Devre simulasyon yazılımları

[taydin]

Devre simulasyon yazılımları, bir elektronik devreyi fiziksel olarak kurmadan performansının incelenmesini sağlar. Elektronik devrenin şeması, ya bir metin dosyasındaki direktiflerle tanımlanır ve simulasyon yazılımına bu metin dosyası verilir, veya grafiksel programın içinde doğrudan elektronik devre şeması çizilir ve hemen simulasyona başlanır. Simulasyonun gerçek devre hakkında iyi fikir verebilmesi için, elektronik devrede kullanılan komponentlerin hassas ve doğru modellerinin simulasyon yazılımına tanıtılması gerekir. Eğer modeller iyi değilse, simulasyon sonucu da iyi olmayacaktır, hatta tamamen gerçeklikten uzak, saçma sapan, tutarsız bir sonuç dahi ortaya çıkabilecektir.

Günümüzde piyasada birçok simulasyon yazılımı bulunmaktadır. Bu yazılımların birçoğu da 70'li yıllarda University of California, Berkeley tarafından geliştirilen SPICE programını baz alır. Bu programı baz almayan simulasyon yazılımları bile SPICE formatında devre tanımlama metinlerini okuyup işlem yapabilir. Şimdi piyasada en çok bilinen simulasyon programlarını listeleyelim.

========== ÜCRETSİZ SİMULATÖRLER ==========

1) LTSpice: Analog Devices firmasına ait bir simulasyon yazılımı. Ücretsiz olarak indirilebilir ve Analog Devices'in ürünleri arasında bulunan birçok yarıiletken için modelleri içinde barındırır.

2) NgSpice: Özgür yazılım olan bir simulatördür ve tabiki ücretsiz olarak indirilebilir. Komut satırından çalışır, ama bazı şema geliştirme programları, NgSpice'ın anlayacağı formatta netlist metin dosyası oluşturabilir.

3) TINA-TI: Texas Instruments firmasının ücretsiz olarak indirilmesine izin verdiği grafik arayüzlü bir simulasyon yazılımı. Haliyle TI'ın ürünleri arasında bulunan birçok yarıiletken için modelleri içinde barındırır. TINA-TI, DesignWare firması tarafından geliştirilen ve ücretli olan TINA simulatörünün TI tarafından özel olarak lisanslanmış versiyonudur. TINA-TI, TINA'nın versiyon 9'unu baz alır ve onun üzerinde TI tarafından geliştirilmeye devam edilir. Ücretli olan TINA simulatörü ise şu anda version 12'yi pazarlamaktadır.

========== HOBİ OLARAK SATIN ALINABİLECEK SİMULATÖRLER ==========

4) ProSpice: Proteus yazılımı ile birlikte gelen bir simulatördür ve en alt seviye Proteus lisansı alındığında bile kullanılabilmektedir. İlave bir ücret karşılığında da daha ileri düzey bazı simulasyonların yapılmasına olanak tanımaktadır.

5) XSpice: Altium Circuit Studio ile gelen bir simulatördür. Özellikleri ve yetenekleri ile ilgili fazla bilgi mevcut değildir.

========== ÇOK PAHALI SİMULATÖRLER ==========

6) OrCAD PSpice: Orcad PCB geliştirme yazılımı ile gelen ve 10,000 dolar ve daha yüksek meblağlar ile satılan bir simulasyon yazılımı. İlave opsiyonlar için fiyat çok daha yüksek seviyelere çıkmaktadır.

7) Micro Cap: Spectrum Software tarafından geliştirilen ve çok uzun bir geçmişi olan bir simulatördür. Birçok ileri düzey simulasyonu desteklemektedir. Fiyatı 4500 dolar civarındandır.

8) MultiSim: National Instruments firmasının geliştirdiği bir simulatördür. Birçok ileri düzey simulasyonu desteklemektedir. Fiyatı 15,000 dolar civarındadır ve ilave opsiyonlarla fiyat çok yükselmektedir.

 

[taydin]

Piyasada şu anda hobiciler tarafından en yaygın kullanılan simulasyon yazılımı LTSpice'dır ve elektronik ile uğraşan herkesin bu yazılımı en azından biraz kurcalamış olması lazım.

Eğer ileri düzeyde devre simulasyonu ile uğraşacaksanız, NgSpice ile süreci çok detaylı bir şekilde kontrol ederek devre simulasyonları yapabilirsiniz. Akademik amaçlı kullanım için en uygun simulatör budur.

TINA-TI nispeten yeni çıktı, o yüzden çok yaygın bir kullanımı yok. Ama hem devre hazırlanması çok kolay hem de TI firmasının birçok ürünü için model bulundurması büyük bir avantaj.

Ben kendim TINA'nin ücretli olan "TINA İndustrial 11" versiyonunu kullanıyorum. Ama TINA-TI, NgSpice, LTSpice da bilgisayarımda kurulu. Proteus ve Altium Circuit Studio lisanslarım da var ve o yüzden ProPspice ve XSpice da mevcut. Ama en çok kullandığım simulatör, TINA ve ProSpice.

 

[taydin]

Ücretsiz ama kütüphanesi geniş bir yazılım önerebilirmisiniz hocam.

Birçok yarıiletken firmasının artık bir çeşit simulasyon çözümü var. O yüzden yapılması gereken, hangi firma ile çalışıyorsan onun simulatörünü kullanmak lazım. Mesela TI ağırlıklı çalışıyorsan TINA-TI ücretsiz. Analog Devices (Linear Technology) ağırlıklı çalışıyorsan, LTSpice. İnfineon ağırlıklı çalışıyorsan, o firmanın da simulasyon çözümü var.

Genel simulasyon için en kestirme yol, LTSpice ve TINA-TI

 

[taydin]

Şimdi simulatörlerde en yaygın olarak bulunan simulasyon modlarını genel olarak inceleyelim:

1) DC Analiz
Verilen bir devrenin DC voltaj analizini yapar. Simulasyon sonucunda, devrenin her bir noktasındaki DC voltaj değerleri hesaplanır.

2) AC Analiz
Verilen bir devrenin AC performans analizini yapar. Simulasyon sonucunda, devrenin her bir noktasındaki AC voltaj ve bir referansa göre faz açısı hesaplanır. Ayrıca tanımlanan bir giriş noktasına parametreleri değiştirilen AC sinyal uygulanarak tanımlanan bir çıkış noktasındaki AC voltaj ve faz açısı hesaplanır. Örneğin RC low pass filtre devresinğn girişine 20 Hz - 20 KHz arasında değişen AC sinyal uygulanıp çıkışındaki AC sinyalin voltajı ve faz açısı hesaplanabilir. Aynı şekilde girişe genliği 10mVrms - 4Vrms arasında değişine AC sinyal uygulanıp çıkışındaki AC sinyalin voltaj ve faz açısı hesaplanabilir.

3) Transient Analiz
Lineer olmayan devrelerin belirli (çok küçük) zaman adımları ile analizini yapar. Simulasyon sonucunda, devrenin her bir noktasındaki sinyalin anlık değeri hesaplanır.

 

[taydin]

Bazı simulatörlerde opsiyonel olarak bulunan ve daha iler düzey olan bazı simulasyon analizlerini inceleyelim:

1) Monte Carlo Analiz
Simulasyon sonucunda, bir devrenin parametrelerinin önceden belirlenen sınırlar içerisinde rastgele değiştirilmesinin devrenin performansına nasıl etki ettiğini hesaplanır.

2) Sensitivity Analiz
Simulasyon sonucunda, devrenin bir parametresindeki değişimin, başka bir parametrede ne derecede değişime neden olduğu hesaplanır.

3) Noise Analiz
Girişinde bir sinyal olmayan bir devrenin herhangi bir noktasındaki gürültü miktarı hesaplanır. Burada yapılan hesap, deterministik olan gürültü kaynaklarının analizi için faydalıdır. Örneğin her direncin belirli bir sıcaklıkta bir termal gürültüsü vardır. Gerçek bir devrede birçok ilave gürültü kaynağı olacaktır, o yüzden gürültü analizi bize tüm resmi göstermez.

 

[taydin]

Bunun dışında, özellikle çok pahalı olan simulatörlerde bulunan birçok ileri düzey analiz vardır, ama bunları şu aşamada ele alamayacağız, çünkü böyle bir simulatörü alıp deneme şansımız olmayacak. Deneme sürümünü bile indirsem, ben o analiz hakkında bilgi sahibi olmadan zaten deneme süresi bitecek

 

[taydin]

İşte benim için en önemli mevzuu bu konu.
Gerçek anlamda, direnç, kondansatör, bobin veya bazı yarıiletkenlerin gürültü faktörünü, teorik te olsa görebilmem için.
Devre simulasyonunda bir de SHIELD unsuru ele alınabilirse dadından yinmez.

Elektromanyetik yayınımdan (EMI, EMC) kaynaklanan gürültünün simulasyonunu yapan yazılımlar var. Aynı şekilde bir PCB'nin yüksek frekanslardaki davranışının analizini yapan yazılımlarda var. Orneğin Orcad paketinin "Signal Integrity" opsiyonu var. Ama fiyat astronomik! On sene önce baktığımızda fiyatlar 30 bin dolarlardaydı.