Cadence® PSpice® A/D17.2-2016 提供了(le)完整的(de)工具包來處理(lǐ)設計中的(de)物(wù)聯網感測器、控制器和(hé)驅動器問題。系統模擬和(hé)建模技術營造了(le)針對混合信號設計的(de)統一的(de)設計環境，PSpice A/D 可(kě)以幫助用(yòng)戶在市場上按時交付高(gāo)品質的(de)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(de)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(de)設備數量都在激增。這些設備被稱為「物(wù)聯網」(IoT)，他(tā)們無所不在，數量每天都在增加。這種演化(huà)並不局限於一種或幾種類型的(de)應用(yòng)程式，相反，它會影(yǐng)響幾乎所有的(de)設計和(hé)應用(yòng)程式。這一變化(huà)觸及了(le)我們日常生活的(de)方方面面，從可(kě)穿戴設備、家用(yòng)電器、安全系統，到監控工業流程的(de)感測器。由於設備的(de)本質、以及它們在不同操作條件下(xià)的(de)操作需求，這些設備受到了(le)前所未有的(de)、高(gāo)度變化(huà)的(de)外部因素的(de)影(yǐng)響，如熱波動、電氣雜訊、流體、濕度、振動和(hé)衝擊。確保這些系統在整個生命週期中的(de)可(kě)靠運行，不僅至關重要，而且對於在競爭激烈的(de)市場環境中生存非常關鍵。
物(wù)聯網在整個行業領域都呈現出前所未有的(de)機遇。
使用(yòng) Cadence PSpice A/D 17.2-2016 來跟上節奏！
物(wù)聯網設計的(de)關鍵挑戰
這些挑戰對一個設計工程師來說意味著什(shén)麼，以及它們如何影(yǐng)響傳統的(de)設計和(hé)模擬流程？讓我們從系統角度來看一看物(wù)聯網設備，以及它的(de)關鍵元器件。在高(gāo)層次上，從設計和(hé)模擬的(de)角度，任何物(wù)聯網設備都可(kě)以被分(fēn)為以下(xià)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(le)這三個關鍵的(de)功能模組，還有標準通(tōng)信層，如 ZigBee、RFID、藍牙、BACnet 和(hé) CoAP，它們可(kě)以建立通(tōng)信、或建立連接到互聯網。在某些情況下(xià)，感測器、控制器和(hé)驅動器可(kě)能會集成在一起；在某些情況下(xià)，它們可(kě)能是不同模組的(de)一部分(fēn)，但彼此相連。
模擬物(wù)聯網器件
從設計模擬的(de)角度，設計物(wù)聯網設備需要具備以下(xià)能力：
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設計物(wù)聯網設備的(de)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(kě)靠和(hé)可(kě)預測的(de)系統。現今，設計工程師們有一個永恆的(de)問題是：我們是否仍然可(kě)以依靠 SPICE 模擬來設計新一代的(de)物(wù)聯網設備？答(dá)案是肯定的(de)。Cadence PSpice A/D 17.2-2016 讓設計工程師們能夠有效地克服物(wù)聯網設計的(de)挑戰。系統模擬工程師通(tōng)常使用(yòng)市場上現有的(de)元器件模型來進行系統模擬，但是在某些情況下(xià)，可(kě)能沒有現成的(de)模型，或者現成的(de)模型可(kě)能不是傳統的(de) SPICE 模型。 PSpiceA/D 17.2-2016 為用(yòng)戶提供了(le)更多(duō)的(de)建模功能，來滿足這種特定的(de)需求。下(xià)一節將概述 PSpice A/D 提供的(de)獨特功能，從而滿足這些物(wù)聯網設備的(de)設計和(hé)模擬挑戰。
感測器
這些感測器的(de)目的(de)是感應物(wù)理(lǐ)或電氣參數，如電壓、電流、功率、壓力、光(guāng)、移動、位置、距離、體積、重量和(hé)溫度，這些信號都可(kě)以採取進一步處理(lǐ)。
圖1：模擬感測器輸入阻抗的(de)頻域回應
這些感測器被當做(zuò)巨大(dà)的(de)互聯系統的(de)眼睛和(hé)耳朵。正如他(tā)們的(de)名字，感測器是設計流程中的(de)敏感元件，需要謹慎設計，以達到可(kě)靠的(de)電路實現和(hé)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(de)一些常見設計挑戰是高(gāo)精度的(de)放大(dà)器、混合訊號轉換器和(hé)數位處理(lǐ)。在信號鏈中，任何有害的(de)寄生元素都可(kě)能導緻感測器資料不可(kě)靠，或者無法使用(yòng)。因此，在物(wù)聯網設備中保持最好的(de)信噪比是至關重要的(de)。可(kě)選用(yòng) PSpiceA/D 進行模擬和(hé)精密電子電路的(de)模擬。它具有精確的(de)時間測試模擬器和(hé)大(dà)量的(de)包含感測器和(hé)精密電子器件的(de)元件庫，為前端模擬感測器設計和(hé)模擬提供了(le)一個高(gāo)起點。
圖2：新的(de) PSpice 器件建模介面
PSpiceA/D 提供了(le)幾種不同的(de)建模工具和(hé)分(fēn)析技術，以精確建模和(hé)模擬這些不同類型的(de)感測器，從而滿足設計的(de)挑戰。根據設計需要，可(kě)以使用(yòng)不同級別的(de)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(hé)物(wù)理(lǐ)實現。
控制器
一般來說，控制器分(fēn)為兩類：
簡單的(de)開關控制器和(hé)採用(yòng)高(gāo)階語言如 C/C++ 實現複雜演算(suàn)法的(de)先進的(de)回饋型控制器。
圖3：PSpiceA/D 中，數位最壞情況模擬和(hé)最佳混合信號波形分(fēn)析
根據應用(yòng)，物(wù)聯網設備需要一個控制器。開關控制器更容易實現，但在物(wù)聯網設備的(de)特殊環境下(xià)，會面臨額外的(de)設計挑戰。其中的(de)一些挑戰是在介面上的(de)傳播延遲和(hé)保持合適的(de)電壓級別。這些挑戰來自於不同的(de)互聯、數位邏輯和(hé)設備類別。PSpiceA/D 提供了(le)一個真實的(de)混合信號設計環境，擁有集成的(de)類比和(hé)事件驅動的(de)模擬器，具有完全自動化(huà)的(de)類比數位轉換器 (ADC) 和(hé)數位類比轉換器 (DAC) 介面生成器。這個環境支持快(kuài)速實現設計意圖、更簡單的(de)建模技術和(hé)準確的(de)結果。由於其獨特的(de)數位最壞情況分(fēn)析和(hé)多(duō)電平數位信號支援，設計工程師可(kě)以很容易地模擬在真實操作條件下(xià)的(de)控制器集成。
建模一個具有回饋環路的(de)控制器，PSpiceA/D 可(kě)提供全面的(de)設計建模和(hé)模擬技術。我們可(kě)以使用(yòng)傳統的(de) SPICE 建模技術，例如精確的(de)電子器件模型和(hé)類比行為建模技術，來建模模擬控制器。設計工程師還可(kě)以使用(yòng)新的(de)PSpice 器件模型介面來類比數位電路、SystemC® 或基於 MATLAB 的(de)系統，以建模數位控制器。
驅動器
有人(rén)可(kě)能會說，驅動器是物(wù)聯網設計演化(huà)中影(yǐng)響最小的(de)模組。然而，這可(kě)能是不正確的(de)，或者僅適用(yòng)於有限的(de)小型設備，節約能源的(de)需求對於驅動器設計工程師和(hé)系統中的(de)這些驅動器的(de)使用(yòng)者來說是很大(dà)的(de)挑戰。例如，有些設備可(kě)能會需要在標準的(de) AA 電池上運行很長時間。
圖4：PSpice Systems Option 結合了(le) PSpice 和(hé) MATLAB 兩個最好的(de)工具
這兩個方面已經成為了(le)驅動器設計和(hé)物(wù)聯網空間集成的(de)關鍵驅動因素。PSpice Systems Option 提供了(le)一種獨特的(de)解決方案， 通(tōng)過引入兩種最好的(de)工具—— PSpice 電路模擬器、MATLAB 數學建模和(hé)機電模擬工具，來滿足這些設計挑戰。這種協同使得(de)設計工程師可(kě)以在 MATLAB 中對機電或電熱模組進行建模和(hé)改進，然後與PSpiceA/D 中的(de)實際電子設備對接，從而實現真實的(de)模擬，並優化(huà)系統介面、功耗和(hé)性能。
總結
PSpice A/D 技術以及 PSpice AA 和(hé) PSpice Systems Option 選項提供了(le)一套全面的(de)模擬功能，以滿足物(wù)聯網設計的(de)挑戰。它們提供全面的(de)建模功能，並對設計中的(de)類比和(hé)數位部分(fēn)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(dà)量時間。64 位元的(de)多(duō)執行緒模擬引擎使設計工程師能夠充分(fēn)利用(yòng)現有的(de)計算(suàn)能力，並進行完整的(de)系統模擬。系統模擬和(hé)建模技術，通(tōng)過為混合信號設計提供統一的(de)設計環境，可(kě)以幫助用(yòng)戶克服這些挑戰，從而幫助用(yòng)戶在市場上按時交付高(gāo)品質的(de)產品。
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