Wider das Durchwursteln!
Schaltungssimulation als Entwicklungsbeschleuniger
Wenn planmäßige Prozesse dauerhaft zeitlich problematisch werden, wandelt sich das bewusste Entwickeln schnell zum reinen »Durchwursteln«. Eine probate Möglichkeit, die Entwicklungszeiten zu verkürzen, ist die Schaltungssimulation mit SPICE. Schulungen zu diesem Thema gibt es beispielsweise beim Spezialdistributor setron – auf Wunsch auch vor Ort beim Kunden.
Warum Hardware simulieren? Die Antwort liegt laut Oliver Block, Marcom Manager von setron, auf der Hand: »Gerade während der intensiven Entwurfsphase lassen sich durch den Einsatz von Simulationen bei Korrekturen oder Änderungen enorm Kosten sparen. Außerdem können neue Features ohne Prototypenaufbau bis ins letzte Detail hinein ausgetestet werden, bevor überhaupt eine Leiterplatte gefertigt wird.« Die Simulation eignet sich daher nicht nur für professionelle Entwickler, sondern auch für Studenten und bietet in der Lehre allgemein völlig neue kreative Möglichkeiten.
SPICE gilt als Industriestandard für Schaltungssimulationsprogramme. Die Grundlage ist das Simulationsprogramm SPICE 3 der Universität Berkeley. Es wurde noch vor 1980 entwickelt, und die eigentliche SPICE-Engine hat viele Erweiterungen und Umsetzungen seitens Benutzerinterface erfahren. Professionelle Simulationsprogramme werden meist mit einem CAD-Programm für Leiterplatten kombiniert, damit die komplette Schaltung hinterher auf der entworfenen Platine ausgetestet werden kann. »Selbstverständlich lassen sich dabei die Mischung von Analog- und Digitalschaltkreisen, die Ermittlung der EMV-Störstrahlung oder das gegenseitige Übersprechen der Leiterbahnen komplett simulieren«, erklärt Block. Normalerweise kosten solche Programme viel Geld. Außerdem ist die Zahl der maximal verwendbaren Bauteile oder sogar der Schalt- bzw. Platinengröße eingeschränkt. Als sehr empfehlenswert bezeichnet Block LTspice IV, »weil das Programm leistungsfähig und gut bedienbar ist und keine empfindlichen Beschränkungen bei der eigentlichen Schaltungssimulation aufweist«. Noch dazu ist es kostenlos zu haben.
LTspice IV: intuitiv erlernbare Benutzeroberfläche
LTspice IV ist im Kern eine SPICE-Variante und hat den vorrangigen Zweck, Schaltnetzteilen auf Board-Level zu simulieren. Das Programm kann aber wegen seiner hohen Flexibilität für viele andere Anwendungen als Netzwerksimulationsprogramm – Circuit Simulator – eingesetzt werden. Wo liegen die besonderen Vorteile dieses Programms? Es hat eine intuitiv erlernbare Benutzeroberfläche, Modell- und Parameterbibliotheken lassen sich recht einfach integrieren. »Die internen Software-Erweiterungen des SPICE-Codes bieten eine optimierte transiente Simulation komplexer Schaltregler-Systeme auf einer Zyklus-für-Zyklus-Basis«, beschreibt Block.
Der Simulator kann außerdem den Wirkungsgrad des Schaltkreises berechnen und für Demonstrationsschaltkreise eine Materialliste erzeugen. Ein System zur Schaltplaneingabe mit vollem Funktionsumfang erlaubt eine einfache Eingabe der Schaltungen. Zur Simulation werden die Schaltkreismodelle im Schaltbild dynamisch miteinander verbunden. Die Bauelemente können auf der Schaltkreis-Seite leicht geändert werden. Mit der Signalform-Anzeige sind sowohl der Strom als auch die Spannung aller Bauelemente des Schaltkreises darstellbar. Neben dem Kurvenverlauf des Signals ist auch ein Hilfsprogramm zur Signalform-Berechnung enthalten, mit dem eine Manipulation der Daten möglich ist.
Die Eingabe der Schaltung erfolgt über ein Schematic-Capture-Werkzeug. Die gezeichnete Schaltung, in die auch die relevanten SPICE-Kommandos eingetragen werden, wird beim Starten des Simulators in eine Circuit-Datei umgewandelt und diese dann dem Simulator übergeben. Die Ergebnisse lassen sich anschließend als Kurven darstellen. »Sehr hilfreich ist dabei die Möglichkeit, in der Schaltung mit der Maus auf einen Knoten zu zeigen und das Knotenpotential sofort grafisch dargestellt zu bekommen», erläutert Block. Ähnliches gilt auch für Ströme durch Bauteile. Im Ergebnisplot sind außerdem »Cursor-Messungen« möglich. Auch mathematische Rechenoperationen lassen sich einbinden.
Die neue Seminarreihe LTspice IV von setron ist derzeit in Planung. Nähere Auskünfte hierzu und zu den Konditionen für Vor-Ort-Schulungen erteilt Oliver Block unter Oliver.Block@setron.de.
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