PORADNIK

ELEKTRONIKA

r

Radioelektronik Audio-HiFi-Vide 12/2003

8

TEST DESIGNER

WIRTUALNE LABORATORIUM I TESTER UK£ADÓW ELEKTRONICZNYCH

Zgodnie z obietnic¹ z³o¿on¹ w zwi¹zku

z listem Czytelników w nr 6/2003

piszemy o programach symulacji

i analizy rodziny ICAP/4Windows

skracaj¹cych czas opracowania przez

eliminacjê koniecznoœci budowy

rzeczywistych modeli urz¹dzeñ.

P

rojektowanie wspó³czesnych uk³adów elektronicznych

wymaga wysokiej klasy oprogramowania komputerowe-

go, pracuj¹cego na komputerach ostatniej generacji.

Gwa³towny rozwój komputerów klasy PC spowodowa³ dosto-

sowanie oprogramowania do ich mo¿liwoœci i optymalne wykorzystywa-

nie ich parametrów, przez co czas przygotowywania projektu sta³ siê po-

równywalny z czasem pracy osi¹ganym uprzednio na wielkich sta-

cjach roboczych.

Zastosowanie systemów operacyjnych, takich jak Microsoft Windows,

umo¿liwi³o standaryzacjê programów pod wzglêdem interfejsu graficz-

nego u¿ytkownika i ich wspó³pracê dziêki ³atwej wymianie danych i me-

chanizmom sprzê¿eñ dynamicznych. Powoduje to, ¿e programy dla elek-

troników wspó³pracuj¹ z oprogramowaniem dla mechaników, jak rów-

nie¿ z programami biurowymi. Na przyk³ad konstruktor czêœci mecha-

nicznej urz¹dzenia przygotowuje zarys p³ytki drukowanej lub obudowy

dla elektronika, a ekonomista ³atwo oblicza koszt wykonania ca³ego pro-

jektowanego uk³adu, zaœ osoba kieruj¹ca opracowaniem ma mo¿liwoœæ

optymalnego rozdzia³u zadañ, kontroli ich realizacji i wykorzystania

wszystkich posiadanych œrodków produkcyjnych. Nowoczesny, przyja-

zny w u¿yciu interfejs graficzny umo¿liwia szybkie nauczenie siê korzy-

stania z oprogramowania, a zastosowanie ikon graficznych, rozwijalne-

go i intuicyjnego menu (najw³aœciwszego dla danej sytuacji projektowej)

na ³atwe, efektywne i sprawne przygotowanie projektu uk³adu lub urz¹-

dzenia.

Pakiet Test Designer

Test Designer jest kompletnym pakietem programowym, najbardziej roz-

budowanym w rodzinie pakietów ICAP/4Windows, obejmuj¹cym wszy-

stkie opcje, biblioteki i dodatki programowe. Zawiera on:

q

zintegrowany edytor schematów z szerokim zakresem matema-

tycznych modeli elementów elektronicznych,

q

symulator uk³adów analogowych i mieszanych opracowany przy wy-

korzystaniu oprogramowania Ÿród³owego SPICE 3 z Uniwersytetu

Berkeley,

q

graficzny post-procesor do analizy wyników i tworzenia raportów.

Edytor schematów

Wszystkie dzia³ania w programie zaczynaj¹ siê od edytora schematów

SpiceNet. Wygl¹d ekranu edytora jest przedstawiony na rys.1. Pos³u-

giwanie siê edytorem jest w znacznym stopniu intuicyjne, wybiera siê ele-

menty z obszernej biblioteki, uk³ada na pulpicie, a nastêpnie ³¹czy je prze-

wodami. G³ówne cechy 32-bitowego edytora:

q

³atwoœæ w stosowaniu i efektywnoœæ,

q

wykorzystywanie mechanizmu wytnij/kopiuj/wklej (Cut/Copy/Paste)

do szybkiego ponownego wykorzystania fragmentów schematu ideo-

wego oraz tworzenia z nich rysunków w edytorze tekstów Microsoft Word

lub innych programach systemu operacyjnego Microsoft Windows,

q

funkcja nieograniczonego kasowania i odtwarzania skasowanego

fragmentu,

q

nowoczesne wspomaganie przy projektowaniu (Tutorial Movies) oraz

pomocnik (Help) zawsze dostêpny na ka¿dym etapie projektowania,

q

bie¿¹ce edytowanie modeli i poduk³adów na schemacie,

q

mo¿liwoœæ dialogowego wprowadzania tolerancji u³atwiaj¹ca nada-

nie ich wartoœci wszystkim elementom schematu,

q

zastosowanie wszystkich opisanych przez producentów modeli

SPICE-a, niezale¿nych od formatu lub syntaktyki zmiennych.

Edytor schematów pakietu Test Designer ma wiele niepowtarzalnych

w³aœciwoœci, ³¹czy w sobie wszystkie informacje zwi¹zane z projekto-

wanym uk³adem, stosowne dla celów automatycznego testowania,

wyniki analizy uszkodzeñ i dane potrzebne dla testowania sekwencyj-

nego. U¿ytkownik nie musi przygotowywaæ wielu ró¿nych schematów

lub ró¿nych wersji programowych – Test Designer jest narzêdziem CAE

(Computer Aided Engineering) umo¿liwiaj¹cym ³atwe przetestowanie

wszystkich wersji.

Test Designer umo¿liwia zwielokrotnienie konfiguracji schematu przez

umieszczenie w jednej bazie danych wielu zmiennych projektowych,

kilku wariantów symulacyjnych i wersji produkcyjnych, umo¿liwia to szyb-

kie i ³atwe rekonfigurowanie schematu i powtórne symulowanie. Kilka

ró¿nych konfiguracji uk³adu elektronicznego umo¿liwia po³¹czenie ró¿-

nych symulacji i otoczenia uk³adowego bez potrzeby przerysowywania

rdzenia schematu.

Edytor schematów pakietu Test Designer umo¿liwia umieszczenie

obiektów schematowych (okna wyników testowania, opisy, rysunki

itp.) na ró¿nych warstwach jednego rysunku. U¿ytkownik konfiguruje

kombinacje warstw do symulacji, tworzenia dokumentacji, wydruków lub

generowania zbiorów danych do projektowania p³ytek drukowanych

(PCB). Tworzone s¹ ró¿ne wersje schematów dla ró¿nych potrzeb pro-

jektowych, np.: do generowania zbioru danych niezbêdnych do projek-

towania p³ytki drukowanej i dwie wersje testowe.

Wszystkie wersje nale¿¹ do tej samej bazy schematowej, nie trzeba ry-

sowaæ ró¿nych wersji dla realizacji poszczególnych zastosowañ. Nie po-

trzebne jest prze³¹czanie miêdzy ró¿nymi modu³ami oprogramowania.

We wspólnej bazie danych s¹ umieszczone:

q

wszystkie konfiguracje uk³adu oraz symulacji,

q

tolerancje analizy Monte Carlo dla wszystkich elementów i parame-

trów modeli,

Rys. 1. Ekran edytora schematów SpiceNet

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 12/2003

9

q

wszystkie typy uszkodzeñ i typy charakterystyk dla wszystkich ele-

mentów,

q

wszystkie instrukcje testowania i pomiarów,

q

wyniki symulacji i analizy uszkodzeñ,

q

wielorakie rozga³êzienia analizy uszkodzeñ, dane sekwencji testuj¹-

cych i raportów.

Obiekty symulacji

Czêœæ symulacyjna pakietu zawiera symulator IsSpice4. Obiektami sy-

mulacji s¹ schematy elektryczne urz¹dzeñ, a œciœlej schematy ideowe

uk³adów analogowych lub analogowo-cyfrowych wprowadzone do pro-

gramu w postaci graficznej, przy u¿yciu edytora schematów, lub w po-

staci tekstowej – w postaci listy po³¹czeñ. Pierwotnie symulatory klasy

IsSpice by³y stosowane w procesach projektowania analogowych uk³a-

dów scalonych, tam gdzie budowa modeli materialnych by³a bardzo ko-

sztowna. Z biegiem lat, w miarê wzrostu popularnoœci komputerów za-

kres stosowania symulatorów znacznie rozszerzy³ siê. Obecnie symu-

latory stosuje siê do projektowania takich uk³adów, jak:

q

uk³ady elektroniczne analogowe i analogowo-cyfrowe, uk³ady

scalone, uk³ady elektroniczne z uwzglêdnieniem parametrów p³ytki

drukowanej,

q

zasilacze du¿ej mocy, bezprzewodowe urz¹dzenia nadawczo-odbior-

cze pracuj¹ce w zakresie wielkich czêstotliwoœci, uk³ady mieszane ana-

logowo-cyfrowe,

q

uk³ady elektro-mechaniczne, hydrauliczne i cyfrowe procesory sygna-

³owe (DSP).

Rodzaje symulacji

Obecnie program IsSpice jest jednym z najbardziej zaawansowanych

programów symulacji uk³adów elektronicznych. Program realizuje

analizy:

q

analiza sta³opr¹dowa (DC), ustalanie punktów pracy, analiza zmien-

nopr¹dowa (AC), analiza stanów przejœciowych, szumowa, zniekszta³-

ceñ, Fouriera, temperaturowa, wra¿liwoœciowa,

q

analizy statystyczne (Monte Carlo, najgorszego przypadku itp.),

analiza optymalizacyjna uk³adu, symulacja z za³o¿on¹ zmian¹ para-

metrów,

q

zautomatyzowana analiza uszkodzeñ, symulacja uszkodzeñ.

Wyniki analiz s¹ wyœwietlane wstêpnie jako rodziny krzywych (rys. 2).

Poszczególne przebiegi czasowe lub charakterystyki sta³opr¹dowe

lub czêstotliwoœciowe mog¹ byæ wyœwietlane w dowolnych skalach. Sto-

sownym narzêdziem realizuj¹cym tê funkcjê jest postprocesor gra-

ficzny IntuScope. Wydruk przebiegów na bramce i drenie tranzystora

przedstawiono na rys. 3.

Diagnostyka i symulacja uszkodzeñ

Funkcja analizy uszkodzeñ w pakiecie Test Designer daje mo¿liwoœæ

projektowania, testowania i oceny niezawodnoœci in¿ynierskiej. Dla

wybranych elementów mo¿na ustawiæ wstêpnie zdefiniowany rodzaj pra-

cy np. analizê uszkodzeñ lub zdefiniowaæ swój w³asny sposób tej ana-

lizy uszkodzeñ Test Designer automatycznie zmienia model symulacyj-

ny dla wybranego elementu bez zmiany wygl¹du lub po³¹czenia na sche-

macie. Nie ma potrzeby edytowania poduk³adów lub wprowadzania

zwaræ przewodów, rozwaræ rezystorów, itp. w schemacie. Test Designer

wykonuje to za konstruktora. Konstruktorowi pozostaje analiza efektów

zdecydowanych uszkodzeñ, wyst¹pienia warunków poza granicami to-

lerancji i nietypowego zachowania siê elementów. Maj¹c takie informa-

cje konstruktor mo¿e zdefiniowaæ wymagania na testowanie oraz stra-

tegiê testowania i diagnozowania. Analiza uszkodzeñ obejmuje: auto-

matyczn¹ symulacjê wszystkich uszkodzeñ i warunków pracy poza wy-

znaczonymi granicami tolerancji, a tak¿e s³u¿y pomoc¹ w usuwaniu pro-

blemów uk³adu.

Mo¿e byæ przywo³ana podczas dowolnej analizy realizowanej przez pro-

gramy pakietu ICAP/4Windows, nie wymaga kodowego ani skryptowe-

go opisu uszkodzeñ – opis uk³adu jest generowany automatycznie.

Po wybraniu rodzaju analizy uszkodzeñ, okno dialogowe umo¿liwia szyb-

kie wybranie zdefiniowanego uszkodzenia i uruchomienie symulacji,

a utworzenie scenariusza symulacji umo¿liwia przeprowadzenie wie-

lokrotnej symulacji automatycznie. Mo¿liwy jest wydruk raportu ze sta-

tystyk¹ dobry/z³y.

Okno dialogowe analizy uszkodzeñ umo¿liwia ³atwy wybór i symulacje

efektów uszkodzeñ dla szczególnie interesuj¹cego elementu w bada-

nym uk³adzie.

£atwoœæ u¿ycia i uniwersalnoœæ

Pakiet ICAP/4Windows mo¿e dzia³aæ interakcyjnie na komputerze pra-

cuj¹cym w systemie operacyjnym Microsoft Windows. Pe³ny cykl

symulacji jest realizowany w wyniku dzia³ania wewnêtrznego progra-

mu zarz¹dzaj¹cego. Instrukcje typu menu prowadz¹ u¿ytkownika

umo¿liwiaj¹c zaprogramowanie jednej lub wiêcej analiz. Raz rozpo-

czêta analiza mo¿e byæ doprowadzona do koñca lub mo¿e byæ w do-

wolnym momencie przerwana. Po wprowadzeniu niezbêdnych korekt

mo¿e byæ ponownie rozpoczêta; wszystko to odbywa siê bez wycho-

dzenie z programu IsSplce. Postprocesor graficzny automatycznie two-

rzy rodziny krzywych, które mog¹ byæ liniowe, logarytmiczne lub ba-

zuj¹ce na liœcie zmian wartoœci wybranych elementów b¹dŸ tempe-

ratur uk³adów.

Wprowadzanie danych dla wszystkich analiz SPICEa odbywa siê dro-

g¹ wype³niania prostych formularzy dialogowych _ nie jest wymagana

znajomoœæ zformalizowanego jêzyka SPICE!.

(max)

n

Rys. 2. Ekran symulatora IsSpice

Rys. 3. Przebiegi z postprocesora graficznego IntuScope