GEWÜRZ (Simulierungsprogramm mit der Einheitlichen Stromkreis-Betonung) ist ein offenes Mehrzweckquellanalogon elektronischer Stromkreis-Simulator.

Es ist ein starkes Programm, das im einheitlichen Stromkreis und Vorstandsebene-Design verwendet wird, um die Integrität von Stromkreis-Designs zu überprüfen und Stromkreis-Verhalten vorauszusagen.

Einführung

Verschieden von aus getrennten Teilen zusammengesetzten Vorstandsebene-Designs ist es zu integrierten Stromkreisen des Brotschneidebrettes vor der Fertigung nicht praktisch. Weiter machen die hohen Kosten von Photosteindruckmasken und anderen Produktionsvorbedingungen es notwendig, den Stromkreis zu entwerfen, um so in der Nähe vom vollkommenen zu sein, wie möglich, bevor der einheitliche Stromkreis zuerst gebaut wird. Das Simulieren des Stromkreises mit dem GEWÜRZ ist die Industriestandardweise, Stromkreis-Operation am Transistor-Niveau vor dem Verpflichten zu Herstellung eines einheitlichen Stromkreises nachzuprüfen.

Vorstandsebene-Stromkreis-Designs können häufig breadboarded für die Prüfung sein. Sogar mit einem Brotschneidebrett können einige Stromkreis-Eigenschaften nicht im Vergleich zum Endausschuss der gedruckten Verdrahtung, wie parasitische Widerstände und Kapazität genau sein. Diese parasitischen Bestandteile können häufig genauer mit der GEWÜRZ-Simulation geschätzt werden. Außerdem können Entwerfer mehr Information über den Stromkreis wollen, als von einem einzelnen Modell verfügbar ist. Zum Beispiel wird Stromkreis-Leistung durch die Teilproduktionstoleranz betroffen. In diesen Fällen ist es üblich, GEWÜRZ zu verwenden, um Simulationen von Monte Carlo der Wirkung von Teilschwankungen auf der Leistung, eine Aufgabe durchzuführen, die unpraktische Verwenden-Berechnungen mit der Hand für einen Stromkreis jeder merklichen Kompliziertheit ist.

Stromkreis-Simulierungsprogramme, von denen GEWÜRZ und Ableitungen am prominentesten sind, nehmen einen Text netlist das Beschreiben der Stromkreis-Elemente (Transistoren, Widerstände, Kondensatoren, usw.) und ihre Verbindungen, und übersetzen

diese Beschreibung in zu lösende Gleichungen. Die allgemeinen erzeugten Gleichungen sind nichtlineare algebraische Differenzialgleichungen, die mit impliziten Integrationsmethoden, der Methode von Newton und spärlichen Matrixtechniken gelöst werden.

Ursprünge

GEWÜRZ wurde am Elektronik-Forschungslabor der Universität Kaliforniens, Berkeleys von Laurence Nagel mit der Richtung von seinem Forschungsberater, Prof. Donald Pederson entwickelt. SPICE1 war größtenteils eine Ableitung des KREBS-Programms, an dem Nagel unter Prof. Ronald Rohrer gearbeitet hatte. KREBS war ein Akronym für die "Computeranalyse von Nichtlinearen Stromkreisen, Radiation," ein Hinweis zum Liberalismus von Berkeley der 1960er Jahre Ausschließend: In diesen Zeiten wurden viele Stromkreis-Simulatoren laut der USA-Verteidigungsministerium-Verträge entwickelt, die die Fähigkeit verlangt haben, die Strahlenhärte eines Stromkreises zu bewerten. Als der ursprüngliche Berater von Nagel, Prof. Rohrer, Berkeley verlassen hat, ist Prof. Pederson sein Berater geworden. Pederson hat darauf bestanden, dass KREBS, ein Eigentumsprogramm, genug umgeschrieben wird, dass Beschränkungen entfernt werden konnten und das Programm im öffentlichen Gebiet gestellt werden konnte.

SPICE1 wurde zuerst auf einer Konferenz 1973 präsentiert. SPICE1 wurde in FORTRAN codiert und hat Knotenanalyse verwendet, um die Stromkreis-Gleichungen zu bauen. Knotenanalyse hat Beschränkungen im Darstellen von Induktoren, Stromspannungsquellen und die verschiedenen Formen von kontrollierten Quellen schwimmen lassend. SPICE1 hatte relativ wenige Stromkreis-Elemente verfügbar und hat eine feste-timestep vergängliche Analyse verwendet. Die echte Beliebtheit des GEWÜRZES hat mit SPICE2 1975 angefangen. SPICE2, der auch in FORTRAN codiert ist, war ein viel-verbessertes Programm mit mehr Stromkreis-Elementen, Variable timestep vergängliche Analyse mit irgendeinem das trapezoide (die zweite Ordnung Methode von Adams-Moulton) oder die Zahnrad-Integrationsmethode (auch bekannt als BDF), Gleichungsformulierung über die modifizierte Knotenanalyse (das Vermeiden der Beschränkungen der Knotenanalyse), und ein innovatives FORTRAN-basiertes Speicherzuteilungssystem, das von einem anderen Studenten im Aufbaustudium, Ellis Cohen entwickelt ist. Die letzte FORTRAN Version des GEWÜRZES war 2G.6 1983. SPICE3 wurde von Thomas Quarles entwickelt (mit A. Richard Newton als Berater) 1989. Es wird in C geschrieben, verwendet dieselbe netlist Syntax, und hat X Window System hinzugefügt, der sich verschwört.

Als ein frühes offenes Quellprogramm wurde GEWÜRZ weit verteilt und verwendet. Seine Allgegenwart ist solch geworden, dass, "einen Stromkreis ZU WÜRZEN", synonymisch mit der Stromkreis-Simulation bleibt. GEWÜRZ-Quellcode war vom Anfang, der von UC Berkeley für eine nominelle Anklage verteilt ist (um die Kosten des magnetischen Bandes zu bedecken). Die Lizenz hat ursprünglich Vertriebsbeschränkungen für Länder nicht betrachtet freundlich in die USA eingeschlossen, aber der Quellcode wird zurzeit durch die BSD-Lizenz bedeckt.

GEWÜRZ, das begeistert und als eine Basis für viele andere Stromkreis-Simulierungsprogramme, in der Akademie, in der Industrie, und in kommerziellen Produkten gedient ist. Die erste kommerzielle Version des GEWÜRZES war ISPICE, eine interaktive Version auf einem Time-Share-Appartment-Dienst, Nationalem CSS. Die prominentesten kommerziellen Versionen des GEWÜRZES schließen HSPICE (ursprünglich kommerzialisiert von Shawn und Kim Hailey von Software von Meta, aber jetzt besessen von Synopsys) und PSPICE (jetzt besessen durch Rhythmus-Designsysteme) ein. Die akademischen Nebenprodukte des GEWÜRZES schließen XSPICE ein, der an der Technologie von Georgia entwickelt ist, die "analoge/digitale Mischcodemodelle" für die Verhaltenssimulation und den Apfelsaft hinzugefügt hat (vorher CODECS, von UC Berkeley/Oregon der Staat Univ.) welche hinzugefügte Halbleiter-Gerät-Simulation. Die einheitliche Stromkreis-Industrie hat GEWÜRZ schnell angenommen, und bis kommerzielle Versionen gut entwickelt geworden sind, hatten viele IC Designhäuser Eigentumsversionen des GEWÜRZES. Heute haben einige IC Hersteller, normalerweise die größeren Gesellschaften, Gruppen, die fortsetzen, Gewürz-basierte Stromkreis-Simulierungsprogramme zu entwickeln. Unter diesen sind ADICE an Analoggeräten, LTspice an der Geradlinigen Technologie, Glimmerschiefer an Freescale Halbleiter und TISPICE an Instrumenten von Texas. (Andere Gesellschaften erhalten innere Stromkreis-Simulatoren aufrecht, die nicht direkt auf das GEWÜRZ, unter ihnen PowerSpice an IBM, Koloss an Infineon Technologies, Luchs an Intel Corporation und Pstar an NXP Halbleiter basieren.) GEWÜRZ wurde einen IEEE Meilenstein 2011 genannt.

Programm-Eigenschaften und Struktur

GEWÜRZ ist populär geworden, weil es die Analysen enthalten hat und Modelle integrierte Stromkreise der Zeit entwerfen mussten, und robust genug und schnell genug waren, um praktisch zu sein, um zu verwenden. Vorgänger zum GEWÜRZ hatten häufig einen einzelnen Zweck: Das NEIGUNGS-Programm hat zum Beispiel Simulation von bipolar Transistor-Stromkreis-Betriebspunkten getan; das SLIC Programm hat nur Analysen des kleinen Signals getan. GEWÜRZ hat Betriebspunkt-Lösungen, vergängliche Analyse verbunden, und verschiedene Analysen des kleinen Signals mit den Stromkreis-Elementen und Gerät-Modellen mussten viele Stromkreise erfolgreich vortäuschen.

Analysen

SPICE2 hat diese Analysen eingeschlossen:

• AC Analyse (geradlinige Frequenzbereichsanalyse des kleinen Signals)
• Gleichstrom-Analyse (nichtlineare ruhige Punkt-Berechnung)
• Gleichstrom-Übertragungskurve-Analyse (hat eine Folge von nichtlinearen Betriebspunkten gerechnet, während sie eine Eingangsstromspannung oder Strom oder einen Stromkreis-Parameter gekehrt hat)
• Geräuschanalyse (eine kleine getane Signalanalyse mit einer adjoint Matrixtechnik, die unkorrelierte Geräuschströme an einem gewählten Produktionspunkt summiert)
• Übertragungsfunktionsanalyse (ein Gewinn des Eingangs/Produktion des kleinen Signals und Scheinwiderstand-Berechnung)
• Vergängliche Analyse (Zeitabschnitt-Lösung des großen Signals nichtlinearer algebraischer Differenzialgleichungen)

Da GEWÜRZ allgemein verwendet wird, um nichtlineare Stromkreise zu modellieren, wird den kleinen Signalanalysen durch eine ruhige Punkt-Berechnung notwendigerweise vorangegangen, bei der der Stromkreis linearized ist. SPICE2 hat auch Code für andere Analysen des kleinen Signals enthalten: Empfindlichkeitsanalyse, mit dem Polnullanalyse und Analyse der kleinen Signalverzerrung. Die Analyse bei verschiedenen Temperaturen wurde getan, indem sie Halbleiter-Musterrahmen für die Temperatur automatisch aktualisiert worden ist, dem Stromkreis erlaubend, an Temperaturextremen vorgetäuscht zu werden.

Andere Stromkreis-Simulatoren haben viele Analysen außer denjenigen in SPICE2 seitdem hinzugefügt, um sich ändernde Industrievoraussetzungen zu richten. Parametrisches Kehren wurde hinzugefügt, um Stromkreis-Leistung mit dem Ändern der Produktionstoleranz oder Betriebsbedingungen zu analysieren. Schleifenverstärkung und Stabilitätsberechnungen wurden für analoge Stromkreise hinzugefügt. Harmonisches Gleichgewicht oder Zeitabschnitt unveränderliche Zustandanalysen wurden für RF und Stromkreis-Design des geschalteten Kondensators hinzugefügt. Jedoch musste ein Stromkreis-Simulator des öffentlichen Gebiets, der die modernen Analysen und Eigenschaften enthält, ein Nachfolger in der Beliebtheit zum GEWÜRZ werden ist noch nicht erschienen.

Gerät-Modelle

SPICE2 hat viele Halbleiter-Gerät Kompaktmodelle eingeschlossen: drei Niveaus des MOSFET Modells, einer vereinigten Ebers-Molls und Gummel-Poons bipolar Modell, ein JFET Modell und ein Modell für eine Verbindungspunkt-Diode. Außerdem hatte es viele andere Elemente: Widerstände, Kondensatoren, Induktoren (einschließlich der Kopplung), unabhängige Stromspannung und aktuelle Quellen, ideale Übertragungslinien, und Stromspannung und Strom haben Quellen kontrolliert.

SPICE3 hat hoch entwickeltere MOSFET Modelle hinzugefügt, die wegen Fortschritte in der Halbleiter-Technologie erforderlich waren.

Insbesondere die BSIM Familie von Modellen wurden hinzugefügt, die auch an UC Berkeley entwickelt wurden.

Kommerzielle und industrielle GEWÜRZ-Simulatoren haben viele andere Gerät-Modelle als Technologie hinzugefügt fortgeschrittene und frühere Modelle sind ungenau geworden. Um Standardisierung dieser Modelle zu versuchen, so dass eine Reihe von Musterrahmen in verschiedenen Simulatoren verwendet werden kann, wurde eine Industriearbeitsgruppe, der Kompaktmusterrat gebildet, um den Gebrauch von Standardmodellen zu wählen, aufrechtzuerhalten und zu fördern. Die Standardmodelle schließen heute BSIM3, BSIM4, BSIMSOI, PSP, HICUM und MEXTRAM ein.

Eingang und Produktion: Netlists, schematische Festnahme und das Plotten

SPICE2 hat einen Text netlist, wie eingegeben und erzeugt Liniendrucker-Auflistungen als Produktion genommen, die mit der Rechenumgebung 1975 ausrüsten. Diese Auflistungen waren entweder Säulen von Zahlen entsprechend berechneten Produktionen (normalerweise Stromspannungen oder Ströme), oder Liniendrucker-Charakter "Anschläge". SPICE3 hat den netlist für die Stromkreis-Beschreibung behalten, aber hat Analysen erlaubt, von einer der C-Schale ähnlichen Schnittstelle der Befehl-Linie kontrolliert zu werden. SPICE3 hat auch das grundlegende X-Fensterplotten hinzugefügt, weil UNIX und Technikarbeitsplätze üblich geworden sind.

Verkäufer und verschiedene Projekte der kostenlosen Software haben schematische Festnahme-Vorderenden zum GEWÜRZ hinzugefügt, einem schematischen Diagramm des Stromkreises erlaubend, gezogen zu werden, und der automatisch zu erzeugende netlist. Außerdem wurden grafische Benutzerschnittstellen hinzugefügt, für die Simulationen auszuwählen, die zu tun sind und die Stromspannung und aktuellen Produktionsvektoren zu manipulieren sind. Außerdem sind sehr fähige grafisch darstellende Dienstprogramme hinzugefügt worden, um Wellenformen und Graphen von parametrischen Abhängigkeiten zu sehen. Mehrere freie Versionen dieser verlängerten Programme, sind einige als einleitende beschränkte Pakete und einige ohne Beschränkungen verfügbar.

Siehe auch

• Artikel über SPICE ähnliche und andere Stromkreis-Simulatoren werden in verzeichnet
• Eingangsproduktionspufferinformationsspezifizierung (IBIS)
• Liste von freien Elektronik-Stromkreis-Simulatoren
• Transistor-Modelle

Außenverbindungen

Geschichten, ursprüngliche Papiere

• Das ursprüngliche SPICE1 Papier
• Die Doktorarbeit von L. W. Nagel (SPICE2)
• Die Doktorarbeit von Thomas Quarles (SPICE3)
• Larry Nagel, "Das Leben des GEWÜRZES"
• Eine kurze Geschichte des GEWÜRZES

Versionen mit dem verfügbaren Quellcode

• SPICE2 und SPICE3 an UC Berkeley
• Apfelsaft an UC Berkeley
• ngspice: SPICE3 mit Aktualisierungen und XSPICE Erweiterungen
• Gewürz + gestützt auf Spice3f5
• tclspice: ngspice und Tcl scripting
• XSPICE an der Technologie von Georgia
• Gewürz-Opus
• PyOPUS
• LTSPice

Tutorenkurse, Benutzerinformation

• Umfassender, ausführlich berichteter PSPICE Tutorenkurs und Benutzer führen an der Universität von Wilfrid Laurier, Kanada
• Die Gewürz-Seite
• LTSpice Stromkreis-Simulierungstutorvideos
• GEWÜRZ auf gEDA HOWTO
• Gewürz 3 Userguide
• Gewürz 3 Quickstart Tutorenkurs
• Die Führer-Gemeinschaft des Entwerfers
• GEWÜRZ-Simulierungstutorenkurs
• ECircuit-Zentrum - Eine freie Quelle des GEWÜRZES und Übertrifft Dateien für das spielerische Lernen vom Stromkreis-Design und die Analyse.

Anwendungen

• Beispielgewürz-Code und Produktion für verschiedene Stromkreise

• Bericht NDT14-08-2007 von NanoDotTek, am 12. August 2007