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Analisi dei segnali analogici e misti: i vantaggi del cloud nella simulazione analogica

di Paolo Subioli on 21 Marzo 2019

La simulazione dei circuiti elettronici – mediante l’analisi dei segnali analogici e misti – è uno strumento cruciale per completare in modo efficace il progetto di un PCB. Essa infatti consente di valutare velocemente variazioni progettuali relative a componenti, alimentazione, temperatura, simulando tutti gli effetti che si possono verificare. Il problema principale è sempre quello di ottenere un “gemello digitale” (digital twin) in ogni fase del progetto, il più possibile fedele a quello che sarà il prodotto finito. Questo consente non solo di prevenire eventuali problematiche nell’uso reale del prodotto, ma anche di limitare il ricorso alla realizzazione di prototipi fisici, ricorrendo alla prototipazione virtuale.

La soluzione delle sfide di creazione del prodotto elettronico associate ai circuiti a segnali analogici e misti richiede un ambiente di simulazione e di prototipazione virtuale che rappresenti in modo accurato sia i suoi elementi elettronici che quelli meccanici. La tecnologia di simulazione PADS Analog/Mixed-Signal (AMS) supporta lo sviluppo di modelli con funzionalità complete nei formati SPICE e VHDL-AMS e rappresenta oggi una delle soluzioni più performanti che il mercato offre. Grazie alla combinazione di strumenti desktop e cloud, la PADS AMS Design Suite offre un ambiente di prototipazione virtuale che consente di coniugare esigenze come la rapidità e facilità d’uso con requisiti come l’affidabilità.

Perché la tecnologia cloud è utile per l’analisi dei segnali

Oggi la maggior parte dei progetti di prodotti elettronici include elementi a segnale misto o tecnologia mista, che devono essere implementati e verificati nel contesto di un prodotto o di un sistema più ampio. Questo spesso comporta la necessità di lavorare in un ambiente collaborativo e con il concorso di più team di lavoro. PADS AMS Cloud rappresenta una risposta efficace, in questo senso, essendo un ambiente di simulazione basato su cloud e sulla dimensione della community che consente l’esplorazione a distanza del circuito elettronico. Disponibile gratuitamente per tutti gli utenti PADS, tale soluzione costituisce un aiuto di alto livello ai progettisti, ed è caratterizzata da velocità e facilità d’uso.

Come funziona la PADS AMS Cloud

A differenza degli strumenti tradizionali per la simulazione dei circuiti, con la PADS AMS Cloud è facile combinare qualsiasi mix di modelli elettronici, come analogico o digitale, con:

  • modelli concettuali, come le funzioni di trasferimento o i blocchi basati sulla matematica;
  • modelli di sensori o attuatori, come i sensori per il controllo del movimento o motori;
  • modelli basati sugli effetti del mondo reale, come le dinamiche di un caricamento meccanico.

Con la potenza e la flessibilità di dispositivi basati sui segnali misti analogici VHDL e la modellazione, sia l’elettronica di un circuito, sia gli elementi elettromeccanici possono essere rappresentati in modo accurato nel contesto di un sistema più ampio per esplorare concetti, definire parametri e verificare prestazioni.

La visualizzazione delle forme d’onda e l’analisi dei risultati di una simulazione risultano ugualmente intuitive con le sonde e i visualizzatori di forme d’onda. Le sonde possono essere posizionate direttamente su un componente, per vedere al suo interno. Questo è un modo semplice, ad esempio, di visualizzare la corrente, la temperatura o la tensione di un resistore.

In sostanza, dall’analisi alla realizzazione, la soluzione PADS per i segnali misti nasata sulla combinazione di cloud e desktop, offre funzionalità di progettazione, simulazione e analisi che aiutano i progettisti a creare un prodotto elettronico più velocemente e più facilmente. Al contempo, vengono assicurate l’affidabilità, le prestazioni e la piena realizzazione delle intenzioni progettuali.

Analisi dei segnali analogici e misti con la PADS AMS Cloud

Una schermata di esempio della PADS AMS Cloud (fai click per ingrandire)

Elettronica analogica ed elettronica digitale

Può essere utile, per concludere, fornire qualche spiegazione in più sulla distinzione tra elettronica analogica ed elettronica digitale. A tal fine riportiamo la spiegazione fornita da Christian Falconi e  Arnaldo D’Amico, docenti dell’Università Tor Vergata di Roma, nell’ambito del loro corso di Elettronica Analogica a Bassa Tensione.

Da un punto di vista “fisico” la distinzione tra elettronica analogica e digitale è arbitraria poiché in qualsiasi circuito elettronico le tensioni e le correnti assumono valori continui (a rigore, anche se la carica elettrica è “quantizzata”, la corrente elettrica non lo è, poiché il tempo è una variabile continua).

Nonostante ciò è prassi consolidata classificare, adottando un punto di vista “sistemistico”, alcuni circuiti come “digitali” e altri circuiti come “analogici”; questa classificazione è utile per indicare, sinteticamente, il tipo di segnali di ingresso e di uscita di un circuito, ma è opportuno evidenziarne i limiti.

Oggi moltissimi sistemi non possono essere, a rigore, considerati né analogici, né digitali. A parte i classici esempi (convertitori ADC e DAC; sistemi che utilizzano tecniche di tipo “sigma-delta”,…) in cui devono necessariamente convivere segnali analogici e digitali, oggi perfino nel progetto dei sistemi digitali “per eccellenza” (memorie, microprocessori,…) sono necessarie conoscenze approfondite di elettronica analogica (si devono considerare parassiti, interferenze,…), al punto che, come si dice, “high-speed digital design is analog design”.

Allo stesso modo, anche i sistemi analogici “per eccellenza”, devono oggi contenere sistemi digitali (come nel caso degli “smart sensors”).

In conclusione i circuiti analogici e digitali non sono due categorie di circuiti in competizione, ma solo due categorie di circuiti “complementari”; il progettista di sistemi elettronici deve essere in grado di sfruttare tecniche analogiche, digitali o miste.

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Paolo SubioliAnalisi dei segnali analogici e misti: i vantaggi del cloud nella simulazione analogica