TI WEBENCH再出發，給工程師最真切的仿真體驗
2014-05-16
作者：電子技術應用記者：陳穎瑩
是否對于每次仿真電路都跟實際電路出來的效果差別很大而感到無奈？您是否覺得仿真往往占用了自己很多的時間，而讓您無法靜心思考？……相信無論是資深工程師，還是菜鳥們都有過這些種種的無奈，其中很多都是由于仿真軟件不夠智能而導致的。很多業界領先的半導體公司，早已把自己芯片和軟件捆綁在一起研發和銷售，軟件的研發投入有時甚至超出了芯片的研發，為的就是可以讓芯片使用者能夠更加得心應手。
WEBENCH再出發
德州儀器（TI）作為全球最大的模擬器件廠商，“霸氣”是給我最大的印象，在模擬器件領域什么都是“全球首款”、“全球第一”之類的，今天要說的主角是支持模擬器件應用的工具——WEBENCH。是的，它曾經是美國國家半導體（NS）的“智慧財富”，TI經過2年的潛心鉆研和積淀，讓WEBENCH變得更加智能、易用。首先，WEBENCH編輯器和仿真器可以支持修改和仿真原理圖；其次，WEBENCH PCB導出工具，可以導出PCB布局到5種常用CAD工具；此外，WEBENCH時鐘架構可以創建和仿真時鐘電路。日前，德州儀器WEBENCH設計中心總監Jeff Perry遠道而來，向記者演示WEBENCH的最新功能并解答了關于WEBENCH的種種問題。不得不說的是，Jeff可以說是WEBENCH的“教父”，因為1999年WEBENCH 項目初始階段他就參與該項目。如果要找一個人當WEBENCH的發言人，Jeff最合適不過了。
Jeff舉了個例子：“WEBENCH可以幫助客戶設計整個電源系統，比如你的電路板上有很多FPGA、DSP等復雜的供電，可能需要4路、5路甚至更多的器件，WEBENCH可以設計從12 V直接到1.1 V、3.3 V或5 V的電源軌，也可以是12 V到5 V這樣往下分，可以給你選擇不同的架構級別，在整個架構級別里看到整個電源效率是怎樣的，每個不同的芯片BOM成本是怎樣的，這樣可以幫助用戶靈活地選取系統架構。”
WEBENCH工具有6大板塊：電源設計工具，用來設計電源與系統電源架構；LED 設計工具，設計LED驅動器設計和LED架構，可以用在路燈應用；傳感器設計工具，用于傳感器模擬前端設計；有源濾波器設計工具，用于濾波器設計與仿真；時鐘架構，用于時鐘樹構建器與仿真；LDC設計工具，針對電感式傳感應用，例如最近流行醫療和消費電子應用。
WEBENCH工具的設計步驟用一個圖示就可以明白了，如圖1所示。只要按照這5部，就可以簡單地完成模擬電路的最佳搭建和仿真了。例如，只要你選擇WEBENCH觀察器能在幾秒鐘內完成數十種設計計算?？梢詣摻ê筒榭丛O計，控制面板包括圖形、原理圖、優化、操作值、BOM和報告。
圖1 WEBENCH工具使用步驟
最真切的仿真體驗
傳統的設計原理圖是很標準的參考設計，電路也沒有PCB的參數，而WEBENCH原理圖編輯器和仿真器可以允許用戶加入一些參數，提升了電感電容，還可以改善拓撲設計，給設計提供更強的靈活性，更接近于真實應用的仿真程度。例如添加濾波器改善紋波，添加混合Cout電容器改善性能，添加電感及電容性負載等，使用基于WEBENCH Spice的電仿真引擎就可以看到添加寄生參數和改善電路以后的實際效果，如圖2所示。Jeff高興地說：“工程師再也不用糾結于實際電路和仿真結果存在很大差異，因為這種情況將不再存在。此外，值得高興的是，原理圖導出適用于WEBENCH設計工具中的幾乎所有組件。”
圖2 WEBENCH原理圖編輯器和仿真器實際演示圖
可以一邊看視頻一邊操作WEBENCH原理圖編輯器和仿真器：http://www.cowatch.cn/video/show.aspx?id=1013
PCB到CAD縮短的不只是時間
在電源設計的PCB布局時，為了減小噪聲，需要最小化接地環路，保持小巧的開關節點；而為了散熱好，需要足夠的銅散熱功能以及可能需要熱通孔?？傊娫措娐钒宀季蛛y度很大。為了給用戶提供方便，就應該導出到用戶真正可以應用的格式，而不只是在線的。Jeff表示：“WEBENCH已經有15年的歷史，WEBENCH導出工具是令客戶高興的功能。我們支持最常用5種不同的CAD工具，即Altium、OrCAD/Allegro、DXDesigner/PAD、DesignSpark及CadSoft Eagle，讓客戶可以更快、更簡單地達到目的。為什么PCB導出這么重要？如果一個非常好的電路布局沒有任何的集成參數，構建得會非常好，只要我們加入集成的電感或電容參數，你會看到整個電路布局會變得非常得大，對真正的電路板特性影響非常大。此外，不同的PCB布局、不同仿真設計也會有不同的影響?，F在我們可以把用戶設計的原理圖與PCB布局直接導出至CAD工具，你只要按兩個導出的按鈕就可以做到，因為TI的產品太多了，我們現在沒有把所有的東西做到PCB的程度，PCB導出僅適用于支持WebTHERM 功能的部件，將在明年大幅擴展WebTHERM 與PCB 導出的支持范圍。”
圖3 WEBENCH導出工具演示效果
從Jeff的介紹，我們可以總結出WEBENCH導出工具的優勢主要表現在：可以節省時間和成本，經驗證的功能性電路板布局以及包含WEBENCH組件庫。
時鐘樹不再錯綜復雜
WEBENCH時鐘架構是行業首款全功能時鐘定時工具，為尋找優化時鐘樹解決方案的用戶提供快速流暢的體驗。其推薦支持一個或多個部件的系統時鐘樹解決方案，有助于用戶定制PLL 環路濾波器設計，仿真輸出時鐘的相位噪聲，將來自時鐘樹解決方案上游器件的噪聲級聯至下游器件。輸出時鐘相位噪聲仿真與真實器件性能吻合。時鐘樹解決方案的發展潛力很大，例如緩存器、雙PLL、單源時鐘抖動清除器、簡單級聯解決方案和復雜級聯解決方案
Jeff說：“現在，有的人會把WEBENCH和TI Design混淆，通過我以上的介紹，相信你們可以發現，WEBENCH比TI Design提供更加個性化的設計，可以說是定制設計；TI Design相對來說是提供一個整體解決方案，是一些固定好的設計。WEBENCH設計工具可以幫助客戶按照精確的要求找到適合的設計方案，很適合中國無數新的公司和工程師。因為這些新的工程師可能在某一方面是專家，比如是嵌入式領域專家，但在模擬器件上并沒有特別多的經驗，WEBENCH就可以給他在電源設計等模擬設計方面提供非常大的幫助。”
被TI收入囊中以后，WEBENCH散發出了更多的活力，更加智能和個性化，特別是能讓工程師在更加真實的環境中仿真，相信這也是廣大工程師的訴求。