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电路为什么要仿真?

2016-1-24 18:00:55

        许多电子设计工程师都依靠在面包板上搭建电路,来验证设计运行和功能。虽然该技术是概念证明的一种完全有效的方法,但它具有内在的局限性。设计人员将花费很长的时间来收集元器件,在面包板连接元器件,准备通电状态,然后手动测量结果;而利用PSpice A /D和高级分析选项来仿真设计电路可以显著的缩短这些时间。此外,电路调试伴随着产生无休止的元器件变化和组合,使得大规模手工处理重复的时间和成本变得令人难以承受。
电子元件的生产差异会影响电路的功能和性能。这些生产差异一般表现在元器件主要规格的公差。通常无法或实际测试一个电路所有元器件公差的完整范围。元器件的公差也可能影响一些电路属性,因此可能超出一些元器件使用极限。超越使用极限将导致元器件损坏,导致电路功能失效。

对于制造商解决这些可能的问题影响,其代价是昂贵的。一个已发售没有经过公差分析的产品,在大规模生产时制造商也不知道电路的运行如何。其结果就是一定比例产品的功能不如预期的好。很多情况下都是在产品装箱发运之前进行产品测试。这个测试将筛选有缺陷的产品,被筛选出产品将可能被修复和再测试或报废。

许多制造商把测试,返工和废弃当作商业经营的必要组成部分,但是一个健全的设计可以让制造商减少返工和报废。一个健全的设计可以通过一些方法实现,这些方法有:考虑元器件公差和把电路设计成元器件在其取值范围内取任意值都能工作的电路。工程师可以通过紧缩所有元器件的公差来使设计变得更加健全,但紧缩公差意味着要使用更高价格的元器件。过度指定设计的公差将增加产品的生产成本,减少公司可实现的利润。


然而,有一些实际的情形就是某些有缺陷的产品因为人为因素最终逃过测试而被出货给客户。当出现问题时,制造商就需要安排送回已经出货了的有缺陷产品,同时,派出技术人员给客户排除故障和修理,或进行召回。现场故障是代价最大的问题,制造商必须处理,并且可能造成安全隐患,伤害,诉讼,集体诉讼,判罪和罚款,更不要说对公司的声誉造成极大破坏。
PSpice仿真工具提供了一个经过验证的,快速,且简便的方法来分析电路以推断电气工程师的电路设计是否合理,这大大改善了电路设计效率。有了这个强大的电路分析环境和分析功能,工程师可以确信,电路功能没有问题和公差也符合要求,不用太担心生产成本超标和生产过多不合格产品。这就增加了生产良率,减少原型设计,减少实验阶段的时间,并最终降低产品成本,从而增加潜在的利润。

电路原理系统仿真和验证设计流程

电路系统设计由于器件、材料及工艺的发展,同时,为了减少原型设计,提高设计效率,从而使得产品的可靠性得以改善。在目前,电路系统设计仿真与验证已经变成电路设计工程师的桌面工具。国外一直以来都比较注重仿真平台的搭建,并且在研发过程中有对仿真做出明确要求。特别是当前随着软硬水平的大幅提升,这为仿真提供精准的结果提供了便利。同时也带动的仿真的普及性。国内也由于项目研发的紧迫性,同时国内的建模能力也得到了极大的提高,国内一些电路系统设计单位也开始重视仿真平台的搭建。以下是传统设计方法和优化仿真流程方法设计流程对比:

pspice002

图: 传统设计流程图定义

1.传统设计流程称为样机法,属问题补救法:

  • 没有预测和控制节点,依靠设计者的经验;
  • 在样机出来经过调试后,才能知道设计是否成功;
  • 如有问题,则需要查找、定位并解决问题。接下去,一切从头开始,开始另一个循环。
  • 值得注意的是,测量、查找和定位一些由于各种电路运行而带来的问题是一个很难的任务;

2.解决问题所花的时间和成本与产品开发所处的阶段成正比。

  • 越在产品开发后期;
  • 解决问题的手段越少;
  • 解决问题的成本越高;
  • 所耗费的时间越长;

3.传统的设计流程强调设计者的问题诊断技术和经验,存在的致命缺点是设计过程不可控(包括产品的质量、开发周期及设计成本)。

4.大量简单,重复工作,耗费设计师的有效时间。

5.标准化工作难以达到要求。

6.产品的可靠性和一致性难以保证。

7.造成产品调试周期不可控,直接影响产品的上市时间。

通过优化设计流程,推荐以产品设计+仿真闭环设计,一来可以为工程师带来全新的设计方法和经验积累,快速建立提高公司的设计研发能力,二来可以规范设计师的行为,帮助公司建立和完善规范化的设计流程,从而帮助公司节省大量的研发费用、进一步加速产品开发周期同时又保证了产品的一致性和可靠性。

优化流程的优势:

pspice电路设计流程

1.专业化分工

  • 统一建库管理和维护,通过约束设计师行为,帮助企业建立规范化的设计流程。
  • 可完成系统设计预评估和分析。
  • 电路原理级仿真和板级仿真信号完整性/电源完整性/EMC/EMI分析,帮助提高产品“一次设计成功”的可能。

2.加强设计阶段验证和”IP”的积累,在设计的各个阶段设置可控点

  • 建立满足标准化的企业级库管理系统(CMS-Components Manager System)。
  • 加强系统级仿真验证。
  • 加强板级系统的关键信号规则开发和验证。
  • 建立各级别的成功”IP”资源库。

3.新的设计方法给企业带来的好处

  • 减少产品设计初期的资源浪费。
  • 增强了各个阶段设计正确性的可控性,对可能出现的设计问题进行定性定量的分析。
  • 将大量的调试工作量, 提前到设计阶段,增强了调试阶段的时间可控性。
  • 缩短整个产品开发调试周期,节约开发成本。
  • 提高产品的可靠性和一致性。