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使用模仿东西优化电路设计

我们都在思考着一个问题:我们会见的这些工程师怎么几乎一点都不了解模拟技术呢。我认为,这些应届毕业生设计工程师所掌握的模拟技术知识,与我们毕业时的前辈所了解的知识不同,仅此而已。我的同事却说:&ldqu

咱们都在思考着一个问题:咱们会晤的这些工程师怎样简直一点都不了解模仿技能呢。我以为,这些应届结业生规划工程师所把握的模仿技能常识,与咱们结业时的长辈所了解的常识不同,仅此罢了。我的搭档却说:“假如他们不知道这些原理,而大学也不教授这些内容,那成果会怎样样呢?这些新结业的工程师注定只能去找他们的长辈复制一份模仿规划原理图吗?”

我搭档所指的这些原理并非仅仅运算放大器电路规划根底等,而是大学课堂上没有深化解说的一些内容:非抱负组件、电路噪声原因、差错预算和差错剖析。

在规划周期更短、资源更少、全球竞赛愈加剧烈的状况下,工程师们需求有用运用手边的各种东西,协助完结更快速的产品规划。在规划过程中,他们需求对所运用的东西充满信心,信任这些东西可以辅导他们正确地完结规划作业,由于他们或许并没有相关的规划经历,也或许没有接受过相关训练。

这也就是半导体制作厂商经常会进入规划东西的原因[1]。例如,TI 的 SwitcherPro [2] 就是一种协助人们进行开关式电源规划的程序,而 FilterPro [3] 则是一种有源滤波器规划程序。两者都不是仿真器,而是规划生成东西。短少规划经历的工程师运用这些东西,可以协助他们战胜短少经历的难题,而经历丰富的一些工程师运用这些东西则可以节约很多的时刻。

20多年前,这些规划生成东西才开端为人们所用。回想当年,我仍是一个“菜鸟”工程师时,我的规划生成相关常识是从教科书那里了解到的。

模仿范畴是如此的宽广,以至于很少有人可以了解其一切分支,因而学习前人的电路是必要的,条件是只需你把握了电路剖析的根底常识。

半导体制作厂商也会供给一些参阅规划。这些规划已远非根底电路,它们包含了完好的资料清单和印刷电路板 (PCB) 布局,或许还包含了让整个规划运转所需的固件或许软件。毫无疑问,运用这些参阅规划或许规划辅导电路,可以让你更快速地开端规划作业。

自 20 世纪 70 时代前期以来,SPICE [5] 一向都是电路规划人员东西箱中一种强壮的东西。特别是关于集成电路的开发更是如此,由于制作样机的本钱奇高无比,在转入出产曾经对电路的行为进行模仿是电路规划中的一个巨大进步。

它是如此的遍及,以至于大多数电子元器材制作厂商都会供给其器材的 SPICE 宏模型,以协助电路板级规划人员在 PCB 投入制作曾经对其电路进行模仿。从 SPICE 模型开展而来的 IBIS 模型和软件,可以让 PCB 规划人员对其 PCB 规划的信号完好性进行验证[6]。

在这两种状况下,要注意说的是电路“仿真”仍是“验证”。这些东西可以协助你猜测你现已规划好的电路运转状况,但它们却无法协助你规划电路。虽然工程师依然不得不自己对电路进行规划,但仿真器却可以奉告他们怎么规划。

TI 供给一种被称作 TINA-TI [7] 的免费 SPICE 仿真器。怎么最有用地运用这种程序呢,由于运用仿真器的经历并不共同,从专家到新手,各种层次都有。当TINA-TI 没有奉告他们其电源反向衔接运算放大器时,一些工程师会变得莫衷一是—仿真器会不知道吗?答案是否定的,仿真器不知道那样做是过错的,也不知道那样做会让你的 PCB 组件冒烟。

SPICE 只不过是履行电路剖析所需数学运算的一个核算机程序罢了,其运算速度一般要比你用铅笔和纸更快。“一般”是由于,SPICE十分拿手于某些作业,如:线性电路,一同有些作业却并不拿手,如:一些现代电源中都会有的开关电路。运用适当长的时刻来模仿开关式电源有一个问题:需求对现已编写好的模仿程序进行优化,用以对这些电源电路进行模仿。

其它专用仿真器用于处理 RF 电路问题。“仿真”触及的运用极为广泛,因而一种模仿处理方案或许并非一个完好体系模仿的最佳挑选。

虽然模仿有许多优点,在完结完全差错剖析曾经,电路或许体系规划均不完好。这需求考虑组件和环境的一切非抱负特性,并确认它们对电路运转的影响状况。咱们一般运用电子表格或许手动核算办法来完结这项作业。将剖析成果同要求比较,让你信任所规划的电路在一切作业状况和制作条件下均可以满意这些要求;或许,它会奉告你需求测验运用其它办法。

把一切这些不同东西—规划生成、模仿(或许运用几种不同的模仿引擎)和差错剖析—组合到一同成为一种东西,便形成了一个“专家体系”。只需运用电路的基本要求,这种体系便可以构成或许主张一个电路或许体系规划,然后答应对电路进行模仿,并能经过改动电路组件值来对其进行优化。最终,电路差错剖析完毕今后,便完结了对电路满意各种要求的完好适用性评价。

现在,这种体系开发办法正变成一种实际。在混频信号 IC 规划范畴,大型 CAD供货商现已在致力于这方面,以期缩短模仿时刻[8]。一些供货商将现有东西或许数学建模体系组合到一同,在更高层次测验这种规划办法。可是,把这些专家体系带给电路板级和体系级规划人员的,或许会是半导体供货商及其运用工程师们。

德州仪器收买国家半导体公司最令人激动的是,咱们总算可以一睹WEBENCH® Designer东西套件[9]的真容,它在许多方面都是我所描绘的这种专家体系。它可以动态生成特定要求的电路,核算组件值,进行模仿(根据数学模型和SPICE)和优化,并履行差错剖析。如前所述,在模仿国际需求学习的东西如此繁复,真谓“学无止境”。

此类东西或许会成为电路板级和体系级规划人员东西箱中的首要东西。“复制你父辈的规划原理图”没有什么错,条件是你具有运用这些原理图或许正确理解其底层规划原理的东西。这些东西应可以辅导你怎么优化电路,来处理你碰到的问题,并可以让你知道将这些电路投入出产时会呈现什么成果—而且要可以满足快地完结这些作业,这样你才能在答应的时限内测验多种不同的办法。虽然还有路要走,但间隔咱们的方针现已不远了。

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