복잡한 IC를 사용하는 회로는 일반적으로 어떻게 시뮬레이션됩니까?

전자 설계에서는 회로를 구축하기 전에 일부 스파이스 프로그램에서 회로를 시뮬레이션하는 것이 일반적이라는 것을 알고 있습니다. 때로는 프로젝트에 복잡한 IC (예 : Li-Po 배터리의 충전 제어를 수행하는 IC 또는 PWM 컨트롤러 역할을하는 IC)가 필요합니다. 제조업체는 일반적으로 이러한 종류의 복잡한 구성 요소의 향신료 모델을 제공하지 않습니다. 이 상황에서 전자 엔지니어 / 디자이너가하는 일을 알고 싶습니다. 그러한 회로를 어떻게 시뮬레이트합니까? 또는 데이터 시트의 응용 프로그램 섹션에 제공된 제조업체 설계 작업을 수행하고 설계가 작동한다고 신뢰하는 경우가 더 많습니다. 이러한 IC를 추상화하고 회로의 다른 부분을 제공하는 출력 신호로 시뮬레이션 할 수 있습니까?

스파이스 모델을 사용할 수없는 선반 IC를 사용하는 회로 시뮬레이션에 어떻게 접근하는지 설명하기 위해 전자 설계에 대한 귀하의 실제 실제 사례를 감사하겠습니다.

내 경험상 전체 보드의 시뮬레이션을 광범위하게 사용하는 것은 RF의 물리 시뮬레이션 이외의 신화입니다.

물론 프로토 타이핑 비용이 미치거나 HDL 디자인과 관련된 모든 것이기 때문에 IC 디자인에 대한 시뮬레이션 규칙은 아니지만 일반적인 전자 제품에는 그다지 많지 않습니다.

시뮬레이션이 실제로 도움이되는 부분은 브레이크 포인트와 위상 변이가 실제로 원하는지 확인하려는 필터 및 제어 루프와 같은 것들을위한 것이지만, 일반적으로 독립적으로 시뮬레이션 할 수있는 15 개 정도의 작은 얼룩입니다. .

합리적인 복잡성의 전체 보드를 시뮬레이션하려는 시도는 수치 적 안정성이나 단순히 런타임에 실패하는 경향이 있으며, 합리적인 기생을 추가하기 시작하면 폭발합니다.

일반적으로 확실하지 않은 비트를 시뮬레이션합니다. 일반적으로 설계의 10 % 미만입니다 (나머지는 전원 공급 장치 및 IO의 '데이터 시트 엔지니어링'입니다).

많은 도구가 존재하지만 두 가지 주요 시뮬레이션 형태는 아날로그 ( 예 : SPICE, LTSPICE 또는 Simetrix )와 신호 무결성 ( 포켓이 매우 깊은 경우 Hyperlynx 와 같은 것 )입니다.

전력 분석 도구가 있지만 물리적 현실과 분명히 일치하지 않는 매우 이상한 결과를 보았습니다.

디지털 측면은 행동적인 경향이 있지만 혼합 신호 도구가 있습니다.

우리가 겪는 문제는 다음과 같습니다.

1 부품에 대한 시뮬레이션 모델이 없습니다. 당신이 완전한 데이터 시트가있는 경우에 당신은 당신의 자신의 압연에 괜찮은 자상을 만들거나 일부 사용할 수 있습니다 않는 모델을 가지고 있습니다. 사소한 것이 아닌 자신의 모델을 굴리는 것은 시간이 많이 걸리는 연습입니다.

프리미티브 (다이오드, 트랜지스터 또는 단순 패시브) 이외의 모든 것은 연속 상태에서의 장치 작동을 반영 하는 행동 모델입니다. 실제로 이러한 모델의 내용은이 애플리케이션 노트 를 참조하십시오 . 페라이트 및 초크와 같은 것은 매우 복잡합니다. 그것들은 회로로 모델링 될 수 있지만 (데이터 시트의 응답을 달성하기 위해) 시간이 많이 걸릴 수 있습니다.

2 런타임. 시퀀서 전자 장치에 대한 독립적 인 안전 검토의 일환으로 배출 시트 의 전체 전원 경로를 시뮬레이션하여 EED 및 열 배터리 를 포함 시켰습니다 . 제어 및 소성 회로에 대한 케이블은 매우 길기 때문에 느슨하게 연결된 변압기 권선으로 모델링되었습니다. 이 회로에는 아마도 40 개의 요소가 포함되어 있고 단일 멀티 플렉스 실행을 수행하기 위해 30 시간 동안 (멀티 코어 하이 엔드 머신에서) 사용되었습니다 .

3 회로의 일부는 실제로 시뮬레이션에 적합하지 않거나 필요하지 않아야합니다. 제어 스위치를 토글하기 위해 간단한 옵토 커플 링 절연 스테이지가있는 경우 데이터 시트가 올바르게 사용 된 경우 시뮬레이션이 필요하지 않습니다. .

4 에서 신호 무결성 시뮬레이션, 대부분의 시뮬레이터 제어 임피던스 가장에서 +/- 10 %임을 고려하지 않고, 것 레이어에 레이어를 다릅니다. 이러한 시뮬레이션은 총체적인 문제를 확인하는 데 유용하지만 이러한 세부 정보로 여전히 물릴 수 있습니다. 또한 대부분의 시뮬레이터는 리턴 경로를 모델링 할 수 없습니다 (사후 레이아웃 시뮬레이션이 향상되고 있음).

5 거의 모든 시뮬레이션 모델은 가장 일반적인 사용 사례를 반영하기 위해 절충 됩니다. 코너 케이스 동작을 보려면 모델을 크게 수정해야했습니다.

전체 보드 (또는 종종 멀티 보드) 시스템은 실제로 작동하는 데 시간이 많이 걸리므로 검사에 관심이있는 부분 만 시뮬레이션됩니다.

또 다른 문제는 매크로 모델의 경우 대부분의 경우 시작 동작이 정의되어 있지 않으며, 비행 안전이 중요한 장비에서와 같이 시작 동작이 중요한 경우 전 세계의 시뮬레이터가 도움이되지 않는다는 것입니다. 그것.

시뮬레이션은 설계자에게 확실히 도움이 될 수 있지만, 완벽에 가까운 곳은 아니며 실제 회로 작동 에 의존해서는 안됩니다 . 회로 동작을 나타냅니다.

그러한 IC를 사용할 때, 나는 종종 제조업체의 "요리 책"을 따른다. 이것은 대부분의 경우 작동 회로로 이어지고 종종 디자인에 다소간에 통합 할 수있는 회로를 가지고 있습니다.

그러나 경우에 따라 외부 구성 요소로 회로의 일부에 대한 SPICE 모델도 작성합니다. 예를 들어 전압 조정기의 피드백 루프 주파수 응답, 내부적으로 스위칭 된 전류 소스가있는 비교기 입력. 이 경우 Spice 라이브러리의 이상적인 요소를 사용하고 데이터 시트의 지정된 특성 (예 : 입력 누설, 커패시턴스, ESD 다이오드)을 추가합니다. 디지털 고속 장치의 경우 제조업체는 입력 / 출력의 전기적 동작을 모델링하는 소위 IBIS 모델을 제공합니다. 이를 통해 신호 무결성 분석이 가능합니다 (PCB를 구성 요소로 포함 할 수 있음).

일반적으로 사용 가능한 더 복잡한 SPICE 모델을 찾지 못할 수도 있지만 Linear Technology / LTspice를 예외로 언급하고 싶지만 PWM 컨트롤러와 같은 IC 용 모델을 제공합니다. 다른 제조업체는 효율성 계산과 같은 웹 또는 스프레드 시트 기반 설계 도구를 제공합니다.

전자 설계에서는 회로를 구축하기 전에 일부 스파이스 프로그램에서 회로를 시뮬레이션하는 것이 일반적이라는 것을 알고 있습니다.

작고 간단한 회로를 제외하고는 전체 보드 시뮬레이션이 사용되는 것을 보지 못했습니다. 대신 보드 전체가 부분적으로 분석되며 각 부분에 가장 적합한 방법이 사용됩니다. 예를 들어, 일반적인 마이크로 컨트롤러 기반 시스템은 다음과 같이 분석 될 수 있습니다.

• SPICE에서 스위칭 모드 전원 공급 장치가 시뮬레이션됩니다
• IC 기반 배터리 충전기는 데이터 시트 및 수동 계산을 기반으로 설계되었습니다.
• 마이크로 컨트롤러는 데이터 시트 또는 제조업체 예 회로도에 따라 연결됩니다
• 무선 안테나는 특수 RF 시뮬레이터에서 시뮬레이션되거나 제조업체가 이미 확인한 사양에 따라 설계됩니다.

그리고 "마이크로 컨트롤러는 최소 200mA 공급이 필요합니다"및 "SMPS는 500mA 부하를 처리해야합니다"와 같이 부품 간의 제약 조건을 수동으로 확인해야합니다.

제한된 경험으로 전체 시스템을 시뮬레이션 할 필요가 없다는 것을 알게되었습니다. 일반적으로 회로에는 이해하기 어려운 작은 부분이 하나만 있습니다. 이를 위해 향신료의 데모 버전으로 충분합니다. 마찬가지로, 유한 요소 모델링에서는 이해하기 어려운 안테나 구조의 작은 부분 만 있으므로 FEMAP의 데모 버전으로 충분합니다.

특정 시뮬레이션 문제와 관련하여 spice에는 원하는 장치에 대한 고유 한 모델을 구성 할 수있는 조항이 있습니다. 아아, 좋은 결과를 얻으려면 다소 깊은 이해가 필요하지만 할 수는 있습니다. (스파이의 데모 버전이이를 지원하는지 기억이 나지 않습니다.)