Micro-Cap V для Windows - конкурент Design Center
САПР
Первый вариант программы схемотехнического моделирования электронных цепей Micro-Cap появился в 1982 году и быстро завоевал популярность в нашей стране, потому что не предъявлял высоких требований к компьютерам. Летом 1995 года фирма Spectrum Software выпустила версию 1.0 программы пятого поколения Micro-Cap V, в 1996 году выпущена версия 1.2. Сделаем сначала краткий экскурс в историю развития этой программы.
Программа Micro-Cap V моделирует аналогово-цифровые электронные устройства
РАННИЕ ВЕРСИИ MICRO-CAP
Micro-Cap II. Широко известная версия Micro-Cap II предназначена для моделирования аналоговых линейных и нелинейных электронных цепей. Она имеет существенные ограничения на максимальный размер схемы (50 - 150 узлов), графический редактор старомоден и неудобен, программа написана на Бэйсике, но тем не менее Micro-Cap II обеспечивает достаточную точность моделирования (в рамках принятых упрощений моделей полупроводниковых приборов).
Micro-Cap III. Программа следующего поколения Micro-Cap III переписана на Си, имеет великолепную управляющую оболочку, удобный графический редактор, но... точность моделирования не выдерживает критики: погрешность расчета амплитудно-частотных характеристик изменяется от десятых долей децибела для простых схем до нескольких децибел для сложных, групповое время запаздывания вообще не рассчитывается правильно, метод статистических испытаний дает непрогнозируемые результаты, а при анализе воздействия импульсных сигналов переходные процессы приобретают сильно осциллирующий характер, связанный с потерей устойчивости вычислительных алгоритмов.
Micro-Cap IV. В Micro-Cap IV используются надежные вычислительные алгоритмы SPICE 2G.6. Мы убедились, что все замеченные в Micro-Cap III ошибки исправлены; при этом расширены функциональные возможности программы. Характерная особенность Micro-Cap IV - полная совместимость с пакетом PSpice как по принятым моделям компонентов, так и по текстовому описанию схемы. Однако управляющая оболочка Micro-Cap IV не очень удобна, принятая последовательность выполнения команд нелогична.
Имеется студенческая версия Micro-Cap IV, которая предназначена для моделирования простейших схем, содержащих не более 50 узлов, что вполне достаточно для студентов младших курсов и проверки несложных проектов в исследовательских лабораториях. Кроме того, в ней отсутствует программа составления математических моделей компонентов по экспериментальным данным. В профессиональной версии Micro-Cap IV допустимый объем схемы увеличен до 10 тыс. узлов, но ее стоимость приближается к $3000.
Из других достоинств Micro-Cap IV отметим исчерпывающую встроенную помощь и возможность задания функциональных зависимостей параметров схемы (такие, как функции времени, токи ветвей и узловые потенциалы), причем эти возможности даже несколько шире, чем в последней версии Design Center 6.3 (в ней нельзя сделать параметры пассивных компонентов зависящими от токов или напряжений других ветвей схемы, в этих целях приходится применять управляемые источники токов или напряжений).
Итак, при разработке реальной аппаратуры можно доверять как Micro-Cap II, так и Micro-Cap IV. Версией Micro-Cap III не рекомендуется пользоваться даже при обучении студентов (во всяком случае, ее необходимо тщательно тестировать на классах решаемых задач).
НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ MICRO-CAP V
Программа Micro-Cap V претерпела радикальные изменения. Во-первых, она переведена на платформу Windows, имеет удобный интерфейс, в текстовых надписях на схемах и графиках поддерживает кириллицу. Во-вторых, она теперь позволяет моделировать не только аналоговые, но и цифровые и аналого-цифровые электронные устройства. В-третьих, как для аналоговых, так и для цифровых компонентов используются математические модели, принятые в известной программе PSpice (см. PC Week/RE, № 3/96 с. 37). Для моделирования аналоговых компонентов оставлен алгоритм SPICE 2G.6, а для моделирования цифровых компонентов разработан собственный алгоритм.
По своим функциональным возможностям Micro-Cap V находится между профессиональной программой моделирования аналого-цифровых устройств PSpice A/D, входящей в состав пакета Design Center 6.3, и более дешевым базовым вариантом с ограниченными возможностями PSpice A/D Basics+, что видно из таблицы. Основное ее отличие от Design Center - работа под управлением одной управляющей оболочки, в которой при смене режима лишь частично изменяется состав меню команд. В системе же Design Center при смене режима один экран полностью заменяется другим, выполненным в ином стиле, что затрудняет ее освоение начинающими пользователями. С другой стороны, программа Micro-Cap V не позволяет передавать данные о схеме в пакеты разработки печатных плат для организации сквозного проектирования.
Приведем перечень основных характеристик Micro-Cap V:
- многостраничный графический редактор принципиальных схем, поддерживающий иерархические структуры;
- поведенческое моделирование аналоговых и цифровых компонентов, возможность описания цифровых компонентов с помощью логических выражений. В сочетании с библиотекой графических символов типовых операций (суммирование, умножение, интегрирование, применение преобразования Лапласа и т. п.) это позволяет моделировать динамические системы, заданные не только принципиальными, но и функциональными схемами;
- большая библиотека компонентов, включающая в себя наиболее популярные цифровые интегральные схемы дискретной логики и PLD и аналоговые компоненты типа диодов, биполярных, полевых и МОП-транзисторов, магнитных сердечников, линий передачи с потерями, макромодели операционных усилителей, кварцевых резонаторов, датчиков Холла и т. п. Все эти модели написаны в стандартном формате SPICE и могут быть использованы программами моделирования фирм MicroSim, IntoSoft и др.;
- макромодели компонентов могут быть представлены в виде принципиальных электрических схем или в текстовом виде;
- графики результатов выводятся в процессе моделирования или после его окончания по выбору пользователя, имеются сервисные возможности обработки графиков;
- многовариантный анализ при вариации параметров и статистический анализ по методу Монте-Карло;
- при наличии ошибок информация о них мгновенно появляется на экране (в PSpice большинство ошибок нужно отыскивать в текстовом файле), имеются встроенные средства помощи;
- есть специальная программа MODEL для расчета параметров математических моделей аналоговых компонентов по справочным или экспериментальным данным.
Остановимся на последней возможности подробнее. При отсутствии в библиотеке нужного компонента его математическая модель создается по справочным данным с помощью программы MODEL (имеются в виду модели диодов, биполярных, полевых и МОП-транзисторов, операционных усилителей и ферромагнитных сердечников). Пользователь в нескольких кадрах вводит экспериментальные данные, и на экране появляются графики соответствующих характеристик (например, вольтамперная характеристика диода) с отмеченными точками данных и таблицы численных значений параметров математической модели. Далее предоставляется возможность просмотреть, как изменяются эти графики при вариации параметров модели и при необходимости выполнить оптимизацию параметров на основании вариации параметров, вычисленных на текущем этапе, или всех параметров модели. К сожалению, в программе MODEL не оценивается сопротивление базы транзистора, в существенной степени определяющее его характеристики на высоких частотах, - значение этого сопротивления приходится вставлять в файл модели вручную.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Программа Micro-Cap V обладает удобным интерфейсом, и ее освоение не занимает много времени. Однако она уступает по функциональным характеристикам известной системе Design Center и не позволяет передавать данные о схеме в пакеты разработки печатных плат и учета их паразитных эффектов при моделировании, т. е. организовывать сквозное проектирование. Поэтому Micro-Cap V может найти применение при выполнении расчетов исследовательского характера и обучении студентов. Причем после прекращения развития популярной в прошлом программы моделирования простейших цифровых устройств Micro-Logic той же фирмы Spectrum Software программа Micro-Cap V будет использоваться и в этой области.
Имеется демонстрационная версия Micro-Cap V для моделирования схем ограниченного размера (не более 10 аналоговых и 20 цифровых узлов), которая обладает полными функциональными возможностями рабочей версии за исключением сохранения введенных схем.
Micro-Cap V выпускается для платформ IBM, NEC и Macintosh. Версии для IBM и NEC PC требуют:
- процессор не хуже 80386 (с сопроцессором);
- 15 Мб свободного пространства на жестком диске;
- Microsoft или совместимая с ней двухкнопочная мышь;
- операционная система Windows 3.1, Windows NT 3.1, Windows 95 или более поздние версии;
- рекомендуется ОЗУ 8 Мб для Windows 3.1 и 16 Мб для Windows 95;
- монитор VGA, SVGA или XVGA.
Стоимость Micro-Cap V составляет около $4000, учебные заведения имеют существенные скидки.
Всеволод Разевиг
Со Всеволодом Разевигом можно связаться по E-mail: rpu@mpei-rt.msk.su.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОГРАММ МОДЕЛИРОВАНИЯ
+--------------------------------+--------+-----------+---------+
|Характеристика |PSpice |Spice A/D |Micro-Cap|
| | A/D | Basics+ | V |
+--------------------------------+--------+-----------+---------+
|Графический ввод схем | Да | Да | Да |
+--------------------------------+--------+-----------+---------+
|Интерфейс с программами | Да | Да | Нет |
|разработки печатных плат | | | |
+--------------------------------+--------+-----------+---------+
|Расчет режимов DC, AC, | Да | Да | Да |
|Transient | | | |
+--------------------------------+--------+-----------+---------+
|Расчет шумов, спектров, | Да | Да | Да |
|вариация температуры | | | |
+--------------------------------+--------+-----------+---------+
|Статистический анализ по методу | Да | Нет | Да |
|Монте-Карло и расчет наихудшего | | | |
|случая | | | |
+--------------------------------+--------+-----------+---------+
|Применение функциональных | Да | Да | Да |
|зависимых источников | | | |
+--------------------------------+--------+-----------+---------+
|Учет задержек распространения | Да | Нет | Да |
|сигналов в цифровых компонентах | | | |
+--------------------------------+--------+-----------+---------+
|Наличие программы идентификации | Да | Нет | Да |
|параметров моделей | | | |
+--------------------------------+--------+-----------+---------+
|Наличие модуля параметрической | Да | Нет | Нет |
|оптимизации | | | |
+--------------------------------+--------+-----------+---------+
|Расчет целостности сигналов | Да | Нет | Нет |
+--------------------------------+--------+-----------+---------+
