Conception de l’électronique, simulateurs de circuits électroniques
Conception de l’électronique, simulateurs de circuits électroniquesDate de publication: 15-04-2022 Date de mise à jour: 10-04-2026 🕒 5 min de lecture
La conception de circuits électroniques est le processus de création de circuits constitués d’éléments passifs et actifs, et leur installation crée un chemin pour un courant électrique qui remplit des fonctions spécifiques. Lors de la conception d’un tel circuit par ordinateur, le circuit électronique est représenté par un schéma. Chaque élément physique du circuit est identifié par un symbole graphique approprié et des informations sur ses paramètres. La conception assistée par ordinateur de l’électronique permet l’édition ultérieure de composants sélectionnés et de l’ensemble du circuit.
Au sens informatique, c’est une activité très laborieuse et difficile, c’est pourquoi nous avons commencé à créer des outils qui prendront en charge le processus de la conception de circuit et ceux qui permettront de vérifier le fonctionnement et les points faibles de l’ensemble circuit au stade de la pré-mise en œuvre. C’est ainsi que des simulateurs de circuits électroniques ont été créés. Sur la base d’observations, ils permettent de tirer des conclusions sur le comportement d’objets physiques dans certaines conditions (dans de bons simulateurs, des conditions telles que par exemple la température ambiante peuvent être modifiées) et d’apporter des corrections au système avant sa création physique.
Conception de circuits – une percée dans SPICE
Le premier simulateur de circuit électronique largement utilisé était SPICE (Simulation Program with Integrated Circuits Emphasis). La première présentation SPICE a eu lieu au Canada, lors du 16e Symposium sur la théorie des circuits dans le Midwest le 12 avril 1973, où le Prof. Donald O. Pederson de l’Université de Californie, Berkeley a fait son exposé. Les créateurs de ce programme avaient des attentes modestes pour SPICE, et son succès et tout ce qui s’est passé par la suite ont été une grande surprise. En quelques années, SPICE a été accepté dans presque tous les domaines de l’ingénierie électrique, et les écoles et les amateurs ont rapidement commencé à créer des dérivés de SPICE, qui ont probablement également alimenté l’industrie en plein essor des circuits intégrés. Aujourd’hui, presque tous les programmes de simulation de circuits électroniques sont créés sur la même base mathématique que les créateurs de SPICE ont utilisée.
Qu’est-ce que la simulation de circuits ? Conception électronique.
La simulation de circuit est le processus par lequel un modèle de circuit électronique est créé et analysé à l’aide de divers algorithmes logiciels qui prédisent et vérifient le comportement et les performances du circuit. Puisque la production de circuits électroniques, en particulier de circuits intégrés (CI), est coûteuse et prend du temps, la vérification du comportement et des performances du circuit avec un simulateur de circuit est plus pratique, plus rapide et, surtout, moins chère. Il existe différents types de simulateurs de circuits électroniques pour répondre à différents besoins de précision, de performances et de capacité. À une extrémité du spectre il y a des simulateurs analogiques qui résolvent précisément le mappage des circuits électroniques. Ils offrent une grande précision et sont couramment utilisés pour simuler de petits circuits. À l’autre extrémité du spectre il y a les simulateurs numériques qui utilisent des représentations fonctionnelles de circuits électroniques généralement décrites dans les langages de description matérielle (HDL). Ils offrent les performances et la capacité les plus élevées, mais à des niveaux de précision relativement inférieurs. Les simulateurs numériques sont couramment utilisés pour simuler de très grands circuits.
Types de simulations de circuits. Logiciels pour la conception électronique
Il existe trois types de base de simulation de circuit : analogique, numérique et mixte.
- La simulation de circuit analogique consiste à utiliser des modèles très précis (c’est-à-dire des représentations) du circuit électronique pour obtenir une grande précision. Les modèles incluent des représentations tabulaires non linéaires, linéaires et plus simples de divers dispositifs électroniques dans un circuit. La simulation analogique peut fonctionner dans différents modes. Ceux-ci incluent AC (domaine fréquentiel), DC (repos non linéaire) et transitoire (domaine temporel). Tous les simulateurs analogiques utilisent des algorithmes pour analyser mathématiquement le comportement d’un circuit électronique dans ces différents modes. Ils partagent tous une qualité de résolution de matrice commune pour prédire les performances d’un circuit électronique. Les signaux sont propagés sous forme de valeurs en constante évolution.
Il existe deux types de base de simulateurs de circuits analogiques : SPICE et FastSPICE. Les simulateurs SPICE utilisent des modèles de dispositifs électroniques non linéaires et linéaires très précis pour analyser le comportement du circuit, ainsi que diverses méthodes d’intégration telles que Forward Euler, Backward Euler et Newton-Raphson, ainsi que des techniques de décomposition matricielle pour calculer la réponse complète du circuit (c’est-à-dire mathématiques) à chaque moment. Cependant, les simulateurs FastSPICE s’appuient sur des représentations plus simples de modèles tabulaires d’appareils électroniques pour analyser le comportement des circuits. Ils utilisent des algorithmes sophistiqués pour réduire la complexité du circuit et diviser le circuit en fonction de divers critères, créant essentiellement une représentation de circuit plus simple et plus modulaire. Cette représentation est ensuite évaluée de manière sélective à un moment donné au cours de la période de simulation d’intérêt, ce qui améliore considérablement les performances et la capacité de simulation. Les simulateurs FastSPICE offrent divers boutons de simulation pour aider à équilibrer les compromis entre la précision de la simulation et les performances. - La simulation de circuit numérique consiste à utiliser des modèles de circuits électroniques plus simples. Ces modèles sont généralement développés à l’aide de HDL. Dans la simulation numérique, au lieu de propager des signaux en constante évolution, plusieurs niveaux de tension discrets (principalement des 0 logiques et des 1 logiques) sont propagés. Les méthodes de propagation de ces signaux ont des degrés de précision variables en ce qui concerne le délai de propagation des niveaux logiques dans le circuit. Cette méthode de simulation permet de simuler des circuits beaucoup plus grands en un temps plus court, avec moins de ressources de calcul par rapport à la simulation analogique.
- La simulation de circuit en mode mixte combine la simulation analogique et la simulation numérique. Le circuit est divisé entre les deux systèmes pour assurer le niveau correct de détail d’analyse pour chaque partie du circuit. Pour les analyses analogiques, des simulateurs analogiques (SPICE et FastSPICE) sont utilisés, et pour les analyses numériques – un simulateur numérique. Cette méthode de simulation permet la simulation de circuits beaucoup plus grands dans un temps réduit.
Quel simulateur de circuit électronique utiliser ?
Il existe des simulateurs payants et gratuits. En cas d’analyse des circuits complexes à des fins industrielles, il vaut la peine d’envisager un logiciel professionnel payant. Cependant, un amateur devrait se contenter de solutions gratuites, de plus en plus souvent implémentées au niveau d’un navigateur web. Un logiciel de simulation de circuit électronique gratuit et / ou ouvert doit être capable de concevoir l’électronique, d’analyser et de tester le circuit virtuellement à partir d’un navigateur. Il serait parfaitement si l’outil utilisé offre des fonctions de simulation analogiques ou numériques ou toutes les deux et soit équipé d’un éditeur de schémas, un visualiseur de formes d’onde, des résistances auxiliaires, des condensateurs, des diodes, etc.
Avantages de la simulation de circuit
La simulation de circuit fournit des informations essentielles sur le comportement des circuits électroniques. Compte tenu du coût et du temps nécessaires à la fabrication de circuits électroniques, en particulier de circuits intégrés, il est beaucoup plus pratique de vérifier le comportement et les performances du circuit à l’aide de la simulation de circuit avant la production.
L’utilisation de simulateurs présente plusieurs autres avantages :
- La construction d’un circuit dans le simulateur est beaucoup plus rapide que la construction réelle ;
- Si le système ne fonctionne pas au début, nous ne subissons aucune perte ;
- Nous accédons à n’importe quel nœud dans le circuit en un clic de souris, ce qui accélère considérablement le débogage ;
- Nous pouvons essayer des composants qui ne sont pas encore physiquement disponibles
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