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2020.05.12 シミュレーション

まとめ

電子回路シミュレーションの基礎

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今回で、「電子回路シミュレーションの基礎」は終了となります。最後にまとめとして、各記事のキーポイントを一覧にしました。

電子回路シミュレーションの基礎

  1. SPICEとは

    キーポイント

    ・電子回路の設計や評価において、ソフトウェアによるシミュレーションが広く利用されている。

    ・ソフトウェアによるシミュレーションにより、簡単かつ迅速に評価が可能で開発の工数と時間を削減できる。

    ・Spiceベースにした様々なシミュレータが入手可能。

  2. SPICEシミュレータとSPICEモデル

    キーポイント

    ・シミュレータベンダーによって無償版を提供しており、ダウンロードして利用可能。

    ・ICなどを使った回路シミュレーションを行うには、そのデバイスのパラメータ情報を提供するSPICEモデルが必要。

    ・SPICEモデルは各メーカーがウェブサイトを通じてダウンロード提供していることが多い。

  3. 過渡解析、AC解析、DC解析とは?:SPICEシミュレーションの種類

    キーポイント

    ・SPICEベースのシミュレータはDC解析、AC解析、過渡解析、モンテカルロ、Sパラメータ、フーリエ解析、ノイズ解析などの機能を備えている。

    ・DC解析、AC解析、過渡解析、モンテカルロは、ほとんどのシミュレータソフトウェアに搭載されている。

  4. SPICEシミュレーションの種類:モンテカルロ

    キーポイント

    ・SPICEベースのシミュレータはDC解析、AC解析、過渡解析、モンテカルロ、Sパラメータ、フーリエ解析、ノイズ解析などの機能を備えている。

    ・モンテカルロは、シミュレーションや数値計算を乱数を用いて行う手法の総称で、部品のばらつきを考慮する。

    ・モンテカルロの設定はシミュレータによって異なる。

  5. SPICEシミュレーションの収束性と安定性

    キーポイント

    ・SPICEベースのシミュレータで、解析エラーや結果が安定しない場合は、収束性や安定性の問題が考えられる。

    ・収束性や安定性はSPICEシミュレータの設定を変更することで回避できる場合がある。

    ・デバイスモデルに欠陥がある場合は、ユーザーサイドで解決するのは困難である。

  6. SPICEモデルの種類

    キーポイント

    ・SPICEモデルの形式には、「デバイスモデル」と「サブサーキットモデル」の2種類がある。

    ・デバイスモデルは、基本的にトランジスタやダイオードなどの素子のモデル。

    ・サブサーキットモデルは、基本的にデバイスモデルの組み合わせ。

  7. SPICEデバイスモデル:ダイオードの例 その1

    キーポイント

    ・SPICEモデルの形式には、「デバイスモデル」と「サブサーキットモデル」の2種類がある。

    ・SPICEデバイスモデルでは、モデルの各パラメータ値を設定する。

  8. SPICEデバイスモデル:ダイオードの例 その2

    キーポイント

    ・SPICEモデルの形式には、「デバイスモデル」と「サブサーキットモデル」の2種類がある。

    ・デバイスモデルのパラメータ値を変更することで特性を調整できる。

    ・デバイスモデルは理論式に基づくので、シミュレーションは式が表せる範囲の結果になる(実際と異なる場合がある)。

  9. SPICEサブサーキットモデル:MOSFETの例 その1

    キーポイント

    ・SPICEモデルの形式には、「デバイスモデル」と「サブサーキットモデル」の2種類がある。

    ・サブサーキットモデルは、接続情報やデバイスモデルからなる。

    ・サブサーキットモデルは、理想特性的なデバイスモデルに現実的な特性をもたせたり、特定機能の回路などを構成できる。

  10. SPICEサブサーキットモデル:MOSFETの例 その2

    キーポイント

    ・SPICEモデルの形式には、「デバイスモデル」と「サブサーキットモデル」の2種類がある。

    ・サブサーキットモデルは、接続情報やデバイスモデルからなる。

    ・サブサーキットモデルは、理想特性的なデバイスモデルに現実的な特性をもたせたり、特定機能の回路などを構成できる。

  11. SPICEサブサーキットモデル:数式を用いたモデル

    キーポイント

    ・サブサーキットモデルには、デバイスモデルの複合の他に数式からなるモデルもある。

    ・デバイスの特性に合わせて数式を調整できるので再現性は高い。

    ・モデルが複雑なので、シミュレーション時間が長くなったり、収束エラーになりやすい。

  12. サーマルモデル(Thermal Model)とは

    キーポイント

    ・SPICEモデルには、熱に関するシミュレーションを行うためのサーマルモデル(Thermal Model)がある。

    ・サーマルモデルとは、熱回路の計算を電気回路上で行うための過渡熱抵抗に相当する電気回路のモデル。

    ・消費電力Pdを電流Iとして、熱モデルRthに印加することで、ジャンクション温度Tjを電圧としてモニタすることができる。

  13. サーマルダイナミックモデル(Thermal Dynamic Model)とは

    キーポイント

    ・サーマルダイナミックモデルは、サーマルモデルを内蔵し自己発熱により特性が変化するSPICEモデル。

    ・サーマルダイナミックモデルは、デバイスのサブサーキットモデルにサーマルモデルが付加されたモデルである。

    ・内蔵されているサーマルモデルでTjを算出し、そのTjをデバイスの電気特性に反映する。

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