芯耀
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不管是消費電子、醫(yī)療電子、汽車電子，還是工業(yè)電子，模擬應用無處不在。而相對于數(shù)字設計來說，模擬設計異常復雜，常常使模擬工程師焦頭爛額，無從下手。即便是設計好了原理圖，也需要調(diào)整參數(shù)，反復驗證，因此模擬工程師的工作時間大部分是在反復調(diào)試、反復驗證中度過的。怎樣讓模擬工程師快速找到最優(yōu)設計方案？模擬仿真工具成為首選，眾多模擬仿真工具中 TI WEBENCH 是大家比較熟悉的一種，17 年來一直被優(yōu)化、完善，功能越來越強大。
目前 WEBENCH 包含 6 種設計工具，包括：電源設計工具、LED 設計工具、傳感器設計工具、有源濾波器設計工具、時鐘構架和接口設計工具。德州儀器 WEBENCH 設計中心總監(jiān) Jeff Perry 強調(diào)，“在 2014 年之前，WEBENCH 主要面向初級設計師，工程師可以利用 WEBENCH 工具在線上迅速完成他們想要的設計。從 2016 年開始，WEBENCH 能為高級用戶提供幫助，所以現(xiàn)在 WEBENCH 工具既能為初級設計師，也能為高級設計師節(jié)約設計時間。”
德州儀器 WEBENCH 設計中心總監(jiān) Jeff Perry
WEBENCH 工具是怎樣工作的？這是工程師最關注的問題。Jeff Perry 介紹，“它擁有很多半導體原型，包括效率和其它特性的運行數(shù)據(jù)。WEBENCH Designs 擁有超過 2,000 種的電源模型部件，以及超過 6,000 種運行的放大器模型。WEBENCH 可視化工具可以進行個性化設計，能同時平行地進行成百上千的設計，這樣用戶能夠根據(jù)自己的需求進行匹配選擇。最后，WEBENCH 的結(jié)構設計工具可以幫助用戶設計完整的電源結(jié)構?！?/p>
設計優(yōu)化：效率和尺寸折中取最優(yōu)
WEBENCH 優(yōu)化器
模擬設計往往需要在高效率和小尺寸之間做出妥協(xié)，而 WEBENCH 工具也遵循了這樣的規(guī)律，如圖所示，把優(yōu)化器的指針指向中間，得到的尺寸是中間尺寸，效率處于折中效率，圖表顯示的是中等發(fā)熱的溫度。優(yōu)化器選擇最高效率值 95%，尺寸隨之變大，效率也提高，但熱仿真溫度低。舉個極端的例子，如果選擇最小尺寸，效率也隨之降低，則板卡溫升非常高。所以，任何設計都是折中的設計，兼顧尺寸和效率才能符合實際的設計原則。用戶會發(fā)現(xiàn)，平常需要花費大量的時間尋找尺寸和效率的平衡點，而在 WEBENCH 工具中，只需要花費幾秒鐘就能實現(xiàn)。
仿真和模型保持高度一致
在仿真過程中，仿真模型非常重要，必須非常準確才能有助于用戶設計原型。而好壞模型間最大的區(qū)別是最終結(jié)果準確與否。以效率為例，紅色的線是模型曲線，藍色的線是實際測試板測試出的曲線，圖中可以看出這兩個曲線相差非常小。左上圖的這條曲線實際是一條側(cè)相位和增益的曲線，決定整個電源產(chǎn)品工作的穩(wěn)定性，“可以看到 WEBENCH 和模型一致性高，所以使用 TI 模型做仿真可信度高?！?Jeff Perry 指出，“正是由于性能良好，近幾年在 WEBENCH 在中國的用戶量大量增長，目前占全球 19%的市場份額。”
PCB 輸出：可以導出 5 種不同設計工具格式的原理圖
現(xiàn)在，用戶可以利用 PCB 模型將元件設計得更加緊湊，如將元器件移到一起，以減小整個 PCB 板卡面積，或者把整張板子與其它板子交換。如果用戶把所有元件都擠到一起，板子面積會變小，但是板卡溫度會變得非常高。因此另外一個解決辦法就是在 PCB 的正面和背面加入更厚的涂層，讓 PCB 溫度降低。
對于 PCB 輸出，用戶可以根據(jù)自己的需求進行更改，得到的是使用 WEBENCH 工具最終生成的一張原理圖，而且最多可得到五種不同設計工具格式的原理圖。Jeff Perry 表示，“模擬 PCB 設計非常具有挑戰(zhàn)性，因為噪音和耦合的設計會使 PCB 的設計變得復雜。因此用戶可以利用 CAD 工具導出來得到最終想要的 PCB，從而節(jié)省時間。”
AC/DC 設計工具：更加方便簡潔
在整個設計里，由于變壓器通常是定制品，所以變壓器設計是最復雜的，把變壓器拿出來即可得到整個變壓器的重新設計。因此 WEBENCH 可為用戶提供定制化的設計，包括核心和底層的設計，以及提供的機械等數(shù)據(jù)表給生產(chǎn)商以實現(xiàn)最終的設計。
電源樹系統(tǒng)的測序
Jeff Perry 解釋，“電源架構設計可以產(chǎn)生整個電源樹，大多時候，對于 FPGA 和處理器設計來說，用戶會先需要其它部件的負載。比如： FPGA 有不同的負載要求，負載 1 最先啟動，其次是負載 2，最后是負載 3，因此有一些負載會先于其它負載啟動。WEBENCH 的電源樹有四種負載，而這些負載有一定的順序，利用第一個負載，第二個負載，第三個負載，和第四個負載，而這就是 FPGA 設計存在的問題，而 WEBENCH 用一個專門的時序控制器來控制整個過程，使設計更加簡單。Sequence (順序)會有相應的 enabler 控制腳來控制三路的電源順序。我們還可以使用負載開關方式，會簡化設計，降低成本。”
放大器設計工具：模型庫強大
很多信號鏈的設計需要使用運算放大器的設計，但運算放大器設計和電源設計不同，運算放大器設計類型很多設計不明確，而電源的設計方式是明確的。為了幫助用戶快速完成設計，TI 在 WEBENCH 中添加了放大器設計工具。Jeff Perry 以運算放大器為例做了演示，用于設計放大增益以及頻率。如圖所示，以設計為例，輸入是藍色，輸出是紅色，可以算出增益量，這些曲線可以顯示環(huán)路響應的特性以及直流的特性?！癟I 具有強大的仿真模型，用戶在使用時可以從模型庫里獲得想要的設計電路。” Jeff Perry 強調(diào)，“WEBENCH 支持包括仿真、仿真導出，PDF 報告生成和設計共享等功能，設計選項卡允許圖形性能分析，性能值計算以及材料清單等選擇，波形分析允許交流波、正弦波和方波的刺激?！?/p>
WEBENCH 放大器設計工具 - 仿真
模擬芯片設計應用無處不在，其復雜度也給工程師帶來不小的困惑，而 WEBENCH 工具正好可以幫助設計人員快速得到想要的設計。Jeff Perry 介紹，“TI 的 WEBENCH 工具還會繼續(xù)添加更多的仿真功能，并且 TI 有一個很大的團隊在支持 WEBENCH 的開發(fā)，使其可以幫助客戶節(jié)省更多開發(fā)時間?！?/p>
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