Schaltungssimu­lation und -modellierung

1. Teil des Moduls Schaltungssimulation und Systemidentifikation (ET-12 08 08) - im Sommersemester

Vorlesender

Dr. Jan Müller

Allgemeine Informationen

Moderne Entwicklungsprozesse in der Elektronik‑ und Halbleiterindustrie nutzen fast ausschließlich CAD‑Tools und Spice‑basierte Simulationsumgebungen. Das Fach vermittelt daher gezielt elektrotechnisch-numerische Grundlagen und praktische Fähigkeiten zur Modellierung und Simulation analoger und gemischt analog-digitaler Schaltungen.

Die Lehrveranstaltung findet in Form von Vorlesungen in Verbindung mit Praktika statt. Während in den Praktika die Anwendung von Simulationsprogrammen anhand typischer Aufgabenstellungen aus der Schaltungstechnik geübt wird, werden in den Vorlesungen die grundlegenden Konzepte der Schaltungssimulation erläutert. Dadurch wird besonders die selbständige Einarbeitung in andere Simulatoren und deren fachgerechte Anwendung vorbereitet.

Themen der Lehrveranstaltung

• Struktur und Arbeitsweise von Schaltungssimulatoren, insbesondere Spice
• Arbeit mit grafischer Oberfläche und Netzlisten
• Analysearten (Gleichspannungs-, Wechselspannungs-, Transienten-, Fourier-Analyse, usw.)
• Variation von Schaltungsparametern und Darstellung von Kennlinienfeldern
• Frequenzgänge und Ortskurven dynamischer Schaltungen
• Bauelementemodelle (Prinzip, Struktur, Parametrisierung)
• Implementierung eigener Modelle und Teilschaltungen
• Modellierung anhand von Übertragungsfunktionen (Laplace-Transformierten)
• Digitale und gemischt analog-digitale (mixed-signal) Simulation

Aktuelles

Bitte schreiben Sie sich in den OPAL-Kurs der Lehrveranstaltung ein!

Programme

Es gibt zahlreiche – kommerzielle und nichtkommerzielle/freie – Schaltungssimulatoren; einen Überblick verschaffen die folgenden Seiten. In der Vorlesung werden analoge und gemischt-analog/digitale Schaltungen betrachtet, der Schwerpunkt liegt auf Spice-ähnlichen Simulatoren (Spice ist der Industriestandard für die Simulation analoger Schaltungen, zahlreiche kommerzielle Produkte basieren auf dem Spice-Kern):

• Schaltungssimulation auf mikrocontroller.net
• Liste der Simulatoren auf Wikipedia
• Web-Seiten, Bücher, Software, Modelle (Schwerpunkt Spice)
• GPL-lizensierte Entwurfssoftware (Schaltungen, Leiterplatten)

Micro-Cap

Im Praktikum der Lehrveranstaltung Schaltungssimulation und -modellierung wird das Programm Micro-Cap der Firma Spectrum Software, basierend auf dem Simulator Spice, benutzt. Es ist leider nur für Windows verfügbar, funktioniert jedoch unter Linux und MacOS mit Wine.

Die aktuelle Version ist als lokale Kopie hier verfügbar (mit ZIH-Login):

• Nutzung europäischer Schaltzeichen in Micro-Cap – die Original-Datei standard.shp im Micro-Cap-Verzeichnis durch diese ersetzen:
  standard.shp (511 KiB)

Spice

Das originale Spice stammt vom Departement of Electrical Engineering and Computer Sciences der University of California, Berkeley.