设计电气和电子电路需要时间，技术密集，更不用说是一件昂贵的事情。设计电路后，工程师需要测试其功能，以验证其工作，并作出必要的更改。如果我们不使用真正的元件和电路板来构建电路，而是用某种方式得到电路的数学表征会怎样?这就是电路仿真的概念。我们将在本指南中探索更多关于相同的内容，并看一看不同类型的电路模拟。
大纲
什么是电路仿真?
我们被电子产品包围着。事实上，很难想象如果没有电子设备，世界会像今天这样运转(快节奏、信息流动、方便的控制等)。
由于每天都有大量的设备、器具和小工具发布，保持高效的制造过程，同时遵守各种技术标准和法规是很重要的。
在这个过程中，电气和电子工程师准备一个电路的数学模型来观察电路的行为，而不需要实际构建它(使用真实的物理组件)。这种利用数学表达式建立电路模型来检查和验证电气和电子电路设计的技术被称为电路仿真。
如果我们将电路仿真与其他形式的仿真(如逻辑仿真和功能仿真)进行比较，它使用各种电路元件的详细物理模型(以数学表达式的形式)来求解复杂的微分和代数方程。仿真结果准确，节点电压和组件电流的时间波形准确。
电路仿真需求
- 很明显，使用电路模拟，我们可以测试电路的功能，而不需要实际构建电路。
- 电路仿真具有成本低、时间短、设计复杂电路的优点。这为设计工程师和公司节省了大量的时间和金钱。
- 工程师只有在得到满意、准确的模拟结果后，才能减少宝贵硬件资源的浪费，进而进行硬件的构建。
- 我们可以很容易地根据仿真结果重新设计电路。在设计和仿真的每个阶段，工程师可以验证性能，并将其与理论响应进行比较。
- 电路仿真软件是一个新的概念或思想的起点。您还可以在不设计pcb的情况下修改现有项目。
- 就像物理探测和在示波器上观察波形一样，我们可以在电路模拟中做同样的事情。您可以很容易地探测电路中的不同点，并查看虚拟波形。
电路仿真的优点
- 大多数流行的电路仿真软件如SPICE、LTspice等都是免费的。有一些专有工具，但即使是使用SPICE算法开发的。
- 您可以在运行中轻松更改模型和模拟器的整体行为。这有助于您迭代多个层次的模拟，以探索电路的局限性。
- 更改组件的值也非常容易。除了元件值，您还可以测试电路的不同输入参数(电压和电流)。
- 通过专用模拟模拟，测试内存相关的时间，如读写时间和内存模块的延迟变得非常容易。
- 您还可以使用模拟器来分析复杂射频和高速设计中的噪声和串扰。
- 除常规电路外，模拟器亦有测试电源设计的工具(smp)及配电系统。
- 数字模拟器检查逻辑0和逻辑1的电压水平，同时使用模拟模拟器，您可以检查这些逻辑水平之间的过渡持续时间。
电路仿真的类型
现在让我们看看不同类型的电路模拟。我们可以将模拟分为以下三种方式:
- 模拟电路仿真
- 数字电路仿真
- 复杂电路仿真
模拟
顾名思义，在模拟模拟中，我们通常使用模拟组件和信号。在此仿真中，数学模型必须对频域(交流)、时域(瞬态)和非线性静止(直流)模式运行高度精确。
SPICE和FastSPICE是两种流行的模拟模拟器，使用非常精确的线性和非线性元件模型来分析电路的行为。
数字
当我们比较模拟模拟器复杂的数学模型时，数字模拟器是相对简单的。Verilog和VHDL等HDL是数字仿真的中坚力量。
不像模拟模拟器，我们需要连续变化的信号，在数字模拟中，我们实际上工作在两个离散的电压水平。在数字电子学中，我们称它们为逻辑0和逻辑1。
混合模式
它是模拟和数字模拟的结合。这种仿真方法对混合电路系统的设计和分析具有重要的参考价值。在混合模式模拟中，模拟和数字部分是独立的实体，具有各自的工具和资源。
水平的模拟
在前一节中，我们看到了不同类型的电路模拟。这些类型定义了电路的类型及其相应的分析步骤，我们需要遵循。但是你也可以根据电路的抽象性定义几个级别的模拟。
- 块级仿真:在这个模拟中，我们将几个功能块的不同部分进行了划分，并将这些功能块作为一个整体进行模拟。这是一个非常重要的模块化设计，也有助于重用现有的功能模块在其他电路。
- 芯片级仿真:顾名思义，在芯片级模拟中，我们将集成电路(芯片)作为一个单一实体来模拟其功能。这可以确保芯片按预期工作。
- 内存仿真:存储器是现代计算机系统(或大或小)的重要组成部分。因此，有专门的工具和模拟器来非常准确地测试内存时间。你可以模拟SRAM, DRAM, NAND闪存等。
- 混合信号仿真:现代芯片上系统(soc)实际上是几个模拟和数字功能元素的组合。因此，我们可以使用混合信号模拟技术来观察模拟和数字信号如何在一个狭窄的空间中表现和相互作用。
- 射频仿真:虽然射频设计对一些人来说仍然是神奇的，但工程师们使用复杂的射频模拟工具来测试和验证各种与射频相关的集成电路，如混频器、放大器、锁相环等。
流行的仿真软件
市场上有几种电路模拟器工具和软件。SPICE是一种非常受欢迎的电路模拟器，简称SPICE。伯克利大学电子研究实验室开发了这个软件，最初是为美国国防部设计的。
由于它是一款开源软件，它成为了其他几位设计师的热门选择，他们使用SPICE算法设计了自己的模拟器。LTspice就是这样一个工具。
另一个流行的基于SPICE的电路模拟器是NI的Multisim。但与LTspice不同的是，它是一个付费软件。下面是一些流行的电路模拟器软件的列表。
- 香料
- ngspice
- LTspice(香料)
- PSIM
- 电路仿真(香料)
- 节奏幽灵
- 简介PrimeSim (SPICE和FastSPICE)
结论
电路仿真是电子产品设计的一个重要过程。在模拟器的帮助下，您可以设计电气和电子电路，测试它们的运行，分析它们的性能，并在实际生产前进行必要的更改。这为公司节省了大量的时间和金钱。在本指南中，我们了解了电路仿真的基础知识及其优点。我们还看到了不同类型的电路模拟和一些流行的模拟器软件。
