SimOne – simulační program elektronických obvodů

Simulace elektronických obvodů se stala nedílnou součástí vývoje elektronických zařízení. Simulační programy jsou součástí všech moderních návrhových systémů a staly se nenahraditelnými pomocníky vývojářů. Dnes existuje více společností, které vyvíjejí simulační programy. Vedoucí postavení na trhu mají americké společnosti Synopsys, Cadence a Mentor Graphics. Jejich softwarová řešení umožňují obvodovou simulaci analogových, digitálních a smíšených A/D.

Všechny tyto programy, s výjimkou simulace VF a mikrovlnných obvodů, mají svůj začátek v prvním a nejznámějším simulačním programu SPICE. SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) byl vyvinut v laboratoři na University of California v Berkeley na počátku 70. let dvacátého století. Tento simulátor s maximální přesností a spolehlivostí modelování umožňuje provést simulaci široké škály analogových, digitálních a A/D elektronických obvodů. Jeho funkce se staly de facto standardem v modelování elektronických obvodů.

Všechny moderní obvodové simulátory podporují klasický SPICE a jsou doplňovány a rozvíjeny tak, aby vyhovovaly potřebám moderního elektronického průmyslu.

Simulátor SimOne

Firma EREMEX vyvíjí od roku 2008 vlastní program SimOne pro simulování elektronických obvodů. Je to moderní, výkonný simulátor, kompatibilní se SPICE, který lze charakterizovat takto:

• Podporuje SPICE modely pro elektronické součástky.
• Poskytuje základní typy analýzy obvodů v SPICE.
• Využívá klasické algoritmy SPICE modelování i původní numerické metody.

Program zahrnuje:

• Knihovny modelů součástek
• Hierarchický schematický editor
• Textový editor pro načtení schematického zapojení v podobě SPICE popisu
• Vizualizační modul pro zobrazení výsledků simulace
• Postprocesor

Grafický editor SimOne je moderní, vícedokumentová aplikace Windows. Export umožňuje převést výsledky do programů Matlab, Maple a Excel.

Knihovna modelů obsahuje jak SPICE modely součástek (SPICE-primitive), tak i více než 30 000 modelů skutečných součástek. S výhodou je možné použít testovací knihovny SPICE (*.lib soubory) a grafické makromodely.

SimOne podporuje modely ze SPICE primitive: rezistor, kondenzátor, indukčnost, transformátor, přenosové linky, nezávislé napětí a napájecí zdroje, diody, bipolární tranzistory, FET, GaAsFET (úroveň = 1... 5), MOSFET (model Grove- Hoffmann). V současné době probíhají práce na začlenění moderních modelů tranzistorů BSIM3-BSIM6, EKV a Mextram.

Oproti klasickým SPICE programům má SimOne, jako moderní simulační program, některé výhody:

• Vysokou rychlost simulace
• Přesnější výpočty
• Vysoký výkon

Vysoké rychlosti simulace (při stejné přesnosti až 10× rychlejší než obvyklé SPICE simulátory) je dosaženo pomocí originální softwarové techniky, moderních numerických algoritmů a paralelních výpočtů.

Na rozdíl od klasických SPICE simulátorů ověřuje program SimOne pro zvýšenou přesnost Kirchhoffovy zákony v každém měřeném místě (circuit nodes).

V tabulce 1 je uvedeno porovnání funkcí programu SimOne s jinými simulačními programy.

Rychlý a výkonný analyzátor SPICE-formátu podporuje formáty SPICE, SPICE2G, SPICE3, PSPICE, LTSPICE, NGSPICE a HSPICE.

Program má některé vlastní algoritmy a simulační metody, jako např. původní algoritmy pro rozklad matice a paralelní výpočtové techniky při maticových operacích.

Vlastní metoda umožňuje také rychlou a přesnou simulaci za účelem zjištění stabilních vlastností obvodu, která využívá buď Mikhailova criterionu, nebo eigenfrequencies. Výsledkem analýzy je odhad stability obvodu buď v podobě Mikhailova grafu, nebo tabulky. Na obr. 1 je zachyceno schematické zapojení oscilátoru s rezistorem R1, zatímco na obr. 2 je potom vidět výsledek analýzy stability obvodu pro několik různých hodnot R1.

SimOne je software, který se dynamicky vyvíjí. Hlavní směry jeho dalšího vývoje zahrnují např.:

• VF a mikrovlnné obvody
• Přenosové linky
• Výpočet S-parametrů obvodu
• Kompaktní modely tranzistorů-BSIM6, BSIM3 EKV, Mextram
• Analýzu signálové integrity

Porovnání

V tabulce 2 jsou výsledky porovnání různých simulátorů, které je založeno na metodice IBM popsané v článku IBM Power Grid Benchnmarks (http://dropzone. tamu.edu/~pli/PGBench/). Testováno na PC s Intel Core i3 CPU 550 @ 3.20GHz, RAM 16Gb, Win7×64.

Jednotlivé testované obvody měly následující počet součástek:

• Ibmpg1 -55 000 součástek
• Ibmpg1t -77 000 součástek
• Ibmpg2 -250 000 součástek

Více informací o simulátoru SimOne naleznete na webových stránákách společnosti http://eda.eremex.com.