use SIMPLIS simulation

1. Power & Energy 電力能源實驗室
友聲電子 & 電力能源實驗室
Simplis 教育訓練課程講義

2. Power & Energy 電力能源實驗室
目
錄
Introduction
1
Simulation
2
工具列、軟體設定
電路模擬、階層式電路、參數化模擬
Managing The Output
3
波形量測；資料匯出
Multi-step Simulation
4
多重模擬、蒙地卡羅模擬
Building Model
5
工具匯入元件、Simplis Model

3. Power & Energy 電力能源實驗室
Part 1
Introduction
1
Simulation
2
工具列、軟體設定
電路模擬、階層式電路、參數化模擬
Managing The Output
3
波形量測；資料匯出
Multi-step Simulation
4
多重模擬、蒙地卡羅模擬
Building Model
5
工具匯入元件、Simplis Model

4. Page 4
Power & Energy 電力能源實驗室
Introduction
工具列-初始介面
清除Command Shell信息:
File/windows/clear Command Shell Messages(Shift+Del)
訊息列表
範例檔、
自訂資料夾

5. Page 5
Power & Energy 電力能源實驗室
Introduction
工具列-介面
元件表

6. Page 6
Power & Energy 電力能源實驗室
Introduction
工具列-開啟介面

7. Page 7
Power & Energy 電力能源實驗室
Introduction
工具列-新增檔案

8. Page 8
Power & Energy 電力能源實驗室
Introduction
工具列-Menu
File 儲存、開啟、列印檔案等功能
Edit 剪下、貼上、複製、元件連接線、復原及重複等功能
View 放大、縮小、視窗格線與新增視窗上方元件等功能
Simulation 選擇模擬分析型態和執行模擬等功能
Place 所有元件之所在處
Probe 即時探棒之元件庫
Probe AC/Noise 於交流或雜訊分析之量測元件庫
Hierarchy 建立與使用電路模型時之相關功能
Monte Carlo 利用蒙地卡羅方法進行隨機模擬與統計
Tools 量測效率、加密 Model、Data Sheet Curves數位化等功能
Help 用以查詢如何排解問題

9. Page 9
Power & Energy 電力能源實驗室
Introduction
工具列-快捷工具列
執行
快速呼叫元
件
上一步 元件旋轉 元件鏡像 自動調整
電路大小
快捷鍵 元件
C 電容
L 電感
R 電阻
D 二極體
M MOSFET
Z 稽納二極體
I 電流源
V 電壓源
W 波形產生器
U 電流探棒
B 電壓探棒
快捷鍵 功能
F5 元件旋轉
F6 元件鏡像
F8 模擬設定
F9 執行模擬
Ctrl+Z 上一步
Ctrl+X 剪下
Ctrl+C 複製
Ctrl+V 貼上
Ctrl+G 搜尋元件

10. Page 10
Power & Energy 電力能源實驗室
Introduction
工具列-快捷工具列擴充元件
2
3
4
5
1

11. Page 11
Power & Energy 電力能源實驗室
Introduction
工具列-模擬環境設定
1
2
3.確認模擬環境
法一:預設模擬環境

12. Page 12
Power & Energy 電力能源實驗室
Introduction
工具列-模擬環境設定
2.確認模擬環境
1
法二:模擬器切換

13. Power & Energy 電力能源實驗室
Part 2
Introduction
1
Simulation
2
工具列、軟體設定
電路模擬、階層式電路、參數化模擬
Managing The Output
3
波形量測；資料匯出
Multi-step Simulation
4
多重模擬、蒙地卡羅模擬
Building Model
5
工具匯入元件、Simplis Model

14. Page 14
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
電路模擬-尋找與放置元件
常用之電路元件
Simplis內建電子元件Model

15. Page 15
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
電路模擬-尋找與放置元件
Simplis內建電子元件Model與
Function Block Model or Behavior Model

16. Page 16
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
電路模擬-常用探棒
電壓探棒
電流探棒
功率探棒
差動電壓
探棒
XY探棒

17. Page 17
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
電路模擬-常用探棒_波德圖探棒
波德圖探棒-With
Measurement
波德圖探棒-Basic

18. Page 18
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
電路模擬-XY探棒種類
Place/From Symbol Library/Connections/Probes/XY Probes
X軸:Y軸
電流對電流
電流對電壓
電壓對電流
電壓對電壓
電壓對電壓
(單端)

19. Page 19
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
電路模擬-XY探棒種類
模擬器 簡介
1.Transient Simulation 一般模擬(包含暫態、穩態)
2.POP Analysis
(Periodic Operating Point ) 穩態模擬(跳過暫態)
3.AC Analysis 頻域分析
4.Multi-step Simulation 多重步階模擬(第五章)
5.Monte Carlo Simluation 蒙地卡羅模擬(第五章)

20. Page 20
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
電路模擬-Transient Simulation
e.g. Buck Converter
項目 規格
Vin 10V
Vo 5V
f 100kHz
電路條件 Buck Converter

21. Page 21
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
電路模擬-Transient Simulation
e.g. Buck Converter
元件 名稱 快捷鍵 參數/位置
V1
訊號產生器
W D=50%
V2 電壓源 V 10V
Q1 MOSFET M IRF530
D1 DIODE D D1n4148
C1 電容 C 470uF
L1 電感 L 55uH
R1 電阻 R 25Ω
Gnd 接地點 G Place/Connectors/Ground
iL 電流探棒
Probe/Place Fixed
Inline Current Probe
Vo 電壓探棒 B
Probe/Place Fixed
Voltage Probe
Vgs 差動電壓探棒
Probe/Place Fixed
Differential Voltage
Probe
元件表
V1訊號產生器設定條件
1
2
3

22. Page 22
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
電路模擬-Transient Simulation
e.g. Buck Converter
1
2
3
5
Transient 模擬條件設定
4

23. Page 23
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
電路模擬-Transient Simulation
e.g. Buck Converter
波形設定-分開波形(第三章)
輸出電壓
MOSFET Vgs 電壓
電感電流

24. Page 24
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
電路模擬-POP Analysis
e.g. Buck Converter
1.Pop Trigger可以直接抓取波形穩態點
2.如有多個頻率點，放在最低頻率點上
3.通常接於Clock正端
POP Trigger
POP Trigger 介紹

25. Page 25
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
電路模擬-POP Analysis
e.g. Buck Converter
項目 規格
Vin 10V
Vo 5V
f 100kHz
設計條件 Buck Converter with POP Trigger

26. Page 26
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
電路模擬-POP Analysis
e.g. Buck Converter
NOTE
POP Analysis 條件設定
1
2
3
4
Maximum period設定在工作週期的1.1倍

27. Page 27
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
電路模擬-POP Analysis
e.g. Buck Converter POP Analysis 波形

28. Page 28
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
電路模擬-AC Analysis
e.g. Buck Converter
項目 規格
Vin 12V
Vo 5V
f 500kHz
設計條件
Buck Converter with AC Analysis

29. Page 29
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
電路模擬-AC Analysis
e.g. Buck Converter
元件設定
項目 名稱 參數 位置
壓控電壓源 Result=4
Place/Controlled Source/Voltage
Control Voltage Source
比較器(接地)
Place/Analog
Functions/Comparator with Ground
波德圖探棒
Probe AC/Noise/Bode Plot Probe-
with measurements
交流電壓源
擾動源通常設為直
流準為千分之一
Place/Voltage Source/AC Source
連接點 Place/Connector

30. Page 30
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
電路模擬-AC Analysis
e.g. Buck Converter
控制電壓V3 = 鋸齒波峰值x責任週期
=5 x 0.5 = 2.5V
Vp(鋸齒波峰值)
Vc(控制電壓)
訊號產生器設定

31. Page 31
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
電路模擬-AC Analysis
e.g. Buck Converter
1
2
3 4
5
6
模擬設定

32. Page 32
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
電路模擬-AC Analysis
e.g. Buck Converter
Output

33. Page 33
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
階層式電路
e.g. Buck Converter
階層式電路:
封裝自製的電路(IC)，方便
進行不同電路測試
項目 規格
Vin 12V
Vo 5V
f 100kHz
設計條件
Buck Converter With Vfb

34. Page 34
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
階層式電路
e.g. Buck Converter
元件設定
項目 名稱 位置
OP
Place/Analog
Function/Paramete
rised Opamp

35. Page 35
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
階層式電路
e.g. Buck Converter
Step:
1.剪下要封裝的區域
Buck Converter With Vfb
1

36. Page 36
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
階層式電路
e.g. Buck Converter
Step:
2.開新的Schematic
3.將電路貼上新視窗
4.並在需要與外部相接
的點接上Module Port(H)
2
3
4

37. Page 37
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
階層式電路
e.g. Buck Converter
Step:
5.另存新檔，檔案類行為Components

38. Page 38
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
階層式電路
e.g. Buck Converter
Step:
6.建立封裝

39. Page 39
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
階層式電路
e.g. Buck Converter
Step:
6.建立封裝 可自由調整model形狀

40. Page 40
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
階層式電路
e.g. Buck Converter
Step:
7.存儲檔案
a
b
c

41. Page 41
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
階層式電路
e.g. Buck Converter
Step:
8.開啟自建IC a b
c

42. Page 42
Power & Energy 電力能源實驗室
Simulation
階層式電路
e.g. Buck Converter
Step:
9.將IC接上電路

43. Power & Energy 電力能源實驗室
Part 3
Introduction
1
Simulation
2
工具列、軟體設定
電路模擬、階層式電路、參數化模擬
Managing The Output
3
波形量測、讀取Datasheet圖表
Multi-step Simulation
4
多重模擬、蒙地卡羅模擬
Building Model
5
工具匯入元件、Simplis Model

44. Page 44
Power & Energy 電力能源實驗室
Managing The Output
波形量測-分開波形
點選Curve/Stack All Curves

45. Page 45
Power & Energy 電力能源實驗室
Managing The Output
波形量測-移動波形
點選Curve/Move Selected Curves

46. Page 46
Power & Energy 電力能源實驗室
Managing The Output
波形量測-刪除波形
點選Curve/Delete Selected Curves

47. Page 47
Power & Energy 電力能源實驗室
Managing The Output
波形量測-顯示數據_數值
點選measure/RMS

48. Page 48
Power & Energy 電力能源實驗室
Managing The Output
波形量測-顯示數據_游標
點選Cursors/Toggle On/Off
點選Cursors/Move
切換兩個游標到不同波形或位置

49. Page 49
Power & Energy 電力能源實驗室
Managing The Output
波形量測-預設觀測項目
於碳棒原件上點擊右鍵，選擇Edit/Add Measurement
1
2
3
4

50. Page 50
Power & Energy 電力能源實驗室
Managing The Output
波形量測-波形排序
點選Axes/Reorder Grids
1
2

51. Page 51
Power & Energy 電力能源實驗室
Managing The Output
Data sheet圖表讀取
EX

52. Page 52
Power & Energy 電力能源實驗室
Managing The Output
Data sheet圖表讀取
點選Tool/Digitize Data Sheet Curve
1
2
3

53. Page 53
Power & Energy 電力能源實驗室
Managing The Output
Data sheet圖表讀取
4

54. Page 54
Power & Energy 電力能源實驗室
Managing The Output
Data sheet圖表讀取
6
5 編輯曲線(描點)

55. Page 55
Power & Energy 電力能源實驗室
Managing The Output
Data sheet圖表讀取
7 輸入X與Y軸所需
之最大與最小值
8 視需要，使用內
插法協助補點
9 存檔

56. Page 56
Power & Energy 電力能源實驗室
Managing The Output
Data sheet圖表讀取
將數值匯入excel製作圖表

57. Page 57
Power & Energy 電力能源實驗室
Managing The Output
Data sheet圖表讀取
與原圖比較
0.00E+00
2.00E-10
4.00E-10
6.00E-10
8.00E-10
1.00E-09
1.20E-09
1.40E-09
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
C
OSS
VDS
COSS與VDS關係圖

58. Power & Energy 電力能源實驗室
Part 4
Introduction
1
Simulation
2
工具列、軟體設定
電路模擬、階層式電路、參數化模擬
Managing The Output
3
波形量測、資料匯出
Multi-step Simulation
4
多重模擬、蒙地卡羅模擬
Building Model
5
工具匯入元件、Simplis Model

59. Page 59
Power & Energy 電力能源實驗室
Multi-step Simulation
多重模擬-介紹
e.g. Buck Converter
項目 規格
Vin 10V
Vo 5V
f 100kHz
設計條件
定義變數方式為大括號+變數名稱
測試一個元件同時具有多個數值(不限電阻)

60. Page 60
Power & Energy 電力能源實驗室
Multi-step Simulation
多重模擬-Transient模式

61. Page 61
Power & Energy 電力能源實驗室
Multi-step Simulation
多重模擬-設定多重負載數值(平分間距)
點選Simulatior/Stepup Multi-Step
輸入變數名稱，無須加大括號
設定模擬元件最初值、最終值、取樣次數
1
2
3

62. Page 62
Power & Energy 電力能源實驗室
Multi-step Simulation
多重模擬-波形
e.g. Buck Converter
負載平分間距

63. Page 63
Power & Energy 電力能源實驗室
Multi-step Simulation
多重模擬-自訂多重負載
e.g. Buck Converter
1 2
3

64. Page 64
Power & Energy 電力能源實驗室
Multi-step Simulation
多重模擬-波形
e.g. Buck Converter
自訂多重負載

65. Page 65
Power & Energy 電力能源實驗室
Multi-step Simulation
蒙地卡羅模擬-介紹
定義:用來模擬實際元件可能產生之誤差範圍
三種函數分布:
1.Gauss(tol)常態分佈
2.Unif(tol):平均分佈
3.WC(tol):極端分佈
可選擇一種進行分析

66. Page 66
Power & Energy 電力能源實驗室
Multi-step Simulation
蒙地卡羅模擬-分布特性
Gauss(tol) Unif(tol) WC(tol)
設定一個數值，其誤
差取樣為常態分佈。
設定一個數值，其誤
差取樣在正負1(tol)
之間，其機率均等。
Tol=10%
設定一個數值，其誤差
取樣在正負1(tol)之間
，但只會取極端值。
可對於元件可能在實際上產生的誤差進行模擬。

67. Page 67
Power & Energy 電力能源實驗室
Multi-step Simulation
蒙地卡羅模擬-常態分佈範例
e.g. Buck Converter
項目 規格
Vin 10V
Vo 5V
f 100kHz
設計條件

68. Page 68
Power & Energy 電力能源實驗室
Multi-step Simulation
蒙地卡羅模擬-模擬設定
選擇Simulator/Choose Analysis 選擇Monte Carlo/Setup Monte Carlo
1
2
3

69. Page 69
Power & Energy 電力能源實驗室
Multi-step Simulation
蒙地卡羅模擬-波形

70. Page 70
Power & Energy 電力能源實驗室
Multi-step Simulation
蒙地卡羅模擬-波形
1.點選Cursors/Toggle ON/Off
2.使用游標選擇需要的波形

71. Page 71
Power & Energy 電力能源實驗室
Multi-step Simulation
蒙地卡羅模擬-波形
3.點選Cursors/Show Curve Info
在Command Shell上得知最大波形出現在Run Number:7

72. Page 72
Power & Energy 電力能源實驗室
Multi-step Simulation
蒙地卡羅模擬-波形
4.點選Monte Carlo/View Log file
對照Log得知此波形之電感與電阻值

73. Power & Energy 電力能源實驗室
Part 4
Introduction
1
Simulation
2
工具列、軟體設定
電路模擬、階層式電路、參數化模擬
Managing The Output
3
波形量測、資料匯出
Multi-step Simulation
4
多重模擬、蒙地卡羅模擬
Building Model
5
工具匯入元件、Simplis Model

74. Page 74
Power & Energy 電力能源實驗室
Building Model
工具匯入元件-介紹
Simplis可相容PSpice或Spice 2的元件model

75. Page 75
Power & Energy 電力能源實驗室
Building Model
工具匯入元件-下載Diode Model
以ST公司二極體(STBR3012)為例，進入網站
https://www.st.com/content/st_com/en/support/resources/simulators-and-models.html

76. Page 76
Power & Energy 電力能源實驗室
Building Model
工具匯入元件-下載Diode Model
輸入SPICE
1

77. Page 77
Power & Energy 電力能源實驗室
Building Model
工具匯入元件-下載Diode Model
下載Model
2

78. Page 78
Power & Energy 電力能源實驗室
Building Model
工具匯入元件-下載Diode Model
下載STBR3012 Model
3

79. Page 79
Power & Energy 電力能源實驗室
Building Model
工具匯入元件-下載Diode Model
下載完，打開壓縮檔
4
model

80. Page 80
Power & Energy 電力能源實驗室
Building Model
工具匯入元件-下載Diode Model
5
將檔案複製至Simplis資料夾內:
C:Program FilesSIMetrix800supportmodels

81. Page 81
Power & Energy 電力能源實驗室
Building Model
工具匯入元件-下載Diode Model
將C:Program FilesSIMetrix800supportmodels中，所貼上的檔案用滑鼠拖移至Command Shell視窗
6

82. Page 82
Power & Energy 電力能源實驗室
Building Model
工具匯入元件-下載Diode Model
點選OK
7
8
顯示Completed

83. Page 83
Power & Energy 電力能源實驗室
Building Model
工具匯入元件-下載Diode Model
9

84. Page 84
Power & Energy 電力能源實驗室
Building Model
工具匯入元件-下載Diode Model
10

85. Page 85
Power & Energy 電力能源實驗室
Building Model
Simplis Model-可調式元件
Simplis內建可自訂元件

86. Page 86
Power & Energy 電力能源實驗室
Building Model
Simplis Model-可調式元件
範例: VPWL Capacitor
可使用Excel建表，
再將表格內容匯入
藉由設定V與Q來改變電容值

87. Page 87
Power & Energy 電力能源實驗室
Building Model
Simplis Model-Multi-Level model
MOSFET

88. Page 88
Power & Energy 電力能源實驗室
Building Model
Simplis Model-Multi-Level model
Level 0

89. Page 89
Power & Energy 電力能源實驗室
Building Model
Simplis Model-Multi-Level model
Level 1

90. Page 90
Power & Energy 電力能源實驗室
Building Model
Simplis Model-Multi-Level model
Level 2

91. Page 91
Power & Energy 電力能源實驗室
Building Model
Simplis Model-User-defined model

92. Power & Energy 電力能源實驗室