LTspice/SwitcherCADⅢマニュアル

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1 LTspice による 設計の効率化 1 株式会社三共社フィールド アプリケーション エンジニア 渋谷道雄 JPCA-Seminar_ シミュレーション シミュレータ シミュレーションの位置づけ まずは 例題で動作確認 実際のリップル波形と比較してみる シミュレーションへの心構え オシロスコープ / プロービングの取り扱い 参考図書の紹介 シミュレータは 汎用の SPICE モデルが利用できる Ltspice アナログ回路シミュレーション 理論をないがしろにしない 理論と実際は違う 物理現象を再現するか? Ltspice の実績.TRAN 以外の解析 Op.Amp. を使ったアクティブフィルターの例 FFT 解析 2 2 1

2 2 シミュレーション シミュレータ シミュレーションの位置づけ仕様決定部品選定回路設計回路アイディア開発 企画量産試作 評価シミュレーション 3 4

3 まずは 例題で動作確認 5 5 シミュレーション結果 6 拡大すると 6 3

4 シミュレーション結果 mV 7 8 4

5 9 実際のリップル電圧波形と比較してみる 測定方法に注意 正しいプロービングをしていますか? 9 オシロスコープのプローブの取り扱い (1) 10 デモボードで リップルやスパイク ノイズを測定する場合 プローブのアースクリップを外して プローブの GND は基板上の直近に接続します BAD GOOD プローブを強く押しつけて先端を折らないように 10 5

6 オシロスコープのプローブの取り扱い (2) 11 デモボードで リップルやスパイク ノイズを測定する場合 プローブのアースクリップを外して プローブの GND は基板上の直近に接続します GOOD プローブを強く押しつけて先端を折らないように スズめっき線よりも ZEM クリップがおすすめ 11 オシロスコープのプローブの取り扱いアース クリップによる波形の違い 12 ややノイズが大きい アース クリップ使用 アース クリップを外して測定 12 6

7 トランジスタ技術 2009 年 10 月号 付録アースクリップをはずして 直近に GND をとる方法を示しています 13 GOOD BAD プローブのアースクリップリードを使うと本来の信号以外の成分が観測される 13 デモボードのプロービングの違い 14 GOOD BAD 14 7

8 参考図書の紹介

9 正しいプロービングをしたリップル波形 17 シミュレーション結果と何かが違う 17 出力平滑コンデンサ周辺の回路パラメータ 18 ESR ESL を追加 これは 部品固有のパラメータというより PCB 上のパターンに起因する 18 9

10 リップル波形を比較する 19 ESR=20mΩ ESL=1nH

11 21 回路検証が簡単 SPICE 系なら model が豊富 電子回路の学習 評価に有効 汎用の SPICE モデルファイルを利用できる LTspice 22 11

12 Simulatior model LTspice XVII & SPICE パラメータ モデル SUBCKT マクロモデル 23 試作前に できるだけ現実的なパラメータを想定しシミュレーションをする 24 試作評価で問題があれば PCB パターンチェックによって さらに現実的なシミュレーションをする 無駄な試作を低減できる 24 12

13 シミュレーションへの心構え 25 シミュレーションで 何を知ろうとしているか? シミュレーションと 実際の回路との違いはどこにあるか結果をどう評価 理解するか? 結果を判断するための基礎知識が重要周波数応答解析をどう活用するか シミュレーションは 現実の回路を評価する大きなヒントを与えてくれる シミュレータは万能ツールではない 活用次第で 有力なツールになる 25 理論をないがしろにしてはいけない 理論が分かっていれば トラブルの回避 予防をあらかじめ行える もしもトラブルになっても 問題点の早期発見ができる 26 理論が分かっていないと やみくもにシミュレーションをすることで 時間が無駄 偶然に何らかの手法が見つかっても 正当性が不明 現実の回路とシミュレーションの違いは PCB 上の配線にかかわるパラメータを導入することで ある程度現実に近い状況を再現できる ( 理論に基づき ) 26 13

14 理論 どの部分を指している言葉だろうか? 27 理論的考察と実際との差 28 理想的条件 結論 A 前提条件 理論的考察 現実的条件 結論 B 28 14

15 理論的考察と実際との差 (1) 29 理論と現実は違う という人がいるが 理論的考察は 普遍法則に基づくもので 一つのもの 前提条件になるものが 実際の使用条件 ( 部品や配線などの条件 ) と 簡略化 ( 簡素化 ) した条件とが異なる 理論的考察をするとき 現実的な前提条件を加味すると 計算式が複雑になり 一般的 ( 数学的 ) な解析手法では一般解を求められなくなることがある このことから 理論的考察を数学的に解を求めようとすると 解けなくなることから 所詮は理論だから となる 29 理論的考察と実際との差 (2) 30 現実的前提条件を使って 理論的考察を行おうと思っても 解析的には解けない そこで登場するのが 数値解析 手法 漸化式を使って 全体のつじつまが合うように 数値計算で解を求める 数値解析を活用したものが シミュレーション 30 15

16 シミュレーションと実際との差 実際の回路評価では PCB 上に回路を構成し 動作確認や回路の評価をする シミュレーションでは ( 現実の PCB 上の回路との違い ) 部品の様々なパラメータを ( まず ) 理想条件で設定する コンデンサの ESR ESL コイルの DCR PCB パターン ( 配線 VIA) の抵抗成分 PCB パターン ( 配線 VIA) のインダクタンス成分 半導体部品などの温度特性 物理現象を再現するか? LC タンク回路に電流パルスを印加すると

17 method の選択 33 コントロールパネルの中で選択可能 33 LTspice のシミュレーション結果 34 method=trap. 約 5 秒たっても 100mV の振幅 34 17

18 旧来のシミュレーション結果 35 method=gear 約 5m 秒で 1/3 の振幅 単純な物理現象の再現実験を正確にシミュレーションできるのは LTspice 36 18

19 LTspice の実績 年末で 約 800 万ダウンロード (PC ベース W/W) 米国の大学 ( 工学部系 ) では 標準のシミュレータ IC 設計者からも高く評価されている半導体メーカーが LTC の競合製品開発などに使用することは ライセンス条項 に反する 欧州 アジアなど多くの国々で 電子回路設計者が利用している

20 39.TRAN 解析以外には Op.Amp. を使ったアクティブ フィルター <.AC 解析 > 周波数解析 <.AC & FFT > 40 20

21 Sallen Key Filter の例 (3) Amp. を理想モデルに修正 41 E-Laplace_SallenKey_Butterworth_Emo_22.asc 41 Sallen Key Filter の Op.Amp の影響 OP.Amp. の GBW および Gain 設定とフィルター定数のインピーダンスの比によって 減衰限界がある 42 LT1226 GBW=1GHz E-Laplace_SallenKey_Butterworth_LT1226_1Hz.asc 42 21

22 ファン モーター ノイズ FFT 結果

23 どこの 馬の骨 が作ったものかがわからない ネット上にタダで転がっている 胡散臭いシミュレータ?? 45 作った人 著者 Michael Engelhardt 2016 年 8 月 ここからリンク 46 23