Создание электронных схем на андроид. Qucs — open-source сапр для моделирования электронных схем. Метод исправления ошибок
Симулятор электронных схем на русском — это обыкновенный SPICE-симулятор под названием TINA-TI с легкой для понимания графической оболочкой. Данная программа работает без всякого лимита на количество применяемых приборов, легко обрабатывает всесторонние работы. Прекрасно соответствует имитированию поведенческой реакции разнообразных аналоговых схем, а также импульсных блоков питания. Используя TINA-TI можно легко сконструировать схему какой угодно степени сложности, соединить раннее созданные фрагменты, исследовать и распознать показатели схемы по качеству.
Все представленные элементы, которыми располагает симулятор электронных схем на русском TINA-TI , рассредоточены распределены на шесть типов: компоненты пассивного действия, ключи переключения, полу-проводниковые приборы, устройства измерения, миниатюрные модели устройств повышенной сложности.
Дополнительно данный софт имеет в своем составе множество показательных образцов.
Симулятор электронных схем составлен на русском языке, поэтому с его помощью можно легко освоить черчение и корректировку принципиальных схем. Процесс создания схемы сам по себе не сложный и после завершения этой операции начинается этап симуляции. Программа может выполнять ниже перечисленные виды исследования: оценку постоянного и переменного тока. В данный анализ входит — расчет ключевых напряжений, построение графика конечного итога, определение промежуточных параметров и тестирование температуры.
Далее идет исследование промежуточных процессов, шумовых искажений. Обусловленность от категории исследования, учебная программа формирует окончательный итог в форме графических изображений или таблиц. Прежде чем начать симуляцию, TINA-TI производит проверку схемы на наличие или отсутствие ошибок. Когда обнаруживаются какие либо отклонения, то все изъяны будут показаны в отдельном окошке в форме списка.
Дополнительно TINA-TI может выполнять измерение различных сигналов и их испытание. Чтобы реализовать данный вид исследования, для этого имеются виртуальные устройства: цифровой мультиметр, осциллограф, контрольно-измерительный прибор сигналов, источник периодических сигналов и устройство записи. Все имеющиеся в программе приборы симуляции предельно возможно соответствуют по использованию фактическим измерительным устройствам. Виртуально подключать их можно в любом участке исследуемой схемы. Все полученные условными приборами информационные данные сохраняются в памяти компьютера.
В настоящее время существует не так уж и много open-source САПР. Тем не менее, среди САПР для электроники (EDA) есть весьма достойные продукты. Этот пост будет посвящён моделировщику электронных схем с открытым исходным кодом . Qucs написан на С++ с использованием фреймворка Qt4.
Разработку данной САПР начали в 2004 году немцы Michael Margraf и Stefan Jahn (в настоящее время не активны). Сейчас Qucs разрабатывается интернациональной командой, в которую вхожу и я. Руководителями проекта являются Frans Schreuder и Guilherme Torri. Под катом будет рассказано о ключевых возможностях нашего моделировщика схем, его преимуществах и недостатках по сравнению с аналогами.
Главное окно программы показано на скриншоте. Там смоделирован резонансный усилитель на полевом транзисторе и получены осциллограммы напряжения на входе и выходе и также АЧХ.
Как видно, интерфейс интуитивно понятен. Центральную часть окна занимает собственно моделируемая схема. Компоненты размещаются на схеме методом перетаскивания из левой части окна. Виды моделирования и уравнения также являются особыми компонентами. Более подробно принципы редактирования схем описаны в документации к программе.
Формат схемного файла Qucs основан на XML и к нему поставляется документация.
Поэтому схема Qucs может быть легко сгенерирована сторонними программами. Это позволяет создавать ПО для синтеза схем, которое является расширением Qucs. Проприетарное ПО как правило использует бинарные форматы.
Перечислим основные компоненты, имеющиеся в Qucs:
- Пассивные RCL-компоненты
- Диоды
- Биполярные транзисторы
- Полевые транзисторы (JFET, MOSFET, MESFET и СВЧ-транзисторы)
- Идеальные ОУ
- Коаксиальные и микрополосковые линии
- Библиотечные компоненты: транзисторы, диоды и микросхемы
- Файловые компоненты: подсхемы, spice-подсхемы, компоненты Verilog
Библиотека компонентов использует собственный формат, основанный на XML. Но можно импортировать существующие библиотеки компонентов, основанные на Spice (приводятся в даташитах на электронные компоненты).
Поддерживаются следующие виды моделирования:
- Моделирование рабочей точки на постоянном токе
- Моделирование в частотной области на переменном токе
- Моделирование переходного процесса во временной области
- Моделирование S-параметров
- Параметрический анализ
Результаты моделирования можно экспортировать в Octave/Matlab и выполнить там постобработку данных.
Qucs основан на вновь разработанном движке схемотехнического моделирования. Отличительной особенностью этого движка является встроенная возможность моделирования S-параметров и КСВ, что важно для анализа ВЧ-схем. Qucs может пересчитывать S-параметры в Y- и Z-параметры.
На скриншотах показан пример моделирования S-параметров широкополосного усилителя высокой частоты.
Итак, отличительной особенностью Qucs является возможность анализа комплексных частотных характеристик (КЧХ), построение графиков на комплексной плоскости и диаграмм Смита, анализ комплексных сопротивлений и S-параметров. Эти возможности отсутствуют в проприетарных системах MicroCAP и MultiSim, и здесь Qucs даже превосходит коммерческое ПО и позволяет получить недостижимые для симуляторов электронных схем, основанных на Spice результаты.
Недостатком Qucs является малое количество библиотечных компонентов. Но этот недостаток не является препятствием к использованию, так как Qucs совместим с форматом Spice в котором приводятся модели электронных компонентов в даташитах.
В настоящее время мы работаем над возможностью предоставления пользователю выбора движка для моделирования схемы. Можно будет использовать встроенный движок Qucs, Ngspice (spice-совместимый консольный моделировщик, похожий на PSpice) или Xyce (моделировщик с поддержкой параллельных вычислений через OpenMPI)
Теперь рассмотрим перечень нововведений в недавнем релизе Qucs 0.0.18 перспективных направлений в разработке Qucs:
- Улучшена совместимость с Verilog
- Продолжается портирование интерфейса на Qt4
- Реализован список недавних открытых документов в главном меню.
- Реализован экспорт графиков, схем в растровые и векторные форматы: PNG, JPEG, PDF, EPS, SVG, PDF+LaTeX. Эта функция полезна при подготовке статей и отчётов, содержащих результаты моделирования
- Возможность открытия документа схемы из будущей версии программы.
- Исправлены баги, связанные с зависанием моделировщика при определённых условиях.
- Ведётся разработка системы синтеза активных фильтров для Qucs (ожидается в версии 0.0.19)
- Ведётся разработка сопряжения с прочими open-source движками для моделирования электронных схем (
11. Droid Tesla
Droid Tesla представляет собой простой и мощный SPICE-симулятор электрических цепей. Помимо радиокомпонентов поддерживаются различные источники тока и напряжения, а также основные измерительные приборы, в т.ч. виртуальный осциллограф.
Droid Tesla позволяет эмулировать следующие источники тока/напряжения: источник постоянного тока и напряжения; источники переменного тока и напряжения; CCCS, CCVS, VCCS, VCVS — управляемые источники тока и напряжения; генератор треугольных импульсов; генератор прямоугольных импульсов.
Поддерживается эмуляция следующих электронных компонентов: резистор; конденсатор; индуктивность; трансформатор; потенциометр; лампа накаливания; идеальный операционный усилитель; биполярные и MOSFET транзисторы; диод, светодиод и стабилитрон; выключатели; элементы цифровой логики: AND, NAND, OR, NOR, NOT, XOR, XNOR; триггеры; 555-таймер; реле; 7-ми сегментный индикатор и др.
Smart Tools – весьма полезная программа на андроид устройстве от лучшего разработчика Smart Tools co., которая и в хозяйстве может пригодится и в учебе помочь. Возможности:
Измеряет — длину, угол, наклон, уровень, резьба (Smart Ruler Pro)
Содержит инструменты для вычисления расстояния, высоты, ширины, площади (Smart Measure Pro)
Включает в себя компас, металлодетектор, GPS (Smart Compass Pro)
Шумомер, виброметр (Sound Meter Pro)
Фонарик, увеличительное стекло (Smart Light Pro)
13.
Electrical Engineering Pack
Electrical Engineering Pack — функциональное приложение.которые пригодится любому электрику. Программа сочетает в себе около 40 видов калькуляторов и около 15 преобразователей. Ко всем увы получаете полное руководств, которое пригодится инженерам-электрикам, техникам и студентам. Калькуляторы могут быстро рассчитать различные электрические параметры. Автоматические расчёты выполняются быстро и без проблем. Особенности:
Профессионально разработанный пользовательский интерфейс, который ускоряет ввод данных, удобный просмотр и расчет скорости.
Несколько вариантов для расчета каждого значения
Автоматический расчет выхода по отношению к изменениям на входе, параметры и единицы измерения.
Формулы предусмотрены для каждого калькулятора
14. SatFinder Plus
SatFinder Plus – программа для настройки спутниковой тарелки. Как это работает: встаньте возле тарелки, дождитесь максимальной точности, зафиксируйте точку долгим тапом или через меню.
Далее отходя в сторону, добейтесь чтобы текущий азимут наиболее точно соответствовал расчетному. Так как программа использует для наиболее точного определения текущего азимута координаты GPS, рекомендуется отойти на 50-100 м.
15. Electric circuit
Electric circuit поможет разобраться как устроены параллельные цепи, последовательные цепи. Также приложение поможет разобраться Вам с формулами по расчёту различных электрических характеристик (мощность, ток, напряжение, сопротивление, магнитное поле и т.д.).
На главном экране представлены различные варианты электрических схем, симуляторы, формулы и т.д. Для перехода в нужный раздел Вам всего-то нужно по нему тапнуть. В каждом разделе найдутся полезные подсказки и разъяснения. Приложением весьма просто пользоваться — простой и интуитивно понятный интерфейс. Конечно жутко не хватает русификации. Великолепный симулятор поведения электрической цепи. Весь материал представлен в наглядной форме.
16. App для электрика ver.
2.9
App для электрика — это хороший компаньон для электрика или инженера, в обучении, на работе или хобби. Приложение содержит наиболее важные формулы в области электротехники. Оно совсем небольшое, легкое в использовании, доступно в 4-х языках: английским, немецким, русским и японским и для исполнения этого приложения не требуется специальных разрешений.
Функции:
расчет до семи сопротивлений (параллельно).
расчет напряжения, сопротивления и тока.
расчет тока, заряда и времени.
расчет работы, время и силы.
расчет сопротивления линии.
расчет тока, напряжения и мощности.
расчет падения напряжения на линии.
расчет реальной, реактивной и полной мощности в сети переменного тока.
расчет активной, реактивной и полной мощности трёхфазного тока.
расчет первичного и вторичного напряжения, первичной и вторичной обмотки Трансформатора.
расчет плотности тока.
расчет cos фи.
расчет sin фи.
17. SafetyCalc Free ver.2.
1
SafetyCalc Free 2.1 — помощник проектировщика и монтажника систем безопасности и слаботочных систем. Если Вам необходимо:
определить работоспособность разветвленной слаботочной цепи,
рассчитать мощность блока питания и емкость аккумулятора для системы контроля и управления доступом (СКУД),
рассчитать объектив видеокамеры наблюдения для систем охранного телевидения (СОТ) и систем телевизионного наблюдения (СТН), то это приложение для Вас.
Возможности приложения SafetyCalc:
Расчет значений падения напряжения в разветвленной цепи со множеством нагрузок, для каждой нагрузки, и определение минимального сечения кабеля(провода) для данной цепи;
Расчет значений падения напряжения в разветвленной цепи со множеством нагрузок, для каждой нагрузки, при условии, что все нагрузки подключены к общей шине питания кабелем(проводом) разного сечения;
Расчет значений падений напряжения в разветвленной цепи со множеством нагрузок, для каждой нагрузки, при условии, что все нагрузки подключены к общей шине питания кабелем(проводом) одинакового сечения;
Расчет мощности блока питания и емкости аккумулятора для системы контроля и управления доступом (СКУД), с учетом коэффициентов запаса, для дежурного режима (8 часов) и аварийного режима (3 часа) работы, согласно рекомендациям МВД РФ;
Расчет объектива для камер видеонаблюдения систем охранного телевидения (СОТ) и систем телевизионного наблюдения (СТН): определение вертикального и горизонтального фокусного расстояния, определение углов обзора по вертикали и горизонтали, определение мертвых зон.
18. Autodesk ForceEffect Motion ver.2.7.13
Autodesk ForceEffect Motion 2.7.13 — программа для разработки механических систем с движущимися сегментами. Создавайте движущиеся механические системы прямо на своем мобильном устройстве. В отличие от стандартного метода разработки при помощи бумаги, карандаша и калькулятора, данная программа производит симуляцию и все вычисления, позволяя вам быстро выстроить нужный дизайн.
19. Droid 2 CAD ver.4.03
Droid 2 CAD 4.03 — программа, которая позволяет вам отмечать точки и места, используя ваш встроенный GPS и экспортировать для дальнейшего использования.
Точки автоматически нумеруются, а также вы можете задавать им имена. Встроенная поддержка карт Google позволяет вам определить как точно вы отметили точки, а также исправлять их, перемещая по карте.
Программа позволяет экспортировать точки в следующие форматы:
DXF — специальный формат, поддерживаемый большинством САПР, включая AutoCAD.
KML — формат отметок Google Earth.
CSV — универсальный формат для хранения данных, поддерживаемый множеством программ, включая MySQL-клиенты и Microsoft Office.
20. AndCAD Demo ver.1.8.5
AndCAD Demo 1.8.5 — очень мощная программа для создания чертежей прямо на вашем мобильном Android-устройстве. Также, программа позволяет редактировать чертежи некоторых популярных форматов.
Ключевые возможности программы:
Векторные объекты.
Привязка объектов.
Прямой ввод единиц.
Поддержка слоев.
Подкладка изображения.
Импорт/экспорт файлов AutoCAD DXF.
Ландшафтный и портретный режимы.
Геометрические объекты: линия, окружность, дуга, ломаная линия, треугольник, многоугольник, точка, текст, заметка, линейный размер.
Инструменты редактирования: свободное редактирование, перемещение, копирование, поворот, изменение размера и т.п.
Симулятор с дружелюбным интерфейсом для разработки и расчета электронных цепей и контуров.
Программное обеспечение Quite Universal Circuit Simulator является редактором с графическим интерфейсом с комплексом технических возможностей для конструирования схем.
Для управления сложными схемами включена возможность разворачивания подсхем и формирования блоков. Софт включает встроенный текстовый редактор, приложения для расчета фильтров и согласованных цепей, калькуляторы линий и синтеза аттенюаторов. Чертеж можно оформить с обрамлением рамки и стандартного штампа.
Конструктор схем Qucs включает широкую базу современных компонентов, разделенных на категории: дискретные (резисторы, конденсаторы и др), нелинейные (транзисторы и диоды), цифровые (базовые цифровые устройства и логические вентили) и другие (источники, измерители). Особый интерес представляют рисунки и диаграммы.
Qucs может настраиваться на множество языков, включая русский.
Программа функционирует на Mac OS, Linux и Windows XP, Vista, 7 и 8.
Бесплатно.
Симулятор – конструктор электронных схем “Начала электроники”
Существует очень интересная программа, которая представляет собой несложный симулятор для демонстрации работы электрических схем и работы измерительных приборов.
Удобство его не только в наглядности, но и в том, что интерфейс на русском языке. Она позволяет смоделировать на макетнице очень простые принципиальные схемы. Называется программа “Начала электроники”. Ссылка на нее внизу страницы, видео канала Михаила Майорова.
Программа работает, начиная от Windows 98 и заканчивая Windows 7. Интерфейс выглядит следующим образом.
Внизу располагается чертеж печатной платы, но для нас наибольший интерес представляет панелька с макетной платой. Наверху кнопки управления: загрузить схему из файла, сохранить схему, очистка макетной платы, получить мультиметр, получить осциллограф, показать параметры деталей, состояние деталей, справочник, (кратко изложены понятия об электричестве), небольшой список лабораторных работ для самостоятельного их проведения, инструкция по пользованию симулятором, информация об авторах, выход из программы.
На видео о том, как работает симулятор цепи.
Что можно собрать на симуляторе схем?
На этом простом симуляторе можно собрать довольно много интересных вещей. Для начала давайте смоделируем обычный фонарик. Для этого нам потребуется лампочка, две батарейки и, естественно, все это надо будет соединить перемычками. Ну и какой же фонарик без выключателя и лампочки?
Двойным щелчком вызываем окно параметров батарейки. На появившейся вкладке видим напряжение, внутреннее сопротивление, показывающее ее мощность, миниполярность. В данном случае батарейка вечная.
Когда схема собрана, нажимаем два раза выключатель и лампочка почему то сгорает. Почему? Суммарное напряжение последовательно соединенных батареек 3 вольта. Лампочка по умолчанию была на 2,5 вольта, поэтому и сгорела. Ставим 3-вольтовую лампочку и снова включаем. Лампочка благополучно светится.
Теперь берем вольтметр. Вот у него загораются “ладошки”. Это измерительные щупы. Давайте перенесем щупы к лампочке и поставим измерение постоянного напряжения с пределом 20 Вольт. На мониторе показывает 2,97 вольта. Теперь попробуем измерить силу тока. Для этого берем второй мультиметр.
Прибор, подсоединенный в схему, показал почти 50 миллиампер.
Практически как на настоящем мультиметре, можно измерить множество параметров. Есть также в симуляторе осциллограф, у которого даже регулируется яркость луча. Кроме того, есть реостат, можно двигать движок. Есть переменный конденсатор, шунты, нагревательная печка, резисторы, предохранители и другое. К сожалению, в данном симуляторе нет транзисторов.
Выводы по программе “Начала электроники”
Multisim – конструктор электрических схем
Multisim – одна из продвинутых программ для профессионалов и просто людей, которые увлекаются радиотехникой. Программа может сконструировать огромный набор видов электросхем. Если вы стремитесь смоделировать свои электронные задумки и проверить их работоспособность, то скачивайте программу Multisim. В интернете есть варианты на русском языке.
Функции программы
Знакомство с Multisim
Qucs, также известный как Quite Universal Circuit Simulator, был разработан как доступный симулятор электронных цепей и контуров, имеющий графический интерфейс и основанный на открытом исходном коде.
Программа поддерживает все виды моделирования схем, например DC, AC, S-параметры, гармонический анализ баланса, анализ шума и так далее. Результаты моделирования можно посмотреть на странице презентации или окне программы.
Qucsator, серверная часть программы, — это симулятор командной строки, который управляет списком сетей определенного формата ввода-вывода набора данных Qucs. По умолчанию он был создан для работы с проектом Qucs, но может быть использован и с другими приложениями. В программе есть поддержка экспорта изображений символов с файлами Verilog-A в код на языке C++, поддержка прямой связи с символами Verilog-HDL и подцепями VHDL. Последние версии Qucs обладают интерфейсом GNU/Octave.
Ключевые особенности и функции
- поддержка синтаксиса Verilog-HDL и Verilog-A в текстовых документах;
- поддержка экспорта кода на языке С++;
- поддержка уравнений для подцепей Verilog-HDL и VHDL;
- заранее скомпилированные VHDL модули и библиотеки;
- поддержка всех современных компонентов;
- открытый исходный код дает возможность разрабатывать расширения;
- настраиваемый и расширяемый интерфейс;
- встроенный файловый конвертер;
- возможность загрузки дополнительных языков интерфейса.
Симуляторы электрических схем (Страница 1) — Учимся делать расчёты — Советы бывалого релейщика
Страницы 1
Чтобы отправить ответ, вы должны войти или зарегистрироваться
1 Тема от
Никита Любимов 2011-02-15 10:34:19- Никита Любимов
- РЕЛЕктрик
- Неактивен
Тема: Симуляторы электрических схем
Добрый день коллеги.
Интересует вопрос, какими симуляторами электрических схем Вы пользуетесь.
Я когда появляется нужда использую старый добрый Electronics Workbench version 5.12
Но этой программе уже сто лет, знаю, что у них же есть уже более современный аналог, как он?
Так же интересуют другие симуляторы, желательно бесплатные и на русском языке.
Спасибо
Мои проекты: РЗиА Вконтакте Ретро-РЗиА Старые журналы Видео про реле Вики РЗиА
Сайт Никита Любимов
3 Ответ от
cambric 2011-02-17 08:45:40- cambric
- Пользователь
- Неактивен
Re: Симуляторы электрических схем
У ewb, конечно, есть продолжение — Multisim.
Есть ли что бесплатное — не знаю.
Тут от задачи все зависит. Если цифра — то лучше ewb 5.12 не видел. Использую и Microcap, и Multisim. Преобразователи делал в Simulink’е — та удобно сразу со схемой управления…
в общем, смотря для чего.
4 Ответ от
Svog 2011-02-17 12:29:48- Svog
- Пользователь
- Неактивен
Re: Симуляторы электрических схем
Поспрашивал у себя на работе: говорят Proteus хорошая программа.
Из википедии:
Пакет представляет собой систему схемотехнического моделирования, базирующуюся на основе моделей электронных компонентов принятых в PSpice. Отличительной чертой пакета PROTEUS VSM является возможность моделирования работы программируемых устройств: микроконтроллеров, микропроцессоров, DSP и проч. Библиотека компонентов содержит справочные данные. Дополнительно в пакет PROTEUS VSM входит система проектирования печатных плат. Пакет Proteus состоит из двух частей, двух подпрограмм: ISIS — программа синтеза и моделирования непосредственно электронных схем и ARES — программа разработки печатных плат.
Вместе с программой устанавливается набор демонстрационных проектов для ознакомления.
Пакет является коммерческим. Бесплатная ознакомительная версия характеризуется полной функциональностью, но не имеет возможности сохранения файлов.
Примечательной особенностью является то, что в ARES можно увидеть 3D-модель печатной платы, что позволяет разработчику оценить своё устройство ещё на стадии разработки.
5 Ответ от
dominator 2011-02-17 13:25:16- dominator
- Пользователь
- Неактивен
Re: Симуляторы электрических схем
Svog пишет:
Поспрашивал у себя на работе: говорят Proteus хорошая программа.
Пользуюсь ей для отладки прошивки микроконтроллеров в связке со средой программирования (для МК Atmel получается связка AVR Studio + WinAvr + Proteus). Очень удобно, имхо. Можно пошагово проверить, что происходит в схеме.
| Присоединяйтесь!!! Мы в социальных сетях и на Ютуб. |
е. чтобы можно было собрать на экране схему из токовых реле, реле времени и т.д. типа РТ-40 и проследить логику работы схемы?
Но все же 21 век, хотелось бы иметь что-то вроде MultiSim для распространенных в России реле, с возможностью создания и моделирования произвольной схемы.
..Автоматика Управления Выключателем (АУВ)Ж/Д, тяговые подстанции, транспортЦифровая подстанцияМоделирование релейной защитыВопросы эксплуатации аппаратуры передачи аварийных сигналовПосты. Совместимость.ВЧ обработка, каналы, трактыБиблиотека УПАСКЗеркало старого форума. УПАСКРазные режимные вопросыРежимная автоматикаПрограммное обеспечениеАппаратура для выполнения проверокОперации с устройствами РЗАДелай как яСхемы распределительных устройствСобственные нуждыТрансформаторы тока (ТТ), напряжения (ТН) и их вторичные цепиОперативный ток и цепи управленияВспомогательное оборудованиеИспытания и измеренияСистемы учета электроэнергии и измерительные приборыОрганизационные вопросыАСУ ТП и РЗА, МЭК 61850АИИС КУЭТелемеханика (ТИ, ТС, ТУ)Расчёт сетей напряжением до 1000ВВыбор параметров настройки устройств релейной защиты и автоматикиВыбор первичного оборудованияГрафика в релейной защитеОбщие вопросы проектированияУчимся делать расчётыБиблиотека РЗАБиблиотека электромонтёраИностранная литератураПроектированиеОрганизационые вопросы связаные с РЗАНормативно-техническая документацияНовые нормативно-технические документы по релейной защите и автоматикеПовышение квалификацииОбъявления разработчиков техники РЗА, специалистов эксплуатирующих организацийРелейщики ищут работуТребуются релейщикиКуплю/продамНовости энергетикиРазговоры на свободные темыПриемная Администрации форумаПомощьАрхивыОбсуждение продукцииЧто такое электронное моделирование? — Блог Fusion 360
Физические прототипы все чаще становятся пережитком прошлого, поскольку программное обеспечение для моделирования электроники становится все более коммерчески доступным.
Узнайте о различных типах процессов моделирования в этом информативном руководстве для начинающих.
Вы когда-нибудь начинали собирать печатную плату с нуля, только чтобы обнаружить, что печатная плата не работает так, как предполагалось? Такие вещи случаются, но с современными технологиями, доступными сегодня, в этом не должно быть необходимости. Подобные проблемы становятся пережитком прошлого, во многом благодаря программному обеспечению для моделирования электроники.
Technology продолжает внедрять новые процессы и оптимизировать старые. Моделирование электроники — это мощный инструмент, который помогает инженерам моделировать и тестировать электронику перед ее производством. Программное обеспечение для моделирования электроники невероятно точное и часто используется в колледжах и университетах для обучения инженеров-электронщиков.
Почему важно программное обеспечение для моделирования электроники?
Современные программные платформы постоянно упрощают процесс проектирования.
Когда дело доходит до печатных плат (PCB), права на ошибку практически нет. Это связано с дороговизной используемых материалов. Фотомаски дорогие, а макеты на деревьях толком не растут. Инженеры не могут тратить время, деньги и ресурсы на изготовление физических прототипов методом проб и ошибок.
Вместо этого в моделировании электроники используются такие инструменты, как редактор схем и экранные осциллограммы, помогающие инженерам виртуально проектировать печатные платы. Виртуальные конструкции можно изменять и тестировать, не тратя ресурсы впустую. Инженеры могут смоделировать схему, чтобы протестировать выходной сигнал и при необходимости отрегулировать его на основе результатов. Некоторые пакеты программного обеспечения для моделирования даже содержат библиотеки устройств, которые включают модели транзисторов (BSIM), резисторов, конденсаторов, трансформаторов и т. д. Все это сокращает время проектирования и повышает производительность.
Типы моделирования цепей
Существует три основных типа моделирования цепей: цифровое, аналоговое и смешанное.
Цифровой
Моделирование цифровых схем использует простые модели электронных схем для тестирования схем. Однако вместо того, чтобы заполнять непрерывно меняющиеся сигналы, как при моделировании аналоговой схемы, он использует только несколько небольших уровней напряжения (логический 0 и логическая 1). Этот метод позволяет промышленному проектировщику моделировать более крупные схемы за меньшее время и с меньшими ресурсами.
Аналог
Моделирование аналоговых схем использует точные модели электронных схем для проверки функциональности конструкции. Он может использовать различные режимы: переменный ток, постоянный ток и переходный процесс. Все аналоговые симуляторы используют математические алгоритмы для проверки работоспособности электронной схемы.
Существует два типа симуляторов аналоговых схем: SPICE и FastSPICE. Симуляторы SPICE используются для измерения функциональности схемы путем сравнения ее с чрезвычайно точными, нелинейными и линейными моделями.
Симуляторы FastSPICE, с другой стороны, используют менее сложные представления моделей для проверки функциональности схемы.
Смешанный режим
Моделирование схем в смешанном режиме естественным образом сочетает в себе как аналоговые, так и цифровые элементы моделирования. Аналоговый симулятор используется для аналогового анализа, а цифровой симулятор используется для цифрового анализа.
Преимущества моделирования электроники
Невероятно дорого и расточительно изготавливать электронные схемы снова и снова для тестирования и модификации; Вот почему моделирование электроники является необходимостью. Самый большой вывод из использования программного обеспечения для моделирования электроники заключается в том, что оно экономит время, деньги и ресурсы. Кроме того, программное обеспечение для моделирования также предоставляет различные модели для тестирования электронных конструкций — и многое другое!
Если вам интересно, какой инструмент моделирования электроники подходит именно вам, ознакомьтесь с Autodesk Fusion 360.
Революционный симулятор радиочастотных цепей для новых возможностей проектирования и анализа электроники
Дом
Агентство:
Министерство обороны
Филиал:
Армия
Программа | Фаза | Год:
STTR | ОБА | 2020
Запрос:
DoD 2020.B STTR Запрос
Номер темы:
A20B-T002
ПРИМЕЧАНИЕ. Заявки и темы, перечисленные на
этот сайт является копиями различных предложений агентства SBIR и не обязательно
самые свежие и актуальные.
По этой причине вам следует использовать ссылку агентства, указанную ниже, которая приведет вас
непосредственно к
соответствующий сервер агентства, где вы можете прочитать официальную версию этого ходатайства
и скачать соответствующие формы и правила.
Официальная ссылка на это обращение: https://rt.cto.mil/rtl-small-business-resources/sbir-sttr/
Дата выпуска:
06 мая 2020 г.
Дата открытия:
03 июня 2020 г.
Срок подачи заявки :
02 июля 2020 г.
Дата закрытия:
02 июля 2020 г.
Описание:
ОБЛАСТЬ ТЕХНОЛОГИИ: Электроника
ЦЕЛЬ: Разработать надежное программное обеспечение для компьютерного моделирования, позволяющее точно и быстро анализировать сквозное поведение полностью общих частотно-временных сигналов в сложных нелинейных радиочастотных схемах.
ОПИСАНИЕ: Как ни странно, для разработки прототипа современного сотового модема потребовалась дюжина циклов изготовления, 1000 или более инженеров и миллиарды долларов. Существующее коммерчески доступное программное обеспечение для моделирования схем не способно к быстрому и точному анализу отклика всей сложной линейной и нелинейной схемы на современные частотно-временные сигналы.
В настоящее время радиочастотные цепи разрабатываются на основе интуитивных выводов, полученных в результате анализа множества сумм установившихся функций, таких как синусоидальные волны, или анализа переходных процессов в цепи с относительно небольшим динамическим диапазоном. ВЧ-схемы, как правило, разрабатываются, начиная с аналитического решения в установившемся режиме, после чего следует обширный метод проб и ошибок. Небольшие части схемы моделируются за короткие промежутки времени, а результаты объединяются на основе инженерной интуиции. Однако компоненты радиочастотных цепей могут реагировать неожиданным образом, когда на них воздействуют формы волны, которые имеют формулировку как по времени, так и по частоте. Простой пример — импульсы синусоидальных волн. Реакция фильтров и, в частности, элементов нелинейной схемы на эти частотно-временные сигналы может существенно отличаться от того, что можно было бы ожидать при анализе установившихся сигналов. Даже относительно простые сигналы 5G, такие как модуляция OFDM и CDMA, трудно точно проанализировать.
Более общие частотно-временные сигналы, в которых частотный состав меняется со временем, а переходные процессы РЧ могут доминировать в отклике, могут представлять интерес для создания помех и радиоэлектронной разведки или построения сигналов LPI. Коммерчески доступные инструменты моделирования цепей не имеют динамического диапазона для работы с этими формами сигналов, количество требуемых переменных состояния может расти экспоненциально, а время вычислений для одной цепи может занимать недели даже для анализируемого ограниченного периода времени цепи. Эти инструменты моделирования могут иметь динамический диапазон порядка 80 дБ, в то время как может потребоваться динамический диапазон выше 140 дБ, а также возможность уменьшить количество переменных состояния. Соответствующее моделирование также потребует возможности обработки истинной временной задержки и эффектов памяти физически корректным образом. Для удовлетворения этих требований к производительности и скорости вычислений потребуются макромодели.
Они могут включать в себя точные поведенческие модели и модели пониженного порядка. Дробное исчисление и сложные базисные функции, такие как вейвлеты, могут быть полезны при построении этих макромоделей. Программное обеспечение должно быть способно имитировать отклик формы сигнала 5G в стандартном интерфейсе смартфона с центральной частотой в диапазоне от 1 до 5 ГГц, что на четыре порядка быстрее, чем моделирование Spice. Подход должен быть основан на переменных состояния и обеспечивать точное моделирование произвольных переменных состояния (включая мультифизические переменные), физически правильную истинную временную задержку, эффекты памяти схемы, стохастическую схему и изменение компонентов, а также динамический диапазон более 140 дБ. Рассмотрите возможность использования различных методов макромоделей, таких как поведенческое моделирование, расширенные базисные функции, тензорные последовательности и дробное исчисление. Используйте опубликованные или имеющиеся в продаже макромодели.
Симулятор должен обеспечивать возможность «набора точности», чтобы пользователь мог найти компромисс между точностью и скоростью.
ЭТАП I: продемонстрировать осуществимость программного подхода к моделированию линейных и нелинейных цепей, способного моделировать детальную характеристику схемы, выбранную в любой точке схемы, для сложных сигналов, таких как 5G OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением) или CDMA (множественный доступ с кодовым разделением каналов), импульсный сверхширокополосный, с несколькими несущими, скачкообразной перестройкой частоты и непериодическими импульсными частотами. Симулятор должен точно и эффективно обрабатывать нелинейность цепи, повторяющиеся переходные процессы и полнодуплексную работу (с одновременными сигналами очень высокой и очень низкой мощности). Осуществимость подхода будет подтверждена блок-схемой процедур программного обеспечения и анализом, основанным на оценке производительности по параметрам, указанным в литературе, для различных требуемых алгоритмов.
Результаты исследований, проведенных за последние два десятилетия, вселяют оптимизм в отношении того, что можно сформулировать такой высокопроизводительный симулятор нелинейной схемы. В качестве примера в ref. 1, динамический диапазон которого превышает 160 дБ при моделировании переходных процессов. Он общедоступен для скачивания (ссылка 2). Он имеет физически правильную задержку истинного времени (ссылка 3), может работать с произвольными переменными состояния и мультифизическими переменными (ссылка 4) и может работать с распределенными сетями (ссылка 5). Ссылка 11 — это ссылка на симулятор схемы, созданный Sandia Laboratory (Xyce), который решает многие из тех же проблем, что и fREEDA. Он также находится в открытом доступе. Оба имеют публичные лицензии GPL. Одним из подходов к этой теме может быть объединение функций Xyce и fREEDA, поскольку оба могут использоваться для коммерческого применения под их общедоступными лицензиями. Разработайте и представьте план перехода для пакета программного обеспечения с подробной информацией о конкретных партнерах по переходу и рассмотрением документации по программному обеспечению, сопровождения и обслуживания клиентов.
ЭТАП II: Разработайте надежный программный пакет, способный к моделированию, описанному на этапе I. Определите фундаментальные ограничения предлагаемых макромоделей и меры неопределенности, вносимые каждой из них. Составьте план демонстрации возможностей моделирования. Разработайте план проверки симулятора на основе конкретных экспериментов и других симуляторов с ограниченными возможностями или моделирования с длительным временем выполнения (что нецелесообразно для большинства приложений). Продемонстрируйте симуляцию и проверьте соответствие критериям плана проверки. Задокументируйте проверку в журнальной статье для рецензирования, которая будет эффективно рекламировать и продвигать возможности моделирования среди профессионального сообщества электроники. Предоставьте бета-версию программного обеспечения, включая исходный код, в назначенную государственную лабораторию для тестирования. Обеспечить поддержку на месте государственного тестирования. Разработайте и представьте комплексный план перехода, чтобы сделать программное обеспечение доступным для правительства и коммерческого рынка, с подробным описанием ролей партнеров по переходу, обновленной бизнес-моделью и обновленным анализом рынка.
Разработайте и поставьте GUI (графический пользовательский интерфейс) со схемой, интегрированной в симуляцию. Программное обеспечение должно быть реализовано на обычном языке программирования, таком как C++ или Python. Симулятор, отвечающий этим требованиям, будет иметь значительные возможности, которых нет в коммерчески доступном программном обеспечении и даже (насколько нам известно) в специализированном программном обеспечении, используемом в промышленных программах. В частности, программное обеспечение будет способно всесторонне моделировать относительно длинные временные шаги и временные задержки (миллисекунды) во время (например) атаки EW, моделировать с масштабируемым компромиссом между точностью и временем выполнения, точно моделировать идеально общие формы сигналов в двух цепях. связаны электромагнитным образом на больших расстояниях и легко охватывают обширные библиотеки моделей устройств, разработанные для других программных продуктов.
ЭТАП III: Работа на этапе III будет направлена на усовершенствование бета-версии программного обеспечения до надежного симулятора схемы для продажи на коммерческих и военных рынках.
Возможность точного и быстрого моделирования сквозного распространения усовершенствованных сигналов и наблюдения за влиянием отдельных элементов схемы значительно снизит стоимость разработки радиочастотного чипа и, следовательно, самой электронной системы. Ожидается, что он будет интересен разработчикам микросхем в электронной промышленности, университетам и правительственным лабораториям для анализа инновационных концепций радиочастотных цепей и сигналов, агентствам, регулирующим использование спектра, и сообществу радиоэлектронной борьбы. Ожидаемый путь перехода будет заключаться в том, что компания создаст собственное обслуживание программного обеспечения, поддержку клиентов и возможности продаж; сотрудничать с существующей более крупной коммерческой компанией-разработчиком программного обеспечения; или продать лицензию крупной софтверной компании.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: симулятор цепей, нелинейные схемы, сложные формы сигналов, 5G. Междунар. J. Численное моделирование: электронные сети, устройства и поля 21, 303 (2008 г.
); https://go.ncsu.edu/freeda-download; Приядарши С., Сондерс К.С., Криплани Н.М., Демирчиоглу Х., Дэвис В.Р., Франзон П.Д., Стир М.Б. Параллельное переходное моделирование мультифизических схем с использованием разделения на основе задержки. IEEE Trans. по автоматизированному проектированию интегральных схем и систем 31,1522 (2012 г.); Приядарши С., Харрис Т. Р., Меламед С., Отеро К., Криплани Н., Кристофферсен С. Э., Манохар Р., Дули С. Р., Дэвис В. Р., Франзон П. Д., Стир М. Б., «Динамическое электротермическое моделирование трехмерных интегральных схем с использованием стандартных клеточные макромодели», IET Circuits, Devices & Systems 6, 35 (2012); К. С. Сондерс и М. Б. Стир, «Принудительное применение пассивности для моделей допуска распределенных сетей с использованием метода обратных собственных значений», IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 60, 8 (2012).; Дж. К. Педро и С. А. Маас, «Сравнительный обзор подходов к моделированию поведения микроволновых и беспроводных усилителей мощности», IEEE Trans.
