أخبار التكنولوجيا

محاكي QSPICE للدوائر الإلكترونية


في الجزء الأخير، قمنا بتوضيح تشغيل واستخدام الأنواع الرئيسية لمولدات الجهد والتيار، والتي تعد أدوات أساسية لمصممي الدوائر الإلكترونية. في هذه المقالة، نختتم المراجعة بوصف أنواع أخرى من المولدات، والتي تعتبر أكثر تنوعًا وقوة.

ملف PWL

إذا كان المصممون بحاجة إلى شكل موجة معقد بشكل خاص أو إشارة تحتوي على عينات مسجلة بواسطة جهاز، فيمكن استخدام “ملفات PWL”. ويمكنه وصف أي نوع من الإشارات، حيث يتم تخزين عيناته الوصفية داخل ملف نصي. لاستيراد بيانات الإشارة إلى QSPICE، تحتاج إلى إرفاق ملف نصي كوظيفة PWL. يجب أن يحتوي ملف PWL على قائمة من النقاط ثنائية الأبعاد التي تمثل أزواجًا من بيانات الوقت والقيمة، مفصولة بفواصل، بدون معلومات الرأس. يرسم هذا النوع من المولدات إشارة بناءً على مقاطع مستقيمة بين النقاط المحددة في الملف النصي. بشكل عام، للحصول على تمثيل أكثر دقة للنتائج فمن المستحسن زيادة عدد النقاط المستخدمة لوصفها. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن عددًا أكبر من النقاط يسمح بإدراج المزيد من التفاصيل، مما يحسن تعريف وجودة التمثيل. مثال لملف البيانات كما يلي:

0.01, 518.37

0.02, 510.53


24.10.2023

تقرير خاص: GaN وSiC في جميع أنحاء العالم

16.10.2023

إتقان قابلية النقل في ثورة أجهزة الذكاء الاصطناعي

13.10.2023

0.03, 514.40

0.04, 511.22

0.05, 506.37

0.06, 504.43

0.07, 502.53

0.08, 505.50

0.09, 507.89

0.10, 508.81

0.11, 502.77

0.12, 511.68

0.13, 512.51

0.14, 514.44

0.15, 513.56

0.16, 517.69

يمثل العمود الأول الوقت، معبرًا عنه بالثواني، بينما يمثل العمود الثاني قيمة الجهد، بالفولت. لإضافة ملف نصي كدالة PWL إلى مصدر الجهد أو التيار، يمكنك كتابة سمة SPICE التالية في المكون:

ملف PWL=”samples.txt”

يوضح المثال التالي، في الشكل 1، أثر الزلزال المسجل بواسطة جهاز استشعار خاص. يعرض المولد الأثر الزلزالي الحقيقي، ويدوم حوالي 264 ثانية. يتم أيضًا عرض المخطط الكهربائي الذي سيتم استخدامه، والذي يتضمن مولد PWL ومقاوم الحمل الوهمي. يتم أخذ الإشارة من عقدة “الإشارة”. الملف النصي الذي يحتوي على العينات هو “samples.txt” ويتمتع بالخصائص التالية:

  • تشغل 49 كيلو بايت فقط من الذاكرة الجماعية.
  • وهي مكونة من أكثر من 3000 عينة.
  • دقة وقتها هي 70 مللي ثانية.

إنه ليس ملفًا كبيرًا بشكل خاص، ويتكون من عدد متوسط ​​من السجلات، والتي يديرها البرنامج بشكل جيد للغاية.

الشكل 1: باستخدام المولد من نوع
الشكل 1: باستخدام المولد من نوع “ملف PWL”، من الممكن إنشاء أي إشارة مخزنة في ملف نصي

من خلال العمليات اللاحقة، والتي سنستكشفها بشكل أكبر في الأجزاء التالية، من الممكن تحليل تحويل فورييه السريع (FFT) للإشارة، من أجل استكشاف أداء أجهزة الاستشعار واستجاباتها والتحقيق فيها. على سبيل المثال، يوضح الشكل 2 التحويل السريع للإشارة الزلزالية المسجلة مسبقًا، والذي يسلط الضوء بشكل واضح جدًا على توصيف البندول الزلزالي. وعلى وجه الخصوص، تتم ملاحظة الخصائص التالية للإشارة:

  • في هذا المثال، يمتلك جهاز استشعار الزلازل ترددًا أساسيًا طبيعيًا قدره 1 هرتز، وسعة 14 ديسيبل.
  • يسلط الرسم البياني الضوء على التوافقي الثالث المهم عند 3 هرتز، وهو أمر طبيعي تمامًا.

تم حساب تحويل فورييه السريع (FFT) الذي تم فحصه للتو على أثر سجله المستشعر لمدة إجمالية قدرها 264 ثانية. تتضمن المؤامرة كلاً من فترات الإشارة النشطة، حيث تتغير الإشارة بمرور الوقت، وفترات الإشارة الهادئة، حيث تكون الإشارة ثابتة. تعد إمكانية فحص تحويل فورييه السريع (FFT) للإشارة عملية مهمة للغاية، ومع ذلك، سيتم فحصها في المقالات المستقبلية.

الشكل 2: التحويل السريع للإشارة الزلزالية.
الشكل 2: التحويل السريع للإشارة الزلزالية

الاستخدام المكثف لملف PWL

من المشروع تمامًا التساؤل عما إذا كان هذا النوع من المولدات يمكنه أيضًا التعامل مع البيانات الكبيرة. يستخدم المثال التالي ملف PWL أكبر بكثير، والذي يحتوي على اتجاه درجات الحرارة المحيطة خلال فترة 4 أيام تقريبًا. الملف النصي الذي يحتوي على العينات هو “temperatures.txt” ويتمتع بالخصائص التالية:

  • إشغال الذاكرة الجماعية حوالي 9 ميجابايت.
  • وهي مكونة من أكثر من 379.512 عينة.
  • دقة وقتها هي 1 ثانية.
  • مدة التسجيل حوالي 4 أيام.

هذا ملف كبير جدًا، والغرض من الاختبار هو مراقبة أداء البرنامج. تمثيل الأسطر العشرة الأولى من الملف الذي يحتوي على أرقام الثواني (في العمود الأول) ودرجة الحرارة (في العمود الثاني) هو كما يلي:

1.000000، 34.358040
2.000000، 34.338650
3.000000، 34.365350
4.000000، 34.380930
5.000000، 34.366310
6.000000، 34.409220
7.000000، 34.400480
8.000000، 34.298600
9.000000 , 34.386330
10.000000، 34.364720

المخطط الكهربائي هو نفس الاختبار السابق. يؤدي تشغيل المحاكاة وعرض الجهد على عقدة “الإشارة” إلى إنتاج الرسم البياني في الشكل 3. على الرغم من أن المولد يعرض النتائج كجهد كهربائي، إلا أن البيانات المسجلة في الأرشيف هي في الواقع قياس لدرجة الحرارة. ويجب على المصممين أن يأخذوا هذه الحقيقة بعين الاعتبار دائمًا. كما يمكنك أن تفهم، تعد ملفات PWL أداة قوية جدًا يمكن استخدامها لمحاكاة مجموعة متنوعة من أشكال الموجات. إنها توفر العديد من المزايا مقارنة بالأشكال الموجية المحددة مسبقًا، مما يجعلها مفيدة لمجموعة واسعة من التطبيقات. إنها تسمح بتحديد أشكال الموجات بدقة اعتباطية، مما يسمح بمحاكاة أشكال الموجات الحقيقية التي لا يمكن تمثيلها بأشكال موجية محددة مسبقًا أو وصفها بواسطة معادلات رياضية. كما أنها مفيدة لمحاكاة وتحليل الإشارة الصوتية أو بشكل عام أي نوع من الإشارات الموجودة في المجال الزمني.

الشكل 3: الرسم البياني لدرجات الحرارة المسجلة على مدى أربعة أيام.
الشكل 3: الرسم البياني لدرجات الحرارة المسجلة على مدى أربعة أيام

أجرى QSPICE عملية المحاكاة بسرعة وسلاسة خلال 3-4 ثوانٍ فقط. ظهرت النتائج والرسوم البيانية على الفور على شاشة الكمبيوتر، دون أي تأخير. وهذه النتيجة مثيرة للدهشة، بالنظر إلى أن المحاكاة شملت أكثر من 380 ألف سجل. إن إدارة مثل هذه الكمية الكبيرة من البيانات ليست عملية تافهة وتتطلب استخدام خوارزميات متطورة للاستجابة السريعة لطلبات المستخدمين.

الوظائف الرياضية

في مولدات الجهد والتيار، من الممكن تنفيذ بعض الوظائف الرياضية التلقائية للحصول على أشكال موجية مفيدة للخرج (انظر الرسوم البيانية ذات الصلة في الشكل 4). بعض هذه الميزات مذكورة أدناه:

  • مصدر جهد FM بتردد واحد.
  • مصدر جهد النبض الغوسي.
  • مصدر غرد خطي قطعة.

بناء جملة الوظيفة الأولى كما يلي:

SFFM (Voff Vamp Fcar MDI Fsig)

أين:

  • Voff هو إزاحة التيار المستمر المعبر عنها بالفولت.
  • Vamp هي السعة المعبر عنها بالفولت.
  • Fcar هو تردد الموجة الحاملة المعبر عنه بالهرتز.
  • MDI هو مؤشر التعديل.
  • Fsig هو تردد الإشارة المعبر عنه بالهرتز.

بناء جملة الوظيفة الثانية كما يلي:

غاوس (Td أمبير سيجما [Period])

أين:

  • Td هو التأخير الزمني المعبر عنه بالثواني.
  • Amp هو السعة المعبر عنها بالفولت.
  • سيجما هو الانحراف المعياري المعبر عنه بالثواني.
  • الفترة هي فترة التكرار الاختيارية التي يتم التعبير عنها بالثواني.

بناء جملة الوظيفة الثالثة كما يلي:

غرد (AMP T1 FREQ1 T2 FREQ2 […]) [LOG] [XTRAP]

في الأوقات التي تسبق T1، يكون الجهد عبارة عن موجة جيبية ذات سعة AMP وتردد FREQ1؛ للأوقات بين T1 وT2، يختلف التردد خطيًا بين FREQ1 وFREQ2. يمكن أن يكون هناك أي عدد من نقاط التردد الزمني المعطاة. في الأوقات التي تلي آخر مرة، يكون التردد هو التردد الأخير.

الشكل 4: بعض الوظائف الرياضية تسمح بتوليد أشكال موجية خاصة.
الشكل 4: بعض الوظائف الرياضية تسمح بتوليد أشكال موجية خاصة

خاتمة

في هذه الحلقة من دورة QSPICE اختتمنا مراجعة مولدات الجهد والتيار، وبعضها مفيد للغاية ومتطور للمصممين. ولذلك، لديهم أدوات قوية تحت تصرفهم لتوليد أي إشارة كهربائية، وبالتالي فمن المستبعد جدًا عدم العثور على الحل الصحيح. تساهم طرق توليد الإشارة هذه في إنشاء دوائر إلكترونية متقدمة وتحسين أداء النظام. تعد مولدات الجهد والتيار أدوات أساسية للمصممين، حيث تسمح لهم بتوليد أي إشارة كهربائية، بدءًا من أشكال الموجات البسيطة وحتى أشكال الموجات المعقدة. يمكن تصنيف مولدات الجهد والتيار بناءً على معايير مختلفة مثل نوع الإشارة المولدة وشكل موجتها ودقة النتيجة النهائية. تتطلب العديد من الدوائر في كثير من الأحيان إشارات إدخال محددة، والتي لا يمكن توليدها إلا باستخدام مصادر الجهد والتيار المناسبة.

تنزيل المخططات والملفات ذات الصلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *