Verifying & Preparing a Project for Simulation

Projekt przeznaczony do symulacji należy zweryfikować i odpowiednio przygotować, aby uzyskać prawidłowe wyniki symulacji. Odpowiednie obszary panelu Simulation Dashboard poprowadzą Cię przez weryfikację i przygotowanie projektu, tak aby upewnić się, że spełnia on wymagania niezbędne do symulacji.

Kontrolowanie zakresu symulacji

Przede wszystkim zakres symulacji należy wybrać za pomocą ustawienia Affect u góry panelu Simulation Dashboard. Ustawienie to określa, dla których arkuszy aktywnego projektu symulator obwodów tworzy listę obwodów:

• Document – tylko dla arkusza schematu, który jest aktualnie otwarty.
• Project – dla wszystkich arkuszy bieżącego projektu.

Zdefiniuj, które arkusze schematu mają zostać uwzględnione w symulacji.

Używanie Compile Mask w projektach przeznaczonych do symulacji

Ponieważ wszystkie elementy projektu objęte dyrektywą Compile Mask są niewidoczne dla kompilatora projektu, zostaną pominięte w projekcie. Funkcję tę można bardzo dobrze wykorzystać, gdy symulacja jest częścią procesu projektowego.

Źródła napięcia i prądu są niezbędnymi elementami podczas uruchamiania symulacji obwodów, ale nie mają miejsca na gotowej płytce PCB. Przy odrobinie planowania struktury obwodu zwykle można zgrupować wszystkie komponenty specyficzne dla symulacji w jednej sekcji projektu – sekcji, którą następnie można łatwo objąć dyrektywą Compile Mask.

Gdy obwód jest używany do symulacji, dyrektywa Compile Mask jest wyłączana, aby ujawnić komponenty specyficzne dla symulacji. Po zweryfikowaniu obwodu i przygotowaniu go do włączenia do projektu dyrektywę Compile Mask można ponownie włączyć, tak aby komponenty specyficzne dla symulacji zostały wykluczone z projektu. Jeśli w przyszłości projekt będzie wymagał ponownych zmian, kolejne uruchomienie symulacji można szybko wykonać przed zatwierdzeniem, wyłączając dyrektywę Compile Mask (aby ponownie ujawnić komponenty specyficzne dla symulacji).

Weryfikacja projektu pod kątem symulacji

Przede wszystkim schemat używany w symulacji musi być częścią projektu PCB (*.PrjPcb). Jeśli arkusz schematu jest dokumentem wolnym, elementy sterujące związane z symulacją nie będą dostępne: polecenie Simulate » Run Simulation w menu głównym będzie nieaktywne, podobnie jak panel Simulation Dashboard. Na górze panelu zostanie wyświetlone ostrzeżenie.

Symulacja nie jest dostępna dla schematu, który nie jest częścią projektu.

Gdy aktywny dokument schematu jest częścią projektu PCB, kliknij przycisk Start Verification w obszarze Verification panelu Simulation Dashboard, aby rozpocząć weryfikację projektu zgodnie z wybranym zakresem symulacji.

Kliknij Start Verification, aby zweryfikować obwód pod kątem symulacji.

Zostanie uruchomiona seria zautomatyzowanych procesów i kontroli, obejmująca generowanie listy połączeń SPICE obwodu (*.nsx), szereg kontroli ERC związanych z symulacją oraz kontrole poprawności modeli symulacyjnych. Kontrola modeli wykryje komponenty bez modeli symulacyjnych oraz modele z błędami parsowania lub mapowania pinów.

Gdy nie zostaną wykryte żadne naruszenia, w obszarze Verification panelu Simulation Dashboard zostanie wyświetlona zielona ikona znacznika wyboru.

Obszar Verification, gdy nie wykryto naruszeń

Jeśli zostaną wykryte jakiekolwiek naruszenia kontroli, odpowiednie ostrzeżenia i ikony zostaną pokazane w obszarze Verification panelu Simulation Dashboard . Możliwe naruszenia opisano poniżej.

Naruszenia kontroli ERC (Electrical Rule Checks) dla symulacji będą wymienione pod nagłówkiem Electrical Rule Check.

Naruszenia związane z kontrolami modeli symulacyjnych komponentów będą wymienione pod nagłówkiem Simulation Models . 

Przygotowanie projektu do symulacji

Dodawanie i konfigurowanie źródła symulacji

Aby zasymulować układ, projekt schematu powinien zawierać co najmniej jedno źródło napięcia lub prądu. Jeśli nie ma źródła, symulację nadal można wykonać, a ostrzeżenie pojawi się jako komunikat Need to add source w obszarze Preparation panelu Simulation Dashboard . Źródło napięcia lub prądu można umieścić na schemacie, klikając element sterujący Add w obszarze Simulation Sources panelu Simulation Dashboard i wybierając z menu polecenie Voltage lub Current, albo używając polecenia Place Voltage lub Place Current z menu głównego Simulate lub z menu poleceń symulacji na Active Bar.

Źródła symulacji powinny zostać dodane do układu. Można to zrobić bezpośrednio z panelu Simulation Dashboard.

Po umieszczeniu źródła jego właściwości można zmienić w panelu Properties. Uwagi dotyczące konfigurowania właściwości źródła:

• Stimulus Name to przypisana nazwa sygnału. Możesz tworzyć nowe sygnały dla schematu lub usuwać niepotrzebne. Wybierz sygnał z dostępnej listy, korzystając z listy rozwijanej właściwości Stimulus Name. Możesz przypisać tę samą konfigurację nazwy sygnału do kilku źródeł sygnału w obwodzie elektrycznym.

  Przy używaniu tego samego wymuszenia dla kilku źródeł pamiętaj, że źródła te będą współdzielić ten sam zestaw parametrów wymuszenia. Oznacza to, że zmiana parametru wymuszenia w jednym źródle zostanie identycznie odzwierciedlona w pozostałych. Aby tego uniknąć, możesz utworzyć nowe wymuszenie.
• Stimulus Type to wybór typu źródła jako zależności sygnału od czasu:
  • DC Source – stałe źródło sygnału bez zależności czasowej.
  • Exponential – wykładnicze źródło sygnału, które ma zależność czasową w postaci wykładnika.
  • Piecewise Linear – źródło sygnału zależne od czasu w postaci funkcji odcinkowo-liniowej. Dowiedz się więcej w Konfigurowanie źródła odcinkowo-liniowego.
  • Pulse – źródło sygnału, które ma zależność czasową w postaci prostokątnego impulsu.
  • Single Frequency FM – źródło sygnału, które ma zależność czasową w postaci funkcji modulowanej o pojedynczej częstotliwości.
  • Sinusoidal – źródło sygnału, które ma zależność czasową w postaci funkcji sinusoidalnej.
  • File – źródło PWL oparte na pliku CSV. Dowiedz się więcej w Używanie pliku CSV jako źródła.
• W obszarze Parameters panelu Properties dostępnych jest wiele parametrów źródła. Zestaw parametrów zależy od wybranego typu źródła.
• Obszar podglądu pokazuje sygnał dla krótkiego przedziału czasu (dwa okresy o niskiej częstotliwości dla sygnałów okresowych) na podstawie określonych parametrów. Pozwala to śledzić wprowadzone zmiany i weryfikować ich poprawność.

Przykład skonfigurowanych właściwości dla źródła sinusoidalnego

Wszystkie źródła umieszczone na schemacie są wymienione w panelu Simulation Dashboard. Stąd możesz usuwać dodane źródła oraz je aktywować/dezaktywować. Zdezaktywowane źródło nie bierze udziału w obliczeniach i jest wyświetlane na schemacie w wyblakłych kolorach. Kliknij nazwę źródła, aby wykonać cross-probe do tego źródła na arkuszu schematu.

Przeglądaj i zarządzaj źródłami symulacji z panelu Simulation Dashboard

Konfigurowanie źródła odcinkowo-liniowego

Często zachodzi potrzeba utworzenia złożonego sygnału odcinkowo-liniowego, gdy przebieg jest określany przez użytkownika. W takiej sytuacji można użyć interpolowanych źródeł napięcia i prądu VPWL oraz IPWL. Gdy Piecewise Linear jest wybrane jako Stymulus Type dla wybranego źródła, użyj pola parametru Time-Value Pairs w obszarze Parameters panelu Properties, aby podać wartości współrzędnych osi jako sekwencję liczbową, jak pokazano poniżej.

Użyj parametru Time-Value Pairs do skonfigurowania źródła Piecewise Linear 

Używanie pliku CSV jako źródła

Symulator obwodów obsługuje również użycie pliku CSV do określenia par czas-wartość dla interpolowanych źródeł napięcia i prądu VPWL oraz IPWL. Ustaw Stimulus Type na File, a następnie podaj ścieżkę+nazwę pliku w parametrze File (np. C:\Designs\Circuit Simulation\Analog Amplifier\PWL_Source.csv), jak pokazano poniżej. Możesz wpisać ścieżkę+nazwę pliku ręcznie lub dwukrotnie kliknąć w polu File, a następnie przejść do i wybrać wymagany plik.

Dodawanie i konfigurowanie sond

Sondy służą do wykonywania pomiarów w określonych miejscach układu. Sondę można umieścić na schemacie, klikając element sterujący Add w obszarze Probes panelu Simulation Dashboard i wybierając z menu wymagany typ sondy, albo używając poleceń z menu Simulate » Place Probe lub z menu poleceń symulacji na Active Bar. Dostępne są następujące typy sond:

• Voltage – pokazuje napięcie odniesione do węzła bazowego obwodu elektrycznego (zwykle węzła GND). Sondę należy umieścić na przewodzie lub na elektrycznym hotspocie pinu komponentu.
• Current –  pokazuje prąd wpływający do pinu komponentu. Dodatnia wartość prądu oznacza, że prąd wpływa do pinu komponentu, natomiast ujemna wartość prądu oznacza, że prąd wypływa z pinu komponentu. Sondę prądową należy umieścić na elektrycznym hotspocie pinu komponentu.
• Power – pokazuje chwilową wartość mocy na pinie komponentu. Dodatnia wartość mocy oznacza, że pin komponentu działa jako odbiornik mocy, natomiast ujemna wartość mocy oznacza, że pin działa jako źródło mocy. Sondę mocy należy umieścić na elektrycznym hotspocie pinu komponentu.
• Voltage Difference – pokazuje napięcie pomiędzy wybranymi węzłami. Para sond – dodatnia (VD+) i ujemna (VD-) – jest kolejno umieszczana na przewodach lub na elektrycznych hotspotach pinów komponentów. Napięcie jest odniesione do sondy ujemnej.

Sondy można dodawać bezpośrednio z panelu Simulation Dashboard.

Po umieszczeniu sondy jej właściwości można zmienić w panelu Properties. Domyślnie otrzyma nazwę na podstawie sieci lub komponentu, na którym została umieszczona.

Przykłady umieszczonych sond. Zwróć uwagę, że sonda prądowa została umieszczona w nieodpowiednim miejscu (nie na pinie komponentu), więc przypisano jej nazwę Empty Probe.

Wszystkie sondy umieszczone na schemacie są wymienione w panelu Simulation Dashboard. Stąd możesz usuwać dodane sondy oraz je aktywować/dezaktywować. Zdezaktywowana sonda nie bierze udziału w obliczeniach i jest wyświetlana na schemacie w wyblakłych kolorach. Kliknij nazwę sondy, aby wykonać cross-probe do tej sondy na arkuszu schematu.

Przeglądaj i zarządzaj sondami z panelu Simulation Dashboard

Interaktywny tryb sondy

Możesz włączyć tryb interaktywnego sondowania, włączając opcję Interactive Mode w obszarze Preparation panelu Simulation Dashboard, aby natychmiast odzwierciedlać wszelkie zmiany sond (dodawanie i usuwanie sond, włączanie i wyłączanie sond, przenoszenie sondy do innej sieci, zmiana koloru sondy) w dokumencie .sdf zawierającym wyniki symulacji.

Opcja Interactive Mode w panelu Simulation Dashboard

Dodawanie modeli symulacyjnych do projektu

Aby pomyślnie zasymulować projekt, wszystkie komponenty w obwodzie muszą być gotowe do symulacji, tzn. każdy z nich musi mieć zdefiniowany powiązany model symulacyjny. Symulator w Altium Designer obsługuje popularne formaty modeli SPICE, w tym PSpice i LTspice. Można używać plików modeli z rozszerzeniami .mdl, .ckt, .lib oraz .cir.

Altium Designer zawiera domyślną bibliotekę Simulation Generic Components, która obejmuje szereg modeli symulacyjnych dla najpopularniejszych komponentów. Ponadto możesz znaleźć komponenty gotowe do symulacji, korzystając z panelu Manufacturer Part Search w Altium Designer.

Przy tak ogromnej puli komponentów dostępnych dla projektantów w rzeczywistym świecie często zdarza się, że komponent(y) wymagane w obwodzie trzeba będzie utworzyć w bibliotekach dodanych przez użytkownika. Oprócz zdefiniowania symbolu komponentu należy pozyskać model symulacyjny dla tego komponentu, a następnie go powiązać, aby komponent był gotowy do symulacji.

Model symulacyjny można pozyskać z wielu różnych źródeł. Poniżej znajduje się niewyczerpująca lista możliwych miejsc lub metod uzyskania modelu wymaganego dla docelowego elementu, który chcesz zastosować w projekcie:

• Manufacturer – popularnym miejscem do szukania modelu jest strona producenta wytwarzającego element, którego chcesz użyć. Zwykle na stronie dotyczącej konkretnego elementu znajduje się odnośnik do dostępnego modelu.
• Altium Designer's SPICE Model Wizard – użyj tego kreatora, aby utworzyć i automatycznie powiązać model urządzenia SPICE3f5 z istniejącym lub nowym komponentem bibliotecznym. W przypadku łączenia z nowym komponentem zostanie on automatycznie utworzony przez kreator. Obsługiwane są następujące typy modeli urządzeń: Semiconductor Capacitor, Semiconductor Resistor, Current-Controlled Switch, Voltage-Controlled Switch, JFET, Lossy Transmission Line, Uniform Distributed RC Transmission Line, Diode oraz BJT. Więcej informacji o korzystaniu z Spice Model Wizard w Altium Designer do tworzenia modelu symulacyjnego znajdziesz w Creating a Simulation Model.
• Third-Party Modeling Tools – różne pakiety oprogramowania do symulacji zawierają funkcje modelowania elementu. Zwykle ma to postać kreatora modelu.
• Dedicated Modeling Companies – być może uda się pozyskać wymagany model od firmy zewnętrznej, która tworzy modele symulacyjne na podstawie podanej specyfikacji.
• By Hand – wymagany model możesz utworzyć samodzielnie od podstaw. Zwykle wymaga to dobrej znajomości języka, w którym zapisywana jest definicja modelu, na przykład przy tworzeniu podukładu. Przy tworzeniu prostego pliku MDL potrzebna będzie dobra znajomość parametrów dostępnych i obsługiwanych przez dane urządzenie.

Model (lub makromodel) jest przypisywany do komponentu albo podczas definiowania komponentu w odpowiednim edytorze, albo po umieszczeniu symbolu schematowego komponentu na arkuszu schematu.

Dostępne opcje umieszczania komponentów z modelami symulacyjnymi w Altium Designer opisano w poniższych sekcjach.

Umieszczanie komponentu z biblioteki Simulation Generic Components Library

Biblioteka Simulation Generic Components jest domyślnie instalowana wraz z Altium Designer. Komponenty z tej biblioteki można umieszczać na schemacie jak zwykłe komponenty. Uzyskaj dostęp do biblioteki z panelu Components panel, wybierając pozycję Simulation Generic Components lub wybierając polecenie Simulate » Place Simulation Generic Component z menu głównego edytora schematów.

Uzyskaj dostęp do biblioteki Simulation Generic Components z panelu Components

Umieszczanie komponentu z dołączonym modelem symulacyjnym

Jeśli komponent w Twojej Workspace library lub w dostępnej bibliotece plikowej albo bazodanowej ma dołączony model symulacyjny, umieść ten komponent z panelu Components panel.

Pozyskiwanie komponentu gotowego do symulacji z panelu Manufacturer Part Search

Panel Manufacturing Part Search panel zapewnia dostęp do części producentów, z których wiele ma modele symulacyjne. Możesz przefiltrować listę tak, aby wyświetlała tylko te, które mają modele symulacyjne, wybierając opcję Yes dla parametru Has Simulation w okienku Filters panelu. Części, które mają modele, są oznaczone ikoną  obok swoich pozycji.

W panelu Manufacturer Part Search możesz przefiltrować listę tak, aby pokazywała tylko części mające modele symulacyjne.

Część wybrana na liście panelu Manufacturer Part Search może zostać zapisana w Twoim Workspace (zalecane), pobrana jako biblioteka zintegrowana lub umieszczona bezpośrednio w projekcie.

Umieszczanie komponentu, gdy masz tylko model symulacyjny

Jeśli masz model symulacyjny w postaci pliku modelu na dysku twardym lub przesłany do podłączonego Workspace, możesz umieścić ten model bezpośrednio z panelu Components, zamiast najpierw dołączać ten model symulacyjny do komponentu.

• Aby użyć w ten sposób pliku modelu z dysku twardego, udostępnij go jako bibliotekę plikową, a następnie wybierz wpis dla tego pliku w panelu.

  
  Plik modelu symulacyjnego można udostępnić jako bibliotekę plikową. Przykład pliku modelu dodanego do listy zainstalowanych bibliotek pokazano tutaj.

• Gdy opcja Show in Components Panel jest włączona na stronie Simulation – General page w oknie dialogowym Preferences, w panelu Components dostępna jest kategoria SPICE Libraries . Biblioteki zawarte w folderze Model Path wskazanym na stronie Simulation – General w oknie dialogowym Preferences zostaną wyświetlone na liście w tej kategorii. Struktura kategorii odzwierciedla strukturę wskazanego folderu. Folder SPICE Models domyślnie wskazany w tym polu znajduje się w domyślnym folderze instalacyjnym rozszerzenia Mixed Simulation Library (\ProgramData\Altium\Altium Designer <GUID>\Extensions\Mixed Simulation\Library) i zawiera folder z modelami SPICE firmy Analog Devices.

  

• Aby używać w ten sposób Workspace simulation models, wybierz Models z menu przycisku  w panelu Components, a następnie wybierz Simulations w obrębie kategorii All biblioteki Workspace w panelu.

  
  Przeglądaj modele symulacyjne w podłączonym Workspace z poziomu panelu Components, włączając w panelu opcję Models.

Gdy umieszczasz model symulacyjny bezpośrednio, Altium Designer analizuje model i znajduje odpowiedni symbol w bibliotece Simulation Generic Components. Elementy dyskretne będą miały symbol pasujący do danego typu komponentu, a komponenty modelowane podukładem (subcircuit) będą miały prosty prostokątny symbol.

Poniższa tabela przedstawia obsługiwane rodzaje modeli oraz symbol komponentu z biblioteki Simulation Generic Components, który jest wstawiany.

Automatyczne przypisywanie modeli symulacyjnych

Jeśli podczas weryfikacji projektu zostanie wykryty co najmniej jeden komponent bez modelu symulacyjnego, w panelu Simulation Dashboard zostaną wyświetlone ostrzeżenia Components without Models, z poziomu których można automatycznie przypisać modele symulacyjne do tych komponentów.

Obsługa cyfrowych urządzeń PSpice

Altium Designer zapewnia również obsługę wszystkich cyfrowych prymitywów PSpice, bodźców cyfrowych (generator bodźców cyfrowych oraz bodziec oparty na pliku), a także cyfrowych urządzeń wejściowych i wyjściowych.

Obsługa pasywów zmiennych

Altium Designer zapewnia obsługę rezystorów, kondensatorów i cewek o wartościach zmiennych. Wartość elementu pasywnego można ustawić jako zmienną. Aby zdefiniować rezystancję rezystora, pojemność kondensatora lub indukcyjność cewki, użyj wyrażenia w nawiasach klamrowych jako wartości parametru Value. W wyrażeniach można używać:

• Wbudowanych stałych (pi, e itd.)
• Zdefiniowanych przez użytkownika global parameters
• x dla napięcia na kondensatorze lub prądu płynącego przez cewkę
• temp dla temperatury analizy
• time w analizie transient analysis
• hertz w analizie AC sweep analysis
• Napięć węzłowych
• Prądów źródeł napięcia
• Prądów cewek
• Prądów zmiennych elementów pasywnych

Aby zdefiniować ładunek kondensatora lub strumień cewki, użyj ciągu 'q =' lub 'flux =' po którym następuje wyrażenie w nawiasach klamrowych jako wartości parametru Value.

Poniżej pokazano przykłady wyrażeń w wartościach elementów pasywnych oraz wyniki analizy nieustalonej dla odpowiadających im układów.

Przypisywanie nazw sieci

Nadawanie nazw sieci nie jest konieczne do symulacji układu, ale jest zalecane dla wygody. Przypisanie nazwy sieci ułatwia wybór punktów do wyświetlania charakterystyk, szczególnie podczas pracy ze złożonymi schematami. Podczas Configuring & Running a Simulation w Simulation Dashboard można wybrać żądane punkty dla niektórych typów obliczeń, aby wyświetlić charakterystyki na wykresach w sekcjach Output Expression, jeśli zidentyfikowano te punkty za pomocą net label.