Mô-đun Mô phỏng SPICE: Cách Sử dụng Các Phép Đo Tự động trong Mô phỏng để Tiết kiệm Thời gian và Tiền bạc trong các Thách thức Thiết kế

| Created: Tháng Năm 23, 2024 | Updated: Tháng Bảy 1, 2024

Mô-đun Mô phỏng SPICE - Các Phép đo Tự động

Mô phỏng mạch điện tử là yếu tố then chốt để thành công trong thiết kế của bạn. Máy mô phỏng mạch SPICE có thể được sử dụng để tăng tốc độ phân tích thiết kế. Altium Designer sẽ giúp bạn mô phỏng thiết kế của mình một cách hiệu quả và chính xác, cung cấp cái nhìn sâu sắc về hoạt động chức năng của mạch của bạn.

Một trong những loại phân tích chính trong Altium Designer là phân tích chuyển tiếp - mô phỏng miền thời gian của mạch của bạn. Một ví dụ về phân tích chuyển tiếp được trình bày trong hình 1. Một cặp con trỏ có thể được sử dụng để xác định giá trị tín hiệu của tần số, tuy nhiên các đại lượng tín hiệu có thể dễ dàng được tự động hóa bằng cách sử dụng một công cụ gọi là: ‘Phép đo’. Một ví dụ về cấu hình phép đo cho mạch được trình bày trong hình 1 được đưa ra trong hình 2.

Hình 1 - Một bộ chuyển đổi buck đơn giản theo chế độ điện áp

Hình 2 - Cấu hình phép đo cho bộ chuyển đổi buck

Phép đo tự động trong máy mô phỏng SPICE của Altium Designer

Có một loạt các phép đo tự động có sẵn trong máy mô phỏng SPICE của Altium Designer. Một số trong số đó được liệt kê trong hình 3. Tất cả các đại lượng tín hiệu này có thể được coi là các tùy chọn phép đo có sẵn trong mọi oscilloscope hiện đại. Ví dụ, một chỉ báo rõ ràng về mức đỉnh đến đỉnh của tín hiệu hoặc điện áp RMS có thể được hiển thị trong DSO cũng như trong máy mô phỏng SPICE của Altium Designer. Thiết lập cho các phép đo này trong AD chỉ yêu cầu một hoặc hai tham số: phân tích khoảng thời gian và đối với một số phép đo: mức tín hiệu mà phân tích được thực hiện. Tham số sau là cần thiết ví dụ cho phép đo tần số.

Một phần của danh sách tab phép đo tự động - một phần của danh sách

Hình 3 - Một phần của danh sách các phép đo tự động - một phần của danh sách

SPICE: Certainty for All Decisions

Design, validate, and verify the most advanced schematics.

Learn More

Ứng dụng của phép đo tự động

Hãy xem xét một bộ chuyển đổi buck đơn giản với điều chỉnh PWM - hình 1. Một số thông số quan trọng của bộ chuyển đổi buck mà nhà thiết kế cần đặc tả trong thiết kế phần cứng là:

Tần số hoạt động;
Dòng rò của cuộn cảm;
Nhấp nhô điện áp đầu ra.

Có nhiều thông số quan trọng khác cho thiết kế SMPS, tuy nhiên với mục đích của bài giới thiệu này chúng ta chỉ tập trung vào những điểm được đề cập ở đầu và cuối danh sách trên. Lưu ý rằng Altium cung cấp con trỏ trong mô-đun mô phỏng Spice để xác định giá trị tín hiệu hoặc tần số - một ví dụ được đưa ra trong hình 4, tuy nhiên việc sử dụng con trỏ trong một số phép đo có thể không hiệu quả và trực quan như phép đo tự động.

Hình 4 - Con trỏ được sử dụng để xác định tần số tín hiệu

Đối với phép đo tần số, người ta có thể sử dụng con trỏ A và B (như được cho trong hình 4). Con trỏ được đặt cách nhau một chu kỳ chuyển mạch để xác định chu kỳ tín hiệu hoặc tần số. Tuy nhiên, nếu cần điều chỉnh tần số cho việc phát triển thiết kế (tức là chúng thường xuyên thay đổi do điều chỉnh giá trị của các linh kiện) thì việc sử dụng con trỏ trở nên tốn thời gian và dễ mắc lỗi.

Một vấn đề khác là việc chọn cuộn cảm hoặc tụ điện giảm xung đầu ra có thể hiệu quả về thời gian nếu sử dụng phép đo tự động. Điều này cũng áp dụng cho nhiều lượng tín hiệu, không chỉ những điều đã đề cập ở trên.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Explore Solutions

Một ví dụ về việc sử dụng phép đo tự động được trình bày trong hình 5 và 6. Các phép đo có thể truy cập thông qua tab Bảng điều khiển (Panels->Sim Data). Hình 5 và 6 khác nhau về tần số hoạt động và dòng điện cuộn cảm (cũng như chế độ hoạt động - cái trước là chế độ hoạt động không liên tục, cái sau: chế độ dẫn liên tục).

Ví dụ về sử dụng phép đo tự động - DCM của bộ chuyển đổi buck

Hình 5 - Ví dụ về việc sử dụng đo lường tự động - DCM của bộ chuyển đổi buck

Hình 6 - Ví dụ về việc sử dụng đo lường tự động - CCM của bộ chuyển đổi buck

Kết luận

Việc sử dụng đo lường tự động trong Altium Designer giúp tăng cường năng suất của bạn bằng cách:

Cấu hình dễ dàng các phép đo tự động sẵn sàng sử dụng;
Tiết kiệm thời gian của bạn - các phép đo một khi đã được cấu hình sẽ cung cấp cho bạn các số lượng tín hiệu cùng với biểu đồ tín hiệu;
Giảm thiểu lỗi liên quan đến phân tích tín hiệu.

How to Simulate a PCB Design SPICE Simulation in Altium Designer xSignals in Altium Designer PDN Analyzer for DC Power Integrity

About Author

Rafał Stępień là một kỹ sư điện tử (và cũng là người đam mê điện tử hơn 30 năm), chuyên về điện tử tương tự, hỗn hợp và RF với hơn 20 năm kinh nghiệm trong ngành. Trong thời gian này, ông đã làm việc như một kỹ sư phần cứng và cố vấn điện tử cho nhiều công ty. Ông có bằng tiến sĩ về kỹ thuật điện tử và có nhiều công trình nghiên cứu khoa học liên quan đến phương pháp tạo và xử lý tín hiệu, bao gồm một cuốn sách về tổng hợp số trực tiếp. Ông là kỹ sư trưởng trong hai dự án được đồng tài trợ bởi Liên minh Châu Âu và Trung tâm Quốc gia về Nghiên cứu và Phát triển ở Ba Lan: thiết kế một bộ phát DAB+ và phân tích tín hiệu DAB+, được tài trợ bởi EU (Horizon 2020), và hệ thống IoT cho Thị trường Nông nghiệp (Agrotech), được tài trợ bởi Trung tâm Quốc gia về Nghiên cứu và Phát triển.

Rafał điều hành công ty của mình, cung cấp dịch vụ đào tạo và tư vấn kỹ thuật trong các lĩnh vực như thiết kế RF và ăng-ten, thiết kế SMPS, các khóa học tuân thủ EMC và RED, đào tạo xử lý tín hiệu tốc độ cao và tương tự, và các lĩnh vực khác. Ông cũng là người tổ chức hội nghị Hardware Design Masterclasses, dành riêng cho thiết kế điện tử chuyên nghiệp.

Trong thời gian rảnh rỗi, anh ấy tập trung phát triển các kỹ năng mềm liên quan đến việc quản lý các nhóm nghiên cứu và phát triển (R&D) và xây dựng các mẫu thử của nhiều thiết bị điện tử khác nhau và tiến hành các thí nghiệm liên quan đến điện tử, chủ yếu là để giải trí và cho kênh YouTube của mình.