Рубрика: Електроника
40 години симулација на електронски кола со SPICE
Автор: Гоце Арсов
Ова е само дел од статијата која во целост е објавена во

Емитер 4/2013.

Нарачајте го овој број или најавете се за да ја прочитате целата статија.


Развојот на методите за проектирање на електронски кола е тесно поврзан со развојот на компјутерските програми за нивно моделирање, анализа и симулација. Трудов е посветен на 40 годишнината од појавата на програмскиот пакет за симулација на електронски кола наречен SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis), како и на неговиот развој до денес. Веќе над 40 години овој програмски пакет е меѓу најупотребуваните, како во практични цели така и во едукацијата на студентите и младите инженери за подобро разбирање на работата и одвивањето на процесите во голем број електронски кола и компоненти. Развиен е на универзитетот во Беркли, Калифорнија, а денес постојат неколку десетици верзии од разни компании, развиени за големи компјутерски системи, но и за мали персонални компјутери.

Проектирањето на електронските кола бара и примена на методи за точна процена на нивните карактеристики. Поради огромната комплексност на модерните електронски кола, ваквата процена е невозможна без помош на компјутерски поддржаните методи за анализа и симулација. Примената на компјутерските методи, често може да даде и информации кои се недостапни дури и со лабораториски испитувања врз соодветен прототип.
Придобивките од примената на компјутерски поддржана анализа и симулација при проектирањето на електронски системи може да бидат од различен карактер:
1) Симулациите овозможуваат проверка на идејното решение пред да се пристапи кон изработка на скап прототип.
2) Уште во раниот стадиум на постапката на проектирање симулациите овозможуваат испитување на проблеми, како што се, на пример, стресните ситуации и однесувањето на компонентите под оптоварување, уште пред да се пристапи кон изработка на прототип.
3) Овозможуваат лесна проверка на нови проектни решенија и процена на ефектите од варијацијата на параметрите на компонентите врз карактеристиките на системот. До подобрување на топологијата на колото може да се дојде без дополнителни трошоци.
4) Симулацијата овозможува да се проверат основните принципи на работа на колото во мошне рана фаза на проектирањето, а потоа може да се додадат и дополнителни ефекти како, на пример, оние предизвикани од разни паразитни елементи во колото. Ефектите предизвикани од шумови или изобличувања на сигналите можат да се испитуваат без примена на скапи мерни уреди.
5) Програмите за симулација овозможуваат лесно извршување деструктивни тестови во услови на грешка, што тешко се извршуваат дури и во специјални лаборатории.
6) Симулациите често даваат можност и за „гледање во внатрешноста" на компонентите во колото. Исто така, даваат можност за истражување на ефектите од неидеалноста на употребените компоненти.
7) Оптимизацијата на перформансите на колото може да се изврши со помош на бројни симулации при различни вредности на променливите во системот.
8) Струјните и напонските гранични вредности потребни при спецификацијата на компонентите лесно се определуваат со симулации.
9) Симулациите можат да бидат мошне корисни и при изработка на документацијата за проектираниот уред.
Покрај тоа, симулациите можат да бидат многу корисни во образовни цели. Преку нив може да се добијат многу корисни информации за добро разбирање на работата на електронските кола, но и информации за нивните перформанси коишто често е невозможно да се добијат дури и по пат на испитување на лабораториски прототип.
Сепак, треба да се напомене дека симулациите секогаш треба да соодветствуваат на истражуваниот проблем. Тоа значи дека, за да се добие соодветен одговор, сите параметри што на кој било начин влијаат врз работата и карактеристиките на системот треба да се земат предвид. Мошне често специфични проблеми треба да се решаваат со соодветни симулации.
Покрај своите предности, симулациите имаат и свои недостатоци коишто секогаш треба да се имаат предвид:
1) Симулациите често бараат многу време.
2) Ако влезните податоци не се коректни, и резултатите ќе бидат некоректни ("Garbage in, garbage out").
3) Резултатите добиени со симулација значително зависат од адекватноста на применетите модели на употребените компоненти.
4) Грешките што се резултат на дискретизацијата на величините мора да се земат предвид.
5) Недостатоците на употребуваната програма за симулација мора да се познаваат и да се земат предвид при толкување на резултатите.
Еден од првите програмски пакети за анализа и симулација на електронски кола беше т.н. ECAP (Electronic Circuit Analysis Program) развиен од IBM во 60-тите години на минатиот век, но денес еден од најпопуларните е SPICE-от развиен на универзитетот во Беркли, Калифорнија, во раните 70-ти години. Целта на овој труд е да се одбележи 40 годишнината од појавата на овој популарен програмски пакет за анализа и симулација на електронските кола.

Клучни зборови:

Лари Најгел - авторот на SPICE

Ова е само дел од статијата која во целост е објавена во Емитер 4/2013. Нарачајте го овој број за да ја прочитате целата статија, а ако веќе го имате купено електронското издание најавете се за да го прочитате.