設(shè)計(jì)仿真軟件究竟有多重要？看這款PSpice的魅力！

集成電路的日新月異，社會(huì)和產(chǎn)業(yè)對芯片的重視程度不可往日而語。集成電路中EDA和電路仿真軟件是重要組成一環(huán)，工欲善其事必先利其器，設(shè)計(jì)再精心的集成電路離開了仿真軟件效率就會(huì)大打折扣。

Cadence作為老牌EDA和仿真軟件，與Synopsys、Mentor并稱為“EDA三巨頭”。日前，TI（德州儀器）發(fā)布了Cadence設(shè)計(jì)系統(tǒng)公司的PSpice仿真器的新型定制版本。21ic中國電子網(wǎng)受邀參加此次發(fā)布的線上溝通交流會(huì)，揭秘PSpice for TI的與眾不同。

專為TI設(shè)計(jì)的仿真軟件

仿真軟件技術(shù)擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，幾乎成為電子工程師的必修課。究其原因，主要在于仿真軟件可以讓工程師快速驗(yàn)證設(shè)計(jì)電路的缺陷進(jìn)而在虛擬界面直接修改設(shè)計(jì)，另一方面，完備的器件庫可以在采購前可以快速測試各個(gè)器件的性能。

SPICE（Simulation program with integrated circuit emphasis）軟件誕生于1972年，起初這個(gè)仿真器軟件是利用FORTRAN語言開發(fā)而成，而后SPICE成為了一個(gè)開放式標(biāo)準(zhǔn)。

而PSpice（全名Allegro PSpice System Designer）則緣起于1984年，自此不斷添加許多重要特性，包括高級(jí)分析功能、模型編輯和創(chuàng)建功能。Cadence OrCAD 系列和渠道合作伙伴業(yè)務(wù)開發(fā)產(chǎn)品管理總監(jiān)Kishore Karnane告訴記者，多年來Cadence持續(xù)提高性能和融合度，而PSpice for TI是其在悠久歷史中的最新功能。

“由于PSpice的成熟和擴(kuò)展功能，被行業(yè)一致認(rèn)為是最精確的基于SPICE的模擬器之一。大多數(shù)IC制造商都提供SPICE模型以便快速開始仿真，另一方面制造商也使用PSpice驗(yàn)證其SPICE模型”，Kishore Karnane如是介紹。

現(xiàn)如今，PSpice已廣泛用于汽車、醫(yī)療保健、工業(yè)、電源管理、消費(fèi)者等領(lǐng)域，雖然PSpice主要是用于板級(jí)仿真，但同時(shí)這一模擬器也能與Cadence-virtuoso、Allegro、OrCAD PCB設(shè)計(jì)及流程緊密集成，從而使得客戶能夠?qū)崿F(xiàn)從芯片到封裝再到板級(jí)的集成的開發(fā)環(huán)境。

根據(jù)他的介紹，PSpice的商業(yè)版本支持從數(shù)學(xué)函數(shù)到行為建模再到systemC、Matlab、Simulink模型等多個(gè)域的仿真模型，如今PSpice的商業(yè)版本已經(jīng)擁有來自各個(gè)IC制造商的34000多款仿真模型，因此客戶可以輕松升級(jí)到高級(jí)建模功能以及分析功能，這些功能可以幫助他們降低設(shè)計(jì)成本提高可靠性、良率以及產(chǎn)量。

本次發(fā)布的PSpice for TI正如其名，是基于PSpice最新版本17.4專門為TI器件定制的特別版本。此前TI也曾多次強(qiáng)調(diào)整體器件性能，與普通版本的PSpice不同，全新定制版更加注重TI現(xiàn)有產(chǎn)品庫的相關(guān)性能，無需客戶手動(dòng)更新便可直接調(diào)用TI相關(guān)器件。

PSpice和TI器件是雙向升級(jí)的。一方面，正因?yàn)镻Spice for TI的基礎(chǔ)版本是PSpice的最新版本，意味著設(shè)計(jì)者在軟件上的初步設(shè)計(jì)可以很好地兼容Cadence的所有其他工具。而從Cadence的角度來講，在升級(jí)PSpice版本時(shí)，也會(huì)同步升級(jí)TI專用工具的版本。另一方面，在TI官方庫有所升級(jí)時(shí)，新產(chǎn)品的模型及相關(guān)更新也會(huì)同步至PSpice for TI的模型庫之中。

需要注意的是，要與PSpice for TI與PSpice商業(yè)版進(jìn)行區(qū)別，前者屬于針對TI器件模型庫的免費(fèi)版，包含5700種產(chǎn)品的內(nèi)置模型庫；后者則是擁有PSpice全系列功能的全功能版本，包含現(xiàn)有所有IC廠商的元器件庫。正因?yàn)镻Spice for TI是免費(fèi)版，因此可以廣泛應(yīng)用在教育領(lǐng)域、公司設(shè)計(jì)、工程師之間。

執(zhí)著仿真軟件的背后

事實(shí)上，仿真軟件設(shè)計(jì)擁有成本節(jié)約的獨(dú)特“魔力”。具體來說，利用仿真軟件可以快速布局、自動(dòng)優(yōu)化方案、刪減多余器件種類數(shù)量等，對于整體方案來說，性能和成本哪個(gè)都不妥協(xié)。

而從調(diào)試方面來說，PSpice for TI使設(shè)計(jì)人員能夠在原型設(shè)計(jì)之前全面驗(yàn)證系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)，從而降低電路錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。高級(jí)功能包括自動(dòng)測量和后處理，以及蒙特卡洛和最壞情況分析。只需單擊幾下，工程師即可借助這些功能在各類工作條件和器件容差范圍內(nèi)全面驗(yàn)證其設(shè)計(jì)。此外，同步庫更新可將最新TI模型自動(dòng)交付到工具中，無需手動(dòng)導(dǎo)入。

上文也有提到PSpice for TI是基于最新版本的PSpice，因此在PSpice for TI中完成對模擬設(shè)計(jì)的驗(yàn)證后，用戶可在PSpice Designer商業(yè)版本中打開設(shè)計(jì)，然后將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移到如OrCAD/Allegro PCB Designer等其他Cadence印刷電路板（PCB）工具，無需重新創(chuàng)建他們的示意圖。

對于工程師來說，EMI/EMC、信噪比、可靠性一直來說對于工程師是塊難啃的硬骨頭。從功能上來說，Cadence可在PSpice for TI中執(zhí)行SNR分析和進(jìn)行EMI仿真。不過需要注意的是，EMC需要實(shí)驗(yàn)室測試，PSpice的商業(yè)版本提供了可靠性和諸如煙霧分析等可靠性分析功能。

根據(jù)Cadence的介紹，PSpice全功能版本還有幾點(diǎn)不同，一個(gè)是應(yīng)力測試，可幫助客戶提前了解到整個(gè)設(shè)計(jì)中最主要的應(yīng)力需要提高的點(diǎn)在哪里；二是可支持用戶的定制版本，通過這樣客戶可以更好的了解對于輸入輸出等仿真特性的要求；三是可通過數(shù)據(jù)手冊上的器件性能自行創(chuàng)建器件模型導(dǎo)入仿真；四是高級(jí)仿真功能和高級(jí)蒙特卡洛分析功能。

為什么一定要使用Cadence的PSpice Designer？TI方面認(rèn)為，Cadence擁有諸多優(yōu)勢，行業(yè)認(rèn)可度、客熟悉度、泛用性上均擁有深遠(yuǎn)的影響力。另外，TI還看到Cadence的PCB和布局工具在行業(yè)的廣泛應(yīng)用，這簡化了從仿真、原型到布局的過渡。

德州儀器（TI）Tucson線性放大器產(chǎn)品線負(fù)責(zé)人John well則為記者解釋TI為何如此執(zhí)著仿真軟件這項(xiàng)技術(shù)。他表示，仿真程序數(shù)十年來一直是工程師的“好幫手”，為設(shè)計(jì)解決硬件問題，實(shí)際上每一位設(shè)計(jì)工程師也都將SPICE作為設(shè)計(jì)過程的一部分。SPICE仿真具有三個(gè)重要優(yōu)勢：

1、器件評(píng)價(jià)：通過SPICE仿真客戶可在實(shí)際器件或電路應(yīng)用前測量產(chǎn)品在特定應(yīng)用中的性能。

2、設(shè)計(jì)驗(yàn)證：構(gòu)建物理原型之前，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師和工程師可在仿真電路板或SPICE模型上測試系統(tǒng)各類條件下運(yùn)行情況，諸如整個(gè)系統(tǒng)不同溫度和器件容差下的性能。

3、設(shè)計(jì)調(diào)試：當(dāng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)與理想不一致時(shí)，可以通過仿真幫助解決設(shè)計(jì)中遇到的問題或漏洞。

事實(shí)上，留給設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)時(shí)間越來越少，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間、加速上市成為了現(xiàn)在行業(yè)的流行趨勢。因此，工程師迫切需要仿真工具測試新的設(shè)計(jì)概念、加速產(chǎn)品開發(fā)、證明法規(guī)遵從性。“我們也發(fā)現(xiàn)，工程師期望擁有更高級(jí)的仿真工具，以幫助客戶加速進(jìn)展，無需等待原件PCB或?qū)嶒?yàn)設(shè)備運(yùn)行高級(jí)分析，從而減少設(shè)計(jì)中電路錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)”，John well如是說。

“TI之所以對仿真保持熱情并成為追求的目標(biāo)和策略，是因?yàn)橄Ｍ麨榭蛻籼峁┰O(shè)計(jì)周期每個(gè)階段的最佳設(shè)計(jì)資源”，PSpice for TI是就是這樣一款基于廣受青睞的PSpice仿真器的企業(yè)級(jí)工具。

TI的生態(tài)圈逐漸完善

通過布局仿真軟件，TI的生態(tài)圖逐漸完善，包括從器件到后服務(wù)的全生命周期服務(wù)。具體包括電源器件、TI.com、設(shè)計(jì)軟件、仿真模擬、TI E2E?技術(shù)支持等。

“TI的目標(biāo)和策略是提供更佳的設(shè)計(jì)工具和資源，以在設(shè)計(jì)過程每個(gè)階段為客戶提供幫助。多年以來TI一直在踐行此目標(biāo)——從提供幫助工程師學(xué)習(xí)新技能的大量教學(xué)材料和視頻，到在頭腦風(fēng)暴階段幫助客戶的參考設(shè)計(jì)和零件選擇工具，再到提供幫助工程師進(jìn)行原型和仿真的軟件工具和計(jì)算器?！?

通過德州儀器（TI）線性電源低壓 LDO 產(chǎn)品線主管Ian Williams的演示，PSpice for TI的上手非常簡單，且不說工程師對于PSpice的熟悉度，界面中不僅直接包含相關(guān)培訓(xùn)視頻，還可憑借TI E2E論壇在線直接解答。這便充分體現(xiàn)了完整生態(tài)和后服務(wù)的重要性。

此前，21ic中國電子網(wǎng)也多次報(bào)道TI在企業(yè)社會(huì)責(zé)任的貢獻(xiàn)。值得一提的是，PSpice for TI為基礎(chǔ)的開發(fā)課程也在“”TI大學(xué)合作教育和下一代工程師培訓(xùn)”藍(lán)圖之中，并將繼續(xù)讓學(xué)生和老師使用這款工具。

不過，熟悉TI的一定聽說過WEBENCH Tool這一款軟件，實(shí)際上這一軟件與PSpice for TI是有一定區(qū)別的。

WEBENCH Tool是幫助客戶設(shè)計(jì)時(shí)非常好的出發(fā)點(diǎn)，通過WEBENCH Tool可以快速的得到電路結(jié)構(gòu)以及初始器件值?？蛻艨梢詫⑦@個(gè)設(shè)計(jì)以及初始器件值帶入到PSpice for TI進(jìn)行更復(fù)雜更高性能的仿真，比如設(shè)計(jì)在針對不同的器件容差和不同溫度范圍內(nèi)的表現(xiàn)特性。

所以，簡單來說WEBENCH Tool可以作為開始的選項(xiàng)，之后憑借PSpice for TI進(jìn)行更高級(jí)的仿真。WEBENCH Tool主要偏重在電源設(shè)計(jì)方面，PSpice for TI工具則不僅可以覆蓋電源方面還可以覆蓋模擬信號(hào)鏈產(chǎn)品。

記者認(rèn)為，生態(tài)逐漸完善的TI，正在將電源設(shè)計(jì)推向另一個(gè)維度，即整體生態(tài)的全生命周期設(shè)計(jì)。一方面，器件越來越完善，提供整套方案所需的器件可為用戶提供最為堅(jiān)固穩(wěn)定、成本集約的優(yōu)勢；另一方面，軟件生態(tài)和技術(shù)后服務(wù)的完整生態(tài)，為工程師和設(shè)計(jì)師提供了完整不可比擬的設(shè)計(jì)鏈，而這種設(shè)計(jì)鏈不僅可以向內(nèi)兼容，還可以向外兼容（Cadence-virtuoso、Allegro、OrCAD PCB）。在講究生態(tài)現(xiàn)如今，TI所建設(shè)的生態(tài)園正在逐漸盛開。