乖乖兔爸爸

  • 4 主题
  • 401 帖子
  • 1627 积分
  • 身份:LV4 高级技术员
  • E币:1182

《运算放大器参数解析与LTspice应用仿真》-(1)入手和软件环境建立

《运算放大器参数解析与LTspice应用仿真》-(1)入手和软件环境建立

首先,感谢面包板社区,提供了这次书籍试读的机会。
我以前在学校学的是童诗白的《模拟电路》,厚厚的上下册大部头。
而这本书,却是薄薄的一本小册子,出乎意料之外,页数却是180页。
正版书满纸墨香,纸的质量是非常好,远远不是影印书的粗粗复印纸所能比的。

1618477193EPofQ4vX.png

照例,是先安装软件环境。
对于搭建软件环境,由于有太多的翻车经历,我现在都有严重的心理阴影了。

不过,本书的 LTspice 软件还是很有良心的:
下载链接:https://www.analog.com/cn/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html
安装文件只有46M,已经很有良心了。安装也很顺利:
无标题.png

安装完了也不过70M
qqq.png

使用也很好呀!我尝试了几个 example ,运行很顺畅。
TLspice1test11.png

唯一不习惯的是编辑界面:拖动,编辑,连线什么的,不太舒服。

-------------------------------------------------------------------
1)之所以我使用起来感觉这么爽,原来是因为这个spice软件,先是免费的;
     后来被ADI收购,免费提供给全世界的用户,专门用来仿真ADI自家的器件的

2)spice 仿真电路模拟器 Simulation program with integrated circuit emphasis
正如其名字所示:Spice是用于对 集成电路的电路分析程序,
最初Spice 由加州伯克利大学在1972年开发,距今已有50多年的历史了!
到了1988年,Spice 被定为美国国家工业标准,
现在存在有诸如:Vspice、Hspice、Pspice等不同版本spice软件,
其仿真核心大都是 Berkeley大学spice模拟算法。

3)下面的 Spice 历史介绍很有趣味,可以帮助我们理解 Spice软件
---------------------------------------------------------------------
http://bbs.eetop.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=575919&highlight=SPICE%E7%AE%80%E5%8F%B2
时间回到1970年,在加州大学伯克利分校电机工程与计算机科学系(UCBerkeley , Dept. EECS),Ron Rohrer 教授给七个研究生上“电路综合”课。
Rohrer教授那时刚刚从仙童半导体公司(FAIrchild Semiconductor)返回伯克利,没有时间准备教材。
所以,在第一堂课,他就宣布:学生们一起写一个电路仿真程序。
他跟系里的管教学的主任DonPeterson教授达成一个协议:只要Peterson教授认可学生们写的仿真程序,他们就全部通过。否则的话,他们就全部不及格。
这七个学生中有一个还是从机械系来的。他感到十分委屈:教授啊,俺啥电路都不会,俺就是来学电路的。这倒好,电路没学到,反而要去写电路仿真程序。这可咋办啊?
Rohrer教授想了想,说没关系。虽然电路你不懂,但你的数值分析不是很厉害吗?OK,你就负责解方程这块吧。
最后的结果证明了恰恰是学生们自己开发的解稀疏矩阵的模块是一个亮点,它使得可处理的电路规模成倍的增大。
为什么这么说呢?如果你学过数值方法,你就知道一般解方程组用的是高斯消元法。它的复杂度是O(n^3)。也就是说,电路规模增大一倍,你的运算时间就要增大到8倍。
当时的电路仿真程序最多可以仿真10个晶体管。超过这个数,不是你的预算被烧没了,就是你的耐心被耗没了。
但是,学生们注意到从电路搭出来的矩阵有个特点,就是它的稀疏性。一个电路矩阵里很多元素都是0(意味着两个电路节点之间没有连接关系)。
既然是0,那就没有必要去存储和计算它了。这样一来,存储量和计算量大大减少了(是啊,连小学生都知道任何数乘0还是0。你没事儿就别搞一大堆乘0的运算了)。

很多SPICE里面的基本要素都来自于Rohrer教授指导的这一堂电路分析课的项目,包括上面讲到的解稀疏矩阵的模块,还有隐式积分算法的使用使得瞬态分析更加稳定。
并且,程序里加入了自带的半导体器件模型,用户只需要给出一组模型参数,用不着自己提供器件模型的FORTRAN模块了。

这七个学生推举LaurenceNagel为代表,由他负责向Peterson教授汇报结果。这个结果就是CANCER。
没错,它的意思就是“癌症”。它是“不包括辐射的非线性电路计算机分析”(”ComputerAnalysis of Nonlinear Circuits, Excluding Radiation”)的缩写。
不要忘了,这是在一个叛逆的时代。
当时绝大部分的电路分析软件来自于大公司与政府/军方的合同开发。在冷战和核威胁的环境下,政府/军方要求这些软件都具有分析电路抗核辐射的能力。
伯克利是反战的大本营,学生们自己开发的程序当然要跟政府/军方的要求对着干了。

有同学可能会问:为什么要开发一个电路仿真程序?
呵呵,要知道在这之前,人们分析电路,要么是用笔和纸,要么就要搭电路板(breadboard)。
Peterson教授就被学生们称之为“信封教授”,因为他认为电路分析用个信封的背面来做就足够了。
但随着电路规模的增大,用笔纸变得越来越不可能,搭电路板又不能精确反应芯片上的电路特性,而且费用也越来越高。
因此,用软件来做电路仿真就变得日益迫切了。

当课程结束,Nagel向Peterson教授汇报CANCER之后,Peterson教授给予了全心的认可。学生们都通过了!
CANCER成了Nagel的硕士论文课题。它在伯克利被很多本科生及研究生使用,并且给了大量的建议去改进它。
呵呵,都说学生是最好的“小白鼠”,这话果然不假
(再插一段话:基于这堂课的巨大成功,Rohrer教授后来又用同样的办法试了几堂课,但都失败了。
他自己总结说,是因为有Nagel,伯克利的那堂课才成功了。
所以,如果没有Rohrer教授那样的功力和Nagel那样天分的学生,SPICE也不可能从一堂课里诞生出来。)

到了1971年的秋天,Nagel在伯克利又开始了他的博士生生活,这一回是在Peterson教授的指导下了。
(在这之前,Rohrer教授离开了伯克利到工业界去发展。原因嘛,据说Rohrer教授与Peterson教授在是否要公开CANCER的源代码上有不同意见。
Rohrer教授后来又回到了学术界,在卡内基-梅隆大学(CMU)做教授,并指导开发了AWE,这是后话。)

Peterson教授给Nagel的第一个任务是给程序起个新名字。确实,CANCER太难听了,谁都不喜欢。
Nagel花了天知道多长时间才想出来这样好听的,也是我们现在还在用的名字:
SPICE(SimulationProgram with Integrated Circuit Emphasis)。
(所以,同学,如果你要写一个新程序,创建一个新公司,生一个小孩,一定要给她/他起个好听的名字。)1
971年被正式认定为SPICE诞生的年份。


《运算放大器参数解析与LTspice应用仿真》-(2)运放-电压跟随器
《运算放大器参数解析与LTspice应用仿真》-(3)Spice软件特点

您需要登录后才可以评论 登录 | 立即注册

最新评论

楼层直达:
快速回复
0
4
广告
关闭 热点推荐上一条 /6 下一条
快速回复 返回列表