La simulación de circuitos electrónicos utiliza modelos matemáticos para replicar el comportamiento de un dispositivo o circuito electrónico real. El software de simulación permite modelar el funcionamiento del circuito y es una herramienta de análisis invaluable. Debido a su capacidad de modelado de alta precisión, muchos colegios y universidades utilizan este tipo de software para la enseñanza de programas de técnicos electrónicos e ingeniería electrónica . El software de simulación electrónica involucra a sus usuarios integrándolos en la experiencia de aprendizaje. Este tipo de interacciones involucran activamente a los alumnos para analizar, sintetizar, organizar y evaluar el contenido y dan como resultado que los alumnos construyan su propio conocimiento. [1]
Simular el comportamiento de un circuito antes de construirlo puede mejorar en gran medida la eficiencia del diseño al hacer que los diseños defectuosos se conozcan como tales y proporcionar información sobre el comportamiento de los diseños de circuitos electrónicos. En particular, para los circuitos integrados , las herramientas ( fotomáscaras ) son costosas, las placas de pruebas no son prácticas y sondear el comportamiento de las señales internas es extremadamente difícil. Por lo tanto, casi todo el diseño de circuitos integrados depende en gran medida de la simulación. El simulador analógico más conocido es SPICE. Probablemente los simuladores digitales más conocidos sean los basados en Verilog y VHDL .
Algunos simuladores electrónicos integran un editor de esquemas , un motor de simulación y una visualización de formas de onda en pantalla (consulte la Figura 1), lo que permite a los diseñadores modificar rápidamente un circuito simulado y ver qué efecto tienen los cambios en la salida. También suelen contener amplias bibliotecas de modelos y dispositivos. Estos modelos suelen incluir modelos de transistores específicos de IC , como BSIM, componentes genéricos como resistencias , condensadores , inductores y transformadores , modelos definidos por el usuario (como fuentes de corriente y voltaje controladas, o modelos en Verilog-A o VHDL-AMS ). El diseño de placas de circuito impreso (PCB) también requiere modelos específicos, como líneas de transmisión para las pistas y modelos IBIS para la conducción y recepción de la electrónica.
Si bien existen simuladores de circuitos electrónicos estrictamente analógicos [2] , los simuladores populares a menudo incluyen capacidades de simulación analógica y digital basada en eventos [3] , y se conocen como simuladores de modo mixto o de señal mixta si pueden simular ambos simultáneamente. [4] Se puede realizar un análisis completo de señales mixtas desde un esquema integrado. Todos los modelos digitales de los simuladores de modo mixto proporcionan especificaciones precisas del tiempo de propagación y los retrasos del tiempo de subida/bajada.
El algoritmo impulsado por eventos proporcionado por los simuladores de modo mixto es de uso general y admite tipos de datos no digitales. Por ejemplo, los elementos pueden utilizar valores reales o enteros para simular funciones DSP o filtros de datos muestreados. Debido a que el algoritmo controlado por eventos es más rápido que la solución matricial SPICE estándar, el tiempo de simulación se reduce considerablemente para los circuitos que utilizan modelos controlados por eventos en lugar de modelos analógicos. [5]
La simulación en modo mixto se maneja en tres niveles; (a) con elementos digitales primitivos que utilizan modelos de temporización y el simulador lógico digital incorporado de 12 o 16 estados, (b) con modelos de subcircuitos que utilizan la topología de transistor real del circuito integrado , y finalmente, (c) con In- línea de expresiones lógicas booleanas .
Las representaciones exactas se utilizan principalmente en el análisis de problemas de integridad de señales y líneas de transmisión donde se necesita una inspección minuciosa de las características de E/S de un IC. Las expresiones lógicas booleanas son funciones sin retardo que se utilizan para proporcionar un procesamiento de señales lógicas eficiente en un entorno analógico. Estas dos técnicas de modelado utilizan SPICE para resolver un problema, mientras que el tercer método, las primitivas digitales, utilizan la capacidad de modo mixto. Cada uno de estos métodos tiene sus ventajas y aplicaciones específicas. De hecho, muchas simulaciones (particularmente aquellas que utilizan tecnología A/D) requieren la combinación de los tres enfoques. Ningún enfoque por sí solo es suficiente.
Otro tipo de simulación utilizado principalmente para electrónica de potencia son los algoritmos lineales por partes [6] . Estos algoritmos utilizan una simulación analógica (lineal) hasta que un interruptor electrónico de potencia cambia de estado. En este momento se calcula un nuevo modelo analógico que se utilizará en el siguiente período de simulación. Esta metodología mejora significativamente la velocidad y la estabilidad de la simulación. [7]
Se producen variaciones en el proceso cuando se fabrica el diseño y los simuladores de circuitos a menudo no tienen en cuenta estas variaciones. Estas variaciones pueden ser pequeñas, pero en conjunto pueden cambiar significativamente la salida de un chip.
La variación de temperatura también se puede modelar para simular el rendimiento del circuito a través de rangos de temperatura. [8]
Conceptos:
HDL:
Liza:
Software: