Alun perin analogiasimulaattorina liikkeelle lähtenyt Spice kattaa nykyisin koko analogisen ja digitaalisen elektroniikkasuunnittelun. MicroSimin PSpice on yleisin Spice-simulaattoriin perustuva suunnittelutyökalu. Uusimmassa versiossa PSpice 6.2 piirikaavio-ohjelmisto on samalla käyttöliittymä koko integroituun suunnitteluympäristöön.
MicroSim on laajentanyt PSpice-pohjaisen tuoteperheensä kaikkeen elektroniikkasuunnitteluun. Työkalupakista löytyvät välineet niin piirikaavion piirtoon, analogia- ja digitaalisimulointiin kuin ohjelmoitavien piirien ja piirilevyn suunnitteluunkin.
Lisävarusteina on lisäksi saatavissa ohjelmat analogiakytkentöjen optimointia ja signaalien vääristymäanalyysia varten. Viimeksi mainitun avulla on mahdollista päivittää valmiiksi suunnitellun piirilevyn kriittisten reititysten sähköiset parametrit takaisin piirikaavioon viivelinjamallina uudelleen simulointia varten. Nopeita signaaleja sisältävillä piirilevyillä tämä voi säästää joitakin korjauskierroksia.
Ensimmäinen laajaan käyttöön levinnyt analogiasimulaattori oli Spice (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis), joka kehitettiin Kalifornian yliopistossa Berkeleyssä 1970-luvulla. Tehokkaiden laskenta-algoritmiensa ansiosta siitä tuli nopeasti standardisimulaattori erityisesti miropiirinsuunnittelussa. Sitä voidaan kuitenkin käyttää yhtä hyvin myös erilliskomponenttien suunnitteluun tehoelektroniikasta mikroaaltotekniikkaan asti.
Spice-kloonit tulivat kaupallisesti saataville myös IBM PC:lle, kun DOS-ympäristöön saatiin kunnollinen Fortran-käännin. Klooneista yleisin on nykyisin MicroSim PSpice.
PSpice on syöttö- ja tulostustiedostojen suhteen lähes täysin Spice-yhteensopiva. Muutamia pieniä eroja on joidenkin analyysikomentojen toteutuksessa, esimerkiksi säröanalyysi ja komponenttiarvojen askellukset on toteutettu eri komennoilla.
Spicen ensimmäisten versioiden käyttöliittymä oli alkeellinen. Analysoitava piiri syötettiin tekstimuotoisena vetolistana. Tulokset saatiin kirjoittimelle merkkigrafiikkaa käyttäen.
Spicen yleistyessä eri piirikaavio-ohjelmien valmistajat alkoivat tukea Spice-käyttäjiä tarjoamalla Spice-yhteensopivan vetolistan yhtenä tulostusmahdollisuutena. Tähän täytyi vielä lisätä kirjastomääritykset ja analyysikomennot Spice-ajoa varten.
MicroSimin PSpicen DOS-versiossa 5 oli jo helppokäyttöinen valikko-ohjattava integroitu käyttöliittymä. Vetolistan syntaksitarkistus tehtiin automaattisesti ja analyysit valittiin valikoista. Simuloinnin päättymisen jälkeen tulostusohjelma Probe käynnistyi automaattisesti ja tulosti halutut signaalit graafisesti näytölle. Ensimmäinen tulostus piti tehdä manuaalisesti, mutta seuraavat ajot voitiin suorittaa automaattisesti käyttämällä ensimmäisen ajon aikana tallennettuja komentotiedostoja.
DOS-version haittana oli puutteellinen tuki suuren erottelukyvyn näytöille ja erilaisille tulostinlaitteille. Lisäksi kytkennän syöttö vetolistana oli hankalaa aloittelijoille, vaikka ei ollutkaan mikään haitta ammattilaisille. Nykyisin useimmissa simulointiohjelmissa on jo mahdollista syöttää simuloitava kytkentä havainnollisesti piirikaaviomuodossa.
Kytkennän simulointi on vain pieni osuus koko elektroniikan suunnitteluprosessista. Simulaattorin olisi siksi oltava saumaton osa muuta suunnittelujärjestelmää. Kukapa haluaisi piirtää piirikaaviot kahteen kertaan; varsinaiseen piirikaavio-ohjelmaan piirilevyn suunnittelua varten ja vielä erikseen simulointia varten.
MicroSim ratkaisi koko ongelman kääntämällä asiat päälaelleen: Simulaattoriohjelmalla tehtyä piirikaaviota voidaankin käyttää sellaisenaan myös piirilevynsuunnitteluun! Tämä tapa sopii hyvin normaaliin suunnitteluun: Ensin hahmotellaan kytkentää, simuloidaan kriittisiä osia ja haetaan parasta toteutustapaa. Vasta sen jälkeen piirretään ÓlopullinenÓ piirikaavio, jonka perusteella sitten suunnitellaan piirilevy.
PSpicen versio 6.2 on todellinen suunnittelijan työkalupakki, sillä ohjelmisto on laajennettavissa täydelliseksi elektroniikan suunnittelujärjestelmäksi, johon on mahdollista sisällyttää piirikaavion piirto, analogia- ja digitaalisimulointi, analogiapiirien optimointi, signaalien vääristymäanalyysi, PLD-piirien synteesi ja piirilevyn suunnitteluohjelmisto.
PSpicen piirikaavio-ohjelma on hyvin helppokäyttöinen. Ohjelman mukana tulevat kirjastot ovat erittäin monipuoliset ja sisältävät tiedot hyvinkin uusista komponenttityypeistä. Komponenttisymbolit valitaan kirjastoista joko suoraan nimeltä tai selailemalla kirjastoja.
Komponentit valitaan siirtoja tai parametrien muutoksia varten hiiren vasemmalla näppäimellä. Kaksoisnäpäyttämällä komponenttisymbolia päästään muuttamaan sen parametreja. Komponentin piirikaaviosymbolia voi muokata valitsemalla se piirikaaviosta ja käynnistämällä symbolieditorin menusta. Muutosten jälkeen piirikaaviossa esiintyvät kyseiset symbolit päivittyvät automaattisesti.
Piirikaavio-ohjelma on monipuolinen ja sisältää suunnilleen kaikki ne ominaisuudet, joihin suunnittelija on tottunut käyttäessään varsinaisia piirilevyn suunnitteluun tarkoitettuja piirikaavio-ohjelmistoja. Monissa tapauksissa käyttö on usein jopa helpompaa ja joustavampaa selkeiden Windows-tyyppisten toimintojen ansiosta.
Kytkentöjenkin muokkaus käy joustavasti. Display options -asetuksilla voi jonkin verran vaikuttaa siihen, miten piirikaavio-ohjelma käyttäytyy. Jos Rubberband-toiminto on valittuna, kytkennät seuraavat mukana komponentteja siirrettäessä. Kahden johtimen risteyskohtaan ei automaattisesti synny kytkentää. Jos kytkentäviiva vedetään suoraan kytkentänastan yli, kytkentä sen sijaan syntyy. Valitettavasti monissa muissakin piirikaavio-ohjelmissa on samanlainen ÓominaisuusÓ.
Piirikaavio-ohjelma toimii integroidun ympäristön varsinaisena käyttöliittymänä. Kaikki muut tarvittavat ohjelmat voi käynnistää piirikaavio-ohjelmasta.
Halutut analyysit valitaan Analysis-Setup-menusta. Tasajännite-, vaihtojännite- ja askelvasteanalyysien lisäksi on valittavissa komponenttiparametrien ja lämpötilan askellukset, Monte Carlo -analyysi sekä komponenttien herkkyysanalyysi ja siirtofunktion laskenta. Piirikaavioon voi merkitä erityisillä tulostusmerkeillä (marker) sellaiset signaalit ja kytkentäpisteet, joiden tulokset halutaan käyrinä näkyviin simuloinnin jälkeen.
Simulointi käynnistetään joko Analysis-menusta Simulate-komennolla tai F11-näppäimellä. Aluksi erillinen tarkistusrutiini varmistaa piirikaavion loogisen virheettömyyden. Se havaitsee esimerkiksi kytkemättömät komponenttinastat ja muut selvät piirustusvirheet. Jos kaavio on virheetön, sen perusteella muodostetaan automaattisesti vetolista .cir-tiedostoon.
Jos piirikaavion tarkistuksessa tai vetolistan muodostuksessa havaitaan virheitä, niistä annetaan virheilmoitus ja kursori palautetaan virheen kohdalle. Näin piirrosvirheiden ja puuttuvien asetusparametrien korjaus tapahtuu nopeasti.
Onnistuneen vetolistan muodostamisen jälkeen aloitetaan simulointi varsinaisella PSpice-ohjelmalla. Se lukee kytkentä- ja analyysitiedot .cir-tiedostosta ja kirjoittaa tulokset toimintapisteen laskennasta, malliparametreistä ja mahdollisista virheistä tekstimuodossa .out-tiedostoon. Tähän tiedostoon tulostetaan myös herkkyysanalyysin ja siirtofunktion laskennan tulokset. Graafista tulostus varten tarvittava data tallennetaan binäärimuodossa .dat-tiedostoon.
Simuloinnin jälkeen käynnistyy graafinen tulostusohjelma Probe. Se tulostaa automaattisesti piirikaavioon tulostusmerkeillä valitut signaalit. Ensimmäisellä kerralla kuvaajien asteikot on valittu automaattisesti signaalien arvojen mukaisesti. Asteikkoja voidaan vapaasti muutella, samoin voidaan poistaa tai lisätä haluttuja signaaleja.
Valitut tulostukset ja parametrit tallentuvat automaattisesti asetustiedostoon. Seuraavalla simulointikerralla samat kuvaajat piirretään automaattisesti. Tuloksia voi myös seurata pitkien simulointien aikana tosiajassa. Sekä piirikaavio- että graafinen tulostusohjelma pystyvät samanaikaisesti pitämään esillä eri ikkunoissa useita piirikaavioita ja niiden simulointituloksia.
Monista piirikaavio-ohjelmista voi saada vetolistan tulostettuna PSpice-muodossa. Tätä voi käyttää apuna, kun muista piirikaavio-ohjelmista siirretään kytkentöjä simulointia varten PSpicelle.
Uuden ohjelmaversion käyttö pelkästään kytkentälistan kanssa on tosin vaikeampaa kuin vanhan DOS-version. Uudella versiolla analyysikomentoja ei voi lisätä .cir-tiedostoon menuohjattuina, vaan ne täytyy kirjoittaa tekstikomentoina tiedostoon. Simulointi ja tulosten esittäminen käy samaan tapaan kuin piirikaavion kanssa toimittaessa.
Versio 6 pystyy muuttamaan OrCadin piirikaaviot PSpice-piirikaavioiksi. Toistaiseksi tämä on ainoa tuettu piirikaaviotyyppi PSpicen oman piirikaavion lisäksi. MicroSimin tekninen tukipalvelu ilmoitti, että PSpice tulee jatkossa tukemaan piirikaavion siirtoa yleisimmistä piirikaavio-ohjelmista. Se ei kuitenkaan suostunut ilmoittamaan, mitkä tuettavat ohjelmat ovat ja milloin tämä tuki on saatavissa. Todennäköistä on, että tulevissa versioissa on tuki niiden valmistajien piirikaavioille, joiden piirilevyohjelmistoille on jo olemassa liitännät.
PSpice osaa simuloida myös digitaalipiirejä, jopa samanaikaisesti analogiakytkentöjen kanssa. Nykyaikaisissa elektroniikkalaitteissa analogiaelektroniikka liittyy melkein aina saumattomasti digitaalitekniikan käyttöön. Sekasimulointi tarjoaa siten merkittäviä mahdollisuuksia suunnittelun nopeuttamiseen ja laadun parantamiseen tällä kahden erilaisen sähköisen maailman raja-alueella.
Useissa mittaussovelluksissa tarvitaan kytkentöjä, joissa analogisia komponentteja ohjataan digitaalipiireillä. Tällaisten piirien suunnittelu voi joskus vaatia monia testauksia prototyypeillä ja lukuisia muutoskierroksia, ennen kuin kaikissa toimintaolosuhteissa moitteettomasti toimiva kytkentä on saatu kehitetyksi. Sekasimuloinnilla voidaan ottaa huomioon yhdessä digitaaliosan ajastusparametrien kanssa analogiapiirien ominaisuudet ja lämpöriippuvuudet.
Digitaalisimuloinnin määrittely tapahtuu samaan tapaan kuin analogiasimulointi. Ajastusparametreina voidaa käyttää minimi-, maksimi- ja tyypillisiä arvoja tai pahimman tapauksen menetelmää. Muunnosta signaalien rajapinnassa analogisista jännitearvoista digitaaliseksi 0/1-tilaksi voidaan ohjata erilaisten liitäntämallien valinnalla.
Digitaalipiirien simulointi vaatii usein monimutkaisia herätesignaaleja, esimerkisi pulssijonoja ja tarkkoja ajastuksia. Tarvittavat herätteet voidaan määritellä erillisellä herätegeneraattorilla (StmEd), jolla tehdyt signaalit tallennetaan tiedostoon ja liitetään yksinkertaisesti piirikaavioon komponentteina.
PSpicen halpojen versioiden analogiakomponenttikirjastot sisältävät yli 5600 komponenttia, muut yli 8300 komponenttia. Kirjastot vievät levytilaa yli 40 megatavua ja koostuvat kolmesta erillisestä osasta.
Varsinaiset simulointimallit on koottu .lib-tiedostoihin. Nämä kirjastot ovat tekstimuotoisia .model- ja .subckt-määrittelyjä, jotka sisältävät vain varsinaiset simuloinnissa tarvittavat malliparametrit.
Piirikaaviosymbolit tallennetaan erillisiin .slb-tiedostoihin. Osa symboleista on perussymboleja, jotka sisältävät piirroskomponentin grafiikan, nastanumerot ja komponentin määreet. Loput ovat johdannaistyyppejä (ako, a kind of), joilla on sama piirrosmerkki ja nastanumerot, mutta jotkin määreet ovat hieman erilaisia. Johdannaistyyppien käyttö säästää levytilaa, koska vain osasta komponentteja tarvitaan kaikki tiedot.
Piirilevynsuunnittelussa tarvittavat erityistiedot, eri kotelotyyppien nastanumerot sekä nastojen ja porttien vaihtotiedot, on tallennettu .plb-tiedostoihin. Näitä tietoja tarvitaan, kun piirikaaviosta muodostetaan tiedostot eri valmistajien piirilevyohjelmistoja varten. PSpicen pakkaustiedot ovat riippumattomia piirilevynsuunnitteluohjelmistojen symbolikirjastoista. Piirilevynsuunnittelua varten tarvitaan vain eri koteloiden geometriakirjastot. Komponenttigeometrioiden nimien täytyy olla yhteensopivia PSpicen pakkaustietojen kanssa.
Piirilevyn suunnittelun aikana tehtävät muutokset, komponenttinimien muutokset ja nastojen sekä porttien vaihdot, voidaan päivittää takaisin piirikaavioon .eco-tiedostojen avulla (Backannotation).
Symbolikirjastojen suurin puute tällä hetkellä lienee digitaalipiirien IEC-symbolien puute. Nyt kirjastojen komponentit ovat amerikkalaisen ANSI-standardin mukaisia. Jos PSpicen piirikaavio-ohjelmaa halutaan käyttää myös lopullisten kaavioiden tekoon, useimmat käyttäjät tarvitsevat myös IEC-symbolit. OrCadin käyttäjät voivat onneksi suorittaa siirron ainakin osaksi automaattisesti.
Kirjastot on järjestetty hieman sekavasti sekä toiminnan että piirinvalmistajan mukaisiin kirjastoihin. Joitakin komponentteja joudutaan etsimään useasta kirjastosta ennen kuin haluttu piirityyppi löytyy.
Valikoima on erittäin kattava. Hyvin uusistakin piirityypeistä löytyy tarkka simulointimalli. Useat piirinvalmistajat julkaisevat uusista komponenteistaan ensin juuri eniten käytetyt Spice-mallit. Malleja on saatavissa myös tietoverkkojen kautta.
Piirinvalmistajien omat simulointimallit ovat usein hyvin tarkkoja vastaten datalehdissä julkaistuja tyypillisiä parametriarvoja. Esimerkiksi melko tuoreen videovahvistimen AD811 ja erittäin pienikohinaisen vahvistimen AD797 (Analog Devices) simulointimallit sisältävät realistisen mallinnuksen jopa oton esivirroista, yhteismuotoisen jännitteen vaimennussuhteesta (CMRR), teholähteen häiriönvaimennussuhteesta (PSRR), kohinaominaisuuksista ja virrankulutuksesta. Näin yksityiskohtaisilla malleilla voidaan jo hyvin simuloida asioita, joita on perinteisesti voitu testata vasta protyypistä mittauslaitteiden avulla.
PSpice on saatavissa myös integroituna Unix-työasemien Mentorin ja Cadencen suunnittelujärjestemiin. Näissä PSpice-simulaattori on käynnistettävissä suoraan integroidusta käyttöliittymästä. Vetolistat muodostetaan automaattisesti, samoin symbolien muunnokset vastaaviksi simulointimalleiksi tapahtuvat ennalta määriteltyjen muunnostiedostojen avulla.
Ohjelmistosta on saatavissa CD-ROMilla toimitettava esittely- ja kokeiluversio. Se sisältää simulointiohjelmiston lisäksi analogiapiirien optimointi-, signaalin vääristymäanalyysi- ja PLD-piirien synteesiohjelmistot. Mukana seuraavat täydelliset käsikirjat, Frameview-selailuohjelma, multimediaesittely ja harjoitusesimerkkejä.
Kokeiluversion ohjelmat sisältävät kaikki ominaisuudet ja toiminnot, mutta niiden käyttö on rajoitettu vain pieniin kytkentöihin. Kirjastoissa on suppea valikoima simulointimalleja ja piirikaaviosymboleja tavallisimmille komponenteille. Näitä voi tietysti aktiivinen käyttäjä tehdä itse lisää.
Opiskelijoille ja harrastelijoille tällainen vapaasti kopioitava ohjelmisto suo erinomaisen mahdollisuuden kokeilla ammattilaistason ohjelmistoja. Mikään ei ole oppimisen kannalta tehokkaampaa kuin se, että kokeillaan oppikirjan kytkentää erilaisin komponenttiarvoin ja vertaillaan erilaisten kytkentävaihtoehtojen vaikutusta toimintaan ja suoritusarvoihin. Muutosten vaikutukset saadaan näkyviin paljon nopeammin ja vähemmällä vaivalla kuin perinteisellä risukasakytkentöjen rakentelulla ja mittailulla.
Esittelyversion CD-levyllä tulevat mukana täydelliset käsikirjat. Käyttäjä voi kerrankin perusteellisesti tutustua ohjelmiston käyttöön ennen lopullisen ostopäätöksen tekoa.
Käsikirjan teksti on muokattu melko pienelle sivukoolle, jotta selailuohjelman ikkuna ei veisi kovin paljon tilaa ruudulla. Selailuohjelma on erityisen kätevä pienten yksityiskohtien tarkistamisessa, esimerkiksi komentojen parametrien ja syntaksin tarkistuksissa. Käsikirjaikkunahan voi olla aina avoinna työpöydällä. Tietoja voi hakea yksityiskohtaisesta hakemistosta tai sanahaulla.
PSpice ja suorituskykyinen piirilevynsuunnitteluohjelmisto muodostavat erittäin tehokkaan yhdistelmän, joka sisältää jokseenkin kaikki integroidulle elektroniikan suunnitteluympäristölle asetetut vaatimukset. Ominaisuuksiensa suhteen se kilpailee monta kertaa kalliimpien työasemajärjestelmien kanssa.
Edistyneiden suunnitteluohjelmistojen käyttöön harjaantuneet elektroniikan ammattilaiset osaavat arvostaa hyvin toimivaa, tehokasta ja tuottavuutta lisäävää kokonaisuutta.
| Ohjelma: | MicroSim PSpice A/D with Schematics, versio 6.2 |
| Hintoja: | (lokakuu 1995) |
| MicroSim PSpice A/D with Schematics: | 42 600 mk (analogia- ja digitaalisimulointi) |
| MicroSim PSpice with Schematics: | 26 500 mk (analogiasimulointi) |
| MicroSim Plocig with Schematics: | 26 500 mk (digitaalisimulointi) |
| MicroSim PSpice A/D Basics with Schematics: | 15 800 mk (analogia- ja digitaalisimulointi) |
| MicroSim PSpice Basics with Schematics: | 5 400 mk (analogiasimulointi) |
| Esittelyversio: | 61 mk (enintään 64 analogista solmupistettä tai 65 digitaalista alkeiskomponenttia) |
| Kaikki ohjelmistot ovat saatavissa myös verkkolisenssillä | |
| Edustaja: | Inca Systems Oy, puh. (981) 551 4588 |
| Valmistaja: | MicroSim Corporation, USA |
| Laitteistovaatimukset: | Käyttöjärjestelmä Windows 3.1, 95 tai NT. Ainakin 386-prosessori, aritmetiikkaprosessori, muistia vähintään 8 megatavua. Asennus tarvitsee levytilaa 50 megatavua. Suositeltava muistimäärä on 16 megatavua |
| Liitännät piirikaavio-ohjelmiin: | OrCad |
| Liitännät piirilevy-ohjelmiin: | Cadstar, Orcad, Pads, Pcboards, Pcad, Protel, Scicards, Tango ja Edif 2.0.0 |
| Kopiointisuojaus: | Kirjoitinporttiin liitettävä välikappale |
| Käsikirjat: | MicroSim Tutorial (242 s.), Schematics Capture User's Guide (273 s.), Circuit Analysis User's Guide with Schematics (450 s.), Circuit Analysis Reference Manual (538s.). CD-ROMilla lisäksi Programmable Logic Synthesis User's Guide, Analog Performance Optimization User's Guide ja Signal Integrity User's Guide. Kaikki englanninkielisiä |
| Tekninen tuki: | Maahantuojalta, puh. (981) 5514 588, faksi (981) 5514 572 tai suoraan valmistajalta puh. +1-714 8370 790, faksi +1-714 4550 554, email tech.support@microsim.com |
| Soveltuvuus: | Soveltuu vaativaan ammattikäyttöön. Esittelyversio hyvin suositeltava opiskelijoille ja harrastelijoille |
Edelliselle sivulle Kotisivulle
