问题

用netlist搭建电路并仿真:在实际工作中有用吗?

回答
用 netlist 搭建电路并进行仿真,在实际工作中非常有价值,而且可以说是电子设计流程中不可或缺的一环。这不像一些纯理论上的研究,而是实实在在、贯穿整个产品开发周期的关键步骤。

什么是 Netlist?

首先,咱们先说清楚这个“netlist”是什么。你可以把它想象成一份电路的“说明书”,只不过这份说明书不是给人看的文字描述,而是给计算机看的“代码”。它列出了电路中有哪些元器件(比如电阻、电容、三极管、集成电路等等),以及这些元器件的哪些引脚(也就是连接点)是通过“导线”连在一起的。

举个例子,一个简单的电阻接电池的电路,它的 netlist 可能看起来是这样的:

```
R1 VCC 1 1k // R1 是电阻的名字,VCC 是电源的连接点,1 是电阻的另一端连接点,1k 是电阻值。
V1 VCC 0 DC 5V // V1 是电压源的名字,VCC 是正极,0 是负极(通常是地),DC 5V 是直流5伏特。
.END
```

这份 netlist 就像是电路的蓝图,虽然简陋,但信息却是精确到位的。

为什么说它在实际工作中“有用”?而且是“非常有用”?

用 netlist 搭建电路并仿真,它解决的是一个核心问题:在真正生产制造电路板之前,验证我们的设计是否能够按照预期工作。 这其中的价值体现在以下几个方面:

1. 设计验证与问题诊断:
功能正确性: 这是最直接的用途。我们通过仿真,可以模拟电路在各种工作条件下的行为。比如,给输入信号,看看输出是否符合预期;测试电路的频率响应、增益、相位等关键参数。如果仿真结果不符合设计要求,我们就可以在纸面上(或者说,在屏幕上)修改设计,找出问题所在,而不是等到样板做好才发现问题,那样就得花费大量时间和金钱去修改PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)甚至是重新制版。
性能评估: 仿真可以精确地告诉你电路的功耗、速度、噪声等性能指标。这些是影响产品最终表现的关键。比如,一个低功耗的电源管理芯片,如果仿真出来功耗很高,那这个设计就必须推倒重来。
故障分析: 即使设计本身是正确的,也可能因为某些输入信号异常、元器件参数漂移等原因导致工作不正常。仿真可以模拟这些“不正常”的情况,帮助我们提前预判可能出现的故障模式,并考虑加入一些保护或自检机制。

2. 加速研发进程,降低成本:
“虚拟原型”: 仿真就是建造一个“虚拟原型”。在物理原型(即实际的PCB电路板)造出来之前,我们可以在电脑里进行无数次的测试和调整。这就像医生在手术前进行模拟演练一样,可以大大减少实际操作中的风险和失误。
减少物理样板制作次数: 传统的电子产品研发,从设计到制作第一块PCB样板,再到测试、发现问题、修改设计、制作第二块PCB样板……这个过程非常耗时耗力。通过仿真,可以大大减少PCB的制作次数,甚至在某些简单电路中,直接可以从仿真结果过渡到量产设计,极大地缩短了研发周期,也节省了大量的样板制作费用。
优化设计: 仿真工具还能帮助我们进行参数优化。比如,你可能有一个滤波器设计,需要找到最优的电阻电容值来达到最佳的滤波效果。仿真可以快速尝试不同的参数组合,找到最适合的那个,而不是靠经验一点点试。

3. 满足复杂度和精确度的要求:
复杂系统: 现在的电子产品越来越复杂,动辄包含成千上万个元器件,一个完整的系统可能包含模拟、数字、射频等多种电路。用手工的方式去检查和理解这样一个复杂系统的连接关系,几乎是不可能的。Netlist 结合仿真工具,才能将这个复杂的系统“活”起来,让我们能够对其进行深入的分析。
精确分析: 很多电路的性能,比如高频电路的阻抗匹配、射频电路的S参数、模拟电路的噪声分析等,是很难通过简单的肉眼观察或者万用表来测量的。仿真工具能够进行非常精确的数学计算,提供详细的数据报告,帮助我们理解电路的细微之处。

4. 协同工作和文档记录:
标准语言: Netlist 是一种标准的电路描述语言,不同的EDA(Electronic Design Automation,电子设计自动化)软件(比如Cadence Virtuoso, Synopsys Custom Compiler, LTspice, PSpice等等)都能识别和处理。这意味着,一个工程师用某个工具设计好的电路,可以用 netlist 的形式传递给另一个工程师,即使他们使用的软件不同,也可以继续进行仿真和分析。
可追溯性: Netlist 本身就是设计过程的一个重要文档。它可以清晰地记录下设计的逻辑和连接关系,方便后续的维护、升级或者故障排查。

那么,它是如何具体运作的?

整个流程通常是这样的:

1. 原理图设计 (Schematic Capture): 工程师首先使用EDA软件绘制电路的原理图。这个原理图更像是给人看的,直观易懂。
2. 生成 Netlist: 当原理图绘制完成后,EDA软件会自动根据原理图生成一份 netlist 文件。这就是前面提到的“说明书”的电子版。
3. 选择仿真模型: 针对原理图中的每一个元器件(尤其是集成电路、晶体管等),需要为其指定一个仿真模型。这些模型是描述元器件电学特性的数学函数,仿真器会根据这些模型来计算电路的行为。这些模型通常由元器件的制造商提供,或者由仿真软件自带。
4. 设置仿真器和仿真任务: 用户需要告诉仿真器要做什么。比如,是要进行直流分析(DC analysis),看电路在稳定状态下的工作点;还是交流分析(AC analysis),看电路在不同频率下的响应;亦或是瞬态分析(Transient analysis),看电路信号随时间变化的波形。还需要设置输入信号的参数,比如电压、电流、频率等。
5. 运行仿真: 仿真器读取 netlist 文件和模型,按照用户设定的任务进行大量的数学计算。
6. 分析仿真结果: 仿真完成后,会生成各种数据和图表,比如电压电流波形、频率响应曲线、工作点参数等。工程师需要仔细分析这些结果,判断电路是否合格。
7. 迭代优化: 如果仿真结果不理想,工程师就需要回到原理图设计阶段,修改元器件的参数、连接方式,或者更换元器件,然后重新生成 netlist,再次进行仿真。这个过程会不断重复,直到达到设计目标。

举个更具体的例子:设计一个音频放大器

想象一下我们要设计一个能放大吉他声音的音频放大器。

第一步:原理图设计。 我们会用EDA软件画出放大器的电路图,包括输入级的偏置电阻、放大级的晶体管(或运放)、输出级的耦合电容等等。
第二步:生成 Netlist。 软件会把这些元件和它们的连接关系转换成 netlist。
第三步:选择模型。 我们需要找到我们打算使用的晶体管(比如BC547)的SPICE模型(一种常用的仿真模型),以及电阻、电容等基本元器件的模型。
第四步:设置仿真。 我们会设置一个交流信号作为输入,模拟吉他信号;设置一个直流电压作为电源。然后我们会告诉仿真器,我们要看输出信号的波形,以及放大器的增益(输入和输出信号的比例)。
第五步:运行仿真。 仿真器开始计算。
第六步:分析结果。 如果仿真出来的输出波形失真很大,或者增益太低,我们就会回到原理图,调整偏置电阻的值,或者换一个型号的晶体管,然后重新仿真。比如,我们发现信号在高频部分衰减太快,可能会考虑调整耦合电容的值。

这个过程,如果少了 netlist 和仿真,我们可能需要买很多元器件,焊接很多块电路板,一点点地去尝试,那效率就太低了,而且失败率会非常高。

总结一下,netlist 搭建电路并仿真,在实际工作中绝对不是“有没有用”的问题,而是“必须用”的问题。 它是现代电子产品设计中,连接“想法”与“现实”的桥梁。没有它,我们很难高效、准确地创造出我们生活中随处可见的电子产品。从手机、电脑到汽车、医疗设备,背后都有无数个 netlist 和仿真在默默地工作,确保着这些产品的性能和可靠性。

网友意见

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spice 是模拟电路的核心。必用。

数字电路偶尔用,跑时钟或者SI。


另外,这学习态度要改进,否则吃大亏。


cadence是一家公司,它的工具名字叫spectre,synopsys 是一家公司的名字,它的工具叫hspice。 spcetre 和hspice 都是spice 的一种。我估计你说的是berkeley spice,就是spice 的原生态。spectre 和 hspice 可以看成spice 的加强版。

那么,原生态spice有没有用?当然有,因为所有的spice model 是基于原生态的spice的。

每个工艺,spectre 和hspice 需要去跟fab 做工艺确认,就是qualify 该工艺的spectre 和hspice.


hspice和spectre 在行业口语中就是spice。你问的问题太容易误解了。


如果你不做工艺的工程师。那么跑spectre 和hspice 就OK了,不需要跑原生态spice。

确实行业基本不跑原生态spice。


但是,hspice 和 spectre 吃的都是标准spice netlist,学的内容完全和spice 没差别。

没看出哪里增加了“强行制造出行业门槛,增加新人学习难度的学术界用”。


别说是图形界面吧。


add: 结果真是问图形界面 vs netlist。

那么简单回答:你应该学cadence spectre 的图形界面,将来熟悉了,再直接写netlist。

因为最基本的:工具的图形界面是可能有bug的,netlist才是golden的。不过估计一般工程师是不太会碰到这个情形。

一天可以写个2000行的netlist,你一天画个2000管子试试看。

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