複雑なICを使用する回路は通常どのようにシミュレートされますか？

回路を構築する前に、いくつかのスパイスプログラムで回路をシミュレートすることは、電子設計の一般的な慣習であることを理解しています。プロジェクトでは、複雑なIC、たとえばLi-Poバッテリーの充電制御を実行するIC、またはPWMコントローラーとして機能するICの使用が必要になる場合があります。製造業者は通常、この種の複雑なコンポーネントのスパイスモデルを利用可能にしません。エレクトロニクスエンジニア/デザイナーから、このような状況で彼らが何をしているかを知りたいです。そのような回路をどのようにシミュレートしますか？または、データシートのアプリケーションセクションに記載されているメーカーの設計を使用し、設計が機能することを信頼するというケースの方が多いでしょうか。これらのICを抽象化し、提供する出力信号の種類で回路の他の部分をシミュレートすることもできますか？

電子設計の経験からの実世界の実用的な例に感謝し、スパイスモデルを利用できない既製のICを利用する回路のシミュレーションにアプローチする方法を説明します。

私の経験では、ボード全体のシミュレーションの普及は、RFの物理シミュレーション以外のほとんどの神話です。

もちろん、IC設計のシミュレーションルールは、プロトタイピングコストが非常に大きいため、HDL設計に関係するすべてのものについてですが、一般的な電子機器についてはそれほどではありません。

シムが本当に役立つのは、フィルターや制御ループのようなもので、ブレークポイントと位相シフトが期待どおりであることを本当に確認したい場合ですが、これらは通常、半ダース程度の小さな塊で、単独でシミュレートできます。

妥当な複雑さのボード全体をシミュレートしようとすると、数値の安定性または単に実行時に失敗する傾向があり、妥当な寄生要素を追加し始めると爆発します。

一般に、よくわからないビットをシミュレートします。これは通常、設計の10％未満です（残りは電源とIOの「データシートエンジニアリング」です）。

多くのツールが存在しますが、シミュレーションの2つの主要な形式は、アナログ（SPICE、LTSPICE、またはSimetrixなど）とシグナルインテグリティ（非常に深いポケットがある場合はHyperlynxのようなもの）です。

電力解析ツールはありますが、物理的現実とは明らかに一致しない非常に奇妙な結果がいくつか見られました。

デジタル側は動作する傾向がありますが、混合信号ツールがあります。

私たちが直面する問題は次のとおりです。

1パーツのシミュレーションモデルは存在しません。あなたは完全なデータシートをお持ちの場合は、ご自身の圧延でまともな刺し傷を作るか、一部使用できない機種があります。自明ではないことに対して独自のモデルを展開することは、非常に時間のかかる運動です。

プリミティブ（ダイオード、トランジスタ、または単純なパッシブ）を超えるものは、連続状態でのデバイスの動作を反映する動作モデルであることに注意してください。実際にそのようなモデルに含まれるものについては、このアプリケーションノートを参照してください。フェライトやチョークのようなものは非常に複雑であることに注意してください。それらは回路としてモデル化できますが（データシートの応答を達成するため）、非常に時間がかかります。

2実行時間。シーケンサーエレクトロニクスの独立した安全性レビューの一環として、EEDとサーマルバッテリーを含む排出シートの全電力経路をシミュレートしました。制御回路と点火回路へのケーブルは非常に長いため、疎結合のトランス巻線としてモデル化されました。回路にはおそらく40個の要素が含まれており、（マルチコアハイエンドマシン上で）単一の一時的な実行に30時間以上かかりました。

3回路の一部は、シミュレーションに実際には適していないか、必要ではありません。制御スイッチを切り替えるための簡単な光結合分離ステージがある場合、データシートが適切に使用されていればシミュレーションは必要ありません（もちろん、そうではない多くのデザインを見てきたように、それはまったく異なるテーマです） 。

4シグナルインテグリティのシミュレーションでは、ほとんどのシミュレータは、制御されたインピーダンスが最高の状態で+/- 10％であることを考慮していない、となります層への層を変化させます。このようなシミュレーションは、重大な問題を確認するのに役立ちますが、そのような詳細に噛みつくこともできます。さらに、ほとんどのシミュレーターはリターンパスをモデル化できません（ただし、レイアウト後のシミュレーションは改善されています）。

5実質的にすべてのシミュレーションモデルは、最も一般的な使用事例を反映した妥協案です。コーナーケースの動作を確認するには、モデルを大幅に変更する必要がありました。

フルボード（または多くの場合、マルチボード）システムは、実際に実行する時間の観点から禁止されているため、チェックに関心のある部分のみがシミュレートされます。

別の問題は、マクロモデルの場合、多くの場合、起動時の動作が未定義であり、起動時の動作が重要な場合（飛行安全性が重要な機器である可能性があるため）、世界のどのシミュレータも役に立たないことです-単に測定する必要がありますそれ。

シミュレーションは確かに設計者を助けることができますが、完璧に近い場所ではなく、実際の回路動作に依存すべきではありません。それらは回路動作を示しています。

そのようなICを使用するとき、私は製造業者の「料理本」をよく追っています。ほとんどの場合、これにより回路が動作するはずです。多くの場合、設計にそのまま統合できる回路があります。

しかし、場合によっては、外部コンポーネントを使用して回路の一部のSPICEモデルも作成します。たとえば、電圧レギュレータのフィードバックループ周波数応答、内部で切り替えられる電流源を備えたコンパレータ入力。この場合、Spiceライブラリの理想的な要素を使用し、データシートから指定された特性（入力リーク、容量、ESDダイオードなど）を追加します。デジタル高速デバイスの場合、製造元はしばしばIBISモデルと呼ばれる、入出力の電気的挙動をモデル化したモデルを提供します。これにより、シグナルインテグリティ解析が可能になります（PCBをコンポーネントとして含む場合があります）。

一般的に、より複雑なSPICEモデルが見つからないことはよくありますが、リニアテクノロジー/ LTspiceは例外として言及します。これらは、PWMコントローラーなどのICモデルを提供します。他の製造業者は、効率計算などを可能にするウェブベースまたはスプレッドシートベースの設計ツールを提供しています。

回路を構築する前に、いくつかのスパイスプログラムで回路をシミュレートすることは、電子設計の一般的な慣習であることを理解しています。

小さく単純な回路を除いて、ボード全体のシミュレーションが使用されているのを見たことはありません。代わりに、ボード全体が部品ごとに分析され、各部品に最も適切な方法が使用されます。たとえば、典型的なマイクロコントローラベースのシステムは次のように分析されます。

• スイッチングモードの電源はSPICEでシミュレートされます
• ICに基づくバッテリー充電器は、データシートと手動計算に基づいて設計されます
• マイクロコントローラーは、データシートまたはメーカーのサンプル回路図に従って接続されます
• 無線アンテナは、専用のRFシミュレーターでシミュレートされるか、メーカーが既に検証した仕様に従って設計されます

また、「マイクロコントローラーには少なくとも200 mAの電源が必要」、「SMPSは500 mAの負荷を処理する必要がある」など、部品間の制約が手動で検証されます。

限られた経験の中で、システム全体をシミュレートする必要がないことがわかりました。一般に、回路の理解しにくい小さな部分が1つだけあります。そしてそのためには、通常、スパイスのデモ版で十分です。同様に、有限要素モデリングでは、理解しにくいアンテナ構造の小さな部分が1つしかないため、FEMAPのデモ版で十分です。

特定のシミュレーション問題に関しては、spiceには、好きなデバイスの独自のモデルを構築するための規定があります。残念ながら、良い結果を得るにはある程度深い理解が必要ですが、それは可能です。（spiceのデモ版がこれをサポートしているかどうかは覚えていません。）