نرم افزار PSpice یک شبیه ساز مدار الکترونیکی آنالوگ منبع باز و عمومی است. این برنامه ای است که در طراحی مدارهای مجتمع و در سطح برد برای بررسی یکپارچگی طراحی مدارها و پیش بینی رفتار مدار استفاده می شود.
بر خلاف طرح های سطح تخته ای که از قطعات گسسته تشکیل شده است ، قبل از تولید مدارهای مجتمع ورقه ورقه عملی نیست. علاوه بر این ، هزینه های بالای ماسک های فوتولیتوگرافی و سایر پیش نیازهای تولید ، طراحی مدار را تا حد ممکن قبل از ایجاد مدار مجتمع ضروری می سازد. شبیه سازی مدار با pspice روش استاندارد صنعت برای بررسی عملکرد مدار در سطح ترانزیستور قبل از انجام یک مدار مجتمع است.
آموزش pspice
اغلب می توان طرح های مدار در سطح برد را برای آزمایش آماده کرد. حتی با استفاده از تخته نان ، برخی از ویژگی های مدار در مقایسه با صفحه سیم کشی چاپ شده نهایی ، مانند مقاومت و خازن های انگلی ، دقیق نیستند. این اجزای انگلی را اغلب می توان با استفاده از شبیه سازی SPICE دقیق تر تخمین زد. همچنین ، طراحان ممکن است اطلاعات بیشتری در مورد مدار از آنچه که از یک ماکت در دسترس است بخواهند. به عنوان مثال ، عملکرد مدار تحت تأثیر تحمل تولید قطعات است. در این موارد استفاده از SPICE برای انجام شبیه سازی مونت کارلو از تأثیر تغییرات اجزا بر عملکرد معمول است ، کاری که با استفاده از محاسبات دستی برای مداری از هرگونه پیچیدگی قابل توجه غیرممکن است.
برنامه های شبیه سازی مدار ، که pspice و مشتقات آن برجسته ترین هستند ، یک فهرست متنی از عناصر مدار (ترانزیستورها ، مقاومت ها ، خازن ها و غیره) و اتصالات آنها را توصیف می کند و این شرح را به معادلات ترجمه می کند تا حل شود. معادلات کلی تولید شده معادلات جبری دیفرانسیل غیر خطی هستند که با استفاده از روشهای ادغام ضمنی ، روش نیوتن و تکنیکهای ماتریس پراکنده حل می شوند.
SPICE در آزمایشگاه تحقیقات الکترونیک دانشگاه کالیفرنیا ، برکلی توسط لارنس ناگل و با راهنمایی مشاور تحقیقاتش ، پروفسور دونالد پدرسون ، توسعه یافت. SPICE1 تا حد زیادی مشتق از برنامه CANCER است ، که ناگل زیر نظر پروفسور رونالد رورر روی آن کار کرده بود. CANCER مخفف "تجزیه و تحلیل رایانه ای مدارهای غیر خطی ، به استثنای تابش" است ، اشاره ای به لیبرالیسم برکلی در دهه 1960: سختی تابش یک مدار را ارزیابی کنید. هنگامی که مشاور اصلی ناگل ، پروفسور روهر ، برکلی را ترک کرد ، پروفسور پدرسون مشاور وی شد. پدرسون اصرار داشت که CANCER ، یک برنامه اختصاصی ، به اندازه کافی بازنویسی شود تا محدودیت ها برداشته شود و برنامه در اختیار عموم قرار گیرد.
SPICE1 برای اولین بار در کنفرانسی در سال 1973 ارائه شد. SPICE1 در FORTRAN کدگذاری شده است و از تحلیل گره ای برای ساخت معادلات مدار استفاده می کند. تجزیه و تحلیل گره ای در نمایش سلف ها ، منابع ولتاژ شناور و اشکال مختلف منابع کنترل شده محدودیت هایی دارد. SPICE1 عناصر مدار نسبتاً کمی دارد و از یک تحلیل گذرا در زمان ثابت استفاده می کند. محبوبیت واقعی SPICE با SPICE2 [8] در 1975 شروع شد. SPICE2، همچنین در FORTRAN کدگذاری شده است ، یک برنامه بسیار بهبود یافته با عناصر مدار بیشتر ، تجزیه و تحلیل گذرا زمان متغیر با استفاده از ذوزنقه (روش مرتبه دوم آدامز-مولتون) یا روش ادغام چرخ دنده (همچنین به عنوان BDF شناخته می شود) ، فرمول بندی معادله از طریق تجزیه و تحلیل گره ای اصلاح شد (اجتناب از محدودیت های تجزیه و تحلیل گره ای) ، و یک سیستم تخصیص حافظه مبتنی بر FORTRAN مبتنی بر دانش آموز دیگر ، الیس کوهن. آخرین نسخه FORTRAN SPICE 2G.6 در سال 1983 است. SPICE3 توسط Thomas Quarles (با مشاور A. Richard Newton به عنوان مشاور) در سال 1989 توسعه داده شد. به زبان C نوشته شده است ، از نحو netlist مشابه استفاده می کند و X Window را اضافه می کند. ترسیم سیستم
SPICE به عنوان یک نرم افزار عمومی اولیه با کد منبع موجود ، به طور گسترده توزیع و مورد استفاده قرار گرفت. همه جا آن به گونه ای شد که "به SPICE یک مدار" مترادف با شبیه سازی مدار باقی می ماند. کد منبع SPICE از ابتدا توسط UC Berkeley با هزینه اسمی (برای پوشش هزینه نوار مغناطیسی) توزیع شد. این مجوز در ابتدا شامل محدودیت های توزیع برای کشورهایی بود که با ایالات متحده دوست نیستند ، اما کد منبع در حال حاضر تحت مجوز BSD قرار دارد.
تولد SPICEدر سال 2011 به عنوان نقطه عطف IEEEنامگذاری شد. در مدخل ذکر شده است که SPICE "برای تبدیل شدن به یک شبیه ساز مدار مجتمع استاندارد جهانی" توسعه یافته است. به ناگل جایزه IEEE Donald O. Pederson 2019 در مدارهای حالت جامد برای توسعه SPICE اهدا شد.
تجزیه و تحلیل می کند
SPICE2 شامل این تجزیه و تحلیل ها است:
تحلیل AC (تجزیه و تحلیل دامنه فرکانس سیگنال کوچک خطی)
تجزیه و تحلیل DC (محاسبه نقطه سکون غیر خطی)
تجزیه و تحلیل منحنی انتقال DC (دنباله ای از نقاط عملیاتی غیر خطی محاسبه شده در هنگام جارو کردن ولتاژ یا جریان ورودی یا پارامتر مدار)
تجزیه و تحلیل نویز (تجزیه و تحلیل سیگنال کوچک با استفاده از تکنیک ماتریس جانبی که جریانهای ناهنجار نامناسب را در یک نقطه خروجی انتخاب شده جمع می کند)
تجزیه و تحلیل عملکرد انتقال (محاسبه ورودی/خروجی سیگنال کوچک و محاسبه امپدانس)
تجزیه و تحلیل گذرا (حل سیگنال بزرگ حوزه زمانی معادلات جبری دیفرانسیل غیر خطی)
از آنجایی که SPICE به طور کلی برای مدل سازی مدارهای غیر خطی استفاده می شود ، تجزیه و تحلیل سیگنال های کوچک لزوماً با محاسبه نقطه سکون انجام می شود که در آن مدار خطی می شود. SPICE2 همچنین دارای کد برای سایر تحلیل های سیگنال کوچک است: تجزیه و تحلیل حساسیت ، تجزیه و تحلیل صفر قطبی و تحلیل اعوجاج سیگنال کوچک. تجزیه و تحلیل در دماهای مختلف با به روز رسانی خودکار پارامترهای مدل نیمه هادی برای دما انجام می شود و به مدار اجازه می دهد تا در دمای شدید شبیه سازی شود.
سایر شبیه سازهای مدار از آن زمان تجزیه و تحلیل های زیادی را فراتر از موارد موجود در SPICE2 برای رفع نیازهای متغیر صنعت اضافه کرده اند. رفت و برگشت های پارامتری برای تجزیه و تحلیل عملکرد مدار با تغییر تحمل تولید یا شرایط کار اضافه شد. محاسبه افزایش حلقه و ثبات برای مدارهای آنالوگ اضافه شد. تعادل هارمونیک یا تجزیه و تحلیل حالت پایدار حوزه زمانی برای طراحی مدار RF و خازن سوئیچ اضافه شد. با این حال ، شبیه ساز مدار عمومی شامل تجزیه و تحلیل ها و ویژگی های مدرن مورد نیاز برای جانشین محبوبیت SPICE هنوز ظهور نکرده است.
بسیار مهم است که از تجزیه و تحلیل مناسب با پارامترهای دقیق انتخاب شده استفاده شود. به عنوان مثال ، کاربرد تجزیه و تحلیل خطی در مدارهای غیر خطی باید جداگانه توجیه شود. همچنین ، استفاده از تجزیه و تحلیل گذرا با پارامترهای شبیه سازی پیش فرض می تواند منجر به نتیجه گیری کیفی اشتباه در دینامیک مدار شود.
