Verifying & Preparing a Project for Simulation in Altium Designer

シミュレーションする設計は、適切なシミュレーション結果を得るために、検証され、十分に準備されるべきです。シミュレーションダッシュボードパネルの関連領域が、設計がシミュレーションに必要な要件を満たしていることを確認するための設計検証と準備をガイドします。

シミュレーションの範囲を制御する

まず、シミュレーションの範囲は、シミュレーションダッシュボードパネルの上部にある影響設定を使用して選択されるべきです。この設定は、アクティブプロジェクトのどのシートに対して回路シミュレータが回路のリストを作成するかを定義します：

• ドキュメント – 現在開いている回路図シートのみ。
• プロジェクト – 現在のプロジェクトのすべてのシート。

シミュレーションに含めるべき回路図シートを定義します。

シミュレーション可能な設計でのコンパイルマスクの使用

設計をカバーするすべての要素がコンパイルマスクディレクティブによって設計コンパイラに対して不可視であるため、それらは設計から省略されます。この機能は、設計フローの一部としてシミュレーションが含まれる場合に大いに役立ちます。

電圧および電流源は、回路シミュレーションを実行する際に必要な要素ですが、完成したPCB上には存在しません。回路の構造に少し計画を立てることで、通常、シミュレーション専用のコンポーネントを設計の一部分にまとめることが可能です。その部分はその後、コンパイルマスクディレクティブによって簡単にカバーできます。

回路がシミュレーションに使用される場合、コンパイルマスクディレクティブは無効にされ、シミュレーション専用のコンポーネントが表示されます。回路が検証され、設計に含める準備ができたら、コンパイルマスクディレクティブを再度有効にして、シミュレーション専用のコンポーネントが設計から除外されます。将来、設計を再度変更する必要がある場合は、コンパイルマスクディレクティブを無効にする（シミュレーション専用のコンポーネントを再度表示する）ことで、迅速に別のシミュレーションパスを実行することができます。

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最初に、コンパイルマスクディレクティブは無効になっており、回路がシミュレーションの準備ができています。 上に示された例でコンパイルマスクディレクティブが有効になると、シミュレーションソースが設計から隠されます。

シミュレーションのための設計の検証

まず、シミュレーションで使用される回路図はPCBプロジェクト（*.PrjPcb）の一部でなければなりません。回路図シートがフリードキュメントの場合、シミュレーション関連のコントロールは使用できません：メインメニューからのシミュレート » シミュレーションの実行コマンドが非アクティブになり、シミュレーションダッシュボードパネルも同様です。パネルの上部に警告が表示されます。

プロジェクトの一部ではない回路図には、シミュレーションを利用できません。

アクティブな回路図ドキュメントがPCBプロジェクトの一部である場合、シミュレーションダッシュボードパネルの検証領域にある検証開始ボタンをクリックして、選択したシミュレーションの範囲に従ってプロジェクト検証を開始します。

シミュレーション用の回路を検証するには、検証を開始をクリックします。

一連の自動プロセスとチェックが呼び出され、これには回路のSPICEネットリスト（*.nsx）の生成、シミュレーション関連の電気ルールチェック、およびシミュレーションモデルの妥当性チェックが含まれます。モデルチェックでは、シミュレーションモデルが欠落しているコンポーネントや、解析またはピンマッピングエラーのあるモデルが検出されます。

違反が検出されない場合、検証領域のシミュレーションダッシュボードパネルには緑のチェックアイコンが表示されます。

違反が検出されない場合の検証領域 検出されたチェック違反がある場合、対応する警告とアイコンがシミュレーションダッシュボードパネルの検証領域に表示されます。可能な違反は以下の通りです。 初期検証実行後、回路図に小さな変更が加えられた場合、検証は自動的に実行されます。より大きな変更が加えられ、かなりの時間がかかる可能性がある場合、自動検証は停止され、「検証が古くなっています」というメッセージがシミュレーションダッシュボードパネルの上部に表示されます。更新コントロールをクリックして、検証を実行してください。 シミュレーションの電気規則チェック（ERC）の違反は、電気規則チェックのヘッダーの下にリストされます。

レファレンスノードがない場合

シミュレータが参照ノードとして使用できるネットを回路図に含める必要があります。ネットオブジェクト（通常は電源ポート）は、少なくとも1つのコンポーネントに接続されている必要があります。そうでない場合、シミュレーションを実行できず、参照ノードなしの警告が表示されます。詳細リンクをクリックすると、エラーメッセージが表示されるメッセージパネルが開きます。
参照ノードなしの警告

デフォルトでは、GNDという名前のネットが参照ノードとして使用されます。Active Barの電源ポート配置メニューで利用可能なGND電源ポートを配置コマンドを使用して、GNDという名前の電源ポートをすばやく配置できます。

参照ノード名は、シミュレーションダッシュボードパネルの解析設定 & 実行領域で設定をクリックしてアクセスした高度な解析設定ダイアログの高度なタブでSpice参照ネット名オプションを使用して変更できます。

コンポーネントのシミュレーションモデルチェックに関連する違反は、シミュレーションモデルのヘッダーの下にリストされます。

シミュレーションのための設計準備

シミュレーションソースの追加と設定

回路をシミュレートするには、スキーマティック設計に少なくとも1つの電圧または電流源が含まれている必要があります。ソースがない場合でもシミュレーションは実行できますが、シミュレーションダッシュボードパネルの準備領域にソースを追加する必要がありますというメッセージで警告されます。電圧または電流源は、シミュレーションダッシュボードパネルのシミュレーションソース領域にある追加コントロールをクリックして、メニューから電圧または電流コマンドを選択するか、シミュレートメインメニューやアクティブバーのシミュレーションコマンドメニューから電圧を配置または電流を配置コマンドを使用してスキーマティックに配置できます。

シミュレーションソースは回路に追加する必要があります。これはシミュレーションダッシュボードパネルから直接行うことができます。

ソースが配置されたら、そのプロパティはプロパティパネルで変更できます。ソースのプロパティを設定する際の注意点：

• Stimulus 名は、信号に割り当てられた名前です。回路図に新しい信号を作成したり、不要な信号を削除したりすることができます。利用可能なリストからStimulus 名プロパティのドロップダウンメニューを使用して信号を選択します。同じ信号名の設定を電気回路内の複数の信号源に割り当てることができます。

  複数の源で同じStimulus を使用する場合、これらの源が同じ一連のStimulus パラメーターを共有することに注意してください。つまり、ある源のStimulus パラメーターを変更すると、その変更が他の源にも正確に反映されます。これを避けるために、新しいStimulus を作成できます。
• Stimulus タイプは、信号時間依存性としてのソースタイプの選択です：
  • DCソース – 時間依存性のない一定の信号源。
  • 指数 – 指数の形で時間依存性を持つ指数信号源。
  • 折れ線 – 折れ線関数の形で時間依存性を持つ信号源。折れ線ソースの設定についてもっと学ぶ。
  • パルス – 矩形パルスの形で時間依存性を持つ信号源。
  • 単一周波数FM – 単一周波数変調関数の形で時間依存性を持つ信号源。
  • 正弦波 – 正弦関数の形で時間依存性を持つ信号源。
  • ファイル – CSVファイルベースのPWLソース。CSVファイルをソースとして使用する方法についてもっと学ぶ。
• ソースのためのパラメーターの数は、プロパティパネルのパラメーターエリアで利用可能です。選択されたソースタイプによってパラメーターのセットが異なります。
• プレビュー領域は、指定されたパラメーターに基づいて短期間（周期形式の信号の場合は2つの低周波数周期）の信号を表示します。これにより、行った変更を追跡し、その正確性を確認することができます。

正弦波源の設定されたプロパティの例

回路図に配置されたすべてのソースは、シミュレーションダッシュボードパネルにリストされています。ここから、追加されたソースを削除したり、有効/無効にすることができます。無効にされたソースは計算に含まれず、回路図上で薄い色で表示されます。ソース名をクリックすると、そのソースが回路図上でクロスプローブされます。

シミュレーションダッシュボードパネルからシミュレーションソースを探索し、管理する

ピースワイズ線形ソースの設定

ユーザーによって波形が指定された場合、複雑なピースワイズ線形信号を作成する必要がしばしばあります。この状況では、補間されたVPWLおよびIPWLの電圧源と電流源を使用できます。選択されたソースのStymulus Typeとしてピースワイズ線形が選択された場合、プロパティパネルのパラメータ領域にあるTime-Value Pairsパラメータフィールドを使用して、以下に示すように、軸の座標値を数値シーケンスとして指定します。

時間-値のペアパラメータを使用してピースワイズリニアソースを設定する

CSVファイルをソースとして使用する

回路シミュレータは、補間されたVPWLおよびIPWLの電圧と電流源のための時間値ペアを指定するためにCSVファイルを使用することもサポートしています。Stimulus TypeをFileに設定し、次にFileパラメータでパス+ファイル名を指定します（例：C:\Designs\Circuit Simulation\Analog Amplifier\PWL_Source.csv）。以下に示すように、パス+ファイル名を手動で指定するか、Fileフィールドをダブルクリックしてから、必要なファイルをブラウズして選択できます。

プローブの追加と設定

プローブは、回路の特定の位置で測定を行うために使用されます。プローブは、シミュレーションダッシュボードパネルのプローブ領域の追加コントロールをクリックして、メニューから必要なプローブタイプを選択するか、シミュレート » プローブ配置メニューやアクティブバーのシミュレーションコマンドメニューを使用して配置することができます。以下のタイプのプローブが利用可能です：

• 電圧 - 電気回路の基準ノード（通常はGNDノード）に対して参照される電圧を示します。プローブは、ワイヤーまたはコンポーネントピンの電気的ホットスポットに配置する必要があります。
• 電流 - コンポーネントピンに流れ込む電流を示します。正の電流値は電流がコンポーネントピンに流れ込んでいることを示し、負の電流値は電流がコンポーネントピンから流れ出ていることを示します。電流プローブは、コンポーネントピンの電気的ホットスポットに配置する必要があります。
• 電力 - コンポーネントピン上の瞬時電力値を示します。正の電力値は、コンポーネントピンが電力消費者として動作していることを示し、負の電力値は、ピンが電力源として動作していることを示します。電力プローブは、コンポーネントピンの電気的ホットスポットに配置する必要があります。
• 電圧差 - 選択されたノード間の電圧を示します。正（VD+）および負（VD-）の一対のプローブが、ワイヤーやコンポーネントピンの電気的ホットスポットに順番に配置されます。電圧は負のプローブに対して参照されます。

プローブはシミュレーションダッシュボードパネルから直接追加することができます。

プローブを配置した後、そのプロパティはプロパティパネルで変更することができます。デフォルトでは、このプローブが配置されているネットまたはコンポーネントの名前が付けられます。

• プローブが不適切な場所に配置された場合、Empty Probeという名前がそれに割り当てられます。
• サブサーキットベースのシミュレーションモデルを持つコンポーネントのピンに対しては、電流および電力プローブはサポートされていません。この場合、プローブにはNot Availableという名前が割り当てられます。

配置されたプローブの例。現在のプローブは不適切な場所（コンポーネントのピン上ではない）に配置されたため、Empty Probeという名前が割り当てられました。

回路図に配置されたすべてのプローブは、シミュレーションダッシュボードパネルにリストされています。ここから、追加されたプローブを削除したり、有効/無効にすることができます。無効にされたプローブは計算に含まれず、回路図上で薄い色で表示されます。プローブ名をクリックすると、そのプローブへのクロスプローブが回路図シート上で行われます。
シミュレーションダッシュボードパネルからプローブを探索し、管理する

インタラクティブ・プローブ・モード

シミュレーション・ダッシュボードパネルの準備領域でインタラクティブ・モードオプションを有効にすることで、インタラクティブ・プローブ・モードを有効にできます。これにより、プローブの変更（プローブの追加および削除、プローブの有効化および無効化、異なるネットへのプローブの移動、プローブの色の変更）がシミュレーション結果を含む.sdfドキュメントに即座に反映されます。

インタラクティブモードオプションはシミュレーションダッシュボードパネルにあります。

設計にシミュレーションモデルを追加する

設計を成功裏にシミュレートするためには、回路内の全てのコンポーネントがシミュレーション対応である必要があります。つまり、それぞれに対してリンクされたシミュレーションモデルが定義されていなければなりません。Altium Designerのシミュレータは、PSpiceやLTspice形式を含む、人気のSPICEモデル形式をサポートしています。拡張子が.mdl、.ckt、.lib、.cirのモデルファイルを使用できます。

Altium Designerには、最も人気のあるコンポーネントのシミュレーションモデルが含まれているデフォルトのSimulation Generic Componentsライブラリが付属しています。また、Altium DesignerのManufacturer Part Searchパネルを使用して、シミュレーション対応コンポーネントを見つけることができます。

実際の世界でデザイナーが利用可能なコンポーネントのプールが非常に広大であるため、回路で使用するために必要なコンポーネントをユーザーが追加したライブラリで作成する必要がある場合がよくあります。コンポーネントのシンボルを定義するだけでなく、そのコンポーネントのシミュレーションモデルを取得してリンクする必要があります。これにより、そのコンポーネントがシミュレーション対応になります。

シミュレーションモデルは、多くの異なるソースから入手できます。以下は、設計で使用したい対象デバイスに必要なモデルを入手するための可能な場所や方法の非網羅的なリストです：

• メーカー – モデルを探す際に人気のある方法の一つは、使用したいデバイスを製造しているメーカーのサイトを見ることです。通常、特定のデバイスを扱うページから利用可能なモデルへのリンクがあります。
• Altium DesignerのSPICEモデルウィザード – このウィザードを使用して、既存のライブラリコンポーネントまたは新しいライブラリコンポーネントにSPICE3f5デバイスモデルを作成し、自動的にリンクします。新しいコンポーネントにリンクする場合、そのコンポーネントはウィザードによって自動的に作成されます。次のデバイスモデルタイプがサポートされています：半導体キャパシタ、半導体抵抗器、電流制御スイッチ、電圧制御スイッチ、JFET、損失伝送線、均一分布RC伝送線、ダイオード、BJT。Altium DesignerのSpiceモデルウィザードを使用してシミュレーションモデルを作成する方法の詳細については、シミュレーションモデルの作成を参照してください。
• サードパーティのモデリングツール – 様々なシミュレーションソフトウェアパッケージには、デバイスのモデリング機能が含まれています。これは通常、モデルウィザードの形を取ります。
• 専門のモデリング会社 – 特定の仕様に基づいてシミュレーションモデルを作成するサードパーティの会社から必要なモデルを入手できる場合があります。
• 手作業 – 必要なモデルは、最初から自分で作成することができます。これには通常、モデル定義が書かれている言語の良い知識が必要です。例えば、サブサーキットを作成する場合などです。シンプルなMDLファイルを作成する場合、そのデバイスで利用可能でサポートされているパラメータの良い知識が必要になります。

モデル（またはマクロモデル）は、対応するエディタでコンポーネントを定義するとき、またはコンポーネントの回路図シンボルが回路図シートに配置された後に、コンポーネントに割り当てられます。

Altium Designerでシミュレーションモデルを持つコンポーネントを配置するための利用可能なオプションは、以下のセクションで説明されています。

シミュレーション汎用コンポーネントライブラリからのコンポーネント配置

Simulation Generic Components ライブラリは、デフォルトで Altium Designer にインストールされています。このライブラリからのコンポーネントは、通常のコンポーネントとして回路図に配置することができます。コンポーネントパネルから Simulation Generic Components エントリを選択するか、スキーマティックエディタのメインメニューから シミュレート » シミュレーション汎用コンポーネントを配置 コマンドを選択することで、ライブラリにアクセスできます。

「コンポーネント」パネルからシミュレーション汎用コンポーネントライブラリにアクセス

シミュレーションモデルが添付されたコンポーネントの配置

ワークスペースライブラリまたは利用可能なファイルベースまたはデータベースライブラリにシミュレーションモデルが添付されているコンポーネントがある場合、そのコンポーネントをコンポーネントパネルから配置してください。

シミュレーションモデルをライブラリコンポーネントにリンクする方法については、以下のページを参照してください：

• ワークスペースライブラリのための単一コンポーネント編集
• データベースライブラリの作成＆定義
• ファイルベースの回路図シンボルライブラリのための回路図ライブラリ

シミュレーションモデルを持つコンポーネントと持たないコンポーネントがあるライブラリを使用している場合、シミュレーション準備ができているコンポーネントを簡単に見つけるために、コンポーネントパネルでシミュレーション列を有効にします。
シミュレーションモデルを持つコンポーネントを一目で確認できるように、コンポーネントパネルにシミュレーション列を表示します。 コンポーネントがシミュレーションモデルを持っている場合、そのコンポーネントがパネルのリストで選択されているときに、コンポーネントパネルのコンポーネント詳細領域でモデルを調べることができます。

製造元部品検索パネルからシミュレーション対応コンポーネントを探す

製造元部品検索パネルを使用すると、シミュレーションモデルを持つ製造元の部品にアクセスできます。パネルのフィルタペインでシミュレーション有パラメータにはいを選択することにより、シミュレーションモデルを持つ部品のみをリストにフィルタリングできます。モデルを持つ部品は、そのエントリの横にアイコンが表示されます。

メーカー部品検索パネルでは、シミュレーションモデルを持つ部品のみを表示するようにリストをフィルタリングできます。

メーカー部品検索パネルのリストで選択された部品は、ワークスペースに保存（推奨）、統合ライブラリとしてダウンロード、または直接設計に配置することができます。

シミュレーションモデルのみを持っている場合のコンポーネント配置

シミュレーションモデルがハードドライブ上のモデルファイルの形で存在する場合や、接続されたワークスペースにアップロードされている場合、このシミュレーションモデルをコンポーネントに最初に添付する代わりに、コンポーネントパネルから直接このモデルを配置することができます。

• この方法でハードドライブ上のモデルファイルを使用するには、ファイルベースのライブラリとして利用可能にすることで、パネル内のこのファイルのエントリを選択します。

  
  シミュレーションモデルファイルは、ファイルベースのライブラリとして利用可能にすることができます。ここに示されているのは、インストールされたライブラリのリストに追加されたモデルファイルの例です。

• コンポーネントパネルに表示オプションが設定ダイアログのシミュレーション - 一般ページで有効になっている場合、コンポーネントパネルにSPICEライブラリカテゴリが表示されます。シミュレーション - 一般ページで指定されたモデルパスフォルダに含まれるライブラリがこのカテゴリにリストされます。カテゴリ構造は指定されたフォルダの構造を反映します。SPICE Modelsフォルダはデフォルトでこのフィールドに指定され、Mixed Simulation拡張のデフォルトインストールLibraryフォルダ(\ProgramData\Altium\Altium Designer <GUID>\Extensions\Mixed Simulation\Library)にあり、アナログデバイセズのSPICEモデルのフォルダが含まれています。

  

• この方法でワークスペースシミュレーションモデルを使用するには、コンポーネントパネルのボタンメニューからモデルを選択し、次にパネルのワークスペースライブラリのすべてカテゴリ内でシミュレーションを選択します。

  
  パネルのモデルオプションを有効にすることで、接続されたワークスペースのシミュレーションモデルをコンポーネントパネルから閲覧できます。

シミュレーションモデルを直接配置すると、Altium Designerはそのモデルを分析し、Simulation Generic Componentsライブラリ内で適切なシンボルを見つけます。ディスクリートコンポーネントには、そのタイプのコンポーネントに適したシンボルがあり、サブサーキットによってモデル化されたコンポーネントには、シンプルな長方形のシンボルがあります。

以下の表は、サポートされているモデルの種類と、配置されるSimulation Generic Componentsライブラリコンポーネントのシンボルをリストしています。

シミュレーションモデルの自動割り当て

設計検証中にシミュレーションモデルが不足しているコンポーネントが検出された場合、モデルなしコンポーネントの警告がシミュレーションダッシュボードパネルに表示され、これらのコンポーネントに自動的にシミュレーションモデルを割り当てるオプションが提供されます。

PSpiceデジタルデバイスのサポート

Altium Designerは、すべてのPSpiceデジタルプリミティブ、デジタル刺激（デジタル刺激ジェネレーターおよびファイルベースの刺激）、デジタル入力およびデジタル出力デバイスに対するサポートも提供しています。

可変パッシブ部品のサポート

Altium Designerは、可変抵抗器、コンデンサ、およびインダクタのサポートを提供します。受動部品の値を変数として設定できます。Valueパラメータの値として中括弧で式を使用し、抵抗器の抵抗、コンデンサの容量、またはインダクタのインダクタンスを定義します。式で使用できるのは以下の通りです：

• 組み込み定数 (pi、e など)
• ユーザー定義のグローバルパラメータ
• キャパシタを通る電圧やインダクタを通る電流には x
• 解析温度には temp
• 過渡解析における time
• ACスイープ解析における hertz
• ノード電圧
• 電圧源の電流
• インダクタンスの電流
• 可変受動部品の電流

コンデンサの電荷やインダクタのフラックスを定義するには、'q =' または 'flux =' の文字列に続けて波括弧内に式を記述し、Value パラメータの値として使用します。

以下に、受動部品の値の式の例と、対応する回路の過渡解析結果を示します。

❯ ❮ Javascript ID: Simulation_VariablePassives

抵抗器に変数を使用する例。 R2の抵抗値はINネットのノード電圧とtime変数に依存します。R4の抵抗値はR2（可変抵抗器）を通る電流に依存します。 キャパシタンス（C1）と電荷（C2）がそれらを通る電圧に依存するキャパシタのための変数を使用する例。キャパシタンスと電荷の式はキャパシタを通る同じ電流をもたらすため、結果として得られる波形は等しいです。 インダクタンス（L1）とフラックス（L2）がそれを通る電流に依存するインダクタンスのための変数を使用する例。インダクタンスとフラックスの式はインダクタを通る同じ電圧をもたらすため、結果として得られる波形は等しいです。

出力電圧、電力、および電流は、可変パッシブ部品に対応しています。

ネット名の割り当て

回路シミュレーションにおいてネット名を割り当てることは必須ではありませんが、便宜上推奨されます。ネット名を割り当てることで、特に複雑な回路図を扱う場合に、特性を表示する点の選択が明確になります。シミュレーションの設定と実行をシミュレーションダッシュボードで行う際、ネットラベルでそれらの点を識別している場合、特定の計算タイプの点を選択して出力表現セクションのプロットに特性を表示することが可能です。

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