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  • ANSYS仿真平台在新能源车动力电池领域的解决方案

    ANSYS仿真平台在新能源车动力电池领域的解决方案

      近日,梅赛德斯·奔驰郑重宣布,将在2022年之前将旗下整个汽车产品线全部实现电动化,传统燃油车型全面停产停售,此前,沃尔沃也宣布将在2019年之前将产品线全部改造成电气化。各大厂商将目光投向新能源汽车领域,此举是为了应对当前各国越来越严格的排放标准。截至当前,全球已有6个国家公开发表声明将全面禁止纯汽油车和柴油车。荷兰和挪威提出2025年之后禁售燃油车,德国提出2030年后只允许零排放汽车上路,英国提出2040年起全面禁售汽油和柴油汽车,印度计划在2030年全面禁售燃油车。各国新政让新能源汽车行情将进入全面加速阶段。   随着新能源汽车成为汽车行业的发展趋势,各大汽车厂商纷纷加大力度支持新能源汽车技术研发。在转型升级研发生产中,各新能源车企逐渐认识到电池作为电动汽车的核心部件之一,由于其综合性能和寿命严重影响整车性能,已经成为了制约电动汽车发展的瓶颈之一,也是反应技术实力的关键所在,汽车动力电池技术的短板,续航里程短、充电时间长等问题,阻碍着电动汽车大量普及。为解决电池储能、续航、快充等多方面的问题,越来越多的科研院所和汽车企业加入汽车动力电池研发,力图突破瓶颈,创造更长续航里程。今年以来,国内外先后有报道称宝马、福特和捷豹、路虎三家车企将联合建立电动车用电池生产厂,此外有此计划的还有德国大众。另外,特斯拉投资50亿美元的超级电池工厂即将投产,而包括上汽、北汽、奇瑞、力帆在内的一大批国内整车企业也通过各种方式,不同程度的将业务延伸至动力电池领域。市场快速扩张,众多车企在加快推出新能源汽车的同时,逐步开始布局动力电池领域,动力电池市场格局迎来变数。与此同时,基于动力电池体积小、比能量高、循环寿命长等特点和要求,导致众多车企在动力电池的设计研发过程中面临诸多问题,而其中最主要的挑战包括以下几个方面:   ①费用:电池、电机、电控系统作为新能源最关键的三大部件,成本占据了新能源汽车的百分之60以上,因此在保证性能的前提下,如何节省制造成本,成为了首当其冲的问题;   ②性能:考虑空间布局的限制,导致电池体积小,同时考虑续航要求,要求电池比能量高,电池的发热性能及使用稳定性成为了设计者需要重点考虑的问题;   ③耐用性和使用寿命:汽车行驶工况复杂,需要对动力电池进行各种复杂工况下的实验,例如随机振动、疲劳耐久等,从而保障汽车能够满足整体使用寿命;   ④安全性:汽车作为为人类出行的主要工具,在保证电池包自身使用性能的前提下,考虑恶劣环境下的安全性也是不可忽视的一个因素,例如防止高温燃烧等发热问题是众多车企关注的问题。   综上所述,动力电池的设计是一个复杂的、多尺度的问题,涉及到材料学、电化学、结构设计、散热设计等诸多方面。电动汽车用电池安全性,此前一直依据两个相关行业标准,2015年5月15日,由全国汽车标准化技术委员会组织起草的电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统国家标准GBT31467.3-2015正式发布。该标准对动力电池的实验项目进行了详细的规定,而目前在多数动力电池厂家,针对动力电池的设计方法通常为从设计到实验再到修改设计,通常需要进行多轮修正,带来了设计和实验周期长、实验成本高等问题,直接导致产品上市时间不短拖延,从而在如今竞争激烈的电池领域错失良机。   因此本文拟通过仿真手段,将相关标准和仿真平台相结合应用于动力电池设计研发流程中,帮助企业在设计初期即介入产品研发,通过仿真寻找产品设计最佳参数的组合,设计出综合性能最佳的产品,实现精益生产,把控产品质量,从而增强企业竞争力。   ANSYS仿真平台在动力电池领域的解决方案   根据前述,由于动力电池设计的复杂性,会带来强度、疲劳、发热、电化学等不同尺度、不同层级的问题,因此需要进行多领域、多级别的仿真工作,因此仿真数据的协同性变得异常重要。   ANSYS作为世界领先的多物理场仿真工具,以Workbench为多物理场仿真平台,建立了仿真体系,实现了数据共享、协同仿真,可以十分方便的对动力电池进行不同尺度的仿真工作。(如下图所示)。      Figure.1 ANSYS针对动力电池不同尺度仿真能力   其中以电池包的设计为例,在GBT31467.3-2015中对其结构性能要求进行了完整的规定,通常进行一次完整的实验,周期长,如果实验失败,还需修改,重新实验,因此可以基于ANSYS平台,对规范中规定的实验工况进行仿真模拟,找出产品薄弱点,进行优化分析,可以大量节省周期和成本,如下表中对于规范中的主要实验工况和对应的仿真类型总结。      ANSYS在电池仿真领域应用案例   一、电池包随机振动仿真案例   针对某型号电池包进行随机振动分析,查看电池包结构性能。该电池包几何模型如下所示,仿真工作进行前,使用ANSYS模型修复工具Spaceclaim进行模型修复和简化,在不影响精度的前提下减少计算量。通过对该电池包进行模态分析、随机振动分析,查看该产品在1sigma概率下的应力状态,满足规范要求。      二、电池包跌落分析   针对某型号动力电池,考察跌落工况,跌落分析一般采用显式动力学分析方法,本次分析中使用Explicit Str模块进行分析,考虑不同高度、不同角度跌落,最终得到动力电池在不同工况下跌落的应力、变形情况。      结论   通过以ANSYS Workbench平台为依托的多物理场、多尺度的仿真,能够针对电池各类性能进行全面的仿真工作。同时该方法具备以下优点:   (1)ANSYS Workbench具备协同仿真环境,避免数据异构问题,解决了仿真环境统一性的要求;   (2)使用仿真手段进行电池包各项性能分析,能够极大缩短产品研发周期、降低实验成本;   (3)对于新产品的开发,缺乏经验的前提下,可以依靠仿真手段进行多方案对比,并形成最优方案实践。

    时间:2020-05-26 关键词: 仿真 新能源汽车 动力电池

  • SPICE的存在的意义,你知道吗?

    SPICE的存在的意义,你知道吗?

    什么是SPICE?它存在的意义是什么?大家经常说仿真?还说SPICE?那么这个究竟是什么意思,是研究什么的仿真软件,不用好奇,即将揭开谜底。 SPICE是最为普遍的电路级模拟程序,各软件厂家提供了Vspice、Hspice、Pspice等不同版本spice软件,其仿真核心大同小异,都是采用了由美国加州Berkeley大学开发的spice模拟算法。 构成方法: 目前构成器件模型的方法有两种:一种是从元器件的电学工作特性出发,把元器件看成‘黑盒子’,测量其端口的电气特性,提取器件模型,而不涉及器件的工作原理,称为行为级模型。这种模型的代表是IBIS模型和S-参数。其优点是建模和使用简单方便,节约资源,适用范围广泛,特别是在高频、非线性、大功率的情况下行为级模型几乎是唯一的选择。缺点是精度较差,一致性不能保证,受测试技术和精度的影响。另一种是以元器件的工作原理为基础,从元器件的数学方程式出发,得到的器件模型及模型参数与器件的物理工作原理有密切的关系。SPICE 模型是这种模型中应用最广泛的一种。其优点是精度较高,特别是随着建模手段的发展和半导体工艺的进步和规范,人们已可以在多种级别上提供这种模型,满足不同的精度需要。缺点是模型复杂,计算时间长。 仿真程序: SPICE仿真软件模型与仿真器是紧密地集成在一起的,所以用户要添加新的模型类型是很困难的,但是很容易添加新的模型,仅仅需要对现有的模型类型设置新的参数即可。 SPICE模型由两部分组成:模型方程式(Model Equations)和模型参数(Model Parameters)。由于提供了模型方程式,因而可以把SPICE模型与仿真器的算法非常紧密地联接起来,可以获得更好的分析效率和分析结果。 现在SPICE模型已经广泛应用于电子设计中,可对电路进行非线性直流分析、非线性瞬态分析和线性交流分析。被分析的电路中的元件可包括电阻、电容、电感、互感、独立电压源、独立电流源、各种线性受控源、传输线以及有源半导体器件。SPICE内建半导体器件模型,用户只需选定模型级别并给出合适的参数。 采用SPICE模型在PCB板级进行SI分析时,需要集成电路设计者和制造商提供详细准确描述集成电路I/O 单元子电路的SPICE模型和半导体特性的制造参数。由于这些资料通常都属于设计者和制造商的知识产权和机密,所以只有较少的半导体制造商会在提供芯片产品的同时提供相应的SPICE模型。 PICE模型的分析精度主要取决于模型参数的来源即数据的精确性,以及模型方程式的适用范围。而模型方程式与各种不同的数字仿真器相结合时也可能会影响分析的精度。除此之外,PCB板级的SPICE模型仿真计算量较大,分析比较费时。以上就是SPICE存在的意义,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-13 关键词: spice 仿真 电路级模拟程序

  • 发动机总成HIL测试的重要性及关键考虑因素有哪些

    发动机总成HIL测试的重要性及关键考虑因素有哪些

    发动机ECU HIL测试介绍 什么是HIL仿真? 在闭环控制系统中,被控制系统的当前状态通过传感器测量馈回控制器。对于汽车来说,电子控制单元(ECU)使用这些测量值来确定适当的执行器值,以获得所需的工作条件。 例如,发动机ECU接收有关节气门位置、发动机转速和排气氧含量的信息,以确定燃油喷射器位置、点火正时和进气口对应的执行器命令,以保持最大的发动机性能和 减少有害尾气排放。最终还是需要对整个系统进行物理测试; 但是通过HIL仿真,工程师 可以在没有车辆甚至发动机的情况下彻底测试ECU,获取重要的信息。 图1. 硬件在环测试系统包含了模拟ECU工作环境所需的几个关键功能 通过HIL仿真提高效率 HIL仿真可重现与ECU交互的物理系统,并执行激励信号生成和测试结果数据记录等测试执行功能。发动机ECU的激励生成可能需要创建一系列期望的发动机速度(以模拟踩下油门踏板)和车辆载荷(以模拟各种道路状况)。同时需要观察整个系统以确保所有组件正确运行,并记录测试结果,以便与理想的系统响应进行比较。 虽然HIL仿真并不能完全取代物理测试,但它确实可通过以下优势来降低测试成本以及提高产品质量: - 在开发过程中更早地进行测试—更及时地发现设计错误,减少修正成本以及对上市时间的影响 - 降低测试成本—无需使用物理系统,减少测试连接件的购置、维修和维护费用 - 增加测试覆盖率—在无法进行物理测试的极端条件下测试ECU,避免安全和设备损坏问题 - 提高测试灵活性—扩展测试功能,无需考虑外部因素(例如:即使在炎热的夏天,也可以模拟冬季道路状况,以便测试车辆) - 提高测试可重复性—隔离ECU的缺陷,即使这些缺陷仅在某些情况下才发生 图2. 典型的HIL测试系统包含许多常见的硬件组件 HIL测试软件基础 组织采用HIL仿真的基本动机是提高其开发和测试过程的工作效率。用于HIL仿真的硬件和软件工具需要能够帮助工程师专注于测试ECU,而不是忙于配置、支持和维护测试系统。 HIL测试软件应该兼顾易用性和灵活性,以适应不断变化的要求。 HIL系统的价值取决于所能节省的时间和提高的产品质量。 在具有极其严格的上市时间要求的行业中,快速开始进行首次测量非常重要。您必须能够快速轻松地将仿真模型连接到物理I/O设备,而且在ECU参数发生变化时更新配置。除了系统配置之外,系统还应可创建和执行测试配置文件来驱动ECU。驾驶虚拟汽车的前提是能够提供代表ECU可能遇到的环境变量的信号模式。例如,如果要执行EPA行驶工况测试,就需要生成运行测试所需的速度设定值和路况条件。有多种选项可用于生成测试配置文件,包括传统的编程和脚本语言、图形化显示和复杂的数据回放。最佳方法通常因ECU要求而异,而且HIL测试系统必须能够满足这些不同的要求。 仿真基础 对象模型和模型来源 在HIL测试,通常使用仿真模型来“欺骗”被测嵌入式设备(DUT),让DUT觉得自己正在控制一个真正的机械系统。机械系统的物理学机制可使用数学工具来重现,这些工具生成的信号通过电线传输并连接到DUT。过去,物理仿真是一个极具挑战性的过程,需要深入了解与机械过程相关的数学原理,如流体动力学、应力特性和材料特性。 图3. 使用各种建模环境来确保高效且有效的HIL测试 今天,有许多商用现成(COTS)工具可用为物理和电气系统建模,而且不需要了解系统构建的基础数学原理。其中有许多物理仿真工具专门为汽车动力总成HIL测试领域而设计。常见的汽车建模工具及其主要用途包括: Gamma Technology 公司开发的 GT-SUITE 软件—GT-SUITE 是一款仿真软件工具,为汽车工程应用提供了多种功能和库,包括快速概念设计、详细的系统或子系统/组件分析、设计优化以及根本原因调查等。 GT-SUITE架构提供了独一无二的系统集成模型构建功能,可以跨子系统、物理域和模型等级进行集成。 AVL 公司开发的 BOOST 和 CRUISE 软件—BOOST 是一款完全集成的虚拟发动机仿真工具,提供了先进的模型来准确预测发动机性能、噪声和废气处理装置的效率。在发动机开发过程中借助该软件,您可以提供给定汽车概念所需的扭矩和功率以及优化排放、油耗和乘客舒适度(噪声和瞬态工况)。 CRUISE 是一款系统级仿真工具,适用于从概念规划到产品发布等一整个开发过程中的日常车辆系统和传动系统分析任务。其应用范围涵盖了传统车辆动力系统、高度先进的混合动力系统和纯电动汽车。 CRUISE提供了参数优化和组件匹配功能,可帮助您实现实用且可行的解决方案。 ITI 公司开发的 SimulaTIonX—SimulaTIon X标准软件用于评估所有技术系统组件之间的相互作用,提供了丰富的模型库,适用于一维机械、三维多体系统、动力传动、液压、气动、热力学、电气学、电气驱动、磁学和控制学等领域。SimulaTIonX是用于物理效应建模、仿真和分析的通用CAT工具。。 Mechanical SimulaTIon 公司开发的 CarSim 软件—CarSim 用于模拟乘用车、赛车、轻卡和多功能车的动态行为。它可生成动态仿真测试,并输出超过800个计算变量来进行绘图和分析或导出到Excel等其他软件。 通过确定性确保准确的仿真 HIL测试的有效性取决于仿真能否准确反映ECU周边环境。仿真模型必须通过数学计算对ECU命令进行准确的响应,并且这些响应所发生的时间范围必须与所仿真的机械系统一致。因此,大多数HIL应用都需要使用实时系统执行确定性操作。您还可以使用实时系统来执行实时测试序列,以了解ECU功能和稳健性相关的信息。如果实时系统可以确定地代表机械系统,并具有足够高的保真度,则可以对ECU参数进行校准,以优化和调整整个闭环系统的性能。实时系统的性能很大程度取决于可以从测功机转移到实验室的测试量,因为这直接影响测试成本和上市时间。 不同类型动力系统的关键考虑因素 在动力总成控制模块(PCM)上执行HIL测试对系统提出了新的要求。由于其高度专业化特性,PCM除了依赖通用微控制器外,还依赖于专用协处理器。例如,内燃发动机PCM必须处理特定的高速发动机信号,例如转动位置、爆震、气缸压力和精确执行器控制[2]。 PCM测试需处理这些独特的I/O和协处理器。因此,PCM测试系统,如待测组件,使用相应复杂的测试系统来测专用协处理器来提供足够的I/O复杂性。此外,尽管公司会不断发布新的PCM硬件和软件,但测试系统通常需要具有多年使用寿命。高度灵活性便成为测试系统的一个最基本要求 如今,FPGA是满足这些需求的理想器件,其高性能和灵活性非常适合满足当今先进PCM快速变化的测试需求[3]。 FPGA具有显着优势,例如并行处理、设计可扩展性、超快的引脚到引脚的响应时间、设计可移植性和终身可升级性。所有这些优势都有助于构建强大的自适应测试系统。但是,FPGA编程通常只有非常专业的工程师才懂,但这类工程师非常稀缺。高级别抽象的FPGA编程软件的出现以及易于访问的现成FPGA库极大地提高了部署基于FPGA的测试系统的可行性。 内燃动力系统 从本质上说,内燃机ECU的作用是让发动机转动。为此,ECU通过精心设计的编码器轮提供的传感器反馈来监测发动机的位置,如图4所示的曲轴轮,并激活喷油器和火花塞来产生电能。 图4. 现在的曲轴轮采用复杂的pattern,如图中所示的pattern非常独特且不断变化。 内燃机ECU HIL测试仪的用途除了测量踏板等用户输入之外,还用于测量和生成这些燃烧信号。 表1显示了典型的发动机ECU信号。 表1. 在开发测试仪时应考虑这些常见的发动机ECU信号。 图5显示了一个典型发动机ECU测试仪的框图(不包含负载和开关)。 测试仪包含了在CPU上运行的实时OS,用于执行低中速(1 kHz-10 kHz)建模。 CPU与模拟、数字和总线通信等独立I/O结合,可让低中速信号随着模型的执行进行同步更新。不管对于哪类ECU测试系统,这些都是核心组件,但为了满足内燃机ECU测试的特定要求,还需要增加一个用于实例化角度处理单元(angle processing unit,APU)的FPGA协处理器。 图5. 典型的发动机ECU测试仪框图包含了在FPGA上进行实例化的APU协处理器。 APU用于执行高速、高保真的发动机转动仿真。转动仿真是一个接受速度输入值的过程,随着时间的推移,0到360度连续发布转动位置的仿真值。由于ECU编程为相对于其转动位置控制发动机,因此验证ECU时,需要在测试仪中模拟转动位置并进行与转动位置相关的测量。 图6. 模拟可变磁阻传感器输出的旋转信号。 将转动仿真任务从CPU上剥离出来有许多好处。首先,使用专用硬件,APU可以高速运行,不受高级实时操作系统任务(如线程调度程序)的干扰。为了在10,000 rpm下实现0.1度 的分辨率下,转动仿真必须至少以600,000 Hz的频率运行,这在通用CPU上是不可能实现的。 其次,APU和CPU可以异步运行。这可允许CPU以固定的时间步进间隔运行物理对象模型,有助于提高许多对象建模和实时OS工具链的工作效率,同时获得来自APU协处理器的基于角度的信息。 最后,通过将APU放置在靠近I/O引脚的位置,可以在转动仿真和相关数据之间建立低延迟连接,以关联到仿真的位置值。事件发生的时间及其与位置相关的时间之间的延迟会直接导致测量误差。为了避免这一误差,可以将APU放在与I/O相同的FPGA芯片。 前面讨论的ECU信号、FPGA上的APU协处理器以及发动机物理模型相结合,就构成了一个闭环发动机ECU HIL测试仪。图7显示了该系统基于实际执行器负载的数据流。 图7. 发动机ECU HIL闭环数据流 对于内燃动力系统,设计ECU HIL系统时,另一个重要考虑因素是燃油喷射器驱动的测量。实现这一目标的最佳方法之一是将真实执行器纳入测试系统,就像将它们置于真实车辆中一样。 ECU经过电流测量信号调理卡连接到喷油器,并为测试系统的FPGA提供电流测量值。这可允许FPGA测量流经喷油器的电流,以确定何时开启和关闭电磁阀(图8)。 图8. 柴油燃料喷射器的电流和电压曲线表明必须测量电流才能精确地捕获正确的时机 对于汽油喷射器,一个更简单的替代方案是直接测量ECU的数字输出,以检测喷射器何时 被命令打开和关闭。但是,测量通过实际喷射器的电流可得到更准确的结果,因为 打开电磁阀需要一定量的激活电流。此外,如果实际负载没有连接到喷射器输出,大多数ECU会出现诊断故障。 混合动力和纯电动动力系统 在许多全电动或混合动力系统中,ECU必须管理多个独立电源产生的电力。例如,混合动力传动系统包含一个或多个电动机以及一个内燃发动机。无论使用的是何种混合动力传动系统类型,都意味着ECU必须以安全且可重复的方式控制两个耦合对象,这两个对象的动态速度可能截然不同,需要大量测试才能确保控制系统的稳定性。 例如,在路面结冰的驾驶条件下,车轮会突然失去牵引力。在加速时,这可能会导致电机速度急剧增加,需要安全地应对。但是,从物理角度考虑,这种安全行为不可能在测功机上再现,即使是在测试跑道上,也是非常耗时和高难度的。由于针对这种特定安全条件开发的复杂控制算法必须进行验证,测试需要考虑到极端的驾驶条件,以满足量产车辆的质量要求。 图9. 混合动力系统的HIL测试需要考虑更多的因素 混合动力和全电动传动系统都增加了ECU测试的复杂性。不管是哪种情况,驱动电动机都需要ECU产生高速PWM信号来驱动电力电子硬件。如果要HIL测试系统对来自被测ECU的高速数字信号做出正确的响应,仿真必须以数量级达1μs的超快速循环速率运行。另一个需要考虑的方面是,电动机表现出复杂的非线性行为,例如磁性饱和和齿槽转矩,这些行为都很难直接建模。线性模型可用于测试ECU的基本功能,但复杂的行为也需要建模,才能进行更严格的测试、调整和优化。 传统的仿真系统无法达到1μs的循环速率,这限制了控制系统设计人员的测试能力,迫使他们严重依于赖昂贵的测功机或现场测试。在失去牵引力的情况下,如果要通过现场测试来确保在所有可能运行条件下的安全性,所需的费用非常高昂甚至不可能实现。然而,提高仿真速度和保真度有助于在仿真中进行更多可重复的测试,从而减少物理测试的时间和成本。 要达到1μs的模拟周期,需要测试彻底改变电动机和电力电子HIL测试系统的设计。一个关键方法是摒弃传统的基于处理器的HIL系统,采用基于FPGA的仿真器。 由于通信总线将处理器和I/O分离开,传统的基于处理器的HIL系统可提供的最大速度仅为50 kHz左右。在仿真的单个时间步长内,对输入进行采样后,采样数据传输到处理器进行处理,处理结果传输回I/O节点,并更新输出结果。对于PCI或PXI总线,通信的延迟通常可占整个仿真周期的四分之三。将计算任务转移到FPGA上有助于提高计算速度。然而,提高速度的最快方法是在单个设备上并列配置处理节点和I/O节点,这样可最小化通信延迟。 对高级电机驱动器进行实时仿真时,面临的另一个挑战是实现仿真保真度和速度的平衡。虽然进行功能级HIL测试时,简单的常量参数或线性模型就足够了,但通常需要提高模拟保真度来提高测试的可靠性以及优化先进电机驱动器。在不增加计算复杂度的情况下提高模拟保真度的一个有效方法是使用查找表替换模型参数,并在每次仿真迭代时更新这些参数。 使用有限元分析结果或通过实验得出的表格,您可以模拟复杂的非线性行为,例如齿槽转矩或磁饱和,并设计可正确响应复杂现象的控制器。无论是哪种情况,查找表都可以捕获复杂的行为,而无需在仿真中直接对其进行建模。 最大化测试覆盖率 创建测试用例 为ECU制定测试计划和测试用例需要设计和测试团队之间密切合作。对ECU要求进行文档记述是此过程的一个关键步骤。通常,这些要求可以分为三个高级类别:安全性、功能性和性能。 安全性 在产品设计中,我们应用称为故障模式和影响分析(FMEA)的过程来定性地识别可能的故障及其对系统的整体影响。FMEA是20世纪40年代末测试军事系统的可靠性工程师开发的,并沿用至今。当识别出可能的故障时,就会详细描述故障并分配相应的概率值、严重程度值以及计算出的总体风险值(概率和严重程度的乘积)。表2显示了一个FMEA表的示例。 表2. 设计工程师创建故障模式和影响分析表作为有效的安全测试起点。 (表格由Quanser提供) 完成FMEA后,设计工程师会添加一些功能来减缓识别到的风险最大的故障。 例如,他们可以添加传感器来检测机械组件的故障,然后软件会自动将车辆切换到跛行回家模式,以防止进一步损害。 测试这些补救措施是ECU验证和确认的关键部分。如果要为每个故障设计相应的测试用例,需要设计团队提供故障树分析(FTA)。 图10显示一个FTA的例子。 图10. 在创建对安全至关重要的测试用例时,故障树分析是一个重要的参考文档。 使用FTA作为流程图,您可以为每个具有足够高风险的FMEA项目设计测试用例(“足够高”的阈值由产品管理人员设定)。考虑到一些故障的危险系数非常高,如果能在HIL仿真中对这些项目进行测试,那将是一项非常有价值的投资。 在验证安全要求时,必须确保测试准确无误,尤其是对于汽车和航空航天等必须符合功能安全标准的受管制行业。错误的验证可能导致项目在投入生产和处于安全关键状态时,产生极为不利的后果。另外,由于电子复杂性的不断增加,相同的时间内需要进行的测试增多,这就引入了自动化验证需求。但是,我们如何知道所使用的测试自动化工具是否如预期的那样正常工作?自行开发测试自动化工具的成本可能非常高,特别是在设计时需要确保工具的功能安全性。除此之外,还需要对整个验证过程进行详细且全面的文档记述。正确地创建该文档可能非常耗时,因此所使用的任何工具必须能够生成适当的工件,这使得许多人认为手动工具认证是唯一的方法。 使用在某些方面符合特定功能安全项目要求的COTS验证工具可以满足这一需求,且可让您对测试工具充满信心。 NI联盟合作伙伴CertTech针对NI测试自动化软件工具TestStand开发了一款资格鉴定包。 TestStand是一款随时可运行的测试管理软件,旨在帮助您更快地开发、执行和部署自动化测试系统。由于CertTech工程师对受监管行业和功能安全标准非常熟悉,他们很理解用户迫切需要使用符合DO-178C和ISO 26262等标准的合格工具。TestStand鉴定包全面覆盖了最常用功能的要求和测试种类,提供了验证指定要求的全套测试以及一个易于扩展的框架,因此用户可以根据需要扩展测试覆盖范围。此外,CertTech还使用工具生成了所需的文档,作为合规性的必要工件。这个文档是必不可少的,因为我们的总体目标是确保验证过程的完全透明性,以便测试可以快速地重建。 借助鉴定包,CertTech将生成该文档所需的时间缩短了95%。 一些较新的功能安全标准,如ISO 26262和DO-178C要求项目使用“合格工具”来完成一些不需要人工审核的验证和确认任务,这使得使用像TestStand这样的合格工具变得更为重要。这些标准需要您对未进行适当测试的工具的总体影响进行评估,然后判定一个TCL值,也就是ISO 26262等标准所称的工具置信度( Tool Confidence Level,TCL)。两个主要因素决定了TCL:工具影响(TI)和工具错误检测(TD)。 TI1和TI2是TI的两个级别。当故障软件工具不可能违反安全要求时,则选择TI1。其他所有情况均选择TI2。 TD分为TD1、TD2和TD3。 TD1表示工具检测错误的置信度很高,TD2表示置信度中等,TD3表示置信度很低。测试工具的不同TCL等级意味着用户所承担的额外负担也有所不同。 最大化测试覆盖率 创建测试用例 为ECU制定测试计划和测试用例需要设计和测试团队之间密切合作。对ECU要求进行文档记述是此过程的一个关键步骤。通常,这些要求可以分为三个高级类别:安全性、功能性和性能。 安全性 在产品设计中,我们应用称为故障模式和影响分析(FMEA)的过程来定性地识别可能的故障及其对系统的整体影响。FMEA是20世纪40年代末测试军事系统的可靠性工程师开发的,并沿用至今。当识别出可能的故障时,就会详细描述故障并分配相应的概率值、严重程度值以及计算出的总体风险值(概率和严重程度的乘积)。表2显示了一个FMEA表的示例。 表2. 设计工程师创建故障模式和影响分析表作为有效的安全测试起点。 (表格由Quanser提供) 完成FMEA后,设计工程师会添加一些功能来减缓识别到的风险最大的故障。 例如,他们可以添加传感器来检测机械组件的故障,然后软件会自动将车辆切换到跛行回家模式,以防止进一步损害。 测试这些补救措施是ECU验证和确认的关键部分。如果要为每个故障设计相应的测试用例,需要设计团队提供故障树分析(FTA)。 图10显示一个FTA的例子。 图10. 在创建对安全至关重要的测试用例时,故障树分析是一个重要的参考文档。 使用FTA作为流程图,您可以为每个具有足够高风险的FMEA项目设计测试用例(“足够高”的阈值由产品管理人员设定)。考虑到一些故障的危险系数非常高,如果能在HIL仿真中对这些项目进行测试,那将是一项非常有价值的投资。 在验证安全要求时,必须确保测试准确无误,尤其是对于汽车和航空航天等必须符合功能安全标准的受管制行业。错误的验证可能导致项目在投入生产和处于安全关键状态时,产生极为不利的后果。另外,由于电子复杂性的不断增加,相同的时间内需要进行的测试增多,这就引入了自动化验证需求。但是,我们如何知道所使用的测试自动化工具是否如预期的那样正常工作?自行开发测试自动化工具的成本可能非常高,特别是在设计时需要确保工具的功能安全性。除此之外,还需要对整个验证过程进行详细且全面的文档记述。正确地创建该文档可能非常耗时,因此所使用的任何工具必须能够生成适当的工件,这使得许多人认为手动工具认证是唯一的方法。 使用在某些方面符合特定功能安全项目要求的COTS验证工具可以满足这一需求,且可让您对测试工具充满信心。 NI联盟合作伙伴CertTech针对NI测试自动化软件工具TestStand开发了一款资格鉴定包。 TestStand是一款随时可运行的测试管理软件,旨在帮助您更快地开发、执行和部署自动化测试系统。由于CertTech工程师对受监管行业和功能安全标准非常熟悉,他们很理解用户迫切需要使用符合DO-178C和ISO 26262等标准的合格工具。TestStand鉴定包全面覆盖了最常用功能的要求和测试种类,提供了验证指定要求的全套测试以及一个易于扩展的框架,因此用户可以根据需要扩展测试覆盖范围。此外,CertTech还使用工具生成了所需的文档,作为合规性的必要工件。这个文档是必不可少的,因为我们的总体目标是确保验证过程的完全透明性,以便测试可以快速地重建。 借助鉴定包,CertTech将生成该文档所需的时间缩短了95%。 一些较新的功能安全标准,如ISO 26262和DO-178C要求项目使用“合格工具”来完成一些不需要人工审核的验证和确认任务,这使得使用像TestStand这样的合格工具变得更为重要。这些标准需要您对未进行适当测试的工具的总体影响进行评估,然后判定一个TCL值,也就是ISO 26262等标准所称的工具置信度( Tool Confidence Level,TCL)。两个主要因素决定了TCL:工具影响(TI)和工具错误检测(TD)。 TI1和TI2是TI的两个级别。当故障软件工具不可能违反安全要求时,则选择TI1。其他所有情况均选择TI2。 TD分为TD1、TD2和TD3。 TD1表示工具检测错误的置信度很高,TD2表示置信度中等,TD3表示置信度很低。测试工具的不同TCL等级意味着用户所承担的额外负担也有所不同。 表3. ISO 26262标准中的工具置信度意味着对工具进行鉴定时的工作量不同 TCL2工具对于用户的价值最大,因为任何TCL1工具不是对安全没有任何实质影响,就是已经具有高置信度,因而不需要额外的资格鉴定和文档记述。而TCL3工具置信度较低,不管如何都需要一定程度的人工资格鉴定。 功能性 从高层次来说,ECU功能的测试非常简单。我们可以简单地逐个功能进行测试;但是嵌入式软件的详细信息可以帮助发现需要严格测试的可能故障点。因此,功能测试的设计同样需要与ECU设计团队密切合作。 此外,特定ECU的特性可以与状态图相结合来指导测试用例的设计。 性能 与安全和功能测试用例不同,设计基于性能的测试却不需要与ECU设计团队协作。这些测试的开发通常从用户的角度来考虑。设计团队能接受的对于用户来说可能是无法接受的,因而这些反馈非常重要。幸好,有些用户关心的性能问题,例如每加仑英里数(MPG),可以根据联邦政府定义的测试程序直接变为测试用例。图11显示了联邦政府针对市区驾驶规定的车速随时间的变化图(FTP-75)。 图11. 联邦政府针对车辆MPG性能规定标准化测试,例如FTP-75驾驶工况。 另一种基于性能的测试是内部性能,例如总线消息时序、ECU CPU利用率或ECU事件 响应时间。这些类型的测试可能需要测试仪具有额外的功能,包括ECU校准、调试数据链路(以读取微处理器参数)和/或过程数据日志时间戳发布(以验证可接受的总线消息行为)。有关使用NI DIAdem软件进行此分析的示例,请查看 时间相关的NI VeriStand数据日志。 需求创建、可追溯性和实现 需求可追溯性的重要性 为了确保嵌入式软件和一般软件的质量,经证明在软件开发过程的所有阶段跟踪需求工件是非常重要的。典型的软件过程包括研究、定义、开发、测试和部署。通过跟踪来建立各种关系以及分析软件更改的影响是软件开发过程的常见操作,尤其是对于故障成本非常高或故障可能导致生命危险的领域。 经证明,软件项目如果缺乏足够的需求可追溯性,就会出现较多严重影响系统安全性和可靠性的缺陷。即使是微小的变化,也可能产生很大的连锁效应,导致最终产品无法完全满足项目启动时确定的所有要求。 由于监管机构出于对安全问题的考虑,以及企业不期望发生代价巨大的产品召回事件,因此两者联手,制定了大量关于需求管理的标准、最佳工程实践和软件工具。在未来的项目中,应对需求可追溯性进行硬性规定 测试自动化 在现代测试系统中,从最上层的功能到测量仪器均可自动化。这是一个复杂的过程,涉及来自不同供应商的多个工具和不同操作系统,其中一些任务可能需要在实时HIL系统上执行。因此需要尽早与工具提供商确认,以确保兼容性。测试自动化是经济高效地确保需求可追溯性的关键因素。 除了执行测试脚本来驱动虚拟汽车之外,具有前瞻性思维的组织还会使用测试自动化框架来进一步实现测试执行和自动化。借助这些框架,就可以批量运行测试,对测试数据执行后期处理和分析,并生成报告,且运行时无需任何人工交互。只需配置测试系统,测试执行就可以独立完成。测试自动化可自动将产品需求和测试用例链接到测试结果,帮助工程师更有效地进行沟通。这样就无需人工对测试数据与需求进行比较,从而提高了工作效率。 ECU测试团队的一个高级目标是开发一个提供足够测试覆盖率的测试用例库。这个库是确保ECU质量的关键因素。随着测试用例库不断扩展,测试可以设置为连夜自动运行或者在软件发生变化时自动触发运行回归测试。及时的回归测试报告可以避免最新出现的嵌入式软件错误持续数周并逐渐变得难以修复。 为您的ECU选择合适的HIL系统 开放性、可扩展性、灵活性 选择HIL系统时,首先应考虑是要购买组件并自行集成系统还是购买完整的交钥匙系统。大多数交钥匙系统供应商通常不销售组件,而销售组件的供应商通常通过合作伙伴提供交钥匙系统。 如果选择购买组件,则需要拥有掌握专业知识的工程人员来集成组件,这样可以更灵活地控制系统的可扩展性和定制性。而选择购买交钥匙系统可以减轻工程负担,但必须确保系统能够满足您当前和未来的需求。保证这一点的一个方法是购买“开放”且“可扩展”的平台。由多个供应商支持的开放式平台提供了最大的可能价值并可保护您的投资。 HIL测试系统灵活性的重要性 将HIL仿真集成到测试系统的方式有很多种。随着降低测试成本的需求日益迫切,灵活的解决方案对于在开发过程中融入HIL仿真至关重要。高效的HIL仿真解决方案应能够快速适应开发过程中遇到的各种变化,而且不需要大幅修改HIL仿真仪就能够对测试过程或配置进行小改动。以目前的创新速度,单靠一个供应商是无法满足所有最新技术的上市时间、质量和成本预期。基于COTS工具的开放式HIL仿真解决方案可确保您始终可以集成ECU测试所需的技术。 图12. 灵活的HIL测试系统可以满足未来需求和项目扩展的要求。 尽管HIL系统已广泛应用到嵌入式测试领域,但它们仍然只是测试环节的一部分。在选择HIL测试策略时,请务必考虑除了嵌入式软件验证之外应如何将HIL系统集成到测试工作流程中。相比仅关注测试周期的某个特定领域的公司,对测试具有整体观的测试工具公司能够提供更有价值的见解。 NI HIL平台是一个COTS解决方案,可进行扩展和自定义来满足不断变化的需求。由于其模块化架构和开放式软件,NI工具既可以在小型台式系统上使用,也可以进行扩展,用于具有紧密同步的分布式高通道数系统,例如铁鸟飞机模拟器。 NI设计的产品可以满足从工业控制到消费电子等各个行业的需求。这些要求苛刻的应用所需的性能、可靠性和灵活性同样也适用于工程师进行HIL仿真,这使得NI成为嵌入式软件测试的理想合作伙伴。

    时间:2020-05-05 关键词: 控制器 发动机 仿真

  • 你知道PCB设计过程中的EMC/EMI仿真吗?

    你知道PCB设计过程中的EMC/EMI仿真吗?

    关于PCB设计过程中的EMC/EMI仿真,你真的了解吗?由于PCB板上的电子器件密度越来越大,走线越来越窄,走线密度也越来越高,信号的频率也越来越高,不可避免地会引入EMC(电磁兼容)和EMI(电磁干扰)的问题,所以对电子产品的电磁兼容分析以及应用就非常重要了。但目前国内国际的普遍情况是,与IC设计相比,PCB设计过程中的EMC分析和模拟仿真是一个薄弱环节。同时,EMC仿真分析目前在PCB设计中逐渐占据越来越重要的角色。 PCB设计中的对EMC/EMI的分析目标信号完整性分析包括同一布线网络上同一信号的反射分析,阻抗匹配分析,信号过冲分析,信号时序分析等等;对于邻近布线网络上不同信号之间的串扰分析。在信号完整性分析时还必须考虑布线网络的物理拓扑结构,PCB介质层的电介质特性和介电常数以及每一布线层的电气特性。现在已经有了抑制电子设备和仪表的EMI的国际标准,统称为电磁兼容(EMC)标准,它们可以作为PCB设计者布线和布局时抑制电磁辐射和干扰的规则,对于军用电子产品设计者来说,标准会更严格,要求更苛刻。对于由多块PCB板通过总线连接而成的系统,还必须分析不同PCB板之间的电磁兼容性能以及接口电路和连接器的EMC/EMI性能。 EMC/EMI的仿真需要用到仿真模型EMC/EMI分析要了解所用到的元器件的电气特性,之后才能更好地具体模拟仿真。目前应用较多的有IBIS和SPICE模型。IBIS(I/O Buffer Interface Specification),即ANSI/EIA-656,是一种通过测量或电路仿真得到,基于V/I曲线的I/O缓冲器的快速而精确描述电气性能的模型。 1990年由INTEL牵头、联合数家著名的半导体厂商共同制定了IBIS V1.0的行业标准,经过不断的完善和发展,于1997年更新为IBIS V3.0.现在此标准已被NS、Motorola、TI、IDT、Xilinx、Siemens、Cypress、VLSI等数百家半导体厂商支持,同时Cadence、Mentor、Incases、Zuken-Redac等RDA公司在各自的软件中也添加了有关IBIS的功能模块。 IBIS文件是一种文本文件,是通过标准软件格式生成的“行为”信息的描述,以说明IC的模拟电气特性。IC的SPICE模型是各半导体厂商的商业秘密,受到知识产权的保护,而IBIS模型是对用户完全开放的数据,所以设计者可以比较容易得到IBIS模型。当然,如果有SPICE模型,IBIS模型可以从SPICE模型来生成。目前,一般都可以从器件厂商那里拿到IBIS模型。 应用EMC/EMI仿真来提高PCB设计的质量在PCB布局布线结束后,将GERBER文件做成电路板之前对电路设计进行EMC/EMI的分析和模拟仿真。同时依据实际电路的动态工作频率分析信号的强度、时延等特性。如果设计的PCB中含有与外部的接口,IC上外加了散热器或电路本身功耗大时,必须进一步进行电磁辐射的模拟仿真分析。对于高速电路有必要进行布线网络的传输线分布参数分析。 EDA开发厂商也渐渐意识到用户在EMC/EMI模拟仿真领域的需求,德国的INCASES公司为设计者提供了EMC/EMI模拟仿真分析的软件包EMC-WORKBENCH,成为该行业的领袖并多次主持了IEEE在EMC/EMI方面的研讨会。EMC-WORKBENCH能够满足电路设计者在电磁兼容方面的迫切需求,改进了PCB设计的流程,简化后期硬件调试中许多繁杂的工作。 同时,IC内部也要充分考虑到EMC/EMI的问题。目前,大部分芯片厂商都会处理好IC内部的EMC/EMI的问题。但广大的设计者也应当留意芯片中可能存在的问题,同时将EMC/EMI的解决在板极上做到极致。电子工程师们可以利用仿真工具,并有效综合设计经验,可以更好地提高产品的质量和产品的可靠性。以上就是PCB设计过程中的EMC/EMI仿真解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-04-28 关键词: 仿真 emc emi

  • 小米有品上架流浪地球CN373运载车:14轮避震+双仿真液压杆

    小米有品上架流浪地球CN373运载车:14轮避震+双仿真液压杆

    《流浪地球》自2019大年初一上映后,口碑票房双收。在国内连创票房新高,最终票房46.54亿,目前位列中国影史票房总榜第三,曾仅次于《战狼2》和《哪吒之魔童降世》。 与此同时,《流浪地球》相关周边产品也纷纷上市。今天小米有品就上架了CN171运兵车、CN373运载车,官方正版授权,采用高精度积木拼搭而成,支持机械传动,售价499元、599元。 积木零件精度高达0.005mm,精细还原了引擎动力、差速器配置等车辆内部结构,立体展现机械动力之美,而且车身内部留足了改造电动的空间,方便日后升级。 其中,CN171运兵车三围540x210x280mm,多处车门可开合,炮台、机枪可360°水平旋转。 CN373运载车三围850x210x205mm,更是采用全车14个车轮避震设计,配以双仿真液压杆、丰富的可动配件,再现CN373风采。 与此同时,通过积木零件的巧妙衔接,使得CN373运载车轻松实现车头和车厢分离和合体。 CN171运兵车 CN373运载车

    时间:2020-02-07 关键词: 仿真 小米有品 流浪地球 cn373运载车 14轮 避震 液压杆

  • 实现数据通道模型的设计并进行仿真验证

    实现数据通道模型的设计并进行仿真验证

    本文在设计该款MCU IP核的数据通道部分过程中,提出了一种特定的数据通道模型;最后,通过对整个MCU IP核仿真综合,对该数据通道模型进行了验证。 1 、数据通道模型及数据总线Verilog HDL模型1.1数据通道模型结构图 本文设计的MCU数据通道模型包含各数据通道单元及单条双向数据总线。其中数据通道单元主要由特殊功能寄存器、通用寄存器及运算单元ALU等电路组成,每个通道单元还可再分为多个子通道单元。数据通道顶层模型如图1所示,数据主要在数据总线及各数据通道单元中流动,由一条双向数据总线完成每个数据组元的读写操作,充当每个组元源总线及目的总线双重功能,并由特定电路完成总线数据的读写操作。该数据通道模型的最大特点为:通过n个子通道选择信号,各数据通道单元内部可再分为n个子数据通道,由1/n译码器实现每一个时刻只有一条子通道选通。上层的数据通道控制信号仍然有效,作为子层数据通道的公共开关。依次类推,该数据通道模型可以是多层的。数据通道层次模型如图2所示。 数据通道模型内数据的流动在时间轴上是时刻向前的,而数据流动的轨迹则呈现为相互环绕的螺旋形。

    时间:2020-01-12 关键词: 仿真 电源资讯 通道模型

  • 电路仿真软件详谈(七),proteus电路仿真软件优点+仿真浅析

    电路仿真软件详谈(七),proteus电路仿真软件优点+仿真浅析

    电路仿真软件是工作得力助手之一,但目前流行度高的电路仿真软件并非很多。几大优秀电路仿真软件中,proteus更是受到诸多青睐。对于这款电路仿真软件,你知道它的优点和仿真过程吗?不知道的话,继续浏览这篇电路仿真软件proteus的介绍吧。 一、proteus Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件(该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司)。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及外围器件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步,但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。 Proteus是英国著名的EDA工具(仿真软件),从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真,一键切换到PCB设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台,其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等,2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器,并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面,它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译器。 设置 F8:全部显示 当前工作区全部显示 F6:放大以鼠标为中心放大 F7:缩小以鼠标为中心缩小 G:栅格开关栅格网格 Ctrl+F1:栅格宽度0.1mm 显示栅格为0.1mm,在pcb的时候很有用 F2:显示栅格为0.5mm,在pcb的时候很有用 F3:显示栅格为1mm,在pcb的时候很有用 F4: 显示栅格为2.5mm,在pcb的时候很有用 Ctrl+s:打开关闭磁吸 磁吸用于对准一些点的,如引脚等等 x:打开关闭定位坐标 显示一个大十字射线 m:显示单位切换 mm和th之间的单位切换,在右下角显示 o:重新设置原点 将鼠标指向的点设为原点 u:撤销键 Pgdn:改变图层 Pgup:改变图层 Ctrl+Pgdn:最底层 Ctrl+pgup:最顶层 Ctrl+画线:可以划曲线 R:刷新 + -:旋转 F5:重定位中心 二、proteus的优点有哪些 Proteus软件具有其它EDA工具软件(例:multisim)的功能。这些功能是: (1)原理布图 (2)PCB自动或人工布线 (3)SPICE电路仿真 革命性的特点 (1)互动的电路仿真 用户甚至可以实时采用诸如RAM,ROM,键盘,马达,LED,LCD,AD/DA,部分SPI器件,部分IIC器件。 (2)仿真处理器及其外围电路 可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型 上编程,再配合显示及输出,能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等,Proteus建立了完备的电子设计开发环境。 具有4大功能模块 (1)智能原理图设计(ISIS) 丰富的器件库:超过27000种元器件,可方便地创建新元件; 智能的器件搜索:通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件; 智能化的连线功能:自动连线功能使连接导线简单快捷,大大缩短绘图时间; 支持总线结构:使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰; 可输出高质量图纸:通过个性化设置,可以生成印刷质量的BMP图纸,可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。 (2)完善的电路仿真功能(Prospice) ※ ProSPICE混合仿真:基于工业标准SPICE3F5,实现数字/模拟电路的混合仿真; ※ 超过27000个仿真器件:可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件,Labcenter也在不断地发布新的仿真器件,还可导入第三方发布的仿真器件; ※ 多样的激励源:包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频(使用wav文件)、指数信号、单频FM、数字时钟和码流,还支持文件形式的信号输入; ※ 丰富的虚拟仪器:13种虚拟仪器,面板操作逼真,如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等; ※ 生动的仿真显示:用色点显示引脚的数字电平,导线以不同颜色表示其对地电压大小,结合动态器件(如电机、显示器件、按钮)的使用可以使仿真更加直观、生动; ※ 高级图形仿真功能(ASF):基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标,包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等,还可以进行一致性分析; (3)独特的单片机协同仿真功能(VSM) ※ 支持主流的CPU类型:如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等,CPU类型随着版本升级还在继续增加,如即将支持CORTEX、DSP处理器; ※ 支持通用外设模型:如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等,其COMPIM(COM口物理接口模型)还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信; ※ 实时仿真:支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真; ※ 编译及调试:支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真,内带8051、AVR、PIC的汇编编译器,也可以与第三方集成编译环境(如IAR、Keil和Hitech)结合,进行高级语言的源码级仿真和调试; (4)实用的PCB设计平台 ※ 原理图到PCB的快速通道: 原理图设计完成后,一键便可进入ARES的PCB设计环境,实现从概念到产品的完整设计; ※ 先进的自动布局/布线功能:支持器件的自动/人工布局;支持无网格自动布线或人工布线;支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理; ※ 完整的PCB设计功能:最多可设计16个铜箔层,2个丝印层,4个机械层(含板边),灵活的布线策略供用户设置,自动设计规则检查,3D 可视化预览; ※ 多种输出格式的支持:可以输出多种格式文件,包括Gerber文件的导入或导出,便利与其它PCB设计工具的互转(如protel)和PCB板的设计和加工。 Proteus提供了丰富的资源 (1)Proteus可提供的仿真元器件资源:仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件,有30多个元件库。 (2)Proteus可提供的仿真仪表资源 :示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。 (3)除了现实存在的仪器外,Proteus还提供了一个图形显示功能,可以将线路上变化的信号,以图形的方式实时地显示出来,其作用与示波器相似,但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标,例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。 (4)Proteus可提供的调试手段 Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。 三、proteus仿真 在PROTEUS绘制好原理图后,调入已编译好的目标代码文件:*.HEX,可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。 PROTEUS 是单片机课堂教学的先进助手。 PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化,也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果,后者则是实物演示实验难以达到的效果。 它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能,例:元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。 课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于PROTEUS提供了实验室无法相比的大量的元器件库,提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表,因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台 随着科技的发展,“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活,结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少,也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中PROTEUS也能茯得愈来愈广泛的应用。 使用Proteus 软件进行单片机系统仿真设计,是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用,有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力;在单片机课程设计和全国大学生电子设计竞赛中,我们使用 Proteus 开发环境对学生进行培训,在不需要硬件投入的条件下,学生普遍反映,对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接受,更容易提高。实践证明,在使用 Proteus 进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作,能极大提高单片机系统设计效率。因此,Proteus 有较高的推广利用价值。 目前Proteus的最新版为8.7,ARM cortex处理器被增加,在7.10中已经增加DSP系列(TMS320)。 以上便是小编从3大方面带来的有关proteus电路仿真软件的介绍,希望大家喜欢。

    时间:2019-10-21 关键词: 仿真 proteus 电路仿真软件

  • 贸泽电子荣获TDK-Lambda颁发的销售增长大奖

    贸泽电子荣获TDK-Lambda颁发的销售增长大奖

    2019年8月26日–专注于引入新品的全球电子元器件授权分销商贸泽电子(Mouser Electronics)近日荣获TDK集团旗下TDK-Lambda公司颁发的2019年销售增长大奖。此奖项旨在表彰贸泽帮助TDK-Lambda超额完成了上一年的销售增长目标。TDK-Lambda是全球知名的工业电源制造商,凭借其出色可靠的品质不断拓展全球业务。贸泽曾于2011年到2013年连续荣获TDK-Lambda颁发的销售成就奖。贸泽供应商管理部门副总裁Tom Busher说道,“贸泽非常荣幸能够获得TDK-Lambda颁发的此项殊荣。TDK-Lambda是贸泽非常重要的供应商,和贸泽之间维持着良好的合作关系,我们期待着日后能够继续取得成功。”TDK-Lambda全国销售总监Julie Fajardo表示,“TDK-Lambda对贸泽在北美取得的突出销售业绩表示祝贺,贸泽获得这项荣誉可谓实至名归。我们的成功离不开贸泽的大力支持和帮助。”TDK-Lambda具备先进的材料技术、工艺技术、评估和仿真技术、电路设计技术和其他各项核心技术,并将它们融入到自己的产品中。

    时间:2019-08-26 关键词: 仿真 工业电源 销售增长大奖

  • Roboguide软件中进行机器人的料盒配置与仿真运行

     一、添加与配置机器人工具 1.左侧浏览树中点击ROBOGUIDE快捷属性栏,依次展开“Robot Contriller1”→“Robot1” →“Tooling”,双击其下的“UT:1(Eoat1)”,打开机器人工具属性对话框。 2.确认已选择“General”属性标签,在库文件中选择机器人工具“iRPickPROGripper”,然后分别设置Scale属性为(0.2,0.2,0.5),点击Apply按钮,吸盘工具被安装到机器人上。 3.点击“Parts”属性标签,勾选Parts选项下的“Part1”,点击Apply按钮。然后点选“Part1”,勾选右侧的“Edit Part Offset”,在其下的坐标输入框中分别输入(0,0,95,180,0,-180),点击OK按钮,工件被成功安装到机器人吸盘工具上。 4.左侧浏览树中点击iRPickTool快捷属性栏,双击Grippers节点下的“Gripper Zone1”,在弹出的机器人工具区域属性对话框中Zone UTOOL选项下输入机器人工具TCP坐标值(0,0,95,0,0,0),点击OK按钮。 5.机器人工具添加配置完成后点击“Open/Close Hand”工具按钮,可以手动测试机器人吸盘工具对工件的吸放操作。 二、机器人配置 左侧浏览树中双击Robots节点下的“Robot1”,在弹出的机器人属性对话框中确认已点选“iRPickPRO”属性标签,然后按照下图所示进行机器人属性设置。 三、料盒配置 1.双击左侧浏览树中Trays下的“Tray1”,在弹出的料盒属性对话框中Layer1-1 Units选项下点击“Add Unit”按钮,增加一行料盒放置位置。 2.分别设置料盒1#放置位置坐标值与2#放置位置坐标值(50,0,10,0)、(-50,0,10,0),设置完成后点击OK按钮,料盒上出现两个工件,并且放置到设定的1#与2#放置位置处。 3.配置完成后点击“Save Cell”工具按钮,保存工作站。 注:iRPickPRO包含视觉跟踪功能,不需要再进行相机添加、视觉标定以及其他视觉设置,系统默认视觉已经完成,即自动获取上下料工件(或料盒)的位置信息,并直接保存在VR寄存器中,编程中只需要直接调用相关数据即可。当用户选择自动获取上料抓取和下料放置位置时,机器人系统会根据用户设置的Tracking Frame 数据自动计算相关位置信息。 四、仿真运行 点击“Cycle Start”工具按钮,机器人开始仿真运行,拾取工件到料盒放置位置处。点击“Abort”工具按钮,停止机器人仿真运行。

    时间:2019-07-08 关键词: 软件 机器人 仿真

  • 技术大突破,VR模拟技术真正实现空间任务和有效载荷

    虚拟现实技术作为一项先进的新兴数字技术,虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向,是仿真技术与计算机图形学人机接口技术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术的集合,是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。虚拟现实技术(VR)主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外,还有听觉、触觉、力觉、运动等感知,甚至还包括嗅觉和味觉等,也称为多感知。自然技能是指人的头部转动,眼睛、手势、或其他人体行为动作,由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据,并对用户的输入作出实时响应,并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。 利用VR模拟技术实现空间任务和有效载荷性能的仿真,OpenCosmos做到了。先锋合作伙伴OpenCosmos正在利用VR模拟技术复制轨道上的生命。通过使用软件和即插即用测试平台的创新组合,位于英国Harwell的中小企业正在削减设计和发射太空任务的时间。在线“beeApp”软件帮助定义一个从地面开始的完整太空任务,包括发射器、地面站和卫星大小的选择。考虑到这些参数,在轨道上进行模拟,卫星从太阳接收的能量以及与地面通信所需的时间。然后利用这些信息创建最优任务配置文件。然后,“beeKit”硬件模拟真实卫星的大小、机载计算机和电子接口,以便于实际有效载荷的设计和测试。将两者联系起来,实现了对空间任务和有效载荷性能的仿真。     通过beeApp模拟太阳能可用电量、地面站通道、有效载荷运行方式,回放安装在beeKit中的真实有效载荷,记录有效载荷在轨道上的行为,为任务所有者进行任务或改进设计提供所需数据。beeSat操作平台与设备硬件相匹配,这些硬件可以通过负载进行测试,用于热真空和振动等通常的机械空间限定测试,这意味着在beeKit中经受多次发射和空间条件的考验后,playload可以立即与beeSat集成。操作、后勤、法律和技术流程由开放宇宙负责。Khalilkable说先锋公司支持开放宇宙和类似的公司为不同的团体或空间任务提供者提供在轨验证。 利用VR模拟技术实现空间任务和有效载荷性能的仿真,OpenCosmos做到了。DaniSors于2月6日向ESAECSAT成员和专家展示了开放宇宙的beeKit和beeApp工具。英国航天局(UKSpaceAgency)的凯瑟琳·米尔林-琼斯(Catherinemeering-jones)表示,他们正在与欧洲和其他全球合作伙伴合作,帮助开放宇宙(OpenCosmos)和类似的航天初创企业将自己的想法转化为商业现实,为全英国带来创新、增长和就业机会。开放宇宙的RemcoTimmermans说,他们通过使太空任务更简单,使所有人都能进行太空任务。 VR(虚拟现实)技术还可广泛的应用于城市规划、室内设计、工业仿真、古迹复原、桥梁道路设计、房地产销售、旅游教学、水利电力、地质灾害、教育培训等众多领域,为其提供切实可行的解决方案。  

    时间:2019-04-28 关键词: 仿真 vr模拟技术 空间任务 有效载荷

  • 安森美半导体与NVIDIA合作开展基于云的自动驾驶汽车仿真

    推动高能效创新的安森美半导体(ON Semiconductor,美国纳斯达克上市代号:ON),宣布正充分利用其精密的图像传感器建模技术为NVIDIA DRIVE Constellation™仿真平台提供实时数据。该开放的、基于云的平台为自动驾驶汽车的大规模的硬件在环测试及验证进行位准仿真。 安森美半导体的图像传感器模型接收来自DRIVE Constellation的场景信息和控制信号,基于输入来计算和输出实时图像。然后将仿真的图像发送回DRIVE Constellation进行处理。该复杂的传感器模型将利用从光子向数字输出(例如量子效率、噪声、增益、模数转换、黑电平校正等)转换路径中的所有关键参数来提供真实世界图像传感器的精确输出。 安森美半导体汽车感知分部副总裁兼总经理Ross Jatou说:“很高兴安森美半导体成为NVIDIA DRIVE Constellation平台生态系统的合作伙伴之一。我们创新的、可扩展的图像传感器方案解决自动驾驶严格且不断演进的需求,因此我们可成为如此重要的一个使能自动驾驶项目的一环,将有助于加速安全、强固的无人驾驶的进展,对我们真的很重要。” NVIDIA总经理Zvi Greenstein说:“NVIDIA DRIVE平台为开发人员提供一个完整的硬件和软件生态系统,并得到不同技术和学科的专家支持。安森美半导体先进的成像方案已经证实具有领先同类的性能,他们创新的图像传感器模型可惠及从事开创性工作的人,使自动驾驶从被测试的概念成为主流现实。”

    时间:2019-04-02 关键词: 仿真 自动驾驶汽车 cmos图像传感器

  • simulation和emulation的区别和联系

    做模拟器首先就要搞清楚“Simulation”、“Emulation”、模拟和仿真这四者的区别和关系,下面我谈谈我个人的理解。        Simulation,是指用软件去模拟某个系统的功能,并不要求实现该系统的内部细节,只要在同样的输入下,软件的输出和所模拟系统的输出一致就可以了。比如你在PC机上用一个软件去simulate红白机的游戏“超级玛莉”,你只要让你的软件运行出来的效果和红白机上“超级玛莉”游戏一样就可以,至于这个软件你是怎么实现则无关紧要。        Emulation,是指用软件去模拟出某个系统中各个部件的组成,真实地模拟出系统的运行机制。这就要求软件的作者需要非常了解所模拟系统的内部结构,能够利用各种数据结构实现出各个部件的模型。同样去emulate红白机的游戏“超级玛莉”,首先就要用软件模拟出红白机中的各种硬件,如CPU、内存、图形处理芯片、声音处理芯片以及游戏手柄等,再通过将加载游戏的ROM来运行该游戏。现在各种游戏模拟器,如MAME、VirtualNes都是采用emulation的手段去实现游戏的模拟,所以它们又叫做emulator。        模拟就是指用在某个平台上用纯软件的方法去模拟另一个平台上程序的运行,模拟包含“Simulation”和“Emulation”,通过上面对这两者的分析大家可以知道,“Simulation”是一种高层次上的模拟,类似于“黑盒”,而“Emulation”更注重于对底层的模拟,类似于“白盒”。        仿真的解释就比较多了,有的说仿真是指用机器底层的微指令来解释执行另一个平台的指令,有的说仿真是软件结合硬件来模拟另一种平台程序的运行,即“硬件仿真+软件模拟”。其实这两者是针对不同仿真对象和宿主平台而言的:前者具体的是讲系统仿真,是以大型机CPU(现在也可以指PC机)为仿真对象的,通常在研制CPU的过程中,用宿主机的CPU去仿真其软件的运行,这样可以使硬件和软件的研发过程同步,加快整体系统的研发进度;后者一般指嵌入式仿真,做过嵌入式开发的朋友都知道,开发过程中经常要用仿真器去调试程序,我们可以在PC机上调试嵌入式系统中的某个程序,通过仿真器向嵌入式微控制器发送调试信号(如JTAG),使微控制器执行某条指令,而PC机上会相应地显示出该条指令执行的结果,看上去似乎是PC在“执行”这条指令一样,这样来达到仿真的目的。但不管怎样,仿真总是与硬件相关的,这一点与模拟是有区别的。        现在还出现了“虚拟机”一词,在我看来,虚拟机更多地采用了模拟技术,而不是仿真,但是虚拟机相对于一个模拟器而言要复杂很多,像Bochs这样的虚拟机实质上应该是一个emulator,而像VirtualPC、VMWare和VirtualBox这样的虚拟机,则采用了更为复杂的技术,既有simulation,也有emulation,甚至还有系统仿真,所以不能单纯地将它认为是一个模拟器。

    时间:2019-03-06 关键词: 仿真 simulation emulation

  • 单片机开发中为什么要用到仿真和仿真机

    仿真是单片机开发过程中非常重要的一个环节,除了一些极简单的任务,一般产品开发过程中都要进行仿真,仿真的主要目的是进行软件调试,当然借助仿真机,也能进行一些硬件排错。一块单片机应用电路板包括单片机部份及为达到使用目的而设计的应用电路,仿真就是利用仿真机来代替应用电路板(称目标机)的单片机部份,对应用电路部份进行测试、调试。仿真有CPU仿真和ROM仿真两种,所谓CPU仿真是指用仿真机代替目标机的CPU,由仿真机向目标机的应用电路部份供给各种信号、数据,进行调试的办法。这种仿真能通过单步运行、连续运行等多种办法来运行程序,并能观察到单片机内部的变化,便于改正程序中的错误。所谓ROM仿真,就是用仿真机代替目标机的ROM,目标机的CPU工作时,从仿真机中读取程序,并执行。这种仿真其实就是将仿真机当成一片EPROM,只是省去了擦片、写片的麻烦,并没有多少调试手段可言。常常这是二种不一样类型的仿真机,也就是说,一台仿真机不能既做CPU仿真,又做ROM仿真。可能的情况下,当然以CPU仿真好。以上是本人对单片机的理解,如有不对之处,请诸位大侠多多指点。发表您的高论。

    时间:2018-12-20 关键词: 仿真 单片机开发 仿真机

  • 接口电路仿真的算法分析及实现

    接口电路仿真的算法分析及实现

    1 引言 系统仿真是近30年才发展起来的一门新兴学科,它通过对所研究系统的认识和了解,抽取其中的基本要素,建立与现实系统相对应的仿真模型,并通过系统模型实验去研究一个已经存在的或者正在设计的系统的过程。Matlab是一种功能强大的的仿真工具,它包括众多的功能各异的工具箱、以矩阵和数组为基本单位的编程语言,为数学计算和试验数据分析提供了极大的便利。Siumlink是MATLAB的一个共生产品,包括丰富的模块资源和工具箱资源,具有相对独立的功能和使用方法,提供了建模、分析和仿真各种动态系统的交互环境,建立仿真模型后可以很容易地通过改变仿真参数,得到不同参数的仿真结果。结合MATLAB 和Simulin的特点,可以实现各种电路的仿真。 在构建仿真电路时,有些可以直接调用Simulink模块,有些用Simulink模块难以实现的,可以通过编写Simulink 支持的S函数来完成。对于比较复杂的仿真电路,可以采用Simulink模块调用和编程混合的方式实现。本文所实现的A/D转换电路的仿真就是采用 Simulink模块调用和MATLAB编程混合的方式。 2 A/D转换电路的仿真 2.1A/D转换电路的的仿真 模/数(A/D)转换电路的任务是将连续变换的模拟信号转换为离散的数字信号,以便于数字系统进行处理,模/数转换一般要完成采样、量化和编码等几个过程。 采样是在连续变化的模拟量上按一定的规律(周期地)取出其中的某一些瞬时值来代表这个连续的模拟量。为了保证采样信号不丢失的信息,即采样后的离散信号能代替或能恢复原来的连续信号,采样必须遵循采样定理,即对信号采样时,采样频率必须大于或等于信号最高频率的两倍。 量化就是将f(nT)的所有值映射到数字量所表示的状态上。实际上,在量化过程中是将样本的幅值范围分为若干个量化层,每一个量化层对应一个量化输出,所有落于该量化层内的样本都统一取该量化输出值。量化层的数目与量化后编码的位数有关。 2.1.1 采样功能的实现 A/D转换就是一个量化的过程,它把采样后的模拟信号转换成数字量。在实际工作中,A/D转换首先要选定一个合适的编码方案,然后根据编码的位数确定量化层,从而确定采样频率。实现仿真电路的关键是采样模块的构建,由于Simulink的模块难以构建采样功能,采样模块主要是通过编写Simulink支持的S函数实现的。S函数有固定的程序格式,S函数的实现包括初始化、连续状态微分、计算输出和仿真终止。可以用MATLAB语言可以编写S函数,也可以使用C 语言、C++和Fortran 等语言编写。S函数使用一种特殊调用规则来实现用户与Simulink的内部解法器进行交互,并且这种交互可以适用于不同性质的系统。S函数模块存放在 Functions&Tables模块库中,通过此模块可以创建包含S函数的Simulink模块。S函数文件名区域要填写S函数的文件名。S函数参数区填入S函数所需要的参数。 本系统假定输入的模拟信号周期为2,编写了4个S函数,分别为sf_ad4、sf_ad8、sf_ad16、sf_ad32,对应的采样时间分别为 0.5、0.25、0.125、0.0625,即采样频率分别是信号最高频率的四倍、八倍、十六倍和三十二倍。下面以sf_ad32函数为例,说明其算法及实现程序。 首先,设模拟信号是周期为2的Sine波,且用连续的时间函数f(t)表示,采样就是周期地取f(t)的瞬时值。根据采样定理,对每个周期的模拟信号采样32次,则采样的时间就为0.0625(2/32)的倍数。完成一个周期的采样时间为0.0625*n(0<=32,n 为整数),延时为0。采样后将相应值输出,但信号在量值上仍然是连续的,需将f(nT)的所有值映射到数字量所表示的状态上,这种过程为量化。在量化过程中是将样本的幅值范围分为若干个量化层,每一个量化层对应一个量化输出,所有落在该量化层内的样本都统一取该量化输出值。本实例中,采用4位编码,则有 24=16个量化层。在编码过程中采用从1000到0111的编码,来输出相应的量化值。其源代码如下: function[sys,x0,str,ts]=sf_ad32(t,x,u,flag) switch flag, case 0, [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes; ……… case 9, sys=[]; otherwise error([unhandle flag=,num2str(flag)]); end function[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes sizes=simsizes; sizes.NumContStates=0; sizes.NumDiscStates=0; sizes.NumOutputs=1; sizes.NumInputs=1; sizes.DiRFeedthrough=1; sizes.NumSampleTimes=32; sys=simsizes(sizes); x0=[]; str=[]; ts=[ 0.0625 0 0.125 0 0.0625*3 0 0.25 0 ……… 0.0625*31 0 2 0 ]; function sys="mdlUpdate"(t,x,u) sys=x; function sys="mdlOutput"(t,x,u) sys=u; 其中,sys依照flag的值返回不同的结果,x0为初始状态值,str用于设置输出矢量为一个空矩阵,ts采用两列的矩阵来设置采样时间和延迟,sf_ad4是S函数的函数名,t为目前仿真中的实现时间,x为状态矢量,可为空,u为输入矢量,flag为S函数行为标示。 sf_ad8、sf_ad16、sf_ad32的S函数类似于sf_ad4,不同的就是采样时间的个数和ts的采样时间和延迟矩阵。调用S函数时首先将所需的S函数模块拖入调用模块(Simulink->User-Defined Functions->S-Function)并设置S函数的参数,参数设置对话框如图1所示。 图1 S函数的调用2.1.2 A/D转换仿真电路的构建 A/D转换仿真电路由“模拟信号发生器”模块、“选择采样函数1~4”模块、“结果显示”模块和“A/D转换电路”子系统组成,如图2所示。 “选择采样函数1~4”模块是选择采样频率,构建过程为:在Matlab的命令窗口中输入命令Simulink打开Simnlink Library Browser子窗口,选中左边目录栏中的Simulink库后单击子目录Sources,右边的子窗口显示相应的Sources库中的模块集,选中 Constant常数模块并拖入所建的仿真模块中(简单表述为Simulink->Sources->Constant,后文同此),双击此模块出现参数设置框,输入所要选择函数对应的编号1~4。“模拟信号发生器”模块和“结果显示”模块通过直接调用模拟信号发生器和示波器构建。“A/D转换电路”子系统内部主要是由1个选择开关和四个S函数组成。“采样电路”子系统的构建首先是调用一般的子系统(Simulink->Ports&Subsystems->Subsystem),然后双击此子系统,在子系统的内部生成1个选择开关,拖入四个S函数,把选择开关与四个S函数相连。 图2 “A/D转换”仿真系统的主界面2.1.3 A/D转换电路的仿真结果 运行仿真电路时,由“模拟信号发生器”模块产生各种模拟输入信号,通过“选择采样函数1~4”模块选定采样频率,结果在“结果显示”模块显示。 选择采样函数为4,则A/D转换的采样时间为0.0625,选定输入信号分别为正弦波和随机波。运行此仿真系统后的结果如图3、图4所示。 图3 输入信号为正弦波的运行结果 图4 输入信号为随机波的运行结果3 结束语 本文作者创新点:由于Simulink的模块库中,缺少各种可编程接口芯片模块,将Simulink 和MATLAB编程混合应用到A/D、D/A转换电路的仿真,结果表明仿真效果良好。这种方法可以应用于多种控制电路、通信电路等系统的仿真中。仿真电路的工作过程类似于真实的硬件,而且更便宜、更灵活,也很容易进行恢复,避免了操作错误造成的损失,按每个单位一年减少五千元计算,具有明显的经济效益和社会效益。

    时间:2018-11-20 关键词: 仿真 电源技术解析 接口电路 a/d 转换电路

  • Lattice ECP3的仿真库出现modesim仿真错误的解决方法

    在添加Lattice ECP3的仿真库后,调用自身的serdes IP核联合modesim仿真时出现下列错误:#         Region: /topblock_tf/UUT/I1# ** Fatal: (vsim-3693) The minimum time resolution limit (10fs) in the Verilog source is smaller than the one chosen for SystemC or VHDL units in the design. Use the vsim -t option to specify the desired resolution.#    Time: 0 ns  Iteration: 0  Instance: /topblock_tf File: E:/code/FPGA_Mode2/FPGA_Mode2_tf.v# FATAL ERROR while loading design# Error loading design貌似在说tf文件中的timscale与10fs不匹配,将`timescale 10 ns / 1 ns改为=>`timescale 10 ns / 10 fs然后就好了

    时间:2018-11-19 关键词: 仿真 lattice ecp3 modesim

  • 反激电源仿真波形

    反激电源仿真波形

    图1是输出电压波形,我们可以看到输出电压存在过冲,要解决这个过冲可以在芯片COMP端外接一个软启动电容。接下来给大家看下在这个过冲阶段电路其他地方的波形。 图2是采样电阻上的电压和次级二极管上电流的波形,从此图我们可以看到芯片内部电流检测比较器工作的两个极端:在电压比15V低很多时,采样电压达到极限1V关断,在电压过冲阶段,比较器负端输入电压为0,所以导致输出脉冲占空比近似为0,开关管一直关断,输出电流完全由输出电容提供,直到过冲结束。

    时间:2018-11-06 关键词: 仿真 电源 电源技术解析 波形 反激

  • 电源完整性与地弹噪声的高速PCB仿真

    电源完整性与地弹噪声的高速PCB仿真

    随着信号的沿变化速度越来越快,今天的高速数字电路板设计者所遇到的问题在几年前看来是不可想象的。对于小于1纳秒的信号沿变化,PCB板上电源层与地层间的电压在电路板的各处都不尽相同,从而影响到IC芯片的供电,导致芯片的逻辑错误。为了保证高速器件的正确动作,设计者应该消除这种电压的波动,保持低阻抗的电源分配路径。 为此,你需要在电路板上增加退耦电容来将高速信号在电源层和地层上产生的噪声降至最低。你必须知道要用多少个电容,每一个电容的容值应该是多大,并且它们放在电路板上什么位置最为合适。一方面你可能需要很多电容,而另一方面电路板上的空间是有限而宝贵的,这些细节上的考虑可能决定设计的成败。 反复试验的设计方法既耗时又昂贵,结果往往导致过约束的设计从而增加不必要的制造成本。使用软件工具来仿真、优化电路板设计和电路板资源的使用情况,对于要反复测试各种电路板配置方案的设计来说是一种更为实际的方法。本文以一个xDSM(密集副载波多路复用)电路板的设计为例说明此过程,该设计用于光纤 /宽带无线网络。软件仿真工具使用Ansoft的SIwave,SIwave基于混合全波有限元技术,可以直接从layout工具Cadence Allegro, Mentor Graphics BoardStation, Synopsys Encore和 Zuken CR-5000 Board Designer导入电路板设计。图1是SIwave中该设计的PCB版图。由于PCB的结构是平面的,SIwave可以有效的进行全面的分析,其分析输出包括电路板的谐振、阻抗、选定网络的S参数和电路的等效Spice模型。 图1, SIwave中xDSM电路板的PCB版图,左边是两个高速总线,右边是三个Xilinx的FPGA。 xDSM电路板的尺寸,也就是电源层和地层的尺寸是11×7.2 英寸(28×18.3 厘米)。电源层和地层都是1.4mil厚的铜箔,中间被23.98mil厚的衬底隔开。 为了理解对电路板的设计,首先考虑xDSM电路板的裸板(未安装器件)特性。根据电路板上高速信号的上升时间,你需要了解电路板在频域直到2GHz范围内的特性。图2所示为一个正弦信号激励电路板谐振于0.54GHz时的电压分布情况。同样,电路板也会谐振于0.81GHz和0.97GHz以及更高的频率。为了更好地理解,你也可以在这些频率的谐振模式下仿真电源层与地层间电压的分布情况。 图2所示在0.54GHz的谐振模式下,电路板的中心处电源层和地层的电压差变化为零。对于一些更高频率的谐振模式,情况也是如此。但并非在所有的谐振模式下都是如此,例如在1.07GHz、 1.64GHz和1.96 GHz的高阶谐振模式下,电路板中心处的电压差变化是不为零的。 图2, 正弦信号激励电路板谐振于0.54GHz时的电压分布情况。 找到零压差变化点有助于我们将需要在短时间内产生大量电流变化的器件放置于此。例如,如果要将一块Xinlix的FPGA芯片放在电路板上,该芯片会在 0.2纳秒内产生2A的输入电流变化。如此短时间内的大电流变化将带来电路板的电源完整性问题,会使电路板产生各种模式的谐振,导致电源层和地层电压的不均匀。然而,电路板中心处在某些谐振模式下具有零压差变化的特性,因此将FPGA芯片放置于此可以避免电路板产生这些低频的谐振模式。FPGA芯片不能激发这些低频谐振模式,是由于从电路板的中心处将无法耦合至这些谐振模式。 图3中的紫色曲线显示的是当位于电路板中心处的芯片从电源平面吸入电流时引起的谐振。事实上,峰值出现在高阶的谐振频率1.07GHz、1.64GHz和1.96GHz上,而不是低阶的谐振频率0.54GHz、0.81GHz和0.97GHz上,这正如我们所料。 图3, 紫色曲线显示的是当位于电路板中心处的芯片从电源平面吸入电流时引起的谐振;绿色曲线表示当将芯片放置偏移中心位置时的响应。 尽管器件的布局与放置的位置有助于减小电源完整性的问题,但它们并不能解决所有的问题。首先,你不能将所有的关键器件放在电路板的中心。通常情况下,器件放置的灵活性是有限的。其次,在任何给定的位置总有一些谐振模式会被激发。例如,图3中绿色曲线表示当你将芯片放置在沿某一坐标轴偏移中心位置时, 0.54GHz的谐振模式将被激发。成功的设计电路板的PDS(电源分配系统)的关键在于在合适的位置增加退耦电容,以保证电源的完整性和在足够宽的频率范围内保证地弹噪声足够小。 退耦电容 设想FPGA在0.2纳秒的上升沿 吸入2A的电流,此时电源电压会暂时降低(压降),而地平面电压会暂时被拉高(地弹)。其变化幅度取决于电路板的阻抗和芯片偏置管脚处的用于提供电流的退耦电容(图4a)。 由于电流的瞬变值为2A,电压的瞬变值由V=Z×I决定,Z是从芯片端视出的阻抗,因此,为了避免电压的尖峰波动,在从直流到信号带宽的频率范围内,Z值必须低于某一门限值。(图4b) 图4,其变化幅度取决于电路板的阻抗和芯片偏置管脚处的用于提供电流的退耦电容;为了避免电压的尖峰波动,在从直流到信号带宽的频率范围内,Z值必须低于某一门限值。图中虚线部分即为PDS阻抗应该满足的目标区域。 在该设计中,为了保持电源完整性,电源—地的电压波动必须保持在标准值3.3V的5%以内。因此噪声不能大于0.05×3.3V=165 mV。可以据此按照欧姆定律计算出PDS的最大阻抗165mV/2A=82.5mΩ,图4中虚线部分即为PDS阻抗应该满足的目标区域。 对于最低频率,通常是1kHz或者更低的频率——电源满足阻抗特性的要求,电源和地层的结构通常不会破坏阻抗特性,因为它们呈现低电阻与电感特性。而当频率高于1kHz时,电流通路的互感大到足以使电压超过限定值,根据: 对于更高的频率,退耦电容作为电源层与地层之间的低阻抗连接是必要的。需要满足PDS阻抗要求的信号带宽可由下式估计:在该设计中,其带宽为1.75GHz。 为了达到这么宽的带宽,通常需要在MHz信号区域放置很多高频瓷片电容,在kHz信号区域放置体积较大的电解电容。这些电容矩阵与其它器件共同占用宝贵的电路板空间。在反复试验的设计方法中,物理原型是不可缺少的,而虚拟原型技术使设计者可以在不需要物理原型的基础上解决这个问题。 为PCB板设计PDS,例如此例中的xDSM板,使用SIwave可以在IC芯片处放置一个端口,计算电路板在适当带宽内的输入阻抗。图5中红色曲线显示的是电路板上无电容时的阻抗。阻抗轴与频率轴都取对数坐标。仿真显示了电路板本身电容的影响而忽略了经过电源的低感应电流回路。从图中可以看出,阻抗随着频率的减少而增加,但由于经过电源的回路也有低阻抗,因此这种关系并不是严格的。 图5,红色曲线显示的是电路板上无电容时的阻抗;深蓝色曲线是经过重新设计后的阻抗特性;浅蓝色曲线是又增加10nF电容矩阵后的阻抗曲线;绿色曲线表示再次增加1nF电容矩阵后的结果。 根据Z=1/(j•C),红色曲线中的直线部分表明电路板本身的电容为74nF。为了使阻抗在1MHz处低于目标阻抗82.5mΩ,电容值至少应为 2μF——几乎是电路板本身电容的30倍。为此首先需要增加22个0.1μF的电容矩阵。图中深蓝色曲线是经过重新设计后的阻抗特性。在大多数的频率范围内,设计满足了阻抗特性的要求。但在带宽的高端,电容的ESL(等效串联电感)、ESR(等效串联电阻)以及由电容间距带来的附加电感使阻抗曲线没有达到阻抗特性要求。 由于更小的电容具有更小的ESL和ESR值,因此增加旁路有助于提高其高频特性。图5中的浅蓝色曲线是又增加10nF电容矩阵后的阻抗曲线。绿色曲线表示再次增加1nF电容矩阵后的结果。每一级别电容矩阵的增加都提高了阻抗特性,但结果仍然刚刚满足阻抗特性的要求。 在设计的这个阶段,设计者可以增加电磁仿真与电路仿真一起来完成设计。这种方法使设计者可以精确地为低端的阻抗建模,包括电源的负载效应。它也可以直接仿真电源管脚上的噪声从而直接验证电源层噪声,避免对电源层阻抗的过多分析导致的不必要的设计开销。 首先应在选定的位置添加输入和输出端口。上文已经在一个IC芯片处添加了端口,接着应该在电源输入端添加一个端口,同时在其它两块芯片的安装位置添加两个端口。然后在SIwave中你可以进行宽频扫描,在整个带宽内获得4×4的S参数散射矩阵。接下来可以使用Full-Wave Spice产生与Spice兼容的电路文件以便在电路仿真环境中进一步分析。 在产生的电路文件中,PCB板在电路的中心位置。电路文件还包括 FPGA的模型——伴有一个电流探针和一个差分电压探针的电流源。Full-wave Spice创建的Spice电路还包括上文提到的三个电容矩阵。如果在IC处再增加第四个电容矩阵将进一步减小高端阻抗。电路还包括一个直流电源,电源伴有少量容值从1nF到100μF的退耦电容。另外还包括其它两个IC芯片的模型,周围伴有少量100nF的电容矩阵。 图6,蓝色和绿色曲线分别表示在没有添加和添加最后一组电容矩阵后IC芯片的电源完整性曲线;红色曲线代表芯片输入电流的突变。 图6显示了FPGA的电源电压的噪声仿真结果。红色曲线代表芯片输入电流的突变——在0.2纳秒内电流由0A变化到2A。蓝色曲线表示没有添加最后一组电容矩阵时IC芯片的电压曲线。与3.3V相比,电压的波动已经很小了,但还是超过了5%的规范要求。绿色曲线表示添加了第四组电容矩阵后电压的波动曲线,最终的设计满足了电源噪声小于165mV的规范要求。 可以用同样的方法分析电路板上其它的芯片,保证他们不受电源压降和地弹的影响。在本例中另外两芯片分别吸收100mA和50mA电流,相对来说,它们对噪声的贡献是很小的。 高速电路的PCB板级设计是十分具有挑战性的。为了保证电路的正确工作,需要精心设计电路的PDS,包括在电路板上添加数以百计的退耦电容,并且根据需要选择合适的电容值及其位置。采用对虚拟原型进行仿真的方法替代反复试验的设计方法来优化电路板的电源完整性设计,可以有效缩短设计周期并且节约设计成本。

    时间:2018-11-02 关键词: PCB 仿真 电源技术解析 电源完整性 地弹噪声

  • 优化电源测量设置

    优化电源测量设置

    问: 如何确保尽可能高效地测试开关稳压器? 答: 电路设计人员在决定使用某个特定电源之前,首先会对它进行仔细测试。开关稳压器IC的数据手册提供了整个电源在实际应用中如何运行,以及如何通过实验室测试来获得相应特性的有价值信息。电路仿真(例如LTspice®)很有用,可以帮助优化电路。但是,仿真并不能代替硬件测试。就此而言,寄生参数要么难以估计,要么难以仿真。 因此,电源要在实验室中进行彻底测试。用于测试的可以是内部开发的原型,大多数情况下则是使用相应电源IC制造商的现有评估板。 图1.用于电源运行的连接 连接测试电路时,应考虑若干事项。图1所示为测试设置的原理图。被测电路的输入侧必须连接到电源,输出侧连接到负载。这听起来微不足道,但有一些重要细节必须注意。 尽可能减小线路电感 图1是用于评估电源转换器的设置原理图。我们要测试的是电源电路的行为,而不是测试板与实验室电源之间或与输出端负载之间的连接线路的影响。为降低这些连接线路的影响,应采取两项重要措施。第一,连接线路应尽可能短,短线路的电感值比长线路低。第二,尽量缩小电流路径面积可进一步降低寄生电感。为实现目标,一个显而易见的办法是使用绞合线。这使得电流路径面积仅取决于线路长度和绞合线外皮的厚度。图2显示了测试电压转换器的连接,其使用绞合连接线来降低线路寄生电感。 图2.使用短绞合线的实用操作设置 在基于开关稳压器的电源中,输入侧和输出侧均有交流电。根据电路拓扑结构,输入侧可能出现脉冲电流,例如在降压转换器(降压控制器)中就会如此。启动行为以及负载跳变也需要测试。在这些工作条件下,测试设置中的连接线路也承载交流电。 输入端增加本地储能器件 如果要测试电源对负载瞬变的响应速度有多快,则被测设计必须提供足够多的能量。被测设计输入侧的能量来源不应是限制因素。为确保不出现这种情况,建议在电源输入端放置一个较大容值的电容,如图1中的绿色部分所示。它确保负载瞬变测试可以正确执行。 但是,必须确保电源的后续使用受到非常明确的条件限制。对输入端储能器件的影响必须有很好的了解,以便可以正确选定电源输入电容的大小。 还必须考虑图1中大电容的另一个方面。如果需要在电源输入端施加电压瞬变以测试相应的行为,则此电容会大大减慢被测电路经受的电压瞬变。因此,对于这些测试,应移除该电容。 总之,与电源设计相关的任务看似简单,但有很多事情必须考虑,例如将电路连接到实验室工作台。被测电路的电源线以及远离被测电路的电源线需要作为交流电路处理,因此,这些电缆必须很短并绞合,以减小这些连接电缆的寄生电感。对电路设计人员而言,这并不是多余的工作,这样做会使测试结果接近我们测试的初衷。如果测试设置的影响得以降低,其余结果将更有价值。随着时间推移,经验丰富的电源工程师已开发出优化电路评估的方法。如果遵循本文中的所有提示,就能顺利地完成评估。

    时间:2018-11-01 关键词: 仿真 电源技术解析 开关稳压器 电源测量

  • 并联混合滤波器中连接电感的仿真研究

    并联混合滤波器中连接电感的仿真研究

    0 引言 近年来,髓着越来越多的电力电子设备及非线性、冲击性设备的广泛应用,电网中的谐波污染日趋严重。谐波的出现不仅使电能生产、传输和利用的效率降低,而且还会破坏或影响周围用电设备的正常工作,干扰无线电通讯,从而造成人所共识的危害。因此,对谐波的抑制及滤除日益引起人们的关注。 抑制谐波主要有两个基本措施:一是对电力电子装置进行改造,尽量减少谐波的产生;二是安装谐波补偿装置来补偿谐波,或者安装滤波装置将谐波滤除。目前国内在配电网这级用于抑制谐波和调节无功的传统方法是采用由电抗器和电容器组成的无源滤波器(Passive Filter,缩写为PF),但该虑波器一般只适用于补偿固定频率的谐波,其针对性较强,滤波效果会受到电网阻抗和运行状态的影响,严重时甚至会和电路中其它元件发生谐振,从而造成谐波的放大。为了克服无源滤波(PF)的缺点,自上世纪80年代以来,人们提出了有源滤波(Active Power Filter,缩写为APF)的设计概念。如果将两者结合起来一起应用,就构成了本文所提出的混合滤波,即混合滤波器。混合滤波器可以分为并联混合滤波器和串联混合滤波器两种类型,本文只针对并联混合滤波器进行研究和分析。 1 并联混合滤波器的基本原理 图1为并联混合滤波器的原理图。图中的非线性负载为主要谐波源,它产生谐波并消耗无功功率。并联混合滤波装置中的有源滤波部分为整个电路的核心,它通过连接电感与输电线路进行连接,其内部又分为两大部分:一部分用于检测补偿对象的电压和电流,并经过相应的运算计算出电路谐波和无功电流分量,有时候又称为谐波和无功电流检测电路;另一部分为补偿电流发生电路,主要根据检测电路检测出的相应信号得出相应的指令信号,从而产生实际的补偿电流。目前的有源滤波器主电路均采用PWM变流器。无源滤波部分只对特定次数的谐波进行滤除,本文主要分析电路中存在的5次、7次和11次谐波。 2谐波检测原理及方法 谐波检测的方法有很多种,本文采用基于同步旋转Park变换的d-q法。其基本思想是将a-b-c坐标系下的电流量变换到d-q坐标系下的谐波与无功电流来进行检测图2所示是用d-q法检测谐波电流的原理图。 该推导过程的前提是三相电压电流必须对称,实际上,对于不对称系统,上述方法仍然有效。其具体推导过程可参见有关文献。图3为本文所采用的谐波检测仿真模型。 3连接电感的作用 之所以有源滤波器需要通过连接电感与输电线路相连接,主要因为电感中的电流不能突变,而有源滤波器中的变流器在变流过程中会产生纹波电流,而接人连接电感可以消除纹波电流(即高次谐波成份),从而起到平波的作用。然而,连接电感的存在也会影响到有源滤波器对传输线路中电流信号的跟踪速度。因此,这里就存在一个难以调和的矛盾,为了滤除纹波电流,要求连接电感的感值要尽量大些;但是,如果要求有源滤波器实时快速地跟踪传输线路中的电流信号,连接电感的感值就必须小一些。为了兼具这两点,在满足跟踪速度要求的基础上,还要尽量滤除纹波电流成份,那么,连接电感的感值就必须取得适中。 4仿真模型及波形分析 并联混合滤波器的仿真模型如图4所示,该仿真模型中的非线性负载采用整流桥接RLC电路来构成矩形负载,其中R=5 Ω,L=50 mH,C=无限小;输入信号为标准的三相平衡正弦电压波形,幅值为220 V。应用快速傅立叶工具分析得到的负载谐波含量如图5所示,其主要谐波为5次、7次和11次,而且含量很大,因此,应特别为此设计无源滤波参数。 事实上,连接电感对滤波效果会产生较大的影响,图6和图7分别是连接电感为2 mH和3 mH时的波形图及其谐波含量分析图。 5 结束语 本文给出了并联混合滤波器的仿真模型,分析了连接电感对谐波抑制的影响,同时给出了谐波检测模块的具体算法。从本文给出的相应波形图中可以看出,只要合理地选择各个参数,并联有源滤波器对谐波的抑制效果就十分显著。

    时间:2018-10-30 关键词: 仿真 滤波器 电源技术解析 连接电感

  • 为自动驾驶研发提供虚拟世界!现代摩比斯与Tata Elxsi合作自动驾驶仿真技术

    据外媒报道,现代摩比斯与Tata Elxsi开展合作,为自动驾驶车辆研发提供虚拟世界。 该仿真程序(simulation)可复制自动驾驶车辆可能遭遇的所有驾驶情境,并将其用于自动驾驶车辆的研发中。虚拟世界将有助于加快自动驾驶车辆研发的速度,现代摩比斯将提供原装设备。 Tata Elxsi公司将利用人工智能、拓展现实(extended reality)、游戏模拟及其他新兴技术,为自动驾驶仿真程序的创建提供辅助。 而塔塔集团的另一家公司则负责研发自动驾驶车辆。今年8月,塔塔汽车的技术高管表示,该公司正致力于一项自动驾驶汽车项目以及互联车辆功能体验的研发。 该公司高管表示,塔塔汽车了解用户对互联生态系统的需求,公司旨在研发研发新款技术导向型产品并实现技术创新,公司正致力于与技术伙伴方开展合作,为用户带来数字化车载体验。他还补充道,该互联汽车技术还采用了人工智能、先进机器学习及物联网技术,旨在提升驾驶体验。 此外,塔塔汽车已向其商用车用户发布了互联车辆技术。

    时间:2018-10-15 关键词: 仿真 自动驾驶 elxsi tata

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