logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

QSPICE: Nowy symulator układów elektronicznych - część 1

ghost666 03 Paź 2023 01:57 2631 2
  • QSPICE: Nowy symulator układów elektronicznych - część 1
    Ten artykuł rozpoczyna serię samouczków dotyczących nowego oprogramowania — QSPICE. Jest ono dedykowane, jak łatwo się domyślić, do symulacji obwodów elektronicznych. Dzięki teoretycznym i praktycznym przykładom zawartym w kolejnych materiałach tego typu będziecie mogli zdobyć wiedzę na temat podstaw symulacji obwodów elektronicznych oraz tego, jak najlepiej wykorzystać QSPICE. Ponadto w następnych częściach opisane zostanie, jak poprawnie interpretować wyniki symulacji oraz jak integrować funkcjonalność programu z językiem SPICE, na którym pakiet ten jest oparty. Pierwszy artykuł z tego cyklu wprowadza do nowego oprogramowania i przedstawia możliwości edytora graficznego oraz podstawy jego sprawnej obsługi.

    Pierwsza wersja programu symulacyjnego ogólnego przeznaczenia z naciskiem na układ scalony, w skrócie SPICE, została wydana w 1973 roku. 25 lat później inżynier Mike Engelhardt rozpoczął pracę nad kolejną wersją — LTspice, znaną chyba każdemu elektronikowi. Obecnie — ponownie 25 lat później — firma Qorvo przedstawia swoje najnowsze dzieło, jakim jest QSPICE, symulator SPICE nowej generacji, działający w tzw. trybie mieszanym.

    „Zasadniczo QSPICE jest tym, co napisałbym 25 lat temu, pisząc LTspice, gdybym wtedy wiedział to, co wiem teraz” — ocenił pakiet Mike Engelhardt.

    W ciągu ostatnich 50 lat inżynierowie napisali wiele odmian i typów instrumentów SPICE. Korzystanie z nich jest proste. Rysuje się schemat, nadaje mu pewne parametry, a symulator zwraca różne wartości. Dzisiejsze symulatory SPICE mają piękne graficzne interfejsy i zaawansowane narzędzia do rysowania schematów. Zasadniczą różnicą między nimi jest rodzaj analizowanych obwodów. Na przykład niektóre symulatory koncentrują się na analogowych, podczas gdy inne na cyfrowych.

    To najczęściej ograniczenia typu: „albo-albo” stanowią problem dla producentów komponentów, takich jak Qorvo i jego klientów. Inżynierowie wykorzystują tranzystory MOSFET i układy scalone kontroli mocy od Qorvo w konstrukcjach zasadniczo analogowych. Jednakże elementy te mogą zawierać znaczne ilości logiki cyfrowej. Te obwody pracują w trybie mieszanym, a próby ich symulacji powodują pogorszenie wydajności narzędzi symulacyjnych skupiających się na części analogowej w zasilaniu. QSPICE wyróżnia się tym, że w pełni obsługuje symulacje w trybie mieszanym. Jednym z przykładów jest przetwornica SMPS z układem scalonym kontrolera napisanym w C++ w celu zademonstrowania jego zdolności do włączenia tej logiki do symulacji. QSPICE kompiluje modele C++ i Veriloga do kodu natywnego przed uruchomieniem symulacji. Engelhardt twierdzi, że ta ścisła integracja umożliwia włączenie ogromnych ilości logiki cyfrowej do symulacji analogowych.

    Szybkie spojrzenie na QSPICE

    Hybrydowy pakiet QSPICE, charakteryzujący się dużą prędkością, dokładnością i niezawodnością symulacji, nadal jest w fazie demonstracyjnej i stale się rozwija. Program jest łatwy w użyciu, ale jego możliwości są bardzo profesjonalne. Obsługuje symulację obwodów analogowych, cyfrowych i hybrydowych, a przede wszystkim mocy, ważnej i powszechnej dziedziny współczesnej elektroniki. Oprogramowanie pozwala użytkownikom łatwo budować i modyfikować obwody elektroniczne oraz oferuje szeroki zakres narzędzi, takich jak analiza przejściowa, stałoprądowa, zmiennoprądowa i szumów. Możliwe jest tworzenie własnych modeli komponentów elektronicznych i wykorzystywanie ich w oprogramowaniu do przeprowadzania bardzo dokładnych symulacji. Projektanci mogą dodawać elementy elektroniczne do swoich schematów, grupowane w różne kategorie z rozwijalnego menu (patrz edytor diagramów elektrycznych na rysunku 1).

    Aby przyspieszyć proces budowania schematów połączeń, możliwe jest użycie skrótów klawiszowych. Najważniejsze z nich są wymienione poniżej:
    W rysuje połączenie;
    G rysuje uziemienie / masę obwodu (trzy różne symbole sugerowane są za pomocą ciągłych naciśnięć klawiszy);
    N umieszcza nazwę połączenia (NET Name);
    T umieszcza dyrektywę SPICE lub tekst;
    CTRL + A rysuje łuk;
    CTRL + B rysuje prostokąt;
    CTRL + L rysuje linię;
    CTRL + 3 rysuje trójkąt.

    Takie kombinacje klawiszy są szeroko stosowane podczas tworzenia schematów obwodów. Edytor QSPICE jest jednym z niewielu, który dodatkowo umożliwia obracanie elementów elektronicznych o 45°. Ta opcja jest szczególnie przydatna przy rysowaniu układów mostków diodowych lub innych tego rodzaju diagramów, dosyć często pojawiających się w układach mocy.

    QSPICE: Nowy symulator układów elektronicznych - część 1
    Rys.1. Edytor QSPICE jako jeden z nielicznych pozwala na obrót komponentów elektronicznych o 45°.


    Edytor QSPICE

    Wybór nowego dokumentu w QSPICE umożliwia utworzenie jednego z poniższych elementów:

    1. Schemat (qsch).
    2. Symbol (qsym).
    3. Netlista ASCII (cir).

    Są to trzy istotne składniki schematu (patrz rysunek 2), choć najbardziej powszechnie używanym z pewnością jest pierwszy z nich. Ta opcja służy do tworzenia nowego schematu elektronicznego w oprogramowaniu. Po wybraniu: „Nowy schemat” otwierany jest pusty arkusz, reprezentujący obszar rysowania edytora schematów. Można w nim rozpocząć projektowanie nowych obwodów elektronicznych, korzystając z dostępnych w oprogramowaniu symboli i komponentów. Za pomocą edytora schematów można rysować różne elementy obwodów, łączyć je przy użyciu przewodów elektrycznych, przypisywać wartości i konfigurować właściwości. Po zakończeniu użytkownik może skorzystać z innych funkcji oprogramowania do symulacji, aby analizować i oceniać zachowanie obwodu. Rozszerzenie pliku diagramu obwodu to „.qsch”.

    Druga opcja służy do tworzenia nowego niestandardowego symbolu. Ta funkcja pozwala użytkownikom przygotować symbole reprezentujące określone komponenty elektroniczne, które mogą nie być dostępne w standardowej bibliotece oprogramowania. Po wybraniu: „Nowy symbol” otwierany jest obszar roboczy. Użytkownicy mogą korzystać z narzędzi do rysowania, takich jak linie, figury geometryczne i tekst, aby uformować pożądany symbol. Proces tworzenia go polega na umieszczaniu i orientacji różnych elementów graficznych w polu rysowania. Ponownie można użyć skrótów klawiszowych, aby przyspieszyć pracę:

    P tworzy pin;
    T odpowiada za tekst;
    CTRL + L wyprowadza linię;
    E daje elipsę;
    CTRL + A tworzy arkę;
    CTRL + 3 formuje trójkąt;
    CTRL + B buduje prostokąt;
    C tworzy cewkę;
    Z realizuje zygzak.

    Użytkownicy mogą definiować punkty połączenia i przypisywać nazwy do pinów lub terminali symbolu, aby ułatwić połączenia z innymi komponentami w obwodzie. Po zakończeniu prac można zapisać całość w bibliotece programu do symulacji elektronicznej w celu przyszłego użycia. Rozszerzenie pliku diagramu obwodu to: „.qsym”.

    Trzecia opcja to utworzenie nowego pliku netlisty w formacie ASCII obwodu. Netlista to tekstowy wykaz poszczególnych połączeń i komponentów obwodu elektronicznego, który jest używany jako dane wejściowe do procesu symulacji. Format ASCII netlisty stanowi standard i może być zrozumiany przez różne oprogramowanie do symulacji elektronicznej. Zawiera też informacje, takie jak nazwy komponentów, ich wartości, połączenia między nimi oraz szczegóły o połączeniach. Ta procedura pozwala użytkownikom eksportować stworzony obwód do standardowego formatu, który można wykorzystać w innych narzędziach lub symulatorach obwodów elektronicznych. Ułatwia to integrację obwodu w większy proces prac lub wykorzystanie tej metody do przekazywania projektu innym osobom, które operują na odmiennym oprogramowaniu.

    QSPICE: Nowy symulator układów elektronicznych - część 1
    Rys.2. Edytor symboli i netlisty.


    Wybór obiektów na schemacie

    W QSPICE to konkretne działanie jest bardzo proste. Wystarczy umieścić myszkę nad pożądanym obiektem, aby go zaznaczyć, a zostanie on wyróżniony przez małe kółka różnych kolorów umieszczone na jego krawędziach. Po zaznaczeniu na diagramie otwiera się szeroki zakres możliwości manipulacji. Można usunąć komponent, przewód lub obiekt graficzny (naciskając klawisz DELETE) lub przeciągnąć go w dowolne miejsce. Możliwe jest rotowanie zaznaczonych komponentów o 90°, 180°, a nawet 45°, przy czym ostatnia opcja jest bardzo przydatna i często pożądana w wielu układach mocy (patrz rysunek 3).

    QSPICE: Nowy symulator układów elektronicznych - część 1
    Rys.3. Wysoce praktyczna możliwość obracania komponentów o 45°.


    Podczas wybierania obiektów można łatwo przeglądać i zmieniać atrybuty komponentu, pod warunkiem, że wyświetlona jest „paleta” właściwości. Niektóre z nich to rodzaj symbolu (R, C, L itp.), jego opis, wartość, plik biblioteki (jeśli istnieje) i nazwy pinów.

    Całkiem przydatną funkcją, jaka znalazła się w QSPICE, jest opcja: „nie wstawiaj”. Pozwala ona na wyłączenie konkretnego komponentu z symulacji, chociaż znajduje się on w obwodzie (przykład pokazano na rysunku 4). Po ustawieniu tej opcji na elemencie, symulator całkowicie go pomija podczas uruchamiania symulacji. W takim przypadku komponent jest wyświetlany w jaśniejszym, prawie przezroczystym kolorze. Ta ewentualność pozwala tym samym na tymczasowe wyłączenie tego detalu, nie zmuszając do fizycznego jego usunięcia, tak aby symulator go ignorował, nie wpływając na resztę obwodu. Ponadto ustawienie to jest szczególnie pożyteczne przy pracy ze złożonymi obwodami zawierającymi elementy opcjonalne. Może być też używane do analizy wpływu pojedynczego komponentu na ogólną wydajność obwodu. Należy jednak pamiętać o odpowiednim zresetowaniu opcji, gdy chce się, aby element był ponownie uwzględniony w symulacji; w przeciwnym razie wyniki mogą być niepoprawne.

    QSPICE: Nowy symulator układów elektronicznych - część 1
    Rys.4. Ustawienie: „Nie wstawiaj” pozwala wykluczyć komponent z symulacji.


    W zależności od typu elementu można wybrać zachowanie tej funkcji. Konkretnie:

    — „Nie wstawiaj” — wyłącza komponent z symulacji, jakby go nie było w obwodzie;
    — „Wstaw przewód” — powoduje, że w miejscu elementu umieszczane jest połączenie elektryczne o zerowej rezystancji (zwarcie).

    Standardowe wartości komponentów

    Zazwyczaj każdemu elektronicznemu elementowi można przypisać wartość rezystancji, pojemności i indukcyjności. Istnieje jednak inna opcja, która polega na przypisaniu wartości handlowej. Wystarczy wybrać pozycję: „Standardowa Wartość”, klikając prawym przyciskiem myszy na wybranym komponencie. Jak można zobaczyć na rysunku 5, pojawia się lista rozwijana, tu użytkownik może wskazać komercyjną wartość dla samego elementu. Ta możliwość daje szansę na szybszy wybór wartości. W przypadku rezystorów, tolerancja tych pokazanych na liście wynosi 1%.

    QSPICE: Nowy symulator układów elektronicznych - część 1
    Rys.5. Można wybrać wartość handlową składników R, C i L.


    Wstawianie obrazów do schematu obwodu

    Oprogramowanie QSPICE oferuje bardzo przydatną opcję, która umożliwia uwzględnianie rysunków i obrazków w schemacie, jak można zobaczyć na rysunku 6. Funkcja ta, która nie jest powszechna w tego rodzaju oprogramowaniu do symulacji, stanowi znaczącą zaletę dla projektantów elektroniki. Pozwala ona wzbogacić schematy o dodatkowe elementy wizualne. Możliwe jest importowanie detali, takich jak ikony, logo, grafiki, fotografie i niestandardowe symbole, oraz umieszczanie ich strategicznie w obwodzie. Otwiera to szeroki zakres możliwości graficznego przedstawiania konkretnych komponentów, obszarów funkcjonalnych lub szczegółów specyficznych dla danego projektu.

    Dodawanie rysunków i obrazów do schematu może również poprawić zrozumienie obwodu dla innych osób zaangażowanych w prace i przyczynić się do eliminacji działań związanych z grafiką po produkcji. Na przykład można wstawić ilustracje lub wykresy, aby bardziej klarownie opisać funkcjonowanie komponentu lub pokazać przepływ sygnału w obrębie obwodu. QSPICE pozwala precyzyjnie pozycjonować i zmieniać rozmiar rysunków i obrazów, aby dopasować je do pożądanych wymiarów. Aby dodać obraz do schematu, wystarczy przejść do menu: „Edycja”, wybrać: „Rysuj Adnotację Graficzną” i opcję: „Obraz”.

    QSPICE: Nowy symulator układów elektronicznych - część 1
    Rys.6. Dodawanie obrazów do schematu zwiększa jego czytelność.


    Podsumowanie

    Oprogramowanie QSPICE to doskonałe rozwiązanie do symulacji elektronicznych, cechujące się dużą mocą, niezawodnością i łatwością użycia. Oprócz szerokiego zakresu standardowych funkcjonalności oferuje również możliwość tworzenia nowych symboli i nietypowych komponentów, co pozwala użytkownikom dostosować oprogramowanie do swoich potrzeb. Jednak podobnie jak we wszystkich symulatorach elektronicznych, zaleca się posiadanie podstawowej wiedzy na temat języka SPICE, aby wykorzystać pełen potencjał programu. Na szczęście QSPICE jest wspierane przez obszerną dokumentację, która jest łatwo dostępna lokalnie i zawiera szczegółowe wskazówki dotyczące wszystkich funkcji i procedur. Dzięki swojemu innowacyjnemu i obiecującemu podejściu, QSPICE wyróżnia się jako nowe i ambitne oprogramowanie, oferujące zaawansowane i profesjonalne doświadczenie w symulacji elektronicznej.

    Źródło: https://www.powerelectronicsnews.com/qspice-a-new-simulator-for-electronic-circuits-part-1/

    Fajne? Ranking DIY
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    https://twitter.com/Moonstreet_Labs
    ghost666 napisał 11960 postów o ocenie 10197, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • #2 20756394
    Janusz_kk
    Poziom 38  
    Dostępny tylko pod W11, to ja podziękuję :(
  • #3 20756559
    Ryszard1960m
    Poziom 8  
    QSPICE: Nowy symulator układów elektronicznych - część 1
REKLAMA