กระบวนการจำลองการทำงานของวงจรไฟฟ้าในโปรแกรม Altium Designer สามารถแบ่งออกเป็น 3 ขั้นตอนหลักที่สำคัญ ดังนี้:
- การตรวจสอบและเตรียมโปรเจกต์สำหรับการจำลอง (Verifying & Preparing): ขั้นตอนนี้เป็นการเตรียมการออกแบบเพื่อให้แน่ใจว่าจะได้รับผลลัพธ์ที่ถูกต้อง โดยประกอบไปด้วยการวางชิ้นส่วนอุปกรณ์ที่มีแบบจำลองสำหรับการจำลอง (Simulation Models), การกำหนดแหล่งจ่ายสัญญาณ (Signal Sources) และการกำหนดจุดที่ต้องการวัดค่าในวงจรโดยใช้โพรบ (Probes) นอกจากนี้ ผู้ใช้งานควรใช้แผงควบคุม Simulation Dashboard เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของกฎทางไฟฟ้า (Electrical Rule Check) และแบบจำลองต่างๆ เพื่อหาข้อผิดพลาดและแก้ไขก่อนเริ่มขั้นตอนต่อไป
- การกำหนดค่าและการสั่งรันการจำลอง (Configuring & Running): การจำลองสามารถทำได้โดยตรงจากหน้าวงจร Schematic และสามารถสั่งรันซ้ำได้ในขณะที่วิเคราะห์รูปคลื่นสัญญาณ ในขั้นตอนนี้ ผู้ใช้งานต้องกำหนดประเภทของการวิเคราะห์ที่ต้องการผ่าน Simulation Dashboard เช่น การวิเคราะห์ผลตอบสนองชั่วครู่ (Transient Analysis) หรือการวิเคราะห์ผลตอบสนองทางความถี่ (AC Sweep Analysis) รวมถึงการตั้งค่าตัวแปรผลลัพธ์ (Output Expressions) ที่ต้องการให้พล็อตกราฟออกมา,,
- การทำงานกับผลลัพธ์การจำลอง (Working with Simulation Results): ผลลัพธ์ของการจำลองจะถูกแสดงในหน้าต่างแก้ไข SimData editor ซึ่งเป็นสภาพแวดล้อมที่ช่วยให้ผู้ใช้งานสามารถวิเคราะห์ผลได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ โดยโปรแกรมจะสร้างเอกสารผลลัพธ์ (เช่นไฟล์นามสกุล .sdf) ที่แสดงกราฟและรูปคลื่นสัญญาณ (Waveforms) ต่างๆ ตามที่กำหนดไว้ ผู้ใช้งานสามารถใช้เครื่องมือวัดค่า (Measurement Cursors) เพื่อหาค่าต่างๆ บนกราฟ เช่น จุดตัดความถี่ 3dB หรือค่าเกน (Gain) เพื่อประเมินและแก้ไขจุดบกพร่องของการออกแบบ,
เหตุผลหลักที่ทำให้ SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายในการจำลองวงจรไฟฟ้า มีดังนี้:
- ความเป็นซอฟต์แวร์โอเพนซอร์ส (Open-source Nature): SPICE ถูกพัฒนาขึ้นในรูปแบบแพ็คเกจซอฟต์แวร์โอเพนซอร์ส ซึ่งเป็นปัจจัยโดยตรงที่นำไปสู่ความนิยมในวงกว้างและทำให้เกิดการพัฒนาเทคโนโลยีนี้อย่างต่อเนื่อง
- ความสามารถในการรองรับวงจรที่หลากหลาย: เทคโนโลยีการจำลองที่พัฒนาบนพื้นฐานของอัลกอริทึม SPICE (เช่น MixedSim ใน Altium Designer) สามารถจำลองการทำงานของวงจรได้ครอบคลุมทั้งแบบแอนะล็อก (Analog), ดิจิทัล (Digital) และวงจรผสม (Mixed-signal)
- ความเข้ากันได้กับมาตรฐานอุตสาหกรรม: ระบบที่ใช้ SPICE เป็นแกนหลักมักรองรับมาตรฐาน SPICE3f5 และยังสามารถใช้งานร่วมกับโมเดลอุปกรณ์จากตระกูลอื่นๆ ที่เป็นที่นิยมได้ เช่น PSpice® และ LTspice®
การจำลองวงจรดิจิทัลในโปรแกรม Altium Designer ดำเนินการผ่านเทคโนโลยีที่เรียกว่า Mixed Simulation (MixedSim) ซึ่งมีคุณสมบัติและขอบเขตการทำงานดังนี้:
- การจำลองสัญญาณผสม (True Mixed-Signal Simulation): ระบบไม่ได้แยกการจำลองดิจิทัลออกจากส่วนอื่นอย่างสิ้นเชิง แต่สามารถวิเคราะห์วงจรที่มีทั้งอุปกรณ์แอนะล็อก (Analog) และอุปกรณ์ดิจิทัล (Digital) ทำงานร่วมกันได้ หรือที่เรียกว่าวงจร Mixed analog-to-digital นอกจากนี้ยังสามารถจำลองวงจรที่เป็นดิจิทัลล้วนได้เช่นกัน
- มาตรฐานอัลกอริทึม (Algorithm & Compatibility): การจำลองทำงานบนแกนหลักที่พัฒนามาจากอัลกอริทึมของ SPICE (รองรับมาตรฐาน SPICE3f5) ซึ่งเป็นมาตรฐานเปิดที่ได้รับการยอมรับอย่างแพร่หลาย
- การรองรับโมเดลอุปกรณ์ (Device Model Support): ระบบรองรับการใช้งานโมเดลอุปกรณ์ดิจิทัลที่มาจากรูปแบบของ PSpice® และ LTspice® ซึ่งช่วยให้ผู้ออกแบบสามารถนำโมเดลที่มีอยู่แล้วจากแหล่งข้อมูลเหล่านี้มาใช้ในการวิเคราะห์พฤติกรรมทางไฟฟ้าของวงจรได้
เทคโนโลยีการจำลองวงจร (Simulation) ใน Altium Designer ที่สามารถวิเคราะห์วงจรได้ทั้งแบบแอนะล็อกและดิจิทัลมีชื่อว่าอะไร และพัฒนาบนพื้นฐานของซอฟต์แวร์ใด
Mixed Simulation (MixedSim) ซึ่งพัฒนาบนพื้นฐานของ SPICE เทคโนโลยีนี้ใช้แกนหลักที่ปรับปรุงจากอัลกอริทึมของ SPICE ซึ่งเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม และ ถูกออกแบบมาเพื่อจำลองวงจรผสม (mixed-signal) โดยเฉพาะ
ขั้นตอนหลัก 3 ขั้นตอนของกระบวนการจำลองวงจรใน Altium Designer คืออะไร
การตรวจสอบและเตรียมโปรเจกต์, การกำหนดค่าและรันการจำลอง, และการทำงาน
กับผลลัพธ์ ลำดับขั้นตอนนี้ครอบคลุมกระบวนการทั้งหมด ตั้งแต่การตรวจสอบความถูกต้องของวงจรไป จนถึงการวิเคราะห์ข้อมูลที่ได้จากการจำลอง
การจำลองวงจรฟิลเตอร์ ส่วนประกอบพื้นฐาน เช่น Resistor, Capacitor และ OpAmp ถูกนำมาจากไลบรารีใดเป็นหลัก
ไลบรารี Simulation Generic Components
ในการตั้งค่าการวิเคราะห์แบบ AC Sweep สำหรับวงจรฟิลเตอร์ในตัวอย่าง หากต้องการพล็อตกราฟเฟสของสัญญาณเอาต์พุต จะต้องเลือกใช้ Complex Function ใด
`Phase (Deg)’ ฟังก์ชันนี้ถูกใช้เพื่อคำนวณและแสดงผลมุมเฟสของสัญญาณในหน่วยองศา ซึ่งเป็นสิ่งที่ต้องการ สำหรับกราฟเฟส
จากการสร้างวงจรฟิลเตอร์ในบทช่วยสอน สัญลักษณ์ GND (กราวด์) ถูกเพิ่มเข้าไปในวงจรด้วยคำสั่งใด
‘Place > Power Port’ คำสั่งนี้ใช้สำหรับวางสัญลักษณ์ที่เกี่ยวข้องกับระบบไฟเลี้ยงและกราวด์ ซึ่งสามารถกำหนดชื่อ (เช่น GND, VDD) และรูปแบบได้