Топ программ для моделирования электронных схем

Содержание

Circuit Diagram — программа для создания (рисования) принципиальных схем и последующего сохранения их в формате PNG или SVG.

EAGLE Layout Editor

Приложение для разработки и проектирования печатных монтажных плат, широко используемых как в радиоэлектронике, так и в компьютерной технике.

EasyEDA

Oблачная платформа для рисования и симуляции схем, разводки печатных плат и прочее. gEDA — это набор инструментов для разработки электронных схем.
Состоит из программы схемотехнического моделирования, генератора таблиц соединений, модуля проверки символов, и ряда утилит.

Gneural Network

В рамках проекта Gneural Network развивается система моделирования работы нейронной сети, подходящая для решения задач машинного обучения.

gschem

gschem – программа для разработки принципиальных схем электротехнических устройств — редактор схем (Schematic capture), разработки Ales Hvezda.

KiCad

Приложение для разработки электрических схем и печатных плат.

DCACLab — онлайн симулятор электрических схем

Meterbridge

Визуализаторы сигнала воспроизводящие облик аналоговых измерителей уровня. Qucs (Quite Universal Circuit Simulator — Целиком Универсальный Симулятор Цепей) — программа для симулирования всех видов электрических цепей с графическим QT интерфейсом.

TkGate

TkGate — это управляемая событиями программа моделирования электронных схем с графическим редактором, основанным на TCL/Tk. Поддерживает широкий диапазон простейших электронных компонентов, также определенные пользователем модули для многоуровневой разработки. Источник

Выпущен Xyce 6.3, открытый симулятор электронных схем

Xyce — кроссплатформенный (Linux, Mac, Windows) SPICE-совместимый симулятор электронных схем, распространяемый по лицензии GPLv3. Xyce разрабатывается Сандийискими национальными лабораториями (США). На прошлой неделе вышла новая версия данного симулятора.

моделирование многотонового гармонического баланса;
шумовое моделирование (.NOISE);
модели четырёхполюсников для анализа сетей распределения электроэнергии (powergrids);
модель мемристора;
модели транзисторов MEXTRAM-504 и BSIM-610;
возможность постпроцессинга данных симуляции из PRN-файлов;
исправлены ошибки.

Для русских название проекта смешное.

Графического интерфейса у симулятора нет.

пожалуйста, не разводите троллинг насчет названия, ладно?

По вопросам о графическом интерфейсе всем отвечу, что можно использовать симулятор Qucs с набором патчей spice4qucs, который реализует поддержку в Qucs SPICE-совместимых симуляторов. В первую очередь это касается Ngspice (широко известный консольный SPICE-совместимый open-source симулятор), но Xyce тоже поддерживается.

Этот набор патчей официально не принят в апстрим Qucs. Но доступны неофициальные сборки (серия «S»), с поддержкой данной функции.

Micro-Cap — Программа для моделирования схем электрических цепей. Ссылка на программу в описании

Как раз сегодня я выпустил снапшоты Qucs-0.0.19S-rc2, которые можно скачать здесь https://github.com/ra3xdh/qucs/releases/tag/0.0.19S-rc2

Документация для spice4qucs (на английиском языке) находится здесь: https://qucs-help.readthedocs.org/en/spice4qucs/

Название, конечно, у данного программного средства как будто специально придумывали, чтобы им русские не пользовались. Но тем не менее призываю комментировать только техническую сторону вопроса, а не «благозвучность» названия.

Как оно вообще с сравнении с ng-spice? Стоит проходить квест по сборке?

Очень сложно сдержаться, но постараюсь.

Эпичное не нужно, говорю не ради хохмы. Приходится по работе иногда пользоваться симуляцией, так быстрее, дешевле, порой понятней, особенно если доступны модели компонентов от производителя.

Проблема номер раз, железячники в гробу видели писать портянки, они схемы привыкли черкать.

Проблема номер два, «есть 15 конкурирующих стандартов, давайте запилим один универсальный. прошел год. есть шестнадцать конкурирующих стандартов»

Проблема номер три, когда до них дойдет гуйню запилят и о боже, ее будут писать программисты, человека который этим ползуется для реальной работы как всегда не найдут.

Исследовательский интерес представляет, удобство в повседневных разработках с трудом. Возможно что-то изменится, но вот уже почти 20 лет жду когда железяка за меня посчитает, а все никак.

А Вы случайно не автор недавней статьи о QUCS на хабре?

Расскажите чем это отличается от MicroCap

для человека который этим самым микрокапом только и пользовался.

Дык, эта. Если у нее гуя нет, то это для кого инструмент?

Для себя они, наверное, гуй имеют, а расчетную часть отдали сообществу для того чтобы красиво выглядеть.

Название, конечно, у данного программного средства как будто специально придумывали, чтобы им русские не пользовались

да ладно, у русских тоже полно известных слов со смешным или мерзким смыслом для иностранцев

Для обычного человека преимуществ по сравнению с Ngpsice пока нет. Использовать Xyce следует в следующих случаях: 1. Исследовательский проект. Нужно обеспечить научную новизну, инновации и т.п. 2. Если нужны симуляции и модели, которых нет в Ngspice (например гармонический баланс) 3. Если нужны параллельные вычисления через openMPI. Авторы Xyce как раз напирают на использование версии с openMPI 4. Специализированный самодельный софт, в который нужно встроить симулятор.

Недостаток по сравнению с Ngspice — отсутсвие постпроцессора (наподобие Ngnutmeg).

Квест по сборке проходить скорее всего не нужно, так как пакет должен переконвертироваться при помощи alien’а в Debian-образных (не проверял). У меня на Slackware всё сконвертировалось при помощи rp2tgz и всё работает как положено.

Qucs — open-source САПР для моделирования электронных схем

В настоящее время существует не так уж и много open-source САПР. Тем не менее, среди САПР для электроники (EDA) есть весьма достойные продукты. Этот пост будет посвящён моделировщику электронных схем с открытым исходным кодом Qucs. Qucs написан на С++ с использованием фреймворка Qt4. Qucs является кроссплатформенным и выпущен для ОС Linux, Windows и MacOS.

Разработку данной САПР начали в 2004 году немцы Michael Margraf и Stefan Jahn (в настоящее время не активны). Сейчас Qucs разрабатывается интернациональной командой, в которую вхожу и я. Руководителями проекта являются Frans Schreuder и Guilherme Torri. Под катом будет рассказано о ключевых возможностях нашего моделировщика схем, его преимуществах и недостатках по сравнению с аналогами.

Главное окно программы показано на скриншоте. Там смоделирован резонансный усилитель на полевом транзисторе и получены осциллограммы напряжения на входе и выходе и также АЧХ.

Как видно, интерфейс интуитивно понятен. Центральную часть окна занимает собственно моделируемая схема. Компоненты размещаются на схеме методом перетаскивания из левой части окна. Виды моделирования и уравнения также являются особыми компонентами. Более подробно принципы редактирования схем описаны в документации к программе.

Формат схемного файла Qucs основан на XML и к нему поставляется документация. Поэтому схема Qucs может быть легко сгенерирована сторонними программами. Это позволяет создавать ПО для синтеза схем, которое является расширением Qucs. Проприетарное ПО как правило использует бинарные форматы.

Перечислим основные компоненты, имеющиеся в Qucs:

Пассивные RCL-компоненты
Диоды
Биполярные транзисторы
Полевые транзисторы (JFET, MOSFET, MESFET и СВЧ-транзисторы)
Идеальные ОУ
Коаксиальные и микрополосковые линии
Библиотечные компоненты: транзисторы, диоды и микросхемы
Файловые компоненты: подсхемы, spice-подсхемы, компоненты Verilog

Библиотека компонентов использует собственный формат, основанный на XML. Но можно импортировать существующие библиотеки компонентов, основанные на Spice (приводятся в даташитах на электронные компоненты).

Поддерживаются следующие виды моделирования:

Моделирование рабочей точки на постоянном токе
Моделирование в частотной области на переменном токе
Моделирование переходного процесса во временной области
Моделирование S-параметров
Параметрический анализ

Результаты моделирования можно экспортировать в Octave/Matlab и выполнить там постобработку данных.

Qucs основан на вновь разработанном движке схемотехнического моделирования. Отличительной особенностью этого движка является встроенная возможность моделирования S-параметров и КСВ, что важно для анализа ВЧ-схем. Qucs может пересчитывать S-параметры в Y- и Z-параметры.

На скриншотах показан пример моделирования S-параметров широкополосного усилителя высокой частоты.

Итак, отличительной особенностью Qucs является возможность анализа комплексных частотных характеристик (КЧХ), построение графиков на комплексной плоскости и диаграмм Смита, анализ комплексных сопротивлений и S-параметров. Эти возможности отсутствуют в проприетарных системах MicroCAP и MultiSim, и здесь Qucs даже превосходит коммерческое ПО и позволяет получить недостижимые для симуляторов электронных схем, основанных на Spice результаты.

Недостатком Qucs является малое количество библиотечных компонентов. Но этот недостаток не является препятствием к использованию, так как Qucs совместим с форматом Spice в котором приводятся модели электронных компонентов в даташитах. Также моделировщик работает медленнее, чем аналогичные Spice-совместимые моделировщики (например MicroCAP (проприетарный) или Ngspice (open-source)).

В настоящее время мы работаем над возможностью предоставления пользователю выбора движка для моделирования схемы. Можно будет использовать встроенный движок Qucs, Ngspice (spice-совместимый консольный моделировщик, похожий на PSpice) или Xyce (моделировщик с поддержкой параллельных вычислений через OpenMPI )

Теперь рассмотрим перечень нововведений в недавнем релизе Qucs 0.0.18 перспективных направлений в разработке Qucs:

Улучшена совместимость с Verilog
Продолжается портирование интерфейса на Qt4
Реализован список недавних открытых документов в главном меню.
Реализован экспорт графиков, схем в растровые и векторные форматы: PNG, JPEG, PDF, EPS, SVG, PDF+LaTeX. Эта функция полезна при подготовке статей и отчётов, содержащих результаты моделирования
Возможность открытия документа схемы из будущей версии программы.
Исправлены баги, связанные с зависанием моделировщика при определённых условиях.
Ведётся разработка системы синтеза активных фильтров для Qucs (ожидается в версии 0.0.19)
Ведётся разработка сопряжения с прочими open-source движками для моделирования электронных схем (Ngspice, Xyce, Gnucap). В последующих версиях будет добавлена возможность выбора движка для моделирования схемы.

Выбор программ для моделирования кондуктивной помехоэмиссии в питающую сеть силовыми преобразователями

В настоящее время существует множество прикладных программ для моделирования электрических схем, например MATLAB, SwitcherCAD, QUCS, NI Multisim и т. д. С их помощью можно смоделировать большинство схем, поскольку то, чего не может одна моделирующая среда, сможет другая. Таким образом, используя два–три инструмента, можно перекрыть все потребности инженеров-разработчиков. Однако существуют и специфические потребности, к примеру, моделирование помехоэмиссии по цепям питания. Статья посвящена поиску наиболее удобного и точного инструментария, позволяющего исследовать уровень кондуктивной помехоэмиссии силовыми преобразователями в питающую сеть.

Поскольку вопрос электромагнитной совместимости (ЭМС) все острее встает перед разработчиками при проектировании электронных устройств (ЭУ), появляется необходимость в программном обеспечении (ПО), позволяющем облегчить задачу такого рода. Исследования на модели ЭУ проводить гораздо дешевле, чем на опытном образце, поскольку:

для проведения испытаний не требуется дорогостоящее оборудование и квалифицированный персонал;
на стадии проектирования есть возможность уменьшить уровень электромагнитных помех (ЭМП) ЭУ схемотехническими методами, не прибегая к дополнительным, усложняющим схему многозвенным фильтрам;
всегда существует вероятность выхода из строя ЭУ в процессе испытаний.

Условия эксперимента

В качестве объекта исследования был взят непосредственный одноключевой преобразователь повышающего типа (рис. 1). В качестве метода исследования программного продукта на адекватность моделирования выбран метод сопоставления результатов исследований натурного образца и результатов моделирования аналогичной схемы в соответствующем программном пакете. Собранный по рис. 1 макет преобразователя исследовался на уровень кондуктивных электромагнитных помех по методике ГОСТ Р 51318.15-99, измерительные приборы соответствуют ГОСТ Р 51319-99.

Схема макета преобразователя

Рис. 1. Схема макета преобразователя

Преобразователь такого класса может работать в режимах непрерывного и прерывистого тока дросселя. Исследования были проведены на макете в режиме прерывистого тока. Для анализа частотной области радиопомех исследования были проведены при частотах работы преобразователя 20 и 50 кГц. При этом величиной индуктивности L1 задавались как режим работы преобразователя, так и значение коммутируемого тока (таблица).

Таблица. Параметры значений частоты и индуктивности

Параметр	Значение
Ток коммутации Iк, А	4	2,3	1,92
Частота преобразования fпр, кГц	20	20	50
Индуктивность дросселя L1, мкГн	50	85	50
Мощность нагрузки Pн, Вт	≃25 Вт

В процессе экспериментов при изменении параметров схемы неизменной оставалась мощность нагрузки. Диаграммы рис. 2 иллюстрируют режим прерывистого тока преобразователя при токе коммутации 1,92 А.

Диаграммы

Рис. 2. Диаграммы (режим прерывистого тока преобразователя при токе коммутации 1,92 А)

Чтобы получить результаты моделирования ЭМП, близкие к данным, полученным в ходе выполнения экспериментов, необходимо учитывать многие паразитные параметры электрической схемы и ее компонентов, такие как емкости переходов в полупроводниковых элементах, времена рассасывания неосновых носителей, сопротивление каналов, емкости и индуктивности проводов и дорожек на печатных платах и т. д. Однако основными источниками ЭМП в электронных устройствах являются ключевые переключающие компоненты: транзисторы и диоды. В процессе исследований были учтены следующие паразитные параметры компонентов: омическое сопротивление затвора, истока и стока; пороговое напряжение; максимальная и минимальная нелинейная емкость затвор–сток; емкость затвор–исток; емкость перехода внутреннего диода; ток насыщения внутреннего диода и его сопротивление; суммарный заряд затвора и т. д. Значения этих параметров задавались в соответствии с параметрами реальных компонентов макета.

На основании описанного в литературе функционала были выделены три программных продукта: MATLAB, NI Multisim и SwitcherCAD. В каждом из них было проведено исследование схемы (рис. 1) в одном из указанных ранее режимов, результаты моделирования сопоставлялись с результатами исследования макета в этом режиме как во временной, так и в частотной области.

Полученные результаты

MATLAB — пакет прикладных программ для решения задач технических вычислений. Среда моделирования обладает довольно обширными возможностями для проведения различных исследований электрических схем, существует возможность выбора метода решений дифференциальных уравнений. Однако есть и недостатки, к которым относится значительное время моделирования, невозможность использования реальных компонентов для анализа коммутационных процессов, а также необходимость покупки лицензии. Моделирование в программном пакете MATLAB не позволило получить результаты, сопоставимые с экспериментальными данными, ни во временной, ни в частотной области.

NI Multisim (ранее MultiSIM) представляет собой пакет из программ для моделирования электронных схем, а также построения электронных схем и их последующей разводки. Данная моделирующая среда имеет большую библиотеку реальных электронных компонентов и электронных средств измерения. Это позволяет достичь наиболее достоверных результатов.

Выводы

В ходе проведенной работы были протестированы моделирующие программы на возможность измерения кондуктивной помехоэмиссии. Полученные данные не отражают всей специфики реальных испытаний, однако результаты моделирования в SwitcherCAD полностью удовлетворяют предварительным (оценочным) исследованиям. По результатам исследования можно рекомендовать SwitcherCAD как среду наиболее простую, понятную и адекватно справляющуюся с поставленной задачей. К тому же, согласно [1], SwitcherCAD является наиболее быстрой средой для расчета.

Востриков А. В., Абрамешин А. Е. Тестирование коммерческого программного обеспечения для моделирования и анализа эквивалентных электрических схем космических аппаратов // Технологии ЭМС. 2012. № 1(40).

Источник: power-e.ru