SPICE-Simulationsmodul: Wie man automatisierte Messungen in Simulationen nutzt, um Zeit und Geld bei Design-Herausforderungen zu sparen

Die Simulation von elektronischen Schaltungen ist ein Schlüsselfaktor für Ihren Design-Erfolg. Der SPICE-Schaltungssimulator kann verwendet werden, um die Designanalyse zu beschleunigen. Altium Designer hilft Ihnen, Ihre Entwürfe auf effiziente und genaue Weise zu simulieren und bietet einen tiefen Einblick in die funktionale Arbeitsweise Ihrer Schaltung.

Eine der Schlüsselarten der Analyse in Altium Designer ist die Transientenanalyse - eine Zeitbereichssimulation Ihrer Schaltung. Ein Beispiel für eine Transientenanalyse wird in Abbildung 1 gegeben. Ein Paar von Cursors kann verwendet werden, um den Signalwert der Frequenz zu bestimmen, jedoch können Signalgrößen leicht durch ein Werkzeug namens ‘Messungen’ automatisiert werden. Ein Beispiel für die Messkonfiguration für die in Abbildung 1 dargestellte Schaltung wird in Abbildung 2 gegeben.

Abbildung 1 - Ein einfacher Spannungsmodus-Buck-Konverter

Abbildung 2 - Messkonfiguration für Buck-Konverter

Automatisierte Messungen im SPICE-Simulator von Altium Designer

Es gibt eine Vielzahl von automatisierten Messungen, die im SPICE-Simulator von Altium Designer verfügbar sind. Einige davon sind in Abbildung 3 aufgelistet. Alle diese Signalgrößen können als Messoptionen behandelt werden, die in jedem modernen Oszilloskop verfügbar sind. Zum Beispiel kann eine klare Anzeige über das Spitze-Spitze-Niveau des Signals oder die RMS-Spannung sowohl im DSO als auch im SPICE-Simulator von Altium Designer angezeigt werden. Die Einrichtung dieser Messungen in AD erfordert nur einen oder zwei Parameter: die Zeitspannenanalyse und für einige der Messungen: das Signalniveau, bei dem die Analyse durchgeführt wird. Letzteres ist z.B. für Frequenzmessungen erforderlich.

Abbildung 3 - Teil der Liste des Tabs für automatisierte Messungen - Teil der Liste

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Anwendungsfall für automatisierte Messungen

Betrachten wir einen einfachen Spannungsmodus-Buck-Konverter mit PWM-Regelung - Abbildung 1. Einige der Schlüsselparameter eines Buck-Konverters, die der Entwickler im Hardware-Design charakterisieren sollte, sind:

• Betriebsfrequenz;
• Induktorspulenstromwelligkeit;
• Ausgangsspannungswelligkeiten.

Es gibt viele weitere wichtige Parameter für das SMPS-Design, jedoch werden wir uns zu Zwecken dieser Einführung nur auf die oben genannten Punkte konzentrieren. Beachten Sie, dass Altium im Spice-Simulationsmodul Cursor bereitstellt, um Signalwerte oder Frequenzen zu bestimmen - ein Beispiel wird in Abbildung 4 gegeben, jedoch ist die Verwendung von Cursor bei einigen Messungen möglicherweise nicht so effizient und intuitiv wie automatisierte Messungen.

Abbildung 4 - Cursor zur Bestimmung der Signalfrequenz verwendet

Für Frequenzmessungen kann man Cursor A und B verwenden (wie in Abbildung 4 dargestellt). Cursor werden einen Schaltzyklus auseinander platziert, um die Signalperiode oder Frequenz zu bestimmen. Wenn jedoch Frequenzanpassungen für die Entwicklung des Designs erforderlich sind (d.h., sie häufigen Änderungen aufgrund der Abstimmung von Komponentenwerten unterliegen), wird die Verwendung von Cursorn zeitaufwendig und fehleranfällig.

Ein weiterer Punkt ist die Auswahl des Induktors oder des Ausgangsentkopplungskondensators, die zeiteffizient sein kann, wenn automatisierte Messungen verwendet werden. Das Gleiche gilt für viele Signalgrößen, nicht nur die oben genannten.

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Ein Beispiel für die Verwendung automatisierter Messungen werden in Abbildung 5 und 6 präsentiert. Die Messungen sind über den Reiter Panels zugänglich (Panels->Sim Data). Abbildung 5 und 6 unterscheiden sich in der Betriebsfrequenz und dem Induktorstrom (sowie dem Betriebsmodus - der erstere ist der diskontinuierliche Betriebsmodus, der letztere: kontinuierlicher Leitungsmodus).

Abbildung 5 - Beispiel für die Verwendung automatisierter Messungen - DCM eines Buck-Konverters

Abbildung 6 - Beispiel für die Verwendung automatisierter Messungen - CCM eines Buck-Konverters

Schlussfolgerungen

Automatisierte Messungen in Altium Designer steigern Ihre Produktivität durch:

• Einfache Konfiguration von gebrauchsfertigen automatisierten Messungen;
• Zeitersparnis - einmal konfigurierte Messungen liefern Ihnen Signalquantitäten zusammen mit Signalplots;
• Reduzierung von Fehlern, die mit der Signalanalyse zusammenhängen.