При реализации масштабных проектов команде разработчиков печатных плат требуется инструмент для быстрого и надежного моделирования, обеспечивающий сходимость процесса. Технология Cadence предлагает единую, унифицированную программную среду, как для моделирования, так и для проектирования печатных плат. Благодаря объединению аналоговой и событийно управляемой цифровой симуляции, разработчики выигрывают в скорости разработки без ущерба для точности. Используя передовые возможности анализа, конструкторы могут автоматически максимизировать рабочие характеристики схем по выбранным критериям.
Технология моделирования Cadence для проектирования и печатных плат
Технология Cadence – это полнофункциональный аналоговый симулятор с поддержкой цифровых элементов, с помощью которого можно решить практически любую задачу проектирования печатных плат – от высокочастотных систем до конструкций на микромощных микросхемах. Мощный движок симуляции легко интегрируется в программную среду Cadence PCB Schematic, что позволяет сократить время продвижения на рынок и держать под контролем расходы. Интерактивный и простой в понимании графический пользовательский интерфейс обеспечивает полное управление всем процессом моделирования. Доступность таких ресурсов, как модели компонентов различных производителей, встроенные математические функции и методы поведенческого моделирования повышают эффективность разработки. Современные средства анализа (Чувствительность, Монте-Карло, Smoke и оптимизатор с несколькими движками) обеспечивают высокие рабочие характеристики симулятора, его экономическую эффективность и надежность.
Продукты тесно связаны с программными комплексами Cadence Allegro Design Entry HDL (Редактор ввода схем и HDL-описаний) и Cadence OrCAD Capture. Программа имеет также интерфейс с пакетом MathWorks MATLAB Simulink, образуя мощную среду совместного моделирования (Рисунок 1).
Основные преимущества:
1) Уменьшает время моделирования, повышает надежность и сходимость в больших проектах;
2 Без потери точности увеличивает скорость проектирования за счет встроенной аналоговой и событийно управляемой цифровой симуляции;
3) Исследование поведения схемы при воздействии постоянного или переменного тока, шумов и переходных процессов;
4) Поддержка системного интерфейса PSpice SLPS для связи с пакетом Matlab;
5) Наличие библиотек, насчитывающих более 20 тысяч моделей аналоговых компонентов и компонентов смешанных сигналов;
6) Автоматическое определение аналоговых и цифровых сигналов и подключение аналого-цифрового и цифро-аналогового интерфейсов;
7) Анализ соотношений проекта по сценарию «что если» до привязки к аппаратной части;
8) Возможность автоматического улучшения характеристик схемы с помощью оптимизатора;
9) Определение и симуляция функциональных блоков сложной схемы с использованием математических выражений, функций и поведенческих сценариев;
10) Определение перегруженных элементов посредством Smoke и анализ влияния разброса номиналов компонентов методом Монте-Карло.
Особенности
Технология моделирования Cadence является неотъемлемым элементом процесса сквозного проектирования и создает единую унифицированную среду моделирования и разработки печатных плат.
Ввод и редактирование проекта
В библиотеках для работы в среде проектирования печатных плат Cadence PCB schematic можно найти более 18 тыс. символов и моделей. Имеются разнообразные возможности, позволяющие легко создавать и моделировать аналоговые проекты, включая симуляцию по одному нажатию кнопки, кросс-зондирование и множество других инструментов.
Описание внешних воздействий
Доступ к встроенным функциям для задания внешних воздействий (стимулов) может быть реализован либо их параметрическими описаниями, либо путем ручного ввода кусочно-линейных сигналов с помощью мыши. Внешние цифровые воздействия для тактовых генераторов и шин создаются простым кликом мыши и перетаскиванием фронтов.
Моделирование схемы
Пользователи смогут легко настроить и запустить моделирование, кросс-зондирование и отображение временных диаграмм прохождения сигналов. Поддержка множественных профилей моделирования позволяет пользователям возвращаться и запускать различные сценарии моделирования для одной и той же схемы. Результаты моделирования, включая напряжения в узлах, вычисления мощности и протекающий ток, могут быть отображены непосредственно на схеме. Поддержка функции запуска симуляции с контрольной точки сокращает время разработки в тех случаях, когда одна схема моделируется несколько раз с незначительными изменениями.
Смешанное аналоговое/цифровое моделирование
Смешанное аналоговое и событийно управляемое цифровое моделирование позволяют без потери точности ускорить разработку проекта. Единый экран анализатора формы аналоговых и цифровых сигналов отображает результаты моделирования на общей оси времени. Цифровые функции поддерживают 5 логических уровней с 64 уровнями нагрузочной способности, зависимые от нагрузки задержки и возможности для определения сбоев. Кроме того, программы моделирования Allegro AMS Simulator и PSpice имеют функции анализа прохождения сигнала через цифровые логические элементы и проверки ограничений (например, времени установления и удерживания).
Аналоговое исследование схемы
Для исследования поведения схемы используется базовый набор функций: воздействие постоянного или переменного тока, шумов, переходных процессов, варьирование значений параметров, метод Монте-Карло, анализ чувствительности по постоянному току. Allegro AMS Simulator и PSpice включают в себя интерактивные контроллеры симуляции и два моделирующих вычислителя.
Графическое отображение результатов и отображение данных
Окна виртуального пробника позволяют пользователям из обширного списка выбирать математические функции для симуляции выходных переменных. Разработчики могут создать шаблоны графического окна и использовать их при сложных измерениях, просто установив маркеры непосредственно на нужные выводы, узлы или отдельные блоки схемы. Инструмент позволяет пользователям измерять параметры цепей, используя как встроенные измерительные функции, так и созданные самостоятельно. Для визуализации данных предусмотрены дополнительные возможности, позволяющие реализовать графическое отображение реальных и комплексных функций напряжения, тока и потребляемой мощности, включая диаграмму Боде для коэффициента усиления и разности фаз и их производных для характеристики малых сигналов (Рисунок 2).
Модели
В состав программного комплекса включен большой набор точных внутренних моделей, как правило, учитывающих и температурные эффекты, что придает дополнительную гибкость моделированию.
Доступны модели резисторов, индуктивностей, конденсаторов, биполярных транзисторов, а также:
Встроенные модели биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT);
Семь моделей MOSFET, включая модели промышленного стандарта BSIM3v3.2 и EKV 2.6;
Пять моделей GaAs полевых транзисторов, включая модели Parker-Skellern и TriQuint TOM-2, TOM-3;
Полные модели нелинейных магнитных компонентов с насыщением и гистерезисом;
Модели линий передачи, характеризующиеся задержкой, рассогласованием, потерями, рассеиванием и перекрестными помехами;
Цифровые примитивы, включая элементы двунаправленной передачи с моделями аналоговых входов/выходов;
Две модели аккумуляторов, позволяющие точно симулировать режимы работы и циклы разряда.
Специализированный комплект разработчика описаний моделей (DEDK – Device Equations Developer’s Kit) позволит дополнять внутренние модели новыми выражениями и использовать их с симуляторами Allegro AMS Simulator и PSpice.
Библиотека моделей
В распоряжение пользователей предоставлено более 18,000 моделей аналоговых компонентов и устройств смешанных сигналов, производимых в Северной Америке, Японии и Европе. В состав также входят более 4500 параметризированных моделей транзисторов (BJT, JFET, MOSFET, IGBT), тиристоров, магнитных сердечников и тороидов, силовых диодов и мостов, операционных усилителей, оптопар, регуляторов, ШИМ контроллеров, таймеров и устройств выборки-хранения.
Поведенческое моделирование
Функциональные блоки схемы описываются с помощью математических выражений и функций, позволяющих разработчику использовать полный набор математических операторов, нелинейных функций и фильтров. Схема поведения может быть определена во временнóй или частотной области посредством формулы (включая преобразование Лапласа) или таблиц преобразования. Имеется возможность задания условий выдачи предупреждений и сообщений об ошибках. Пользователь может легко выбирать параметры, которые будут переданы в иерархические элементы схемы, и вставлять их в передаточные функции. Нововведением в поведенческом моделировании является появление функций подобных in(x), exp(x) и sqrt(x).
Редактирование параметров магнитных материалов
Специальный редактор Magnetic Parts Editor помогает разработчикам преодолеть проблемы, связанные с ручным проектированием трансформаторов. Пользователь может разрабатывать трансформаторы и катушки индуктивности, а также генерировать соответствующие модели, которые затем могут использоваться в схемах Allegro AMS Simulator. Кроме того, редактор позволяет сгенерировать данные, необходимые производителям трансформаторов или индуктивностей.
Шифрование
Функция шифрования позволяет защищать модели компонентов с использованием 56-битного алгоритма DES.
SLPS
Технология Cadence и пакет MathWorks MATLAB Simulink объединяют два ведущих в отрасли инструмента моделирования в мощную среду совместной симуляции (SLPS – SimuLink-PSpice). Simulink – это платформа для моделирования и модельно-ориентированного проектирования динамических систем. Интеграция SLPS позволяет разработчикам выполнить моделирование на системном уровне, используя реалистичные электрические PSpice модели компонентов. Проблемы проектирования и интеграции могут быть выявлены на более ранних этапах разработки, сокращая количество прототипов, необходимых для выпуска проекта. SLPS также позволяет разработчикам проводить моделирование схемы и комплексной системы при создании таких электромеханических устройств, как блоки управления, датчики и преобразователи питания (Рисунок 3).
Перезапуск с контрольной точки
Эта возможность позволяет разработчику экономить ресурсы, сохраняя состояния моделирования в различные моменты времени, и затем перезапускать симуляцию с определенной точки. Предварительно настройки симуляции и параметры проекта могут быть отредактированы.
Опция автосходимости
Данная опция симулятора позволяет автоматически изменять пределы допусков сходимости. Разработчики могут использовать эту опцию для достижения сходимости проекта и последующего точного моделирования с дальнейшим изменением параметров симуляции. Опция рекомендована для проектов устройств силовой электроники.
Расширенные возможностей исследования схем
Используя расширенные возможности анализа, разработчики могут автоматически улучшать рабочие характеристики схемы. Четыре важные функции – анализ чувствительности, оптимизация, режим Smoke (проверка на стресс) и Монте-Карло (допусковый анализ) – позволяют создавать виртуальные прототипы устройств и автоматически улучшать параметры схемы. Одновременно с множественными профилями симуляции могут выполняться измерения.
Чувствительность
Данная опция позволяет определять параметры компонентов, в наибольшей степени влияющие на работу схемы. При этом оценивается зависимость поведения схемы от вариаций номинала каждого компонента, как независимых, так и учитывающих одновременный разброс параметров остальных элементов. Это позволяет разработчикам выявлять чувствительные компоненты и экспортировать их в оптимизатор для точной настройки схемы поведения.
Оптимизатор
Оптимизатор анализирует аналоговые схемы и системы намного быстрее, чем обычный метод проб и ошибок. Он помогает найти значения номиналов компонентов, наилучшим образом обеспечивающие заданные параметры схемы. Разработчики могут использовать оптимизатор для улучшения характеристик схем, для обновления проекта в соответствии с новыми спецификациями, при оптимизации поведенческих моделей для нисходящего проектирования и генерирования модели, а также для настройки схемы в соответствии с известными результатами, представленными в числовой или графической форме. Оптимизатор включает в себя четыре процессора: least squares quadratic (LSQ – метод наименьших квадратов), модифицированный LSQ, метод случайной выборки и дискретный.
Режим анализа Smoke
Режим анализа Smoke (в переводе – «дым») служит средством предупреждений о возможных нарушениях в работе компонента вследствие превышения ограничений по потребляемой мощности, току, напряжению, температуре перехода и напряжению его пробоя. С течением времени такие компоненты могут стать причиной отказа схемы. Разработчики могут использовать этот вид анализа для сравнения результатов симуляции с предельно допустимыми режимами компонентов. При нарушении установленных пределов определяются и указываются проблемные параметры. Этот режим может использоваться также для создания, модификации и конфигурирования файлов описаний допустимых режимов для использования в Smoke analysis (Рисунок 4).
Вероятностный анализ методом Монте-Карло
Анализ методом Монте Карло позволяет статистически предсказать поведение схемы при отклонении номинальных значений параметров компонентов в пределах их допустимых диапазонов разброса. Используя этот метод, на основании полученной гистограммы плотности распределения вероятностей, можно оценить влияние разброса на те или иные параметры схемы. Метод дает возможность подобрать номиналы элементов, обеспечивающие наилучший процент выхода годных изделий при массовом производстве.
Параметрический построитель
После создания и симуляции схемы параметрический построитель используется для перебора множественных параметров. В любой комбинации могут учитываться вариации любого количества параметров проектов и моделей с отображением результатов в табличной или графической форме. Построитель может использоваться для задания пределов разброса параметров устройств и моделей и отображения результатов в формате электронной таблицы.
Системные требования программной среды моделирования
Процессор Pentium 4 (32-бита) или быстрее,
ОС Window XP Professional или Vista Enterprise,
Минимум 512 МБайт ОЗУ (рекомендуется 1 Гбайт или больше для Windows XP и Vista Enterprise),
300 МБайт свободного места на жестком диске,
DVD-ROM дисковод,
Видеокарта с поддержкой разрешения 1024×768 (рекомендуется 1280×1024) и глубиной цвета 16-бит.
[hidepost][/hidepost]
