电子电路仿真技术在电子应用开发中的作用

刘毅男

（河南工业和信息化职业学院，河南 焦作 454000）

0 引 言

在科技飞速发展的当下，电子产品更新换代的速度有所提升，如何做到与时俱进，根据市场发展趋势、用户需求对电子产品进行创新，确保电子产品所提供的服务可达到用户心理预期，成为业内人士关注的重点。对电子电路仿真加以运用，一方面能够提高产品质量，使产品拥有更加完善的功能，另一方面能够压缩开发时长，使开发效率达到预期。由此可见，将电子电路仿真用于产品开发是大势所趋，既能够增加产品价值，又能够推动电子行业稳定且持续的发展。

1 电子电路仿真介绍

1.1 技术说明

研究表明，电子技术正处在由低频技术向高频技术转变的关键阶段，该技术源于硅整流元件，随后便在变频器和逆变器等诸多领域得到了运用[1]。电子电路仿真可以简单地理解为开发人员借助计算机技术，对电子电路运行状态进行数字化展示，根据电路运行情况，对其特性、功能以及所存在不足进行判断。从本质上说，该技术是指以数字模型为载体，对电路、电子器件相关功能模块进行表达，结合数字分析结果，对电路状态加以明确的技术。在开发电子应用期间引入该技术，既能够保证产品质量，又可使开发速度得到大幅度提升[2]。

1.2 软件介绍

现有电子电路软件均具有电路仿真设计、自动布局等功能，国内使用频率较高的软件为PSPICE，可提供电路仿真、分析噪声和温度、输出数据与波形、实时显示仿真结果以及建立相应元器件等功能[3]。OrCAD所搭载的电子设计自动化（Electronic Design Automation，EDA）系统构成如图1所示。

图1 EDA系统构成

作为元件仿真软件的代表，该软件具有良好的移植性，多用于信息电子电路的设计与开发，主要包括编辑元件、编辑原理图以及电路仿真等部分，可对元件特征进行直接展示，同时对电路细节进行模拟，其不足主要体现在2个方面，一是仿真收敛性不理想，二是计算耗时长。该系统所包含的各功能模块既能够独自运行，同时又可以构成一个整体，其中Proteus主要负责提供仿真元件、仪表，包括但不限于交流元件、直流元件、示波器以及虚拟终端等。当然，Proteus还具有实时显示图形的功能。上文所提及的虚拟元件与仪表性能十分理想，可在高输入阻抗和低输出阻抗的辅助下，将自身给测量结果所产生影响维持在较低水平。除此之外，Multisim、Saber同样应当引起重视，前者对交互界面进行了优化，最大程度缩小了仪器仪表库、实验间的差距，在开发电子应用期间同样具有重要作用；后者可用于光电仿真、电力电子仿真以及机械仿真，能够多维度分析问题并提供解决方案，但也存在明显的不足，如操作难度大[4]。

2 将电子电路仿真用于应用开发的必要性

将电子电路仿真用于电子应用开发的意义可被归纳为以下3点。首先，该技术可模拟产品运行环境，使外界环境给产品性能产生的影响得到直接展示，便于开发人员准确掌握既有方案的不足并进行修改，为产品大规模制造奠基[5]。以往有关人员普遍更习惯对产品进行人工测试，该做法的精确度并不理想，极易出现修改不合理的情况，导致产品性能无法达到行业标准，引入电子电路仿真可有效解决上述问题，使开发产品的过程变得更加简单。其次，电子应用往往要经过反复修改才能量产并上市。调试、修改的效果通常会给产品质量和生命时长产生巨大影响，现阶段的多数企业均已引入电子电路仿真，用该技术代替人工作业，可根据仿真效果制定计划并修改漏洞，使全自动生产的设想成为现实。最后，目前我国已由科技大国成长为科技强国，无论是科技水平还是专业人员数量均有所提高，对电子应用进行开发时，开发人员往往会选择对电路进行整合，在不改变电路功能的前提下改善产品性能，由此可见，该技术的出现使电路集成设计成为可能，对电子应用开发具有重大意义[6]。

3 电子电路仿真作用分析

3.1 为开发电子应用提供全新思路

电子应用的作用主要是为用户提供符合其预期的电子服务，因此对电子应用进行开发期间，开发人员应始终坚持将实践作为最终目的，将人性化、实用性作为指导原则。电子产品的特点决定了只有经过反复检验、调整以及优化的想法和技术才能被用于产品开发与制造，换言之，修改、调试等环节对开发电子应用具有重大意义，只有保证以上工作均发挥出应有作用，才能使产品性能达到行业最新标准，与此同时，其功能也会变得更加完善。以往所采取的开发模式存在技术复杂、步骤烦琐等不足，通常要经过数次的调整才能取得理想效果，放弃以往修改、调试电路的方法，改用电子电路仿真，可使工作的有效性以及准确性得到提高。

3.2 对设计方案进行优化

电子产品对元件敏感度的要求十分严格，而温度敏感产品内部元件极易被外界温度所影响，导致产品性能或功能无法得到稳定发挥。对电子电路仿真加以运用，便于开发人员把握元件性能、电路特征与外界温度间的关系，结合实验所得数据，对设计方案进行优化，在保证元件敏感度的前提下，将该特性给产品所造成的影响降至最低。另外，电子产品所需元件类型、外观往往十分相似，但内部结构、性能参数存在明显区别，在开发、制造产品期间，极易出现选择困难的情况，此时工作人员可借助电子电路仿真对不同元件的参数进行分析，根据分析所得结果对其用途加以确定，在保证元件参数符合产品要求的前提下对裕度进行设计，从而获得更符合预期的设计方案[7]。综上，电子电路仿真在优化电路设计方面具有无法被替代的作用，应对此有所了解。产品电路设计如图2所示。

图2 产品电路设计

3.3 推动集成电路发展

作为电子产品极为重要的部分，集成电路往往会给产品性能、功能产生直接影响。在科技持续发展的当下，用户对集成电路所提出的要求变得更加严格，考虑到不同等级电路的密度往往有所不同，开发电子应用期间，开发人员应将重心放在集成电路上，在芯片级系统理念的指导下，根据产品定位对集成电路进行合理设计，通过整合电路功能的方式，以保证产品美观、可靠为前提，不断优化芯片性能，使产品所具有的工作效率达到预期[8]。在此过程中，电子电路仿真的作用主要是对芯片性能进行验证，在保证芯片与产品要求相符的前提下，结合仿真模型对芯片加以调整，使电路设计更加科学且合理。

3.4 降低电路验证难度

确定设计方案是产品开发的前提，要想使所开发出的产品获得用户的认可，不仅要保证其拥有完善的功能，还要检验其可行性，确保产品内部电路具备理想的安全性与稳定性。由此可见，对产品可行性进行验证同样具有极为重要的意义。将电子电路仿真用于可行性检验，可使检验所具有的合理性与准确性得到有力保障，其作用主要体现在以下方面。第一，基于电子电路仿真，对产品电路进行检测，可确保电路所存在的功能误差及不足被及时发现并得到处理，有效解决所设计电路与产品不适配的问题，在保证产品功能可靠的基础上使其价值得到大幅度提高[9]。第二，利用该技术对软件可行性进行验证，能够解决人工检验极易出现误差的问题，为电路功能提供保证。第三，引入该技术可降低后续工作的难度及工作量，在保证产品性能、质量达标的前提下压缩开发时间，为企业创造更加可观的利益。

3.5 实现虚拟测试

电子产品对电路、器件精度具有极高要求，只有保证精度符合要求，才能使产品性能、功能达到用户预期，产品价值自然能够得到最大程度的实现[10]。由此可见，开发电子产品期间，开发人员应将重心放在内部电路上，确保电路能够在极限参数或恶劣环境下稳定运行，通过增强电路适应能力的方式，扩大适用范围，为产品作用的发挥提供支持。将电子电路仿真用于产品开发，可通过模拟特殊运行环境确定电路极限，从而达到提高其使用能力的目的[11]。研究表明，高压、高温环境及大电流参数均会给电路运行稳定性带来影响，开发人员可凭借仿真技术对以上环境进行模拟，结合电路所展现出的状态调整既有设计方案，为产品的批量生产助力，确保产品投入使用后，电路始终处于相对稳定且可靠的状态。

4 电子电路仿真未来展望

随着信息时代的来临，计算机渗透到各行各业的速度有所加快，合理运用计算机，可在改变生产模式的前提下使生产质效得到显著提高，由此可见，基于计算机应用所衍生出的电子电路仿真未来必然会拥有极大的发展空间，并在诸多领域得到运用。现阶段，受多方面因素制约，该技术的应用方向仍以硬件仿真为主，尚未掌握仿真中央处理器（Central Processing Unit，CPU）数字系统的方法，导致其价值难以得到最大程度实现[12]。业内人士应加大对该技术进行研发的力度，在设计电子系统的过程中，通过模拟系统嵌入程序的方式，对程序运行期间电路所处状态进行测试，进一步降低电子应用开发难度，为行业发展助力。

5 结 论

基于电子电路仿真开发电子产品，可帮助开发人员尽快确定开发方向，根据实际情况调整开发方式，在保证所开发产品质量的前提下压缩开发时长，使产品尽快上市。现阶段，该项技术仍有极大的开发空间，为确保其作用得到充分发挥，应加大宣传及推广力度，使开发人员对现有成果具有全面了解并主动加以运用，通过开发优质电子产品的方式，为用户带来更符合预期的使用体验。