Opis:

Książkę można zakupić w e-sklepie Politechniki Gdańskiej.
profil naukowy Autorów (MOST Wiedzy) – Bogdan Pankiewicz, Marek Wójcikowski

Szybki rozwój technologii wytwarzania elementów i układów scalonych umożliwia tworzenie coraz bardziej złożonych urządzeń i systemów elektronicznych. Niestety, ta powiększająca się złożoność stanowi istotny problem i wyzwanie w procesie projektowania urządzenia. Pojedynczej osobie czy grupie projektowej, nawet bardzo dobrze zaznajomionej z bieżącym stanem techniki, trudno jest przewidzieć wszystkie możliwe zachowania złożonego syste­mu elektronicznego. Wszelkie ewentualnie popełnione błędy powodują konieczność wykonania poprawek, co stano­wi problem w odniesieniu do szybkiego wejścia produktu na rynek, a także zwiększa koszty ogólne projektu. Z tego względu od momentu pojawienia się pierwszych komputerów podejmuje się próby symulacji rzeczywistych układów elektronicznych w sztucznym wirtualnym środowisku obliczeniowym. Takie symulacje mają pozwolić odpowiedzieć na pytanie, jak zachowa się badany obwód elektryczny w rzeczywistości na podstawie jego opisu za pomocą mode­li matematycznych (obliczeniowych).

Jednym z pierwszych symulatorów elektrycznych jest program SPICE (ang. Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis), który po przeniesieniu na platformę komputerów typu PC został nazwany PSPICE. Program ten to symulator operujący w dziedzinie elektrycznej i umożliwiający symulację wszelkiego rodzaju obwodów elektrycznych składających się z elementów, których modele są dostępne w programie PSPICE. Potrzeba powstania takiego symulatora była szczególnie istotna przy projektowaniu układów scalonych, gdzie koszty uruchomienia produkcji są wysokie i dlatego zachodzi potrzeba, aby pierwsza wersja projektu była pozbawiona wszelkich błędów i nie wymagała wprowadzania późniejszych poprawek.

Symulatory elektryczne są do dzisiaj bardzo często stosowane przy projektowaniu układów zarówno analogowych, jak i cyfrowych. Powstało wiele odmian takiego oprogramowania, z których najbardziej znane to: PSPICE, HSPICE, Spectre, APS, LTSpice i inne. Dodatkowo, ze względu na dużą liczbę elementów tworzących dzisiejsze systemy cyfrowe powstały symula­tory logiczne, które kosztem zmniejszenia precyzji obliczeniowej umożliwiają symulację bardzo złożonych układów cyfrowych.

Symulatory logiczne ewaluowały przez dłuższy okres i obecnie można przyjąć, że znaczącej większości z nich można użyć poprzez zastosowanie dwóch rodzajów języków opisu sprzętu cyfrowego typu HDL (ang. Hardware Description Language): Verilog i VHDL (ang. Very High Speed Integrated Circuit Hardware De­scription Language). Języki te są bardzo rozpowszechnione zwłaszcza wśród projektantów układów wykorzystują­cych programowalne układy cyfrowe typu CPLD (ang. Complex Programmable Logic Device) lub FPGA (ang. Field Programmable Gate Array), za pomocą których oprócz symulacji można również wykonać projekt bloku cyfrowego.

Ostatnio w wielu systemach znajdują zastosowanie układy mieszane, które pracują zarówno z sygnałami cyfrowymi, jak i analogowymi. Dla takiego rodzaju układów nie możemy niestety wykorzystać typowych języków HDL, gdyż w ten sposób zostałaby utracona informacja analogowa w postaci napięć i prądów występujących w obwodzie. Takie układy możemy symulować za pomocą symulatorów elektrycznych, wówczas jednak wymagany jest bardzo długi czas na obliczenia, gdyż część cyfrowa, zazwyczaj stanowiąca znaczącą większość systemu mieszanego, jest symu­lowana bez uproszczeń. Z tego względu pojawiły się języki opisu systemów mieszanych, takie jak np. Verilog-A (ang. Verilog–Analog) czy VHDL-AMS (ang. VHDL – Analog Mixed Signal), które do opisu wykorzystują jedno­cześnie dziedziny elektryczną i logiczną.

W niniejszym skrypcie przedstawiono podstawy wykorzystania symulatora PSPICE, języka Verilog oraz języka VHDL. Opracowanie składa się z trzech głównych części omawiających kolejno poszczególne zagadnienia. Szcze­gólny nacisk położono na zasady wykorzystania i nabycie praktycznych umiejętności dotyczących symulacji ukła­dów elektronicznych. Zainteresowanych metodami numerycznymi wykorzystywanymi w symulatorach zachęcamy do skorzystania z dodatkowej literatury specjalistycznej.