Simulation versus Prototyping

Liegen ihre spezifischen Vorteile darin, selbst grundlegende Schaltungen zu simulieren, bevor sie gebaut werden?

Die Quintessenz ist dies; Wenn Sie die Schaltung simulieren, die Sie zu entwerfen versuchen, und die Simulation keine angemessenen Ergebnisse zeigt, sind die Chancen, dass sie funktioniert, wenn Sie sie bauen, sehr, sehr nahe bei Null.

Ein Simulator sagt Ihnen also ganz kategorisch, dass etwas nicht funktionieren wird. Dies erspart Ihnen den Bau eines Prototyps, der nicht funktionieren wird. Es verschwendet keine Zeit mehr und spart Geld für nahezu nutzlose Hardware.

Ich verwende einen Simulator für jede einzelne Schaltung, die ich entwerfe, und zwar wegen der klaren und offensichtlichen Kosten- und Zeitvorteile. Meine neueste Schaltung (ein ziemlich komplexer und leistungsstarker hysteretischer Cuk-ähnlicher Konverter) funktionierte zum ersten Mal ohne Komponentenänderungen oder Wertänderungen. Ich zähle das auf sehr reale Weise als Erfolg. Es geht noch auf Herz und Nieren, aber ich bin zuversichtlich.

Darüber hinaus sind meine Simulationsergebnisse dann ein Beweis dafür, dass ich die Schaltung mit der gebotenen Sorgfalt entworfen habe, und dies ist wichtig für Qualitätssysteme.

Etwa 50 % der Schaltungen, die ich entwerfe, funktionieren beim ersten Mal ohne Modifikation der Komponenten. Von den anderen 50 % erfordern etwa die Hälfte Anpassungen der Komponentenwerte und das verbleibende Viertel aller Schaltungen, die ich entwerfe, erfordern eine weitere Iteration. In diesem Quartal, das eine weitere Iteration erforderte, hätten 90 % der erforderlichen Modifikationen im Nachhinein mit einer umfassenderen Simulation gefunden werden können.

Meiner Meinung nach (und das habe ich in meiner langjährigen Praxiserfahrung erkannt) gilt: Je mehr Aufwand man in die Simulation steckt, desto wirtschaftlicher ist das Gesamtergebnis.

Kurz gesagt, es ist naiv, keine Simulation zu verwenden, bevor Sie etwas gebaut haben.

Mein Rat ist, alles zu simulieren, was Sie entwerfen, und dies zu tun, bevor Sie Ihre Leiterplatte auslegen oder Komponenten kaufen.

Der zweite Teil der Frage ist "meinungsbasiert" und außerhalb des Geltungsbereichs dieser Website.

Simulation ist jedoch nicht dazu gedacht, Tests in der realen Welt zu ersetzen. Es ist ein weiteres Tool in unserer Entwicklungs-Toolbox. Es hat einige Vorteile, aber auch einige Fallstricke. Die Simulation ist so gut wie das Modell, das Sie verwenden.

Ein Schlüsselaspekt der Simulation ist die Fähigkeit, Größen zu „messen“, die in der realen Welt nicht messbar sind. Zum Beispiel internes Timing in einem Chip selbst. Man kann nicht einfach auf das Innere des Chips zugreifen.

Ein weiterer Aspekt ist die Geschwindigkeit, mit der Sie neue Dinge anpassen und ausprobieren können, ohne bei jedem Schritt einen neuen Prototypen zu erstellen.

Wie gesagt, es ist nur ein Werkzeug. Meistens wird ein Teil des Designs simuliert. Wenn andere es nicht sind.

Aber jeder Benutzer von Simulationstools weiß (oder sollte wissen), dass Simulationsmodelle nicht perfekt sind und die Simulation daher einige Einschränkungen hat. "Es funktioniert in der Simulation" bedeutet nicht "es funktioniert in der realen Welt"! Am Ende können nur reale Tests bei unterschiedlichen Temperaturen, Lasten, Chargen kritischer Komponenten usw. das Design anhand seiner Spezifikation validieren.

Eine Simulation einer negativen Rückkopplung eines OPAMP könnte Ihnen sagen, dass Sie einen Phasenspielraum von 60° haben. Schön, aber diese Simulation sagt Ihnen nicht, wie hoch die tatsächliche Phasenspanne sein wird. Das einzige, was Sie schlussfolgern können, ist, dass Ihr System sehr wahrscheinlich stabil ist, weil Sie einen großen Simulationsspielraum haben und wenn das Modell nicht sehr schlecht ist, sollte es irgendwie mit der Realität übereinstimmen. Ich sage nicht, dass alle OPAMP-Simulationen nicht genau sind, es war nur ein Beispiel. Sie können extrem gute Modelle finden, die die Temperatur und sogar einige Parametertoleranzen berücksichtigen, die zu hervorragenden Ergebnissen führen.

Aber wenn Sie "grundlegende Dinge" simulieren: Widerstände, Induktivitäten, MOSFETS, BJT usw., ist die Wahrscheinlichkeit, eine richtige Antwort zu erhalten, die der realen Welt sehr nahe kommt, sehr hoch, und Sie müssen diesen Teil der Schaltung möglicherweise nicht prototypisieren.

Es geht darum, das richtige Werkzeug für den richtigen Job zu wählen. Da Sie die allgemeine Relativitätstheorie nicht verwenden werden, um die Bewegung eines Apfels zu lösen, der von einem Baum fällt. Auch wenn Sie wissen, dass Newtons Bewegungsgesetze nur ein Spezialfall sind, der nur unter bestimmten Bedingungen gut funktioniert, und wenn diese bestimmten Bedingungen erfüllt sind, entscheiden Sie sich für Newton! Es ist viel einfacher und schneller.

Gleiches gilt für Elektroniksimulationen, Sie entwerfen 60-GHz-Filter, verwenden Sie keine Spice-Simulation mit den internen RL- und C-Modellen, Sie werden nicht sehr weit kommen. Hier wäre das richtige Werkzeug ein HF-fähiges Simulationspaket. Aber einen MOSFET für einen LED-Treiber bei 100 KHz bei Umgebungstemperatur zu simulieren, macht es keinen Sinn, Agilent ADS für diese Aufgabe zu verwenden. Spice ist perfekt für diese Aufgabe geeignet und kann Ihnen helfen, Probleme wie Einschaltzeiten außerhalb der Spezifikationen zu lokalisieren ...

Einige großartige Antworten hier bereits. Mein Gefühl ist auch, dass Sims 90 % der Bench-Tests für mich ersetzt haben. Gute Sims zu erstellen ist jedoch eine Fähigkeit, die man entwickeln muss. Datenblätter und Modelle von Bauteilen sind heutzutage oft sehr gut.

Eine andere Sache: Sims erlauben mir auch, die Grenzen des Möglichen weiter zu verschieben, weil ich sehr toleranzempfindliche Schaltungen erkunden und dann immer noch überlegen kann, ob sie überhaupt praktikabel sind.