Design elektronischer Schaltungen - Electronic circuit design
Das Design elektronischer Schaltungen umfasst die Analyse und Synthese elektronischer Schaltungen.
Methoden
Um einen analogen oder digitalen Stromkreis zu entwerfen , müssen Elektrotechniker in der Lage sein, die Spannungen und Ströme an allen Stellen innerhalb des Stromkreises vorherzusagen. Lineare Schaltungen , dh Schaltungen , bei denen die Ausgänge linear von den Eingängen abhängen, können unter Verwendung einer komplexen Analyse von Hand analysiert werden . Auf diese Weise können auch einfache nichtlineare Schaltungen analysiert werden. Es wurde eine spezielle Software entwickelt, um Schaltkreise zu analysieren, die entweder zu kompliziert oder zu nichtlinear sind, um von Hand analysiert zu werden.
Mit der Schaltungssimulationssoftware können Ingenieure Schaltungen effizienter entwerfen und so die Zeitkosten und das Fehlerrisiko beim Bau von Schaltungsprototypen reduzieren. Einige davon verwenden Hardwarebeschreibungssprachen wie VHDL oder Verilog .
Netzwerksimulationssoftware
Komplexere Schaltungen werden mit Schaltungssimulationssoftware wie SPICE und EMTP analysiert .
Linearisierung um den Betriebspunkt
Bei einer neuen Schaltung versucht die Software zunächst, eine stationäre Lösung zu finden, bei der alle Knoten dem Kirchhoffschen Stromgesetz entsprechen und die Spannungen an und durch jedes Element der Schaltung den Spannungs- / Stromgleichungen entsprechen, die dieses Element regeln.
Sobald die stationäre Lösung gefunden ist, kann die Software die Reaktion auf Störungen mithilfe stückweiser Approximation, harmonischer Balance oder anderer Methoden analysieren.
Stückweise lineare Approximation
Software wie die PLECS- Schnittstelle zu Simulink verwendet eine stückweise lineare Approximation der Gleichungen, die die Elemente einer Schaltung bestimmen. Die Schaltung wird als vollständig lineares Netzwerk idealer Dioden behandelt . Jedes Mal, wenn eine Diode ein- oder ausgeschaltet wird oder umgekehrt, ändert sich die Konfiguration des linearen Netzwerks. Das Hinzufügen von mehr Details zur Approximation von Gleichungen erhöht die Genauigkeit der Simulation, erhöht aber auch deren Laufzeit.
Synthese
Einfache Schaltungen können durch Verbinden einer Anzahl von Elementen oder Funktionsblöcken wie integrierten Schaltungen entworfen werden.
Komplexere digitale Schaltungen werden typischerweise mit Hilfe von Computersoftware entworfen. Logikschaltungen (und manchmal Mischmodusschaltungen) werden häufig in Hardwarebeschreibungssprachen wie HDL , VHDL oder Verilog beschrieben und dann unter Verwendung einer Logiksynthese- Engine synthetisiert .