SPICE模拟如何工作?

2022年7月25日

黑板上的公式和电气方案

你很有可能遇到过这个术语“香料模拟”在你作为工程师的职业生涯中。该术语代表以集成电路为重点的仿真程序。它指的是用来模拟电路行为特性的计算机程序，特别是模拟设计。SPICE模拟器最初是在电子设计中集成电路(IC)的发展过程中创建的。SPICE模拟器的目的是在PCB制造之前检测设计中的潜在问题。在本文中，我们将探索SPICE模拟是如何工作的。

SPICE模拟如何工作?

SPICE模拟器的核心功能围绕着网络分析——如果按照设计提供源或将电流注入电路，那么响应是什么?通过数学方法求解由基尔霍夫环定律形成的微分方程，该模拟器能够提供一个快速和准确的解决方案，具有较高的置信度。

那么，SPICE模拟究竟是如何工作的呢?在图形图表和电路图背后，SPICE程序通过使用模型来表示组件来工作。组件模型是SPICE程序可以理解的基于文本的参数。今天，各种供应商通过将组件模型列表添加到代码中，已经将SPICE模拟器的商业化版本。

SPICE引擎分析电路基于基尔霍夫电流电压定律．它将节点分配到电路中，并尝试求解各自节点上的电流和电压值。SPICE模拟器首先生成矩阵格式的节点方程，然后求解它们以获得值。根据电路的性质，SPICE模拟器求解节点方程所采用的迭代可能不同。

基尔霍夫电路定律构成SPICE模拟器的基本原理

对于线性电路，求解节点方程是一个简单的过程。然而,当非线性电路， SPICE模拟器将需要在求解方程之前将每个非线性组件替换为具有代表性的线性组件模型。基于节点的网络列表而元件模型，你将能够得到详细的结果到电路的电学特性。

Spice模拟器的目的是什么?

虽然很容易看出SPICE模拟器如何工作于简单的电阻电路，但SPICE模拟器的真正功能在于它能够分析电路的复杂行为。以下是SPICE仿真工具提供的一些实际优势:

成本-使用PSpice的最大驱动因素是避免可能导致缺陷和报废的制造错误。由于时间和准确性的原因，在开发板上测试组件是完全不可行的。模拟器，虽然不完美，但先进和复杂，可以在制造和组装之前提供优秀的近似。
速度- - - - - -现代模拟器可以快速地从网络列表中合并电路信息。用户不需要花更多的时间用通孔组件来制作电路原型，而这些电路最终会提供一个预测性较差的答案。这也消除了人类从原理图翻译到面包板所造成的任何错误——这是一个非常容易犯的错误。
先进的功能-在很大程度上，万用表不能执行示波器的职责，SPICE模拟器具有出色的功能，可以提供额外的分析，超出了用户手工原型的预期。

像更大的CAD工具一样，SPICE仿真在过去几十年里从个人和工作站计算能力的增长中受益匪浅。