Как моделировать в альтиум дизайнере

О компании
Каталог ПО
Учебный центр
Поддержка
Контакты
Пресс-центр

Схемное моделирование
Учебный центр

Altium Designer позволяет выполнять стандартный набор процедур смешанного цифро-аналогового моделирования, основанный на базе алгоритма Spice. Запуск цифро-аналогового моделирования происходит непосредственно из введенной принципиальной схемы и предоставляет в распоряжение разработчика мощные средства анализа, включая такие, как вариация параметров и статистический анализ методом Монте-Карло.

Система автоматизированного проектирования Altium Designer позволяет моделировать электрические схемы аналоговых и аналого-цифровых устройств, разработанные на дискретных элементах. Моделирование обеспечивает:

– расчет режима работы схемы по постоянному току (расчет “рабочей точки”);

– анализ переходных процессов и спектральный анализ;

– расчет режима по постоянному току при вариации одного или двух источников постоянного напряжения или тока;

– расчет спектральной плотности внутреннего шума;

– анализ передаточных функций;

– анализ влияния изменения температуры на работу схемы;

– анализ влияния изменения параметров элементов на работу схемы;

– статистический анализ выходных электрических параметров схемы;

– расчет допусков на выходные электрические параметры схемы.

При моделировании аналоговых устройств используются алгоритмы SPICE 3f5. При моделировании цифровых устройств используется алгоритм XSPICE с описанием моделей цифровых элементов на языке Digital SimCode.

В комплект поставки включено более 20000 математических моделей. В редакторе символов имеется мастер по созданию spice-моделей, для основных компонентов.

Занятия проводятся по официальным учебным пособиям Autodesk, Altium и по авторским пособиям по Plaxis, разработанным преподавателями нашего учебного центра.

Моделирование и анализ проектов плат

Моделирование и анализ могут быть выполнены в схеме до конструирования платы, а также в готовом физическом проекте. Altium Designer включает в себя ресурсы, которые помогут вам в обоих случаях: интегрированный имитатор SPICE, имитаторы отражений и перекрестных помех, интеграция со сторонними решателями полей. Изучите нашу библиотеку ресурсов, чтобы узнать больше об использовании инструментов моделирования и анализе электрического поведения в конструкциях плат.

Моделирование и анализ проектов плат

Основы моделирования печатных плат

Каждая плата должна пройти определенные этапы контроля, прежде чем ее можно будет запустить в массовое производство. Изделия обычно проходят электрические испытания во время изготовления и сборки, но есть некоторые специализированные области механических и электрических параметров, которые трудно определить количественно во время испытаний после сборки платы. Вместо испытаний каждого элемента конструкции можно использовать инструменты моделирования печатных плат для расчета их электрических характеристик ещё до начала производства.

Зачем использовать инструменты моделирования плат вместо реальных испытаний? Часто бывает так, что некоторые электрические характеристики трудно измерить без создания специализированных испытательных плат и оснастки. Для некоторых разработчиков проводить испытания определенных элементов конструкции оказывается слишком дорого. Например, приборы, необходимые для комплексного измерения сигнала в высокоскоростной линии передачи, могут стоить как минимум 250000 долларов. Инструменты моделирования позволяют разработчикам рассчитать тот же режим сигнала, который необходимо было бы измерять на реальном изделии, в приближенных к реальности условиях с данными, полученными непосредственно из топологии. В этом обзоре мы рассмотрим некоторые важные моменты, связанные с построением и запуском моделирования плат, как внутри вашего программного обеспечения для проектирования плат, так и в сторонних приложениях.

Предварительное моделирование и оценка
Расчет импеданса для стека печатной платы
Моделирование во время компоновки и трассировки платы
Моделирование после завершения компоновки
Продвинутое моделирование печатных плат

Предварительное моделирование и оценка

Моделирование печатной платы начинается на этапе определения схемы проекта, где модели с использованием имитаторов электрических цепей (SPICE) являются частью компонентов схемы. SPICE модели важны не только для оценки электрических характеристик на уровне системы, они также полезны для оптимизации схем во время процесса проектирования. Программное обеспечение для вводов описания схем со встроенным пакетом средств моделирования SPICE может помочь вам сохранить эффективность, когда вам нужно провести симуляцию некоторых основных режимов работы, необходимых для оценки электрических характеристик проекта.

Пакеты SPICE, которые используются для предварительного проектирования и моделирования, предназначены для выполнения определенных типов анализа:

Анализ амплитудно-фазовой частотной характеристики, при котором входное напряжение постоянного тока проходит через серию значений, а напряжение и ток в других узлах отслеживаются
Анализ переходных процессов или моделирование смешанных сигналов во временной области. Это фундаментальное моделирование во временной области
Анализ по переменному току или частотный анализ, при котором частота сигнала переменного тока изменяется во времени
Анализ параметров, при котором анализируется связь между режимами электрической цепи и набором параметров, которые принимают значения, заданные в определенных диапазонах.
Анализ полюсов и нулей, где условия стабильной работы и частоты переходных процессов могут быть визуализированы на одном графике

Некоторые программы для ввода и описания схем со встроенными модулями SPICE можно использовать для выполнения более сложных симуляций, таких как анализ шума и термический анализ.

Подробнее о SPICE моделях и о том, как они работают (статья на английском языке)

Многие разработчики, вероятно, знакомы с использованием системы SPICE для анализа основных линейных или нелинейных схем, но их также можно использовать для исследования реальных компонентов, если для компонента доступна SPICE модель. SPICE модели могут быть специально написаны для компонентов на основе связей ввода-вывода и логических условий на входе компонентов. Эти модели могут быть предоставлены производителями компонентов, чтобы разработчик мог правильно моделировать характеристики компонента при его работе в составе схемы.

Моделирование SPICE можно использовать на разных этапах процесса проектирования для определения электрических характеристик ответственных схем. После настройки режима моделирования SPICE, его можно запускать несколько раз на разных этапах процесса проектирования. После завершения моделирования SPICE данные можно отобразить на графиках для дальнейшего исследования и анализа. Электрические характеристики, изменения которых могут привести к проблемам с целостностью сигнала, часто можно определить на этом этапе, что дает возможность изменить конструкцию перед тем, как вернуться к разработке платы.

Анализ переходных процессов с использованием SPICE моделей

Некоторые из других важных параметров моделирования, которые следует учитывать при моделировании платы на этапе трассировки, это отражения и перекрестные помехи. Оба этих параметра могут быть оценены с помощью облегченного 2D-анализатора внутри редактора плат, а результаты могут быть показаны на графике во временной области. Эти функции отлично подходят для быстрого определения помех в критических цепях (моделирование перекрестных помех) или быстрого определения потребности в оконечной нагрузке на линии. Одна важная особенность SPICE, которая также проявляется при моделировании топологии платы, — это возможность использовать развертку параметров для итерации возможных значений оконечной нагрузки. Для сравнения, эти результаты могут быть отображены с помощью серии наложенных кривых.

Результаты моделирования оконечного резистора

После выполнения проверки проекта на обеспечение соответствия характеристик сигнала требуемым показателям производительности, следует выполнить посттопологический анализ для выявления системных дефектов в конструкции платы.

Посттопологический анализ

После того как разводка платы завершена, пора снова провести анализ проекта, используя функцию посттопологического анализа. Симуляции такого типа выполняются с использованием завершенной топологии, чтобы гарантировать соответствие конечной конструкции заданным параметрам. Можно просто повторно выполнить запуск предыдущего набора моделей, использованных при разводке платы, а так же использовать дополнительные модели для количественной оценки потенциальных проблем с тепловыми режимами или с питанием от постоянного тока. Существуют и другие виды посттопологического анализа, которые могут потребоваться для полной оценки проекта, их можно провести с помощью специализированных приложений.

Некоторые из важных параметров, которые необходимо оценить после выполнения трассировки, — это показатели целостности сигнала, которые содержатся в ваших правилах проектирования и инструментах трассировки, если вы используете правильное программное обеспечение для проектирования плат. Как часть окончательной проверки на соблюдение правил проектирования, проект можно проверить ещё раз, чтобы убедиться в том что на заключительном этапе трассировки не было создано новых проблем целостности сигналов (в частности соответствие параметров требованиям исходных данных). Также следует провести моделирование формы сигнала критических цепей, чтобы гарантировать что в конструкции низкий уровень перекрестных помех и минимальные отражения в цепях с контролируемым импедансом.

Один простой, но важный анализ, который следует выполнять для готовой топологии, — это анализ целостности питания по постоянному току в цепях питания вашей конструкции. Целостность питания по постоянному току гарантирует передачу питания во все участки проекта без потерь мощности. Чрезмерные потери мощности приводят к высокому рассеиванию тепла, поэтому области проекта в которых отмечается высокая плотность тока и падение напряжения следует пересмотреть и внести соответствующие изменения. Типичное решение — это увеличить количество меди, сделав медную фольгу толще или увеличить ширину полигонов и проводников.

Плотность тока PDNA

Хорошее приложение для моделирования будет использовать реалистичную модель топологии вашей платы, которую вы сможете экспортировать из своей САПР. Если вы хотите увидеть некоторые примеры анализов и их результатов, которые вы сможете получить используя моделирования в специализированных приложениях, то советуем ознакомиться со статьями ниже.

Подробнее о моделировании импеданса для топологии платы (статья на английском языке)
Подробнее об анализе электромагнитных помех/электромагнитной совместимости в ближнем поле (статья на английском языке)
Подробнее о моделировании перекрестных помех с участием групп цепей (статья на английском языке)

Процессы создания, подбора, контроля компонентов и многого другого стали проще благодаря полному набору инструментов проектирования в Altium Designer ® . Каждый пользователь Altium Designer имеет доступ к выделенному рабочему пространству в Altium 365 ™ , где можно хранить проекты, данные о компонентах, производственные данные и любую другую проектную документацию, а также делиться ими с коллегами. Altium Designer также интегрируется с популярными приложениями MCAD и моделирования, что дает вам возможность подходить к проектированию систем с учетом механических параметров вашего корпуса и компонентов.

Мы лишь поверхностно рассмотрели некоторые возможности Altium Designer на Altium 365. Чтобы начать использование бесплатной пробной версии Altium Designer + Altium 365 свяжитесь с нами altium.ru@altium.com.

Как моделировать в альтиум дизайнере