電子電路仿真技術(shù)在電子應(yīng)用開發(fā)中的作用

劉毅男

（河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院，河南 焦作 454000）

0 引 言

在科技飛速發(fā)展的當(dāng)下，電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度有所提升，如何做到與時俱進，根據(jù)市場發(fā)展趨勢、用戶需求對電子產(chǎn)品進行創(chuàng)新，確保電子產(chǎn)品所提供的服務(wù)可達到用戶心理預(yù)期，成為業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的重點。對電子電路仿真加以運用，一方面能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量，使產(chǎn)品擁有更加完善的功能，另一方面能夠壓縮開發(fā)時長，使開發(fā)效率達到預(yù)期。由此可見，將電子電路仿真用于產(chǎn)品開發(fā)是大勢所趨，既能夠增加產(chǎn)品價值，又能夠推動電子行業(yè)穩(wěn)定且持續(xù)的發(fā)展。

1 電子電路仿真介紹

1.1 技術(shù)說明

研究表明，電子技術(shù)正處在由低頻技術(shù)向高頻技術(shù)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵階段，該技術(shù)源于硅整流元件，隨后便在變頻器和逆變器等諸多領(lǐng)域得到了運用[1]。電子電路仿真可以簡單地理解為開發(fā)人員借助計算機技術(shù)，對電子電路運行狀態(tài)進行數(shù)字化展示，根據(jù)電路運行情況，對其特性、功能以及所存在不足進行判斷。從本質(zhì)上說，該技術(shù)是指以數(shù)字模型為載體，對電路、電子器件相關(guān)功能模塊進行表達，結(jié)合數(shù)字分析結(jié)果，對電路狀態(tài)加以明確的技術(shù)。在開發(fā)電子應(yīng)用期間引入該技術(shù)，既能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量，又可使開發(fā)速度得到大幅度提升[2]。

1.2 軟件介紹

現(xiàn)有電子電路軟件均具有電路仿真設(shè)計、自動布局等功能，國內(nèi)使用頻率較高的軟件為PSPICE，可提供電路仿真、分析噪聲和溫度、輸出數(shù)據(jù)與波形、實時顯示仿真結(jié)果以及建立相應(yīng)元器件等功能[3]。OrCAD所搭載的電子設(shè)計自動化（Electronic Design Automation，EDA）系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 EDA系統(tǒng)構(gòu)成

作為元件仿真軟件的代表，該軟件具有良好的移植性，多用于信息電子電路的設(shè)計與開發(fā)，主要包括編輯元件、編輯原理圖以及電路仿真等部分，可對元件特征進行直接展示，同時對電路細節(jié)進行模擬，其不足主要體現(xiàn)在2個方面，一是仿真收斂性不理想，二是計算耗時長。該系統(tǒng)所包含的各功能模塊既能夠獨自運行，同時又可以構(gòu)成一個整體，其中Proteus主要負責(zé)提供仿真元件、儀表，包括但不限于交流元件、直流元件、示波器以及虛擬終端等。當(dāng)然，Proteus還具有實時顯示圖形的功能。上文所提及的虛擬元件與儀表性能十分理想，可在高輸入阻抗和低輸出阻抗的輔助下，將自身給測量結(jié)果所產(chǎn)生影響維持在較低水平。除此之外，Multisim、Saber同樣應(yīng)當(dāng)引起重視，前者對交互界面進行了優(yōu)化，最大程度縮小了儀器儀表庫、實驗間的差距，在開發(fā)電子應(yīng)用期間同樣具有重要作用；后者可用于光電仿真、電力電子仿真以及機械仿真，能夠多維度分析問題并提供解決方案，但也存在明顯的不足，如操作難度大[4]。

2 將電子電路仿真用于應(yīng)用開發(fā)的必要性

將電子電路仿真用于電子應(yīng)用開發(fā)的意義可被歸納為以下3點。首先，該技術(shù)可模擬產(chǎn)品運行環(huán)境，使外界環(huán)境給產(chǎn)品性能產(chǎn)生的影響得到直接展示，便于開發(fā)人員準(zhǔn)確掌握既有方案的不足并進行修改，為產(chǎn)品大規(guī)模制造奠基[5]。以往有關(guān)人員普遍更習(xí)慣對產(chǎn)品進行人工測試，該做法的精確度并不理想，極易出現(xiàn)修改不合理的情況，導(dǎo)致產(chǎn)品性能無法達到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，引入電子電路仿真可有效解決上述問題，使開發(fā)產(chǎn)品的過程變得更加簡單。其次，電子應(yīng)用往往要經(jīng)過反復(fù)修改才能量產(chǎn)并上市。調(diào)試、修改的效果通常會給產(chǎn)品質(zhì)量和生命時長產(chǎn)生巨大影響，現(xiàn)階段的多數(shù)企業(yè)均已引入電子電路仿真，用該技術(shù)代替人工作業(yè)，可根據(jù)仿真效果制定計劃并修改漏洞，使全自動生產(chǎn)的設(shè)想成為現(xiàn)實。最后，目前我國已由科技大國成長為科技強國，無論是科技水平還是專業(yè)人員數(shù)量均有所提高，對電子應(yīng)用進行開發(fā)時，開發(fā)人員往往會選擇對電路進行整合，在不改變電路功能的前提下改善產(chǎn)品性能，由此可見，該技術(shù)的出現(xiàn)使電路集成設(shè)計成為可能，對電子應(yīng)用開發(fā)具有重大意義[6]。

3 電子電路仿真作用分析

3.1 為開發(fā)電子應(yīng)用提供全新思路

電子應(yīng)用的作用主要是為用戶提供符合其預(yù)期的電子服務(wù)，因此對電子應(yīng)用進行開發(fā)期間，開發(fā)人員應(yīng)始終堅持將實踐作為最終目的，將人性化、實用性作為指導(dǎo)原則。電子產(chǎn)品的特點決定了只有經(jīng)過反復(fù)檢驗、調(diào)整以及優(yōu)化的想法和技術(shù)才能被用于產(chǎn)品開發(fā)與制造，換言之，修改、調(diào)試等環(huán)節(jié)對開發(fā)電子應(yīng)用具有重大意義，只有保證以上工作均發(fā)揮出應(yīng)有作用，才能使產(chǎn)品性能達到行業(yè)最新標(biāo)準(zhǔn)，與此同時，其功能也會變得更加完善。以往所采取的開發(fā)模式存在技術(shù)復(fù)雜、步驟煩瑣等不足，通常要經(jīng)過數(shù)次的調(diào)整才能取得理想效果，放棄以往修改、調(diào)試電路的方法，改用電子電路仿真，可使工作的有效性以及準(zhǔn)確性得到提高。

3.2 對設(shè)計方案進行優(yōu)化

電子產(chǎn)品對元件敏感度的要求十分嚴(yán)格，而溫度敏感產(chǎn)品內(nèi)部元件極易被外界溫度所影響，導(dǎo)致產(chǎn)品性能或功能無法得到穩(wěn)定發(fā)揮。對電子電路仿真加以運用，便于開發(fā)人員把握元件性能、電路特征與外界溫度間的關(guān)系，結(jié)合實驗所得數(shù)據(jù)，對設(shè)計方案進行優(yōu)化，在保證元件敏感度的前提下，將該特性給產(chǎn)品所造成的影響降至最低。另外，電子產(chǎn)品所需元件類型、外觀往往十分相似，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)存在明顯區(qū)別，在開發(fā)、制造產(chǎn)品期間，極易出現(xiàn)選擇困難的情況，此時工作人員可借助電子電路仿真對不同元件的參數(shù)進行分析，根據(jù)分析所得結(jié)果對其用途加以確定，在保證元件參數(shù)符合產(chǎn)品要求的前提下對裕度進行設(shè)計，從而獲得更符合預(yù)期的設(shè)計方案[7]。綜上，電子電路仿真在優(yōu)化電路設(shè)計方面具有無法被替代的作用，應(yīng)對此有所了解。產(chǎn)品電路設(shè)計如圖2所示。

圖2 產(chǎn)品電路設(shè)計

3.3 推動集成電路發(fā)展

作為電子產(chǎn)品極為重要的部分，集成電路往往會給產(chǎn)品性能、功能產(chǎn)生直接影響。在科技持續(xù)發(fā)展的當(dāng)下，用戶對集成電路所提出的要求變得更加嚴(yán)格，考慮到不同等級電路的密度往往有所不同，開發(fā)電子應(yīng)用期間，開發(fā)人員應(yīng)將重心放在集成電路上，在芯片級系統(tǒng)理念的指導(dǎo)下，根據(jù)產(chǎn)品定位對集成電路進行合理設(shè)計，通過整合電路功能的方式，以保證產(chǎn)品美觀、可靠為前提，不斷優(yōu)化芯片性能，使產(chǎn)品所具有的工作效率達到預(yù)期[8]。在此過程中，電子電路仿真的作用主要是對芯片性能進行驗證，在保證芯片與產(chǎn)品要求相符的前提下，結(jié)合仿真模型對芯片加以調(diào)整，使電路設(shè)計更加科學(xué)且合理。

3.4 降低電路驗證難度

確定設(shè)計方案是產(chǎn)品開發(fā)的前提，要想使所開發(fā)出的產(chǎn)品獲得用戶的認可，不僅要保證其擁有完善的功能，還要檢驗其可行性，確保產(chǎn)品內(nèi)部電路具備理想的安全性與穩(wěn)定性。由此可見，對產(chǎn)品可行性進行驗證同樣具有極為重要的意義。將電子電路仿真用于可行性檢驗，可使檢驗所具有的合理性與準(zhǔn)確性得到有力保障，其作用主要體現(xiàn)在以下方面。第一，基于電子電路仿真，對產(chǎn)品電路進行檢測，可確保電路所存在的功能誤差及不足被及時發(fā)現(xiàn)并得到處理，有效解決所設(shè)計電路與產(chǎn)品不適配的問題，在保證產(chǎn)品功能可靠的基礎(chǔ)上使其價值得到大幅度提高[9]。第二，利用該技術(shù)對軟件可行性進行驗證，能夠解決人工檢驗極易出現(xiàn)誤差的問題，為電路功能提供保證。第三，引入該技術(shù)可降低后續(xù)工作的難度及工作量，在保證產(chǎn)品性能、質(zhì)量達標(biāo)的前提下壓縮開發(fā)時間，為企業(yè)創(chuàng)造更加可觀的利益。

3.5 實現(xiàn)虛擬測試

電子產(chǎn)品對電路、器件精度具有極高要求，只有保證精度符合要求，才能使產(chǎn)品性能、功能達到用戶預(yù)期，產(chǎn)品價值自然能夠得到最大程度的實現(xiàn)[10]。由此可見，開發(fā)電子產(chǎn)品期間，開發(fā)人員應(yīng)將重心放在內(nèi)部電路上，確保電路能夠在極限參數(shù)或惡劣環(huán)境下穩(wěn)定運行，通過增強電路適應(yīng)能力的方式，擴大適用范圍，為產(chǎn)品作用的發(fā)揮提供支持。將電子電路仿真用于產(chǎn)品開發(fā)，可通過模擬特殊運行環(huán)境確定電路極限，從而達到提高其使用能力的目的[11]。研究表明，高壓、高溫環(huán)境及大電流參數(shù)均會給電路運行穩(wěn)定性帶來影響，開發(fā)人員可憑借仿真技術(shù)對以上環(huán)境進行模擬，結(jié)合電路所展現(xiàn)出的狀態(tài)調(diào)整既有設(shè)計方案，為產(chǎn)品的批量生產(chǎn)助力，確保產(chǎn)品投入使用后，電路始終處于相對穩(wěn)定且可靠的狀態(tài)。

4 電子電路仿真未來展望

隨著信息時代的來臨，計算機滲透到各行各業(yè)的速度有所加快，合理運用計算機，可在改變生產(chǎn)模式的前提下使生產(chǎn)質(zhì)效得到顯著提高，由此可見，基于計算機應(yīng)用所衍生出的電子電路仿真未來必然會擁有極大的發(fā)展空間，并在諸多領(lǐng)域得到運用?，F(xiàn)階段，受多方面因素制約，該技術(shù)的應(yīng)用方向仍以硬件仿真為主，尚未掌握仿真中央處理器（Central Processing Unit，CPU）數(shù)字系統(tǒng)的方法，導(dǎo)致其價值難以得到最大程度實現(xiàn)[12]。業(yè)內(nèi)人士應(yīng)加大對該技術(shù)進行研發(fā)的力度，在設(shè)計電子系統(tǒng)的過程中，通過模擬系統(tǒng)嵌入程序的方式，對程序運行期間電路所處狀態(tài)進行測試，進一步降低電子應(yīng)用開發(fā)難度，為行業(yè)發(fā)展助力。

5 結(jié) 論

基于電子電路仿真開發(fā)電子產(chǎn)品，可幫助開發(fā)人員盡快確定開發(fā)方向，根據(jù)實際情況調(diào)整開發(fā)方式，在保證所開發(fā)產(chǎn)品質(zhì)量的前提下壓縮開發(fā)時長，使產(chǎn)品盡快上市。現(xiàn)階段，該項技術(shù)仍有極大的開發(fā)空間，為確保其作用得到充分發(fā)揮，應(yīng)加大宣傳及推廣力度，使開發(fā)人員對現(xiàn)有成果具有全面了解并主動加以運用，通過開發(fā)優(yōu)質(zhì)電子產(chǎn)品的方式，為用戶帶來更符合預(yù)期的使用體驗。