Vítejte, dnes je
středa
25.
prosinec 2024
Odborný časopis a portál zaměřený na vývoj a výrobu elektroniky 
Tento článek o programech pro obvodové simulace navazuje na článek, který byl publikován v časopisu DPS č. 1/2014. Přináší aktualizovaný přehled simulačních programů (leden 2018), které jsou dostupné jako samostatné programy. V omezené míře zahrnuje i simulátory určené pro studenty a amatéry. Cílem přehledu je upozornit na jednotlivé programy a poukázat na zdroj informací, nikoliv je hodnotit. Pokud jsou uvedeny ceny, jsou pouze orientační.
Mnohé webové stránky simulačních programů vypadají poněkud zastarale, nejenom vzhledem, ale i informacemi. U některých stránek bylo i velmi obtížné, ne-li nemožné, zjistit nějaké datum, ať už aktualizace vlastní stránky, nebo i programu. Proto je u každého programu poznámka, která indikuje možné stáří webové stránky nebo simulátoru, a naznačuje tak jeho aktuálnost.
Simulátor nakresleného obvodu se snaží předpovědět chování obvodu skutečného. Použité součástky jsou ve schematickém zapojení nahrazeny modely s vlastnostmi, které více či méně reprezentují skutečné součástky. Schematické zapojení lze v simulátorech kreslit buď přímo, nebo je kresleno v navazujícím schematickém editoru, který je také zmíněn.
Je až překvapivé, kolik různých simulačních programů je v současnosti na trhu. Autor jednoho z nich sám kriticky poznamenává: „Přečtěte si, jak se všechny ty simulátory chválí – výkonné, extrémně rychlé, standardem v daném oboru, lehce ovladatelné, intuitivní atd. Zní to dobře, ba příliš dobře na to, aby to mohla být pravda.
emagtech.com/product/b2-spice-ad
B2.Spice navazuje na původní simulátor B² Spice, který firma EMAG Technologies získala převzetím společnosti Beige Bag Software, Inc. v roce 2015. Podporuje smíšenou A/D simulaci založenou na Berkley Spice a Georgia Tech XSpice simulátorech. Tento simulátor, doplněný o RF a systémové simulace, je dodáván pod názvem RF.Spice A/D (viz dále). Cena je zhruba 600 Kč (student) a 12 000 Kč (komerční verze). Aktuální verze je 15.9. Webová stránka má datum 2017.
Tento jednoduchý A/D simulační program běží on-line na internetovém prohlížeči. K dispozici jsou video instrukce, které jsou zcela postačující pro pochopení, jak program funguje, a tak není potřeba studovat žádný návod. Jeho používání je zpoplatněno - komerční použití (CircuitLab Pro - 8 tisíc Kč/rok, CircuitLab Platinum – 20 tisíc Kč/rok), nižší sazby jsou pro školy a amatérské účely. Jak doporučuje časopis EDN: „Zkuste to, je to docela dobrý nápad, zejména když zrovna nemáte nic jiného po ruce.“
U nás neznámá firma existuje již od roku 1982. Dodává propracované kreslení schématu (DesignWorks Professional), ke kterému je možné přidat i digitální simulátor DesignWorks Simulator. Jeho cena vč. schématu je přibližně 15 000 Kč. Běží pod Windows i Macintosh OS. Poslední datum na webové stránce je z roku 2014.
Simulátor určený pro hobysty a studenty běží na cloudu bez nutnosti instalace na lokálním počítači. Umožňuje simulace v časové i frekvenční doméně včetně sweep analýzy. Nahrazuje virtuální laboratoř, zapojení i měření je vytvořeno pomocí virtuálních součástek a měřících přístrojů (osciloskop, funkční generátor, napájecí zdroj). Vyžaduje registraci, poplatek za používání je několik dolarů měsíčně. K dispozici je i Windows verze pro off-line simulace. Webová stránka má poslední datum 2012.
Every Circuit je interaktivní simulační nástroj, zaměřený na animaci a vizualizaci chování obvodu, takže je velmi názorný, vhodný zejména pro studenty a zájemce o elektroniku. K dispozici je verze pro školní (zdarma) i komerční použití (asi 300 Kč). Součástky mají ideální vlastnosti, takže simulace je spíše názorná, než přesná. Běží pod iOS a Windows. Ke stažení na App Store pro iPhone a iPad a na Google Play. Webová stránka nese datum 2018.
Obr. 1 Simulátor Every Circuit, který běží i na iPhone a iPad
Real-time simulátor analogových a digitálních obvodů, který neustále běží (není potřeba ho aktivovat). Je určen pro hobysty, studenty i vývojáře, protože běží prakticky na jakémkoliv zařízení s Windows, iOS a Android. Zahrnuje 30 symbolů pro kreslení zapojení a základní druhy různých typů součástek. Program lze stáhnout z AppStore,Google play, Windows Store atd. Cena za aplikaci pro Windows 8 je 140 Kč, pro iPhone pak zhruba 220 Kč. Webová stránka byla zřejmě naposledy aktualizována v roce 2015.
Firma Intusoft byla založena již v roce 1985. Její program ICAP/4 umožňuje simulace analogových a mixed-mode signálů, případně i mixed systémů a DSP (Digital Signal Processing). Zahrnuje kreslení schematického zapojení SpiceNet. Simulátor používá SPICE 3F5 a XSPICE, provádí všechny druhy SPICE simulací, Monte Carlo a Worst Case analýzy. K dispozici je několik různých verzí, jejichž ceny jsou k dispozici na vyžádání. Webová stránka byla aktualizována koncem 2017.
www.infineon.com/cms/en/tools/landing/ifxdesigner.html
Analogový a digitální simulátor, který běží na webovém prohlížeči – nevyžaduje žádnou instalaci, ani licenci na používání. Pro simulaci využívá upravený simulátor TinaCloud. Simulace se provádí na připravených obvodech se součástkami Infineon (ovládání motorů, ESD ochrana, napájecí zdroje, automotive elektronika atd.), u kterých lze měnit parametry. Simulace typu AC, DC, Transient, Digital, Fourier, Noise, Temperature/Parameters Sweep, Worst Case a Monte Carlo. Webová stránka je označena datem 2018.
www.linear.com/designtools/software
SPICE simulační program, který je zdarma ke stažení na webové stránce výrobce, je určen pro obvodové simulace spínaných napájecích zdrojů. Knihovna modelů zahrnuje téměř všechny součástky od Linear Technology používané pro spínané zdroje, včetně zhruba 200 OZ, rezistorů, tranzistorů a MOSFETů. K dispozici je verze pro Windows (v. 7, 8 a 10) a Mac OS (X 10.7+). Stažení softwaru je podmíněno registrací. Poslední aktualizace programu pro Windows je z března 2018.
MacSpice simuluje a analyzuje obvody v širokém rozsahu složitosti na počítačích Apple s procesory Intel. Pro simulaci využívá Berkeley Spice 3f5, přičemž zahrnuje celou řadu dalších modelovacích technik, jako např. BSIM3 a BSIM4. Simulace zahrnují analýzy DC, AC Small signal, Transient, Pole Zero, Small signal distortion, Sensitivity a Noise. Obvodové zapojení se nekreslí, ale dodává v popisu v textovém formátu (netlist). Jednoduchá webová stránka obsahuje řadu detailních informací, nejenom o programu, ale i o simulacích jako takových. Program je zdarma, existuje už od roku 2001. Poslední verze 3.1.18 pro OS X 10.6.8 nebo novější je z ledna 2018.
Obr. 2 MacSpice simulátor
Firma Spectrum Software byla založena roku 1980 a je jedním z nejstarších výrobců softwaru pro simulace. Z téhož roku pochází i její první simulátor Logic Designer- Simulator. Ten byl časem nahrazen programem Micro-Cap, který zahrnuje kreslení schématu a analogové, digitální a mixed-mode simulace. Podporuje většinu PSPICE, SPICE3 a HSPICE modelů, má konvertor pro IBIS modely a jeho knihovna obsahuje více než 24 tisíc součástek. K dispozici jsou analýzy typu Transient, AC, DC, Monte Carlo, Distortion či Sensitivity analýzy s řadou možností. Umožňuje export dat do programů pro návrh desek. Běží na Windows XP, Vista, 7, 8 a 10. Cena Micro-Cap 11 uvedená na webu výrobce je přibližně 90 tisíc Kč. Poslední verze je 11.0.3.3 bez uvedení data. Newsletter pochází z roku 2016.
NGSPICE je open source, mixed mode / mixed level simulátor, který využívá Berkeley Spice3f5, Cider1b1 a Xspice. Kromě toho, že ho lze provozovat samostatně, je využíván i v mnoha dalších aplikacích (např. v programu Eagle). Byl vyvinut jako součást projektu gEDA (www.geda-project.org), jehož cílem je zajistit EDA software zdarma pod GPL. Schematické zapojení se kreslí v programu gschem (wiki.geda-project.org/geda:download), ze kterého si simulátor čte netlist. Software běží na platformě GNU/Linux. Poslední aktualizace v roce 2017.
Multisim (u nás známý také pod svým původním názvem Electronics Workbench) je u nás jedním z nejrozšířenějších simulačních programů, zejména pro potřeby výuky, a to kvůli své názornosti a jednoduchosti používání. Jeho knihovna modelů může obsahovat až 55 000 součástek (někde je uváděno 36 tisíc), umožňuje 20 pokročilých SPICE analýz (AC, DC, Transient, Monte Carlo, Noise, Pole Zero atd.), má 22 virtuálních měřicích přístrojů (osciloskop, funkční generátor, logický analyzátor atd.). K dispozici je komerční i školní verze rozdělená ještě dále podle svých možností. Komerční verze Multisim Power Pro s integrovaným návrhem desek (Ultiboard) stojí od 133 tisíc Kč výše.
Tento simulátor je z dílny malé firmy zaměřené na různé vysoce specializované simulační programy z oboru fyziky a elektroniky. NL5 je jejich jediným programem, který je dostupný obecně. Je to tzv. Non-Linear Electronic Circuit Simulator, který navazuje na simulátor NL z počátku 90. let. Nelineární simulátor je mnohem rychlejší než simulátory, které využívají SPICE. Plně funkční demoverze omezená na 20 součástek je zdarma, stejně jako plně funkční zkušební verze na 30 dní a jednoroční licence pro studenty. Licence na jeden počítač stojí kolem 20 tisíc Kč.
Nejnovější verze NL5 je 2.4 z počátku roku 2018.
www.pads.com/analog-mixed-signal/ams-design-suite
PADS AMS Design Suite je sestava pro kreslení schematického zapojení s výstupem pro návrh desek, komplexní obvodové simulace a analýzy, které umožní virtuální prototypování. Zahrnuje VHDL - AMS (Analog/Mixed Signals) a SPICE simulace pro analogové, A/D obvody, smíšené technologie a optimalizaci, DC bias, multi-domain simulace, multi-run parametric sweeps, sensitivity, Monte Carlo, Worst Case a další. Program je doplněn o analýzu signálové integrity vybraných topologií schématu (Pre-Layout Topology Exploration and Signal Analysis). Cena na vyžádání. Aktualizováno 2018.
PartSim je on-line simulátor zdarma přístupný z webového prohlížeče. Je provozován webovým portálem EEweb (www.eeweb.com). Jedná se o SPICE simulátor pro A/D transient analýzy. Jeho používání je podmíněno vytvořením účtu. Na webové stránce není bohužel žádná dokumentace, ani není na první pohled patrné, jak se kreslí schematické zapojení. Simulátor je napojený na databázi součástek distributora Arrow.
I když je tento simulační program zaměřen spíše na simulaci individuálních mikrokontrolérů (VSM = Virtual System Modelling), plná verze simulátoru (Proteus Platinum) zahrnuje kreslení schématu, modul ProSPICE pro analogové, digitální a smíšené A/D simulace, 750 modelů různých mikroprocesorů, celou řadu virtuálních přístrojů (osciloskop, logický analyzátor, funkční generátor, atd.) a program pro návrh DPS. Cena je kolem 130 tisíc Kč. Společnost Labcenter existuje od roku 1988, poslední informace na webové stránce pochází z konce roku 2017.
Qucs (Quite Universal Circuit Simulator) je obvodový simulátor, který vznikl jako Open Source projekt. K dispozici jsou soubory pro vytvoření simulátoru pod Windows (32 bit), MAC OS (MacOSX 10.7+) a Linux (Ubuntu). Existuje od roku 2004, k dispozici je i český překlad. Poslední aktualizace webu je z roku 2017.
Obr. 3 Qucs simulátor (Open Source)
Simulační prostředí pro analýzy analogových, digitálních, RF a A/D smíšených obvodů a systémů. Tento program ve své odlehčené verzi (bez RF simulací) pod názvem B2.Spice A/D navazuje na původní simulátor Beige Bag, který EMAG získal převzetím společnosti Beige Bag Software, Inc. v roce 2015. RF.Spice A/D je založen na Berkeley Spice 3F5 a Georgia Tech XSpice simulátorech, které zde byly integrovány s velkou knihovnou RF součástek, různými přenosovými linkami atd. Knihovna modelů obsahuje více než 25 tisíc součástek. Cena je zhruba 18 tisíc Kč. Aktuální verze je 15.9. Webová stránka má datum 2017.
Obr. 4 Siumlátor RF.Spice A/D
SuperSpice je analogový simulátor, který zahrnuje kreslení schématu a 9 pokročilých SPICE analýz (DC, AC, Operating Points, Transient, Noise, Pole-Zero, Distortion, Fourier, Temperature atd.). 32 a 64 bitová verze běží pod Windows XP až 10. Cena je zhruba 3500 Kč, pro studenty asi 700 Kč. Poslední verze programu je 4.37 z ledna 2017. Výrobce programu existuje od roku 1996, poslední informace na webové stránce je z roku 2018.
Volně přístupné simulační prostředí na cloudu určené pro simulace analogových, digitálních, smíšených obvodů a mechatronických systémů. Schematické symboly (bloky) potřebné pro kreslení diagramu jsou rozděleny do skupin: Analog a Digital Electronics, Magnetic and Electromechanical, Thermal and Electrothermal, Three Phase Power, Continuous Function Blocks. Vyžaduje registraci. Na webové stránce je video vysvětlující postup v 5 základních krocích. Informace aktualizovány v roce 2018.
Obr. 5 Simulační program SystemVision Cloud
Program Tina umožňuje analogové, digitální, RF, smíšené A/D a HDL simulace, simulace MCU, komunikačních a optoelektronických obvodů atd. Má i 9 virtuálních přístrojů, jako jsou osciloskop, funkční generátor, logický analyzátor, Bode Plotter atd. Jeho knihovna obsahuje více než 20 tisíc součástek. K dispozici je také modul pro návrh desek. Program je dostupný v mnoha jazycích (včetně češtiny, arabštiny a tradiční čínštiny) a běží pod několika operačními systémy na různých typech zařízení (PC, Mac, tablety, chytré telefony a TV atd.). Cena (asi 3 tisíce Kč za Basic, 30 tisíc Kč za Industrial verzi) zahrnuje i volný přístup na cloudovou verzi TinaCloud po dobu jednoho roku. Výrobce programu existuje již od roku 1992. Aktuální verze je v.11, webová stránka aktualizovaná počátkem roku 2018.
www.tina.com/English/tinacloud/
Simulátor TinaCloud je cloudová verze programu Tina a je tak on-line přístupný na webovém prohlížeči, odkudkoliv a bez potřeby instalovat software na počítači. Nedá se koupit, platí se roční přístup v rozmezí asi 300 Kč (student) až 7 500 Kč (verze Industrial).
Simulační program TINA-TI je verze programu Tina (viz výše) upravená pro potřebu simulací analogových obvodů s knihovnou součástek firmy Texas Instruments. Program je k dispozici zdarma.
penzar.com/topspice/topspice.htm
Firma Penzar existuje již od roku 1991. Její program TopSpice je založen na PSpice a HSPICE simulacích. Kompletní systém zahrnuje kreslení schémat, mixed- mode SPICE simulátor (DC sweep, Transient, AC sweep, Noise, Distortion, Sensitivity, Transfer function, Fourier, Temperature, Monte Carlo, Worst case, Parametric stepping, atd.) a knihovnu simulačních modelů s více než 32 tisíci analogových a digitálních součástek. Cena je asi 12 000 Kč za elektronickou verzi. Webová stránka aktualizovaná v roce 2018.
5spice simulátor má kreslení schématu a je zaměřen na analogové simulace. Běží na Windows (Vista, 7, 8 a 10), nebo na počítačích Apple. Plná verze (Noise, Distortion, FFT a Sensitivity analýzy) se musí registrovat - pro nekomerční použití je zdarma, pro komerční použití se platí poplatek kolem 6 tisíc Kč (verze Professional). Verze 2.63 je z roku 2017.
(mklauz) @dps-az.cz
