Дослідження ефективності програм для моделювання та симуляції електричних схем та їх порівняння за точністю, швидкістю та зручністю використання
Анотація
Зростаюча складність мікросхем та обмеження мініатюризації роблять процес проектування електроніки складнішим та трудомісткішим. Проблема втрати сили законів Мура спричиняє стрімкий розвиток у сфері проектування та виробництва електронних компонентів. Метою дослідження було надати структуровану інформацію про інструменти проектування електричних схем за функціональними можливостями та доступністю, щоб сприяти оптимізації роботи, підвищенню продуктивності та економії. Виконано теоретичний опис принципів роботи програм для моделювання та симуляції електричних схем, огляд алгоритмів та методів, що використовуються в програмах автоматичного проектування, класифікацію програм за ключовими характеристиками та порівняльний аналіз популярних програмних пакетів: LTspice, EAGLE, MATLAB/Simulink, Multisim, Proteus, KiCad. Аналіз враховував швидкість моделювання, точність результатів, легкість використання, функціональні можливості та доступність, а також досвід користувачів. Рекомендовано вибирати програмне забезпечення залежно від потреб користувача, складності проекту та бюджету, з урахуванням досвіду інших користувачів. Для початківців та студентів рекомендуються LTspice, Multisim та KiCad: LTspice – потужний, безкоштовний і простий у використанні, KiCad пропонує відкритий код та активну спільноту, а Multisim підходить для навчання. MATLAB/Simulink, Proteus та EAGLE рекомендовані для професіоналів: Simulink забезпечує потужне моделювання та інтеграцію з іншими продуктами MathWorks; Proteus оптимальний для розробників мікроконтролерних систем; EAGLE підходить для інтеграції з системами автоматизованого проектування та автоматизації. Практична цінність результатів дослідження полягає у створенні рейтингу EDA-програм за критеріями функціональності та продуктивності, покликаного надати користувачам допомогу у виборі на основі їхніх потреб
Ключові слова
інструменти для проектування електроніки; аналіз схем; бібліотека компонентів; підтримувані стандарти; інтерфейс
Використані джерела
[1] Andriienko V., & Bondarenko, M. (2018). Robotechnics systems in technical education. In Abstracts of the 4th international scientific and practical conference “Information Technologies in Education, Science and Technology” (pp. 44-45). Cherkasy: ChSTU.
[2] Arseniuk, D., & Zinkovsky, Yu. (2023). Model of bridgeless totem pole power factor corrector using wideband semiconductor devices. Scientific Notes of Tavriya National University Vernadsky, 34(6), 317-322. doi: 10.32782/2663-5941/2023.6/48.
[3] Bahar, R.I., Jones, A.K., Katkoori, S., Madden, P.H., Marculescu, D., & Markov, I.L. (2020). Workshops on extreme scale design automation (ESDA) challenges and opportunities for 2025 and beyond. Washington, DC: Computing Community Consortium.
[4] Cauwenberghs, G., Cong, J., Hu, X.Sh., Joshi, S., Mitra, S., Porod, W., & Wong, H.-S.P. (2023). Micro/nano circuits and systems design and design automation: Challenges and opportunities. Proceedings of the IEEE, 111(6), 561-574. doi: 10.1109/JPROC.2023.3276941.
[5] Charig, N. (2021). The evolution of electronic design automation technology. Retrieved from https://www.power-and-beyond.com/the-evolution-of-electronic-design-automation-technology-a-95ff88f226bb89c338b6d09047fc6d27/.
[6] Chen, J., Jiang, I.H.-R., Jung, J., Kahng, A.B., Kravets, V.N., Li, Y.-L., Lin, S.-T., & Woo, M. (2020). DATC RDF-2020: Strengthening the foundation for academic research in IC physical design. In ICCAD ‘20: Proceedings of the 39th international conference on computer-aided design (article number 71). New York: Association for Computing Machinery. doi: 10.1145/3400302.3415742.
[7] Cirstea, M., Benkrid, K., Dinu, A., Ghiriti, R., & Petreus, D. (2024). Digital electronic system-on-chip design: Methodologies, tools, evolution, and trends. Micromachines, 15(2), article number 247. doi: 10.3390/mi15020247.
[8] Curiac, C.-D., & Doboli, A. (2022). Combining informetrics and trend analysis to understand past and current directions in electronic design automation. Scientometrics, 127(10), 5661-5689. doi: 10.1007/s11192-022-04481-9.
[9] Dang, P., & Arolkar, H. (2019). Electronic design automation tool: A comparative study. International Journal for Research in Applied Science & Engineering Technology, 7(3), 2138-2144. doi: 10.22214/ijraset.2019.3395.
[10] Dosymov, Ye., Usembayeva, I., Polatuly, S., Ramankulov, S., Kurbanbekov, B., Mintassova, A., & Mussakhan, N. (2023). Effectiveness of computer modeling in the study of electrical circuits: Application and evaluation. International Journal of Engineering Pedagogy, 13(4), 93-112. doi: 10.3991/ijep.v13i4.34921.
[11] Generative AI for electronic circuit design – an exploration. (2024). Retrieved from https://techexplorations.com/blog/artificial-intelligence/ai-in-circuit-design/.
[12] Grau, S., Lopez, J.M.D., Roychowdhury, D., Chachowski, J., & Stoll, E. (2024). Design automation of embedded air coils for CubeSat attitude control. Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/381708730_Design_Automation_of_Embedded_Air_Coils_for_CubeSat_Attitude_Control.
[13] Gubbi, K.I., Beheshti-Shirazi, S.A., Sheaves, T., Salehi, S., Manoj, S., Rafatirad, S., Sasan, A., & Homayoun, H. (2022). Survey of machine learning for electronic design automation. In GLSVLSI ‘22: Proceedings of the Great Lakes symposium on VLSI 2022 (pp. 513-518). New York: Association for Computing Machinery. doi: 10.1145/3526241.3530834.
[14] Hashaam, Z. (2024). Interface of RAM in proteus demonstration. doi: 10.13140/RG.2.2.14168.06406.
[15] Huang, G., et al. (2021). Machine learning for electronic design automation: A survey. Retrieved from https://arxiv.org/pdf/2102.03357v2.
[16] Islam, M.N., Alam, M.S., & Haque, M.A.S. (2022). Development of eagle multi-layer printed circuit board with CAD and CAM. International Journal of Systems Signal Control and Engineering Application, 14(6), 77-80.
[17] Kahng, A.B. (2022). A mixed open-source and proprietary EDA commons for education and prototyping. In ICCAD ‘22: Proceedings of the 41st IEEE/ACM international conference on computer-aided design (article number 17). New York: Association for Computing Machinery. doi: 10.1145/3508352.3561378.
[18] Li, L., Meng, L., & Wang, F. (2021). Design and simulation of frequency divider circuit based on multisim. E3S Web of Conferences, 268, article number 01058. doi: 10.1051/e3sconf/202126801058.
[19] Mareai, M.A.A. (2024). Basic electronic circuits by proteus simulating software. Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/381260714_Basic_Electronic_Circuits_by_Proteus_Simulating_Software.
[20] Marinova, G., & Bitri, A. (2021). Data analysis environment to study the dynamics in electronic design automation industry. IFAC-PapersOnLine, 54(13), 528-532. doi: 10.1016/j.ifacol.2021.10.503.
[21] Nerubatskyi, V., Plakhtii, O., Hordiienko, D., Philipjeva, M., & Bagach, R. (2023). Improving of simulation accuracy of transient processes and calculation of power losses of semiconductor converters in the NI Multisim program. Information and Control Systems at Railway Transport, 28(2), 22-35. doi: 10.18664/ikszt.v28i2.283312.
[22] Osadchuk, O., Krylyk, L., Zviahin, O., & Osadchuk, Ya. (2021). Mathematical model of a microelectronic humidity transducer with a humidity-sensitive resistive element. Scientific Notes of Tavriya National University Vernadsky, 32(1), 175-182. doi: 10.32838/2663-5941/2021.1-2/28.
[23] Semenikhina, О., Drushlyak, M., Lynnyk, S., Kharchenko, I., Kyryliuk, H., & Honcharenko, O. (2020). On computer support of the course “fundamentals of microelectronics” by specialized software: The results of the pedagogical experiment. TEM Journal, 9(1), 309‐316. doi: 10.18421/TEM91‐43.
[24] Shamonia, V., Semenikhina, O., Proshkin, V., Lebid, O., Kharchenko, S., & Lytvyn, O. (2019). Using the Proteus virtual environment to train future IT professionals. Educational Dimension, 1, 181-198. doi: 10.31812/educdim.v53i1.3842.
[25] Tolochko, O. (2020). Application software packages for PC MATLAB, SIMULINK, SimPowerSystems. Kyiv: National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”.
[26] Tripathi, S.L., Saxena, S., Sinha, S.K., & Patel, G.S. (2022). Digital VLSI design and simulation with Verilog. London: John Wiley & Sons. doi: 10.1002/9781119778097.
[27] Venkateswara, M., Rao, Hemanth, K., Razia, S., & Kumar, K.R. (2020). Synthesizing of hand-drawn electrical circuits using machine learning techniques. International Journal of Emerging Trends in Engineering Research, 8(9), 5523-5529. doi: 10.30534/ijeter/2020/100892020.
[28] Yang, W.Y., et al. (2020). Electronic circuits with MATLAB, PSpice, and Smith chart. London: John Wiley & Sons.