коэффициентов передачи электрической цепи в режиме постоянного тока,
  • расчёт полюсов и нулей, расчёт цепи в режиме постоянного тока,
  • расчёт переходного процесса,
  • расчёт для электрической цепи компонент коэффициентов разложения сигналов в ряд Фурье,
  • расчёт цепи в режиме переменного тока, расчёт внутреннего шума электрической цепи.

Дополнительные виды расчётов, которые может выполнять имитатор электрических цепей:

  • варьирование температуры электрической цепи,
  • варьирование параметров,
  • расчёт с учётом допусков номинальных величин методами Монте-Карло.

Окружение имитатора, состоит из:

  • панели управления моделированием Simulation Dashboard,
  • средства просмотра результатов расчётов SimView,
  • библиотеки электрических моделей Simulation Generic Components.

Единая точка входа в процесс моделирования

Панель Simulation Dashboard

Панель Simulation Dashboard направляет действия разработчика, подсказывая чего не хватает в схеме для успешного запуска ядра имитатора и позволяя оперативно устранить несоответствия.

Кроме того с помощью панели Simulation Dashboard разработчик электронного устройства может настраивать параметры запуска расчётов, управлять имитационным окружением электрической цепи — источниками воздействий и зондами, управлять результатами расчётов.

Панель Simulation Dashboard может быть открыта одновременно в редакторе электрической схемы и в средстве просмотра результатов SimView, что обеспечивает дополнительное удобство за счёт уменьшения необходимости переключения между этими инструментами.

Средство анализа результатов SimView

Средство анализа результатов SimView

Средство просмотра и анализа результатов SimView предоставляет удобный интерфейс для просмотра графиков сигналов, проведения измерений с помощью курсоров на графиках, выполнения математической обработки сигналов различными математическими функциями.

Концепция отображения графической информации в SimView обеспечивает возможность создания нескольких числовых плоскостей на одном графике и несколько графиков на одном рисунке. В совокупности результаты расчёта могут быть удобно проанализированы.

При необходимости использовать результаты расчётов в разрабатываемой конструкторской, эксплуатационной документации, презентациях, программах и методиках испытаний, они могут быть экспортированы в графическом виде или в виде таблиц рассчитанных значений.

Библиотеки

Библиотека Simulation Generic Components

Библиотека Simulation Generic Components предоставляет набор готовых для моделирования компонентов. Использование этой библиотеки позволяет снизить требования к подготовке разработчика для начала работы с имитатором электрических цепей, а также позволяет выполнять приближенное моделирования в тех случаях, когда разработчик не обеспечен точными моделями компонентов.

Выполнение даже приближенного моделирования позволяет быстрее получать устройства с целевыми качествами, чем невыполнение моделирования.

Конечно также существует  возможность формировать собственные библиотеки компонентов, используя модели компонентов, которые могут быть загружены с сайтов производителей или поставщиков компонентов.

Заключение

Использование моделирования электрических цепей является хорошим драйвером роста качества проектирования изделий электронной техники. Моделирование позволяет завершать проекты быстрее, экономить время и сокращать количество аппаратных прототипов. Altium Designer содержит все необходимые функции, и этот арсенал функциональных возможностей постоянно пополняется. Также моделирование электрических цепей обеспечивает разработчиков дополнительной уверенностью, что проектируемое изделие получится живучим, надёжным и высочайшего качества.