Cadence® PSpice® A/D17.2-2016 提供了完整的工具包來處理設計中的物聯網感測器、控制器和驅動器問題。系統模擬和建模技術營造了針對混合信號設計的統一的設計環境，PSpice A/D 可以幫助用戶在市場上按時交付高品質的產品。
介紹
在幾乎每個領域，都迫切需要設備能夠連接到某種形式的網路，換句話說，就是使這些設備能夠聯網。每天接入互聯網的設備數量都在激增。這些設備被稱為「物聯網」(IoT)，他們無所不在，數量每天都在增加。這種演化並不局限於一種或幾種類型的應用程式，相反，它會影響幾乎所有的設計和應用程式。這一變化觸及了我們日常生活的方方面面，從可穿戴設備、家用電器、安全系統，到監控工業流程的感測器。由於設備的本質、以及它們在不同操作條件下的操作需求，這些設備受到了前所未有的、高度變化的外部因素的影響，如熱波動、電氣雜訊、流體、濕度、振動和衝擊。確保這些系統在整個生命週期中的可靠運行，不僅至關重要，而且對於在競爭激烈的市場環境中生存非常關鍵。
物聯網在整個行業領域都呈現出前所未有的機遇。
使用 Cadence PSpice A/D 17.2-2016 來跟上節奏！
物聯網設計的關鍵挑戰
這些挑戰對一個設計工程師來說意味著什麼，以及它們如何影響傳統的設計和模擬流程？讓我們從系統角度來看一看物聯網設備，以及它的關鍵元器件。在高層次上，從設計和模擬的角度，任何物聯網設備都可以被分為以下三個關鍵模組：
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感測器 |
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控制器 |
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驅動器 |
除了這三個關鍵的功能模組，還有標準通信層，如 ZigBee、RFID、藍牙、BACnet 和 CoAP，它們可以建立通信、或建立連接到互聯網。在某些情況下，感測器、控制器和驅動器可能會集成在一起；在某些情況下，它們可能是不同模組的一部分，但彼此相連。
模擬物聯網器件
從設計模擬的角度，設計物聯網設備需要具備以下能力：
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設計物聯網設備的所有三個模組 |
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模擬整個系統 |
傳統上，設計工程師依賴于 SPICE 模擬來設計一個可靠和可預測的系統。現今，設計工程師們有一個永恆的問題是：我們是否仍然可以依靠 SPICE 模擬來設計新一代的物聯網設備？答案是肯定的。Cadence PSpice A/D 17.2-2016 讓設計工程師們能夠有效地克服物聯網設計的挑戰。系統模擬工程師通常使用市場上現有的元器件模型來進行系統模擬，但是在某些情況下，可能沒有現成的模型，或者現成的模型可能不是傳統的 SPICE 模型。 PSpiceA/D 17.2-2016 為用戶提供了更多的建模功能，來滿足這種特定的需求。下一節將概述 PSpice A/D 提供的獨特功能，從而滿足這些物聯網設備的設計和模擬挑戰。
感測器
這些感測器的目的是感應物理或電氣參數，如電壓、電流、功率、壓力、光、移動、位置、距離、體積、重量和溫度，這些信號都可以採取進一步處理。
圖1：模擬感測器輸入阻抗的頻域回應
這些感測器被當做巨大的互聯系統的眼睛和耳朵。正如他們的名字，感測器是設計流程中的敏感元件，需要謹慎設計，以達到可靠的電路實現和功能。幾乎所有這些感測器都是前端模擬類型，並基於精密電子。感測器的一些常見設計挑戰是高精度的放大器、混合訊號轉換器和數位處理。在信號鏈中，任何有害的寄生元素都可能導致感測器資料不可靠，或者無法使用。因此，在物聯網設備中保持最好的信噪比是至關重要的。可選用 PSpiceA/D 進行模擬和精密電子電路的模擬。它具有精確的時間測試模擬器和大量的包含感測器和精密電子器件的元件庫，為前端模擬感測器設計和模擬提供了一個高起點。
圖2：新的 PSpice 器件建模介面
PSpiceA/D 提供了幾種不同的建模工具和分析技術，以精確建模和模擬這些不同類型的感測器，從而滿足設計的挑戰。根據設計需要，可以使用不同級別的抽象來對元器件進行建模。這些抽象級別包括系統架構級、功能級、行為級、門級、電路級和物理實現。
控制器
一般來說，控制器分為兩類：
簡單的開關控制器和採用高階語言如 C/C++ 實現複雜演算法的先進的回饋型控制器。
圖3：PSpiceA/D 中，數位最壞情況模擬和最佳混合信號波形分析
根據應用，物聯網設備需要一個控制器。開關控制器更容易實現，但在物聯網設備的特殊環境下，會面臨額外的設計挑戰。其中的一些挑戰是在介面上的傳播延遲和保持合適的電壓級別。這些挑戰來自於不同的互聯、數位邏輯和設備類別。PSpiceA/D 提供了一個真實的混合信號設計環境，擁有集成的類比和事件驅動的模擬器，具有完全自動化的類比數位轉換器 (ADC) 和數位類比轉換器 (DAC) 介面生成器。這個環境支持快速實現設計意圖、更簡單的建模技術和準確的結果。由於其獨特的數位最壞情況分析和多電平數位信號支援，設計工程師可以很容易地模擬在真實操作條件下的控制器集成。
建模一個具有回饋環路的控制器，PSpiceA/D 可提供全面的設計建模和模擬技術。我們可以使用傳統的 SPICE 建模技術，例如精確的電子器件模型和類比行為建模技術，來建模模擬控制器。設計工程師還可以使用新的PSpice 器件模型介面來類比數位電路、SystemC® 或基於 MATLAB 的系統，以建模數位控制器。
驅動器
有人可能會說，驅動器是物聯網設計演化中影響最小的模組。然而，這可能是不正確的，或者僅適用於有限的小型設備，節約能源的需求對於驅動器設計工程師和系統中的這些驅動器的使用者來說是很大的挑戰。例如，有些設備可能會需要在標準的 AA 電池上運行很長時間。
圖4：PSpice Systems Option 結合了 PSpice 和 MATLAB 兩個最好的工具
這兩個方面已經成為了驅動器設計和物聯網空間集成的關鍵驅動因素。PSpice Systems Option 提供了一種獨特的解決方案， 通過引入兩種最好的工具—— PSpice 電路模擬器、MATLAB 數學建模和機電模擬工具，來滿足這些設計挑戰。這種協同使得設計工程師可以在 MATLAB 中對機電或電熱模組進行建模和改進，然後與PSpiceA/D 中的實際電子設備對接，從而實現真實的模擬，並優化系統介面、功耗和性能。
總結
PSpice A/D 技術以及 PSpice AA 和 PSpice Systems Option 選項提供了一套全面的模擬功能，以滿足物聯網設計的挑戰。它們提供全面的建模功能，並對設計中的類比和數位部分進行並行驗證。對於設計工程師來說，驗證頂級混合信號系統是一個挑戰，因為運行模擬需要花費大量時間。64 位元的多執行緒模擬引擎使設計工程師能夠充分利用現有的計算能力，並進行完整的系統模擬。系統模擬和建模技術，通過為混合信號設計提供統一的設計環境，可以幫助用戶克服這些挑戰，從而幫助用戶在市場上按時交付高品質的產品。
文章出處
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