Verifying & Preparing a Project for Simulation

La conception à simuler doit être vérifiée et préparée de manière adéquate afin que vous puissiez obtenir des résultats de simulation corrects. Les zones pertinentes du panneau Simulation Dashboard vous guideront dans la vérification et la préparation de la conception afin de vous assurer qu’elle répond aux exigences nécessaires à la simulation.

Contrôle de la portée de la simulation

Tout d’abord, la portée de la simulation doit être choisie à l’aide du paramètre Affect situé en haut du panneau Simulation Dashboard. Ce paramètre définit pour quelle(s) feuille(s) du projet actif le simulateur de circuits établit une liste de circuits :

• Document – uniquement pour la feuille schématique actuellement ouverte.
• Project – pour toutes les feuilles du projet en cours.

Définissez quelles feuilles schématiques doivent être incluses dans la simulation.

Utilisation d’un Compile Mask dans les conceptions simulables

Étant donné que tous les éléments d’une conception couverts par une directive Compile Mask sont invisibles pour le compilateur de conception, ils seront omis de la conception. Cette fonctionnalité peut être mise à profit de manière très efficace lorsque la simulation fait partie du flux de conception.

Les sources de tension et de courant sont des éléments nécessaires lors de l’exécution de simulations de circuits, mais elles n’ont pas leur place sur le PCB finalisé. En planifiant légèrement la structure du circuit, il est généralement possible de regrouper tous les composants spécifiques à la simulation dans une section de la conception — une section qui peut ensuite être facilement couverte par une directive Compile Mask.

Lorsque le circuit est utilisé pour la simulation, la directive Compile Mask est désactivée afin de révéler les composants spécifiques à la simulation. Une fois le circuit vérifié et prêt à être inclus dans la conception, la directive Compile Mask peut être réactivée, de sorte que les composants spécifiques à la simulation soient exclus de la conception. Si la conception devait à nouveau être modifiée à l’avenir, une nouvelle passe de simulation peut être rapidement exécutée avant validation finale en désactivant la directive Compile Mask (pour révéler à nouveau les composants spécifiques à la simulation).

Vérification de la conception pour la simulation

Tout d’abord, le schéma utilisé dans la simulation doit faire partie d’un projet PCB (*.PrjPcb). Si la feuille schématique est un document libre, les commandes liées à la simulation ne seront pas disponibles : la commande Simulate » Run Simulation des menus principaux sera inactive, ainsi que le panneau Simulation Dashboard. Un avertissement sera affiché en haut du panneau.

La simulation n’est pas disponible pour un schéma qui ne fait pas partie d’un projet.

Lorsque le document schématique actif fait partie d’un projet PCB, cliquez sur le bouton Start Verification dans la zone Verification du panneau Simulation Dashboard pour lancer la vérification du projet selon la portée de la simulation choisie.

Cliquez sur Start Verification pour vérifier votre circuit en vue de la simulation.

Une série de processus et de contrôles automatisés sera lancée, notamment la génération de la netlist SPICE du circuit (*.nsx), un certain nombre de contrôles des règles électriques liés à la simulation, ainsi que des contrôles de validité des modèles de simulation. Le contrôle des modèles détectera les composants dont les modèles de simulation sont manquants, ainsi que les modèles comportant des erreurs d’analyse syntaxique ou de correspondance des broches.

Lorsqu’aucune violation n’est détectée, une icône de coche verte s’affiche dans la zone Verification du panneau Simulation Dashboard.

La zone Verification lorsqu’aucune violation n’est détectée

Si des violations sont détectées, les avertissements et icônes correspondants s’afficheront dans la zone Verification du panneau Simulation Dashboard. Les violations possibles sont décrites ci-dessous.

Les violations des contrôles des règles électriques (ERC) de simulation seront répertoriées sous l’en-tête Electrical Rule Check.

Les violations liées aux contrôles des modèles de simulation des composants seront répertoriées sous l’en-tête Simulation Models. 

Préparation de la conception pour la simulation

Ajout et configuration d’une source de simulation

Pour simuler un circuit, la conception schématique doit contenir au moins une source de tension ou de courant. S’il n’y a pas de source, la simulation peut tout de même être exécutée et vous serez averti par le message Need to add source dans la zone Preparation du panneau Simulation Dashboard. Une source de tension ou de courant peut être placée dans le schéma en cliquant sur le contrôle Add dans la zone Simulation Sources du panneau Simulation Dashboard et en sélectionnant la commande Voltage ou Current dans le menu, ou en utilisant la commande Place Voltage ou Place Current depuis le menu principal Simulate ou le menu des commandes de simulation dans la barre Active.

Les sources de simulation doivent être ajoutées au circuit. Cela peut être fait directement depuis le panneau Simulation Dashboard.

Une fois une source placée, ses propriétés peuvent être modifiées dans le panneau Properties. Remarques concernant la configuration des propriétés d’une source :

• Stimulus Name est le nom attribué au signal. Vous pouvez créer de nouveaux signaux pour le schéma ou supprimer ceux qui sont inutiles. Sélectionnez un signal dans la liste disponible à l’aide du menu déroulant des propriétés Stimulus Name. Vous pouvez attribuer la même configuration de nom de signal à plusieurs sources de signal dans un circuit électrique.

  Lorsque vous utilisez le même stimulus pour plusieurs sources, notez que ces sources partageront le même ensemble de paramètres de stimulus. Cela signifie que si vous modifiez un paramètre de stimulus d’une source, la même modification sera répercutée sur les autres sources. Pour éviter cela, vous pouvez créer un nouveau stimulus.
• Stimulus Type correspond à la sélection du type de source en tant que dépendance signal-temps :
  • DC Source – une source de signal constante sans dépendance temporelle.
  • Exponential – une source de signal exponentielle présentant une dépendance temporelle sous forme d’exponentielle.
  • Piecewise Linear – une source de signal dépendante du temps sous la forme d’une fonction linéaire par morceaux. Pour en savoir plus, consultez Configuration d’une source linéaire par morceaux.
  • Pulse – une source de signal présentant une dépendance temporelle sous la forme d’une impulsion rectangulaire.
  • Single Frequency FM – une source de signal présentant une dépendance temporelle sous la forme d’une fonction modulée à fréquence unique.
  • Sinusoidal – une source de signal présentant une dépendance temporelle sous la forme d’une fonction sinusoïdale.
  • File – source PWL basée sur un fichier CSV. Pour en savoir plus, consultez Utilisation d’un fichier CSV comme source.
• Un certain nombre de paramètres pour la source sont disponibles dans la zone Parameters du panneau Properties. L’ensemble des paramètres dépend du type de source sélectionné.
• La zone d’aperçu affiche le signal sur une courte période (deux périodes de basse fréquence pour les signaux de forme périodique) en fonction des paramètres spécifiés. Cela vous permet de suivre les modifications apportées et d’en vérifier l’exactitude.

Exemple de propriétés configurées pour une source sinusoïdale

Toutes les sources placées dans le schéma sont répertoriées dans le panneau Simulation Dashboard. Depuis ce panneau, vous pouvez supprimer les sources ajoutées et également les activer/désactiver. Une source désactivée n’est pas prise en compte dans le calcul et s’affiche en couleurs atténuées sur le schéma. Cliquez sur le nom d’une source pour effectuer un cross-probing vers cette source sur la feuille de schéma.

Explorez et gérez les sources de simulation depuis le panneau Simulation Dashboard

Configuration d’une source linéaire par morceaux

Il est souvent nécessaire de créer un signal linéaire par morceaux complexe lorsque la forme d’onde est spécifiée par l’utilisateur. Dans cette situation, les sources de tension et de courant interpolées VPWL et IPWL peuvent être utilisées. Lorsque Piecewise Linear est choisi comme Stymulus Type pour la source sélectionnée, utilisez le champ de paramètre Time-Value Pairs dans la zone Parameters du panneau Properties pour spécifier les valeurs de coordonnées des axes sous forme de séquence numérique, comme illustré ci-dessous.

Utilisez le paramètre Time-Value Pairs pour configurer une source Piecewise Linear

Utilisation d’un fichier CSV comme source

Le simulateur de circuit prend également en charge l’utilisation d’un fichier CSV pour spécifier les paires temps-valeur des sources de tension et de courant interpolées VPWL et IPWL. Définissez Stimulus Type sur File, puis indiquez le chemin+nom de fichier dans le paramètre File (par exemple, C:\Designs\Circuit Simulation\Analog Amplifier\PWL_Source.csv), comme illustré ci-dessous. Vous pouvez spécifier le chemin+nom de fichier manuellement ou double-cliquer dans le champ File, puis parcourir et sélectionner le fichier requis.

Ajout et configuration de sondes

Les sondes sont utilisées pour effectuer des mesures à des emplacements spécifiques du circuit. Une sonde peut être placée dans le schéma en cliquant sur le contrôle Add dans la zone Probes du panneau Simulation Dashboard et en sélectionnant le type de sonde requis dans le menu, ou en utilisant les commandes du menu Simulate » Place Probe ou le menu des commandes de simulation dans la barre Active. Les types de sondes suivants sont disponibles :

• Voltage – affiche la tension référencée au nœud de base d’un circuit électrique (généralement un nœud GND). La sonde doit être placée sur un fil ou sur le point de connexion électrique d’une broche de composant.
• Current –  affiche le courant entrant dans la broche du composant. Une valeur de courant positive indique que le courant entre dans la broche du composant, tandis qu’une valeur négative indique que le courant sort de la broche du composant. La sonde de courant doit être placée sur le point de connexion électrique d’une broche de composant.
• Power – affiche la valeur instantanée de puissance sur la broche du composant. Une valeur de puissance positive indique que la broche du composant fonctionne comme consommateur de puissance, tandis qu’une valeur négative indique que la broche fonctionne comme source de puissance. La sonde de puissance doit être placée sur le point de connexion électrique d’une broche de composant.
• Voltage Difference – affiche la tension entre les nœuds choisis. Une paire de sondes – positive (VD+) et négative (VD-) – est placée séquentiellement sur des fils ou sur les points de connexion électrique des broches de composants. La tension est référencée à la sonde négative.

Les sondes peuvent être ajoutées directement depuis le panneau Simulation Dashboard.

Une fois une sonde placée, ses propriétés peuvent être modifiées dans le panneau Properties. Par défaut, elle portera le nom du réseau ou du composant sur lequel cette sonde est placée.

Exemples de sondes placées. Notez que la sonde de courant a été placée à un emplacement inapproprié (pas sur une broche de composant), le nom Empty Probe lui a donc été attribué.

Toutes les sondes placées dans le schéma sont répertoriées dans le panneau Simulation Dashboard. Depuis ce panneau, vous pouvez supprimer les sondes ajoutées et également les activer/désactiver. Une sonde désactivée n’est pas prise en compte dans le calcul et s’affiche en couleurs atténuées sur le schéma. Cliquez sur le nom d’une sonde pour effectuer un cross-probing vers cette sonde sur la feuille de schéma.

Explorez et gérez les sondes depuis le panneau Simulation Dashboard

Mode de sonde interactif

Vous pouvez activer le mode de sonde interactif en activant l’option Interactive Mode dans la zone Preparation du panneau Simulation Dashboard afin de refléter immédiatement toute modification des sondes (ajout et suppression de sondes, activation et désactivation de sondes, déplacement d’une sonde vers un autre net, changement de la couleur d’une sonde) dans le document .sdf contenant les résultats de simulation.

L’option Interactive Mode dans le panneau Simulation Dashboard

Ajout de modèles de simulation à la conception

Pour simuler correctement une conception, tous les composants du circuit doivent être prêts pour la simulation, c’est-à-dire qu’un modèle de simulation lié doit être défini pour chacun d’eux. Le simulateur d’Altium Designer prend en charge les formats de modèles SPICE courants, notamment les formats PSpice et LTspice. Les fichiers de modèle avec les extensions .mdl, .ckt, .lib et .cir peuvent être utilisés.

Altium Designer est fourni avec une bibliothèque Simulation Generic Components par défaut qui contient un certain nombre de modèles de simulation pour les composants les plus courants. Vous pouvez également trouver des composants prêts pour la simulation à l’aide du panneau Manufacturer Part Search d’Altium Designer.

Avec un si vaste ensemble de composants disponibles pour les concepteurs dans le monde réel, il arrivera souvent que le ou les composants requis pour être utilisés dans un circuit doivent être créés dans des bibliothèques ajoutées par l’utilisateur. En plus de définir le symbole du composant, il faut acquérir un modèle de simulation pour ce composant, puis le lier, afin de rendre ce composant prêt pour la simulation.

Un modèle de simulation peut être obtenu auprès de nombreuses sources différentes. Voici une liste non exhaustive des emplacements ou méthodes possibles pour obtenir le modèle requis pour un dispositif cible que vous souhaitez utiliser dans votre conception :

• Manufacturer – un endroit courant où rechercher un modèle est le site du fabricant qui produit le dispositif que vous souhaitez utiliser. En général, un lien vers tout modèle disponible figure sur la page consacrée au dispositif spécifique.
• Altium Designer's SPICE Model Wizard – utilisez cet assistant pour créer et lier automatiquement un modèle de dispositif SPICE3f5 à un composant de bibliothèque existant ou nouveau. En cas de liaison à un nouveau composant, celui-ci sera créé automatiquement par l’assistant. Les types de modèles de dispositif suivants sont pris en charge : condensateur semi-conducteur, résistance semi-conducteur, interrupteur commandé en courant, interrupteur commandé en tension, JFET, ligne de transmission avec pertes, ligne de transmission RC distribuée uniforme, diode et BJT. Pour plus d’informations sur l’utilisation de l’assistant Spice Model Wizard d’Altium Designer pour créer un modèle de simulation, consultez Création d’un modèle de simulation.
• Third-Party Modeling Tools – divers logiciels de simulation contiennent des fonctionnalités de modélisation d’un dispositif. Cela prend généralement la forme d’un assistant de modèle.
• Dedicated Modeling Companies – vous pourrez peut-être obtenir le modèle requis auprès d’une société tierce qui crée des modèles de simulation à partir d’une spécification donnée.
• By Hand – le modèle requis peut être créé par vous-même, à partir de zéro. Cela nécessitera généralement une bonne connaissance du langage dans lequel la définition du modèle est écrite, par exemple lors de la création d’un sous-circuit. Lors de la création d’un simple fichier MDL, vous devrez bien connaître les paramètres disponibles pour ce dispositif et pris en charge par celui-ci.

Le modèle (ou macro-modèle) est affecté au composant soit lors de la définition du composant dans l’éditeur correspondant, soit une fois que le symbole schématique du composant est placé sur la feuille de schéma.

Les options disponibles pour le placement de composants avec modèles de simulation dans Altium Designer sont décrites dans les sections ci-dessous.

Placement d’un composant depuis la bibliothèque Simulation Generic Components

La bibliothèque Simulation Generic Components est installée par défaut avec Altium Designer. Les composants de cette bibliothèque peuvent être placés dans votre schéma comme des composants ordinaires. Accédez à la bibliothèque depuis le panneau Components panel en sélectionnant l’entrée Simulation Generic Components ou en sélectionnant la commande Simulate » Place Simulation Generic Component dans les menus principaux de l’éditeur de schéma.

Accédez à la bibliothèque Simulation Generic Components depuis le panneau Components

Placement d’un composant avec un modèle de simulation attaché

Si un composant de votre bibliothèque Workspace library ou d’une bibliothèque disponible basée sur des fichiers ou base de données comporte un modèle de simulation qui lui est attaché, placez ce composant depuis le panneau Components panel.

Obtention d’un composant prêt pour la simulation depuis le panneau Manufacturer Part Search

Le panneau Manufacturing Part Search panel vous donne accès à des pièces fabricant, dont beaucoup disposent de modèles de simulation. Vous pouvez filtrer la pièce pour n’afficher que celles qui ont des modèles de simulation en sélectionnant l’option Yes pour le paramètre Has Simulation dans le volet Filters du panneau. Les pièces qui ont des modèles sont répertoriées avec l’icône  à côté de leurs entrées.

Dans le panneau Manufacturer Part Search, vous pouvez filtrer la liste pour n’afficher que les pièces qui possèdent des modèles de simulation.

Une pièce sélectionnée dans la liste du panneau Manufacturer Part Search peut être enregistrée dans votre Workspace (recommandé), téléchargée sous forme de bibliothèque intégrée ou placée directement dans votre conception.

Placement d’un composant lorsque vous ne disposez que du modèle de simulation

Si vous disposez d’un modèle de simulation sous la forme d’un fichier de modèle sur votre disque dur ou téléversé dans votre Workspace connecté, vous pouvez placer ce modèle directement depuis le panneau Components au lieu d’attacher d’abord ce modèle de simulation à un composant.

• Pour utiliser de cette manière un fichier de modèle sur votre disque dur, rendez-le disponible en tant que bibliothèque basée sur des fichiers, puis sélectionnez l’entrée correspondant à ce fichier dans le panneau.

  
  Un fichier de modèle de simulation peut être rendu disponible en tant que bibliothèque basée sur des fichiers. Un exemple de fichier de modèle ajouté à la liste des bibliothèques installées est présenté ici.

• Lorsque l’option Show in Components Panel est activée dans la page Simulation – General page de la boîte de dialogue Preferences, la catégorie SPICE Libraries est disponible dans le panneau Components. Les bibliothèques contenues dans le dossier Model Path spécifié sur la page Simulation – General de la boîte de dialogue Preferences seront répertoriées dans cette catégorie. La structure de la catégorie reflète la structure du dossier spécifié. Le dossier SPICE Models spécifié dans ce champ réside par défaut dans le dossier d’installation Library par défaut de l’extension Mixed Simulation (\ProgramData\Altium\Altium Designer <GUID>\Extensions\Mixed Simulation\Library) et inclut un dossier de modèles SPICE d’Analog Devices.

  

• Pour utiliser les modèles de simulation Workspace de cette manière, sélectionnez Models dans le menu du bouton  du panneau Components, puis sélectionnez Simulations dans la catégorie All de la bibliothèque de votre Workspace dans le panneau.

  
  Parcourez les modèles de simulation de votre Workspace connecté depuis le panneau Components en activant l’option Models dans le panneau.

Lorsque vous placez directement un modèle de simulation, Altium Designer analyse le modèle et localise un symbole approprié dans la bibliothèque Simulation Generic Components. Les composants discrets auront un symbole adapté à ce type de composant, et les composants modélisés par un sous-circuit auront un symbole rectangulaire simple.

Le tableau ci-dessous répertorie les types de modèles pris en charge et le symbole de composant de la bibliothèque Simulation Generic Components qui est placé.

Affectation automatique des modèles de simulation

Si un ou plusieurs composants sans modèle de simulation sont détectés lors de la vérification de conception, les avertissements Components without Models seront affichés dans le panneau Simulation Dashboard, à partir duquel vous avez la possibilité d’affecter automatiquement des modèles de simulation à ces composants.

Prise en charge des dispositifs numériques PSpice

Altium Designer prend également en charge toutes les primitives numériques PSpice, les stimuli numériques (générateur de stimulus numérique et stimulus basé sur fichier), ainsi que les dispositifs d’entrée et de sortie numériques.

Prise en charge des passifs variables

Altium Designer prend en charge les résistances, condensateurs et inductances variables. La valeur d’un composant passif peut être définie comme une variable. Utilisez une expression entre accolades comme valeur du paramètre Value pour définir la résistance d’une résistance, la capacité d’un condensateur ou l’inductance d’une inductance. Les éléments suivants peuvent être utilisés dans les expressions :

• Constantes intégrées (pi, e, etc.)
• Paramètres globaux
• x définis par l’utilisateur pour la tension aux bornes du condensateur ou le courant traversant l’inductance
• temp pour la température d’analyse
• time dans une analyse transitoire
• hertz dans une analyse de balayage AC
• Tensions de nœud
• Courants des sources de tension
• Courants d’inductance
• Courants des composants passifs variables

Utilisez la chaîne 'q =' ou 'flux =' suivie d’une expression entre accolades comme valeur du paramètre Value pour définir la charge d’un condensateur ou le flux d’une inductance.

Des exemples d’expressions dans les valeurs des passifs et les résultats d’analyse transitoire pour les circuits correspondants sont présentés ci-dessous.

Affectation des noms de net

L’affectation de noms de net n’est pas nécessaire pour la simulation de circuit, mais elle est recommandée pour plus de commodité. L’affectation d’un nom de net rend plus claire la sélection des points pour l’affichage des caractéristiques, en particulier lors du travail avec des schémas complexes. Lors de la configuration et de l’exécution d’une simulation dans le Simulation Dashboard, il est possible de sélectionner les points souhaités pour certains types de calculs afin d’afficher les caractéristiques sur les tracés dans les sections Output Expression si vous avez identifié ces points avec une étiquette de net.