Analog-Design-Tools bieten höhere Produktivität

Mark Cundle, Leiter des Technischen Marketings bei RS Components, bietet eine Zusammenfassung von einigen der branchenführenden kostenlosen Online-Design- und Produktauswahl-Software-Tools der führenden Halbleiter-Anbieter, die Entwicklern dabei helfen, schnellstmöglich Stromversorgungs-, LED- und Sensor-basierte Designs bereitzustellen.

 

Eine der größten Herausforderungen in der Entwicklung elektronischer Lösungen ist das schwindende Expertenwissen innerhalb der Entwicklerteams. Von den heutigen Entwicklern, vor allem denjenigen, die gerade die Universität verlassen haben, wird zunehmend ein breites Fachwissen auf allen Gebieten der elektronischen Entwicklung erwartet. Entwicklungsabteilungen sind während des letzten Jahrzehnts immer weiter geschrumpft, so dass viele Experten verloren gingen, darunter vor allem Entwickler von Stromversorgungslösungen und solche mit Kenntnissen auf dem Gebiet der Analogtechnik. Glücklicherweise haben führende Halbleiter-Hersteller kostenlose Design- und Produktauswahl-Software-Tools entwickelt, die entweder online genutzt und/oder heruntergeladen werden können, um einige der Probleme des fehlenden Fachwissens zu umgehen.

 

WEBENCH

Eines der bekanntesten kostenlosen Online-Tools ist die WEBENCH-Suite von Texas Instruments, die Simulationen für Strom- und Analogtechnik bietet. Diese Tools nutzen leistungsstarke Software-Algorithmen und visuelle Schnittstellen, die in wenigen Sekunden komplette Strom-, Beleuchtungs- oder Sensor-Anwendungen bereitstellen können. Dadurch erhalten Entwickler die Möglichkeit, Analysen und Simulationen zum System und den Kosten der Materialliste (BOM) durchzuführen, bevor sie sich für ein Design entscheiden. Bevor die Suite im Jahr 2011 von TI übernommen wurde, hatte National Semiconductor über ein Jahrzehnt zuvor WEBENCH ins Leben gerufen. National Semiconductor erkannte das fehlende Expertenwissen als wichtigstes Hindernis dafür, dass Entwickler das Beste aus den Produkten herausholen konnten, da deren Technologie ein hohes Maß an Erfahrung und Wissen im Bereich des Stromversorgungsdesigns erforderte. Daher wurde dieses Tool als eine Möglichkeit entwickelt, schnell und einfach hocheffiziente Stromversorgungseinheiten zu erstellen. Es wurde schnell zu einem der leistungsstärksten kostenlosen Tools der Branche und gewann viele Auszeichnungen.

 

Die WEBENCH Suite ist im Laufe der Jahre gewachsen und enthält u. a. die „Designer“-Serie für Einsteiger, wozu neben Power Designer auch Tools für LEDs, Sensoren, Verstärker usw. gehören. Daneben existiert die „Architect“-Serie mit dem LED Architect, Power Architect und anderen, spezifischeren Tools für Stromprozessoren, FPGAs und Stromdesigns auf Systemebene. WEBENCH Power Designer ermöglicht z. B. die Erstellung individueller Netzteile oder DC/DC-Wandler, so dass Stromversorgungsprobleme schon vor der Prototyp-Phase gelöst werden können. So hilft das Tool den Entwicklern z. B. dabei, den besten Schaltungsregulierer oder MOSFET-Controller für den Stromkreis zu finden. Außerdem können Analogdesign-Dateien, die mit der TI WEBENCH Suite entworfen wurden für viele CAD-Plattformen exportiert werden. Die WEBENCH Suite ist erhältlich unter www.ti.com/webench.

 

Signal Chain Designer

Als zweites Tool, das seinen Schwerpunkt auf Analog- und gemischte Signaltechnik legt, ist Signal Chain Designer von Analog Devices zu nennen. Es handelt sich hierbei um eine fortschrittliche Auswahl- und Design-Umgebung, die direkten interaktiven Zugriff auf geprüfte Produktkombinationen und über 200 getestete Anwendungsschaltkreise bietet, darunter 50 für sensorbasierte Designs. Die Referenzschaltkreise können als Vorlage für eigene Designs genutzt werden, die dann an die individuellen Anforderungen angepasst werden; das Tool kann aber auch genutzt werden, um völlig neue Designs oder Signalketten, so, wie das Unternehmen sie benennt, zu erstellen.

 

Die Drag-&-Drop-Funktionalität vereinfacht die Suche und Auswahl, indem dynamische Empfehlungen für Produkte, Referenzdesigns, Entwicklertools, Evaluationsplatinen und Dokumentation bereitgestellt werden. Außerdem bietet das Tool Zugang zur Engineering Zone, der Community von ADI. Das Tool ermöglicht das Teilen, Sichern und Herunterladen aller Designmaterialien, darunter das Projektdesign, Anwendungsnotizen, Referenzschaltkreise und die komplette BOM. Signal Chain Designer ist erhältlich unter www.analog.com/scd.

 

LTspice IV

Linear Technology (LTC) bietet auch eine Reihe von Tools zur Simulation individueller Designs sowie Gerätemodelle, so dass selbst unerfahrene Designer u. a. hochleistungsfähige Schaltungsregulierer, Verstärker, Datenwandler und Filter nutzen können, um Schaltkreise zu evaluieren. LTspice IV ist ein hochleistungsfähiger SPICE-Simulator, schematischer Capture- und Waveform-Viewer mit Erweiterungen und Modellen, die die Simulation von Schaltungsregulierern vereinfachen. Die unternehmenseigenen Erweiterungen an SPICE machen die Simulation von Schaltungsregulierern verglichen mit gewöhnlichen SPICE-Simulatoren sehr schnell, so dass die Schwingungsverläufe der meisten Schaltungsregulierer in nur wenigen Minuten betrachtet werden können. Die herunterladbare Software enthält: LTspice IV, Makromodelle für die meisten Schaltungsregulierer des Unternehmens, mehr als 200 Operationsverstärker-Modelle sowie Modelle für Widerstände, Transistoren und MOSFET.

 

Daneben bietet Linear auch LTpowerCAD II und LTpowerPlay zum Download an, die sich an Designer von Netzteilen richten. LTpowerCAD II ist ein vollständiges Programm zum Design von Netzteilen, das auf den µModul-Regulierern des Unternehmens sowie anderen Produkten, wie Abwärtsregulierern, basiert. Das Tool leitet den Nutzer während des gesamten Designprozesses an, sucht passende Bauteile gemäß der Nutzerspezifikation und führt eine Optimierung der Werte der Schaltkreiskomponenten mit Empfehlungen und Warnungen aus. Das Tool zeigt Echtzeitdaten zu Feedbackschleifen-Bode-Diagrammen an sowie die Leistung des Stromflusses und ermöglicht außerdem den Export zu LTspice für die weitere Design-Verifizierung. LTpowerPlay ist ein Entwicklungstool für digitales Stromsystem-Management, das auf dem PMBus Stromsystem-Manager und den DC/DC-Wandlerschaltungen basiert. LTspice IV, LTpowerCAD II und LTpowerPlay sind verfügbar unter www.linear.com/designtools/software.

 

Power Supply WebDesigner

Fairchild Semiconductors kostenlose web-basierte Tools beinhalten das Power Supply WebDesigner, das sich an all jene richtet, die ein lokales Sperrwandler-Design vervollständigen möchten. Man muss lediglich den Input und den Output eingeben und das Tool erledigt den Rest. Das Tool bietet außerdem die Möglichkeit der Feinabstimmung von Paramatern, um die Leistung zu optimieren, und führt detaillierte Analysen und Simulationen aus, so dass kein Hardware-Prototyp mehr benötigt wird. Das Motion Control Design Tool bietet Entwicklern von Designs zur Bewegungssteuerung effiziente Berechnungsmöglichkeiten für Energieverluste und den Temperaturanstieg in den unternehmenseigenen Motion Smart Power Modulen. Das Tool spricht dreiphasige Wechselrichter mit sinusförmiger Modulation für Anwendungen mit variabler Geschwindigkeit an, so dass PMSMs und Asynchronmotoren betrieben werden können. Power Supply WebDesigner und das Motion Control Design Tool sind erhältlich unter www.fairchildsemi.com/support/design-tools.

 

EE-Sim

Ein weiteres kostenlos herunterladbares Design- und Simulationstool ist EE-Sim von Maxim. EE-Sim erstellt aus dem vorgegebenen Input ein interaktives Schema, das bereits vollständig mit Beispielkomponenten bestückt ist. EE-Sim bietet darüber hinaus eine hocheffiziente Simulationsengine, mit der jede Design-Stufe in wenigen Minuten simuliert werden kann. Die daraus resultierenden Schwingungsverläufe können z. B. in Form von Bode- oder Spannungsdiagrammen im Waveform-Viewer des Tools analysiert werden. EE-Sim ist erhältlich unter www.maximintegrated.com/ee_sim.

 

GreenPoint Design Tool

Die GreenPoint Tools von On Semiconductor enthalten ein Simulations- und Analysemodul. Das Simulationsmodul bietet eine interaktive Design- und Prüfumgebung, die eine Komponentenauswahl, Simulation und Analyse sowie Downloadmöglichkeiten für Schaltpläne, BOM und Leistungsresultate für DC/DC-Wandler und LED-Beleuchtungsdesigns enthält. Das Analysemodul bietet eine interaktive Umgebung zur Analyse der Produktleistung und enthält eine Produktauswahl, eine Verlustschätzung und eine Downloadmöglichkeit für die Ergebnisse. Die GreenPoint-Tools sind erhältlich unter onsemi.transim.com.

 

DesignSpark PCB

Zuletzt sehen wir uns die Suite der kostenlosen Tools von RS Components an. DesignSpark PCB wird vom Unternehmen kostenlos angeboten. Es handelt sich um eine preisgekrönte Software zur Erstellung von Schaltplänen und PCB-Layouts. DesignSpark PCB ist seit 2010 auf dem Markt und hat sich rasch zum De-Facto-Standard zum Teilen von Schaltkreisdesign-Dateien entwickelt. Es bietet Designern fortschrittliche Tools, um Kostenvoranschläge für die Bauteile und die Fertigung zu erhalten. Die aktuelle Version von DesignSpark PCB, Version 6.0, wurde zu Beginn des Jahres 2014 eingeführt. Sie bietet Cross-Probe-Funktionalität für schnelleres Hardware-Debugging und erweiterte Unterstützung für den Export von mechanischen IDF-Dateien, die eingeführt wurden, um die für das Design benötigte Zeit zu reduzieren und die Fehlerrate zu senken. Der Bibliotheksmanager des Tools bietet eine einfach zu nutzende Oberfläche für die Komponentenbibliothek ModelSource, die auf Eigenschaften und Teilenummern basiert und über 80.000 Komponentenschaltpläne und Profile von Halbleitern, passiven und elektromechanischen Komponenten von führenden Herstellern enthält.

 

DesignSpark Mechanical

Bei dem zweiten Tool von RS handelt es sich um DesignSpark Mechanical. Dies ist ein völlig neues 3D-Konzeptmodellierungstool, das völlig kostenlos erhältlich ist. DesignSpark Mechanical wurde in Zusammenarbeit mit SpaceClaim, dem führenden Anbieter flexibler und leistungsstarker 3D-Modellierungssoftware für Ingenieure, entwickelt und bietet über die DesignSpark Online-Komponentenbibliothek Zugriff auf über 38.000 3D-Modelle. Dank des Tools erhalten alle Ingenieure und Entwickler kostenlosen Zugang zu qualitativ hochwertigen 3D-Modellen für ihre eigenen Entwürfe. Sowohl DesignSpark PCB als auch DesignSpark Mechanical sind erhältlich unter designspark.com.

 

RS Toolbox

Und schließlich kommen wir zum letzten, aber nicht weniger großartigen Tool von RS: die kostenlose App RS Toolbox, die zum Ende des Jahres 2013 eingeführt wurde. Hierbei handelt es sich um die erste Design-App, die das Unternehmen für iOS-Geräte anbietet. RS Toolbox ist kostenlos und bietet einen zentralen Zugangspunkt zu beliebten elektronischen Referenzmaterialien sowie zu Berechnungs- und Umrechnungstools. Das alles ist kinderleicht nutzbar für Profis, Bastler und Studierende. Derzeit ist RS Toolbox auf iPads, iPhones und dem iPod Touch von Apple lauffähig. Die App bietet sehr viele nützliche Funktionen, die als Icons auf dem Hauptbildschirm angeordnet sind, darunter eine Vielzahl an Rechenprogrammen, Umrechnungstools und Nachschlagetabellen. So umfassen die Funktionen beispielsweise Filterfrequenzrechner, 555-Timer-Konfiguratoren, Berechnungstools für Spannungsregler und Operationsverstärker sowie grundlegende Tools für Umrechnungen zwischen verschiedenen Maßeinheiten, für Berechnungen nach dem Ohm’schen Gesetz und Nachschlagetabellen für Batteriearten und -größen. Die App lässt sich individualisieren und ist in 16 Sprachen verfügbar. RS Toolbox kann unter uk.rs-online.com/toolbox kostenlos heruntergeladen werden.