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FAE : Michio Shibuya

LTspiceによる設計の効率化

LTspiceによる設計の効率化

JPCA-Seminar_20190606

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

• 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

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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

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4

3


まずは・・・例題で動作確認5


シミュレーション結果6

拡大すると・・・

5

6

LTC3561_TEST.asc

4


シミュレーション結果7

2.26ｍV


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8

5


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？

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オシロスコープのプローブの取り扱い(1)

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。

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GOOD

BAD

プローブを強く押しつけて先端を折らないように

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10

6


オシロスコープのプローブの取り扱い(2)

◆ 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。

プローブを強く押しつけて先端を折らないように

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GOOD

スズめっき線よりもZEMクリップがおすすめ


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

アース・クリップ使用

アース・クリップを外して測定

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ややノイズが大きい

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12

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

GOOD

BAD

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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


デモボードのプロービングの違い

GOOD

BAD

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13

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8


参考図書の紹介15


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正しいプロービングをしたリップル波形・・・

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シミュレーション結果と何かが違う


出力平滑コンデンサ周辺の回路パラメータ

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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

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LTC3561_ESR-ESL_TEST.asc

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リップル波形を比較する19

ESR=20mΩ、ESL=1nH


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20

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● 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

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汎用のSPICEモデルファイルを利用できる・・・

LTspice

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Simulatior model

LTspice XVII

＆ SUBCKT・

マクロモデル

SPICEパラメータ・モデル


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。

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

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24

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シミュレーションへの心構え

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

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活用次第で、有力なツールになる


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

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）

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理論・・・どの部分を指している言葉だろうか？


前提条件

理論的考察と実際との差28

理論的考察

結論A

理想的条件

現実的条件結論B

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28

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理論的考察と実際との差（１）

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。

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理論的考察と実際との差（２）

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」。

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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

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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・・・

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LC_no-dumping.asc

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method の選択

コントロールパネルの中で選択可能

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LTspiceのシミュレーション結果34

約5秒たっても100mVの振幅

method=trap.

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34

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旧来のシミュレーション結果35

約5ｍ秒で1/3の振幅

method=Gear


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

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LTspiceの実績

2018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

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.TRAN 解析以外には・・・

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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＞

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Sallen Key Filter の例（３）

Amp.を理想モデルに修正

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E-Laplace_SallenKey_Butterworth_Emo_22.asc


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

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LT1226

GBW=1GHｚ

E-Laplace_SallenKey_Butterworth_LT1226_1Hｚ.asc

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E-Laplace_SallenKey_Butterworth_Emo_22.asc

E-Laplace_SallenKey_Butterworth_LT1226_1Hz_B.asc

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ファン・モーター・ノイズ43


FFT結果44

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E-Laplace_SallenKey_Butterworth_LT1226_1Hz_B.asc

fan-motor-noise.wav

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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・・・？？

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作った人

Michael Engelhardt2016年8月

著者


https://www.sankyosha.co.jp/46

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