Проектирование электронных схем — трудоёмкий и дорогостоящий процесс. Поэтому важно проанализировать поведение и характеристики электронной схемы перед созданием физического прототипа. Это не только сэкономит время и ресурсы, но и обеспечит её работоспособность. Однако, учитывая обилие бесплатных и платных программ для моделирования схем, доступных сегодня, студентам, новичкам и любителям может быть сложно выбрать подходящую для своих конкретных требований.
В этой статье мы рассмотрим некоторые из самых популярных и распространённых программ для моделирования цепей, их особенности, плюсы и минусы, чтобы помочь вам выбрать программу, наилучшим образом соответствующую вашим требованиям. Обратите внимание, что список не имеет определённого порядка: у каждой программы есть свои плюсы и минусы. Пожалуйста, прочитайте статью полностью, чтобы понять, какая программа подойдёт вам лучше всего.
1. Proteus
Proteus — это мощное программное обеспечение для проектирования и моделирования электронных схем. Оно предоставляет инструмент для создания схем. Благодаря удобному графическому интерфейсу вы можете легко перетаскивать компоненты в рабочую область и соединять их для построения схем.
С помощью симулятора схем Proteus вы можете моделировать схемы в реальном времени. Он поддерживает симуляцию как аналоговых, так и цифровых схем. Одной из его отличительных особенностей является смешанный режим симуляции схем SPICE , позволяющий совместно моделировать как высокоуровневый, так и низкоуровневый код микроконтроллера. Он также может моделировать порты ввода-вывода, прерывания, таймеры, USART и все другие периферийные устройства, присутствующие на каждом поддерживаемом процессоре. Кроме того, он предоставляет экранные индикаторы, такие как светодиоды и ЖК-дисплеи, а также исполнительные механизмы, такие как переключатели и кнопки, что позволяет взаимодействовать с проектом во время симуляции.
Proteus предлагает функции для проектирования печатных плат (ПП) . После моделирования схемы можно легко перейти от этапа разработки схемы к этапу проектирования ПП.
Одно из главных преимуществ Proteus — обширные библиотеки, содержащие более 50 000 компонентов и посадочных мест. Он поддерживает более 750 вариантов микропроцессоров и тысячи встроенных SPICE-моделей. Вы даже можете импортировать компоненты от сторонних поставщиков. Кроме того, Proteus поддерживает широкий спектр компиляторов непосредственно в своей IDE VSMStudio и может работать с любым компилятором, обеспечивая гибкость и совместимость с различными процессами разработки.
Proteus также включает в себя ряд виртуальных инструментов для анализа цепей, таких как логический анализатор, генератор функций, осциллограф, таймер, амперметры, вольтметры и т. д. Вы также можете приобрести опцию расширенного моделирования (Advanced Simulation Option), чтобы проводить детальные измерения на графиках или выполнять другие виды анализа, такие как анализ частоты, искажений, шума или развёртки аналоговых цепей. Все эти функции делают Proteus отличным инструментом для моделирования встраиваемых систем и микроконтроллеров.
Возможности Proteus
- Схематический захват
- Моделирование микроконтроллеров и периферийных устройств в реальном времени
- Обширная библиотека встроенных периферийных устройств моделирования
- Визуальное представление топологии печатной платы
- Совместная симуляция кода микроконтроллера как высокого, так и низкого уровня
Подходит для
- Разработка встраиваемых систем
- Проектирование и прототипирование печатных плат
- Проекты любителей
- Промышленное применение
Цена: платная
Начало работы с Proteus
2. LTspice
LTspice — это высокопроизводительное программное обеспечение для моделирования SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) от компании Analog Devices . Оно в основном используется для проектирования и моделирования аналоговых схем, в частности силовых цепей, таких как DC/DC-преобразователи, инверторы и драйверы двигателей.
С помощью графического редактора схем LTspice вы можете легко проектировать и моделировать схемы. Он также оснащен интуитивно понятным средством просмотра сигналов, позволяющим анализировать результаты моделирования в режиме реального времени. LTspice также предлагает другие расширенные функции моделирования, включая определение установившегося состояния, переходную характеристику, расчет КПД/мощности и переходную характеристику при включении, для анализа характеристик схемы в различных условиях.
LTspice предоставляет обширную библиотеку компонентов, включая собственные микросхемы Analog Devices, стандартные и пассивные компоненты. Кроме того, LTspice доступен бесплатно и хорошо документирован, что делает его популярным среди студентов, радиолюбителей и профессионалов.
Возможности LTspice
- Мощный симулятор на базе SPICE
- Обширная библиотека компонентов
- Тепловое и электрическое моделирование
- Возможность анализа формы волны
- Автономный симулятор цепи
Подходит для
- Профессионалы, специализирующиеся на аналоговых схемах
- Студенты и преподаватели
- Приложения силовой электроники
Цена: бесплатно
Начните работу с LTspice
3. PSpice
PSpice — это программное обеспечение для моделирования SPICE, разработанное компанией Cadence Design Systems . С помощью PSpice вы можете моделировать, анализировать и оптимизировать функциональность схем. PSpice интегрируется с инструментами для создания схем, такими как OrCAD Capture, предоставляя комплексную среду для проектирования и моделирования схем.
PSpice предоставляет множество возможностей моделирования смешанных сигналов , таких как моделирование во временной области, развёртка по постоянному току, развёртка по переменному току и измерение точки смещения. Кроме того, PSpice предлагает расширенные возможности анализа , такие как развёртка по температуре, анализ шума, анализ чувствительности, моделирование методом Монте-Карло, анализ частотной характеристики, анализ дыма (напряжений) и многое другое. Кроме того, он упрощает моделирование схем, содержащих как аналоговые, так и цифровые компоненты, что делает его пригодным для проектирования сложных систем.
С помощью PSpice вы можете визуализировать поведение вашей схемы с помощью анализатора формы сигнала. PSpice также упрощает автоматический расчёт числовых измерений, используя встроенные аналоговые и математические функции.
PSpice содержит библиотеку из более чем 33 000 моделей, готовых к моделированию. Его можно интегрировать с MATLAB Simulink для проведения электромеханического моделирования и анализа.
Возможности PSpice
- Поддерживает моделирование смешанных сигналов
- Объединить электрическое и электромеханическое моделирование
- Полностью настраиваемые графики формы сигнала
- Расширенные инструменты анализа
- Встроенные аналоговые и математические функции
- Интеграция между PSpice и MATLAB
- Автономный симулятор цепи
Цена: платная
Подходит для
- Проектировщики электромеханических систем
- Проекты промышленной автоматизации
- Разработчики встраиваемых систем
Начало работы с PSpice
4. NI Multisim
Multisim — это инструмент моделирования и проектирования схем на базе SPICE, широко используемый в академических учреждениях и промышленных исследованиях . Он предоставляет комплексную платформу для проектирования, моделирования и тестирования электронных схем. Он используется для проектирования аналоговых, цифровых и силовых электронных схем. Он включает в себя различные типы анализа, такие как анализ переменного и постоянного тока, анализ переходных процессов и анализ Фурье, что позволяет проводить комплексное тестирование и отладку. Multisim предлагает обширную библиотеку из 55 000 компонентов и 30 симулированных настольных приборов в версии Pro Edition. Он поддерживает интеграцию с инструментами проектирования печатных плат Ultiboard™, что позволяет разработчикам переходить от проектирования и моделирования схем к созданию прототипов печатных плат и обратно всего за несколько щелчков мыши.
Функции Multisim
- Интерактивное моделирование цепей
- Схематический захват
- Мощные инструменты анализа
- Инструменты визуализации
- Интеграция с оборудованием NI
- Как офлайн, так и онлайн-симулятор цепей
Цена: платная
Подходит для
- Студенты и любители
- Образовательные учреждения
- Малые и средние проекты
Начало работы с NI Multisim
5. Tina-TI
Tina-TI Design Suite — это мощный и доступный программный пакет, разработанный компанией DesignSoft. Он включает в себя конструктор схем, симулятор и конструктор печатных плат для проектирования, анализа и тестирования в реальном времени аналоговых, цифровых, микроконтроллерных, HDL- и смешанных электронных схем, а также их топологий печатных плат.
Tina-TI включает в себя широкий спектр микроконтроллеров (PIC, AVR, 8051, ARM, Arduino) и более 1400 компонентов. Кроме того, Tina-TI предлагает более 20 различных режимов анализа с 10 виртуальными приборами.
Особенности Tina-TI
- Моделирование Spice, PWL и смешанного HDL
- Редактор схем
- Поддерживает аналоговые, цифровые, микроконтроллерные и радиочастотные схемы
- Комплексное проектирование печатных плат
- Поддержка VHDL, Verilog, SystemVerilog, SystemC
- Встроенный искусственный интеллект
- Включает образовательные инструменты
- Измерения в реальном времени с помощью виртуальных приборов
- Моделирование АЦП и ЦАП
- Моделирование цепей как в режиме онлайн, так и в режиме офлайн
Цены: бесплатная и платная версии
Подходит для
- Инженеры, работающие над проектами, ориентированными на TI
- Студенты-электронщики
Начните работу с TINA-TI
6. EasyEDA
EasyEDA — это облачный инструмент для проектирования схем, используемый для моделирования схем и проектирования печатных плат. EDA — это аббревиатура от Electronic Design Automation (автоматизация электронного проектирования). Он представляет собой мощный редактор схем, поддерживающий сложные проекты , содержащие более 500 листов и 100 000 выводов. Этот инструмент можно скачать или запустить онлайн. Вы можете создавать, моделировать и изменять электронные схемы прямо в веб-браузере. Проекты хранятся онлайн, поэтому вы можете получить к ним доступ из любой точки мира в любое время.
EasyEDA поддерживает различные операционные системы, включая Windows, Linux и macOS, и совместима с популярными браузерами, такими как Chrome, Firefox и Safari. Облачная архитектура, широкий функционал и доступная цена делают EasyEDA отличным вариантом для студентов, любителей и профессионалов.
Возможности EasyEDA
- Облачная платформа
- Схематический захват, проектирование печатной платы и моделирование
- Совместная работа в команде с возможностями совместного использования проектов
- Миллионы бесплатных библиотек (Symbol и Footprint)
- Интегрированное изготовление печатных плат
- Импорт Altium/Kicad/Eagle, PNG, DXF
- Поддерживает скрипты и предоставляет API
- Создание и редактирование футпринтов
- 3D-просмотр печатной платы
Цены: бесплатная и платная версии
Подходит для
- Начинающие, любители и преподаватели
- Профессиональные инженеры и проектировщики печатных плат
Начните работу с EasyEDA
7. PSIM
Источник изображения: https://powersimtech.com/wp-content/uploads/2021/01/PSIM-User-Manual.pdf
PSIM — это программное обеспечение для проектирования и моделирования, специально разработанное для силовой электроники и приводов двигателей . Благодаря своим мощным функциям моделирования и точности, оно выделяется как мощный инструмент. Оно позволяет быстро рассчитать потери в преобразователях мощности, провести анализ электромагнитных помех и КПД приводов двигателей.
Возможности совместного моделирования PSIM позволяют интегрировать его со сторонними инструментами, такими как MATLAB Simulink, Questa/ModelSim, LTspice и любым программным обеспечением, поддерживающим FMI.
PSIM также предлагает ряд расширенных функций, таких как автоматическая генерация встроенного кода, поддержка C-блоков и простая проверка проекта . Кроме того, PSIM предоставляет специализированные инструменты для эффективного проектирования источников питания, фильтров электромагнитных помех и систем привода двигателей, что делает его комплексным решением для инженеров, работающих над проектами в области силовой электроники.
Возможности PSIM
- Основное внимание уделено моделированию силовой электроники
- Моделирование цепей
- Анализ формы волны
- Анализ потерь мощности
- Моделирование активного переключения
- Простая проверка дизайна
- Обширная библиотека для моделирования привода двигателя
- Поддерживает аппаратное моделирование в контуре (HIL)
- Полная интеграция с другими продуктами Altair
- Оффлайн моделирование цепей
Подходит для
- Проектирование силовой электроники
- Опытные инженеры для промышленных и коммерческих проектов
- Расширенное моделирование
- Крупномасштабные проекты
Цена: платная
Начните работу с PSIM
8. Tinkercad
Tinkercad — бесплатная онлайн-платформа для проектирования и моделирования схем от Autodesk. Это, пожалуй, самый простой и удобный симулятор Arduino. С Tinkercad проектировать, моделировать и отлаживать электронные схемы очень легко даже новичку.
Tinkercad включает в себя большую коллекцию готовых виртуальных электронных компонентов. Однако он не позволяет пользователям добавлять в библиотеку новые компоненты, такие как различные модели плат Arduino или датчики. Эти ограничения ограничивают его применение в основном простыми схемами и образовательными целями.
Возможности Tinkercad
-
Моделирование Arduino
- Веб-доступ
- Отладка кода и схем в реальном времени
- Экспортные конструкции для производства печатных плат
Подходит для
- Начинающие изучают Arduino и основы электроники
- Преподаватели и студенты для классных проектов и обучения проектированию схем
Цена: бесплатно
Начало работы с Tinkercad
9. Altium Designer
Источник изображения: https://files.doc.altium.com/sites/default/files/wiki_attachments/322382/Simulation_OP_CircuitAndConfiguration_AD23.webp
Altium Designer — это ведущее программное обеспечение для проектирования печатных плат, объединяющее мощные инструменты проектирования и возможности моделирования . Оно объединяет проектирование схем, компоновку печатных плат и моделирование в единой интегрированной среде. Его можно использовать для проектирования и проверки самых сложных схем. В нём также можно проектировать многоплатные системы.
Он предлагает комплексный набор инструментов анализа, позволяющий пользователям анализировать характеристики схем и систем питания постоянного тока. Кроме того, он включает в себя передовые инструменты маршрутизации для быстрого и точного создания оптимизированных топологий печатных плат.
Возможности Altium Designer
- Схематическое проектирование
- Проектирование печатной платы
- Расширенные инструменты моделирования
- Интерактивные инструменты маршрутизации
- Доступ к более чем 350 000 компонентов в библиотеке контента CircuitStudio
- Поддерживает совместный рабочий процесс
- Управление спецификацией в режиме реального времени
- 3D визуализация
- Кроссплатформенная интеграция
- Интегрированное аналоговое и цифровое моделирование
Подходит для
- Профессиональные проектировщики печатных плат
- Компании, занимающиеся разработкой продукции
- Подходит для создания печатных плат промышленного уровня
- Инженеры-разработчики оборудования
Цена: платная
Начало работы с Altium Designer
В таблице ниже представлено сравнение популярного программного обеспечения для моделирования с указанием их основных плюсов и минусов, что поможет пользователям выбрать лучший инструмент для своих нужд.
| Программное обеспечение для моделирования цепей | Плюсы | Минусы |
| Proteus |
|
|
| LTspice |
|
|
| PSpice |
|
|
| NI Multisim |
|
|
| Tina-TI |
|
|
| EasyEDA |
|
|
| PSIM |
|
|
| Tinkercad |
|
|
| Altium Designer |
|
|
Выбор правильного программного обеспечения для моделирования важен для достижения желаемых результатов в ваших проектах. Обсуждаемые выше инструменты предлагают широкий спектр возможностей: от базового моделирования схем до расширенных функций.
При выборе инструмента учитывайте ваши конкретные требования, оцените такие функции, как моделирование в реальном времени, простота использования, библиотека компонентов и т. д. Также важно учитывать, совместимо ли программное обеспечение с вашей операционной системой и интегрируется ли с другими используемыми вами инструментами.
Наконец, сравните доступные цены и выберите тот, который соответствует вашему бюджету и обеспечивает максимальную выгоду. Учитывая эти моменты, вы сможете выбрать инструмент, соответствующий вашим потребностям.