نحوه کار با نرم افزار ADS یا Advanced Design System 

اگر در یکی از رشته های مهندسی برق، الکترونیک یا مخابرات تحصیل می کنید، احتمال دارد با نرم افزار ads آشنا باشید. نرم افزار ADS یا Advanced Design System یک سیستم نرم افزار اتوماسیون طراحی مدار الکترونیکی است که توسط Keysight EEsof EDA، زیر مجموعه ای از Keysight Technologies تولید شده است. در این مطلب قصد داریم یک آشنایی کلی با نرم افزار باشیم.

نرم افزار ADS چیست؟

ADS یا Advanced Design System (سیستم طراحی پیشرفته) از Keysight یک نرم افزار اتوماسیون طراحی الکترونیکی برای برنامه های کاربردی دیجیتال RF، مایکروویو و سرعت بالا است. این نرم افزار از برخی از نوآورانه‌ترین و موفق ترین فناوری های تجاری، از جمله تعادل هارمونیک، مومنتوم و شبیه‌سازهای 3 بعدی EM (شامل حل‌کننده‌های FEM و FDTD) استفاده می‌کند.

ADS طراحی و تأیید کامل مبتنی بر استانداردها را با کتابخانه های بی سیم و شبیه سازی مشترک سیستم مدار-EM در یک پلتفرم یکپارچه برای وایمکس، LTE، پیوندهای داده چند گیگابیت بر ثانیه، رادار و برنامه‌های ماهواره‌ای ارائه می‌کند. ADS ترکیبی از شماتیک، چیدمان، مدار و سه فناوری 3D EM موج کامل برای آی سی، پکیج، لمینت/PCB و اجزای 3D EM در یک پلتفرم یکپارچه است.

عملکرد نرم افزار ADS

نرم افزار ads عملکرد چیدمان را بهبود می بخشد، باعث بهبود بهره وری برای طراحی آی سی و PCB RF می شود و به عملکرد مدار و شبیه سازی الکترومغناطیسی سرعت می بخشد. این نرم افزار در مدار چاپی RF جدید، ماژول ها و محصولات RFIC سیلیکونی کاربرد دارد و مدار های جدید و عملکرد شبیه سازی EM را نیز معرفی می کند.

علاوه بر موارد مذکور، تعهد Keysight برای بهبود بهره وری و کارایی طراحی از طریق یکپارچه سازی جریان طراحی با قابلیت های یکپارچگی سیگنال و توان، فناوری‌ها را ارتقا می‌دهد.

امکانات نرم افزار ADS

• شبیه ساز حوزه فرکانس خطی
• شبیه ساز حوزه فرکانس غیر خطی تعادل هارمونیک
• شبیه ساز ژنراتور پارامتر X
• شبیه ساز الکترومغناطیسی مسطح Momentum 3D
• شبیه ساز الکترومغناطیسی کامل سه بعدی المان محدود

کاربردهای نرم افزار Advanced Design System

همانطور که گفته شد این نرم افزار در حوزه الکترونیک و مخابرات مورد استفاده بسیاری از مهندسان قرار می گیرد؛ به طوری که پیش از طراحی هر مدار و یا مونتاژ برد الکترونیکی، استفاده از این نرم افزار ضروری است. برخی از کاربردهای مهم نرم افزار ads به شرح زیر هستند:

• ارتباطات
• مخابرات
• LTE
• ماهواره
• وایمکس

نرم افزار ADS پیشرو در صنعت اتوماسیون طراحی الکترونیکی برای کاربردهای RF، مایکروویو و یکپارچگی سیگنال است. ADS پیشرفت های مستمری را برای موارد زیر به کاربران ارائه می دهد.

شبیه سازی مدار

نرم افزار ADS با هدف بهبود سرعت، همگرایی و دقت، تعادل هارمونیک و شبیه سازهای پوشش مدار را افزایش داده است. حاشیه نویسی DC توسعه یافته، حتی پیچیده ترین طرح ها را نیز سرعت می بخشد. پشتیبانی ویندوز و لینوکس از شبیه ساز Electro-Thermal اکنون این نرم افزار را در دسترس طراحان بیشتری قرار داده است. از جمله امکاناتی که بخش شبیه سازی مدار دارد، می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• تحلیل DC: برای تعیین نقطه بایاس مدار استفاده می شود.
• تحلیل گذرا: تجزیه و تحلیل حوزه زمانی را روی مدارها اجرا می کند و غیر خطی بودن عناصر را در نظر می گیرد.
• تجزیه و تحلیل AC: تجزیه و تحلیل سیگنال کوچک را اجرا می کند و از مدل خطی عناصر در نقطه بایاس آنها استفاده می کند. بنابراین عناصر غیر خطی مانند ترانزیستور با یک مدل خطی (مدار سیگنال کوچک) که شامل مقاومت ها، خازن ها، سلف ها و منابع ولتاژ و جریان است، جایگزین می شوند.
• تجزیه و تحلیل پارامترهای S: پارامترهای پراکندگی مولفه ها را محاسبه می کند و تغییرات پارامترهای S را در فرکانس های مختلف نشان می دهد و برای محاسبه رقم نویز و تاخیر گروهی استفاده می شود.

چیدمان و تأیید طرح

پیشرفت های متعدد و قابلیت‌های جدید چیدمان و طرح‌بندی، ADS را سریع‌تر، بصری تر و امکان ساخت را قوی تر می‌سازد. این پیشرفت‌ها شامل بررسی و کنترل شبکه تولید، بهبود شبکه‌های زمینی، نمایشگر سه بعدی سریع‌تر، برجسته‌سازی و اتصال بهبود یافته و نگاشت شبکه‌های طرح‌بندی به نام‌های شبکه شماتیک و همچنین وارد کردن فایل‌های .brd برای شبیه‌سازی الکترومغناطیسی Momentum (EM) می شوند.

RFIC سیلیکون

نرم افزار ADS عملکردی را اضافه می کند تا از جریان های طراحی RFIC سیلیکونی مبتنی بر OpenAccess بهره مند شود. اکنون طراحان می‌توانند از PDK و iPDK های سازگار با ADS/Virtuoso از کارخانه های ریخته‌گری که از استاندارد IPL Alliance پشتیبانی می‌کنند، از داخل پلتفرم ADS استفاده کنند و قابلیت‌های شبیه‌سازی و تجزیه و تحلیل پیشرو در صنعت را به راحتی در اختیار مشتریان و طراحان ریخته‌گری سیلیکون قرار دهند.

پیشرفت‌های جریان تعاملی ADS شامل ساخت شبیه‌سازی EM بین مدل‌های Spice مدار و اتصال EM، پشتیبانی از analogLib و VerilogA بهبود یافته، حاشیه‌نویسی DC بهبود یافته، Pcells شماتیک و ویژگی‌های ویرایش سیم به سایر قابلیت های این نرم افزار اضافه شده است.

چیدمان و مومنتوم همچنین برای کاربردهای سیلیکونی از جمله پشتیبانی از TSMC iRCX، مومنتوم از طریق ساده سازی و شبیه سازی پر شدن فلز و بسترهای EM پارامتری، بهبود یافته اند.

یکپارچگی سیگنال و توان

نرم افزار ADS ، SIPro و PIPro را ارائه می‌کند که SIPro یک شبیه‌ساز EM متمرکز بر یکپارچگی سیگنال است که دقت بالایی برای برنامه‌های PCB با پیچیدگی بالا دارد و PIPro، مجموعه شبیه سازهای EM متمرکز بر یکپارچگی توان برای تجزیه و تحلیل شبکه‌های تحویل نیرو می باشد. علاوه بر موارد مذکور، ADS تعدادی محصول جدید و قابلیت های بهبود یافته را نیز معرفی می کند.

• وارد کردن چیدمان و طرح‌بندی مستقیم از فایل Cadence Allegro .BRD
• پشتیبانی از سیگنال دهی مدولاسیون دامنه پالسی (PAM-4) در شبیه ساز کانال IBIS-AMI
• پشتیبانی از شبیه ساز باس DDR برای یکسان سازی گیرنده برای DDR4
• پشتیبانی از شبیه ساز کانال برای ترکیب و مطابقت مدل های IBIS-AMI با مدل های IBIS، SPICE و فرستنده/گیرنده داخلی.
• جستجوگر/نمایشگر پارامتر S جدید.

نحوه کار کردن با نرم افزار ADS

تمام کارهای طراحی باید در دایرکتوری پروژه انجام شود. با کار کردن در دایرکتوری های پروژه، می توانید فایل های مرتبط را در یک ساختار فایل از پیش تعیین شده که مجموعه ای از زیر شاخه ها دارد، سازماندهی کنید. این زیر شاخه ها به روش زیر استفاده می شوند:

• networks (شبکه ها) حاوی اطلاعات شماتیک و طرح بندی و همچنین اطلاعات مورد نیاز برای شبیه سازی هستند.
• Data (داده) محل دایرکتوری پیش فرض برای فایل های داده ورودی و خروجی است که توسط شبیه ساز استفاده یا تولید می شود.
• mom_dsn شامل طرح هایی است که با شبیه ساز الکترومغناطیسی مسطح Agilent EEsof Momentum ایجاد شده است.
• synthesis (سنتز) شامل طرح هایی است که با فیلتر DSP و ابزارهای سنتز ایجاد شده اند.
• verification (تایید) شامل فایل‌هایی است که توسط Design Rule Checker (DRC) تولید شده‌اند که با Layout استفاده می‌شود.

ایجاد پروژه جدید در نرم افزار ads

• File> New Project را انتخاب کنید. یک کادر محاوره ای ظاهر می شود و در مورد دایرکتوری کاری سوال می کند که به طور پیش فرض روی دایرکتوری راه اندازی شما تنظیم شده است.
• یک نام برای پروژه وارد کنید و سپس OK را فشار دهید. نرم افزار ADS، _prj را در انتهای نام پروژه اضافه می کند.
• یک پنجره شماتیک به صورت خودکار نمایش داده می شود.

باز کردن یک پروژه موجود در ads

File> Open Project را انتخاب کنید. پس از باز شدن یک پروژه، نام و مسیر آن نمایش داده می شود. در تب Project View می بینید که فایل های شماتیک دارای پسوند dsn. و فایل های داده یا نتیجه شبیه سازی دارای پسوند .dds هستند. اگر روی هر کدام از این فایل ها دوبار کلیک کنید باز می شود.

اگر می خواهید یک شماتیک جدید باز کنید، Windows>New Schematic را انتخاب کنید یا بر روی نماد New Schematic کلیک کنید.

پس از باز کردن یک پنجره شماتیک جدید(New Schematic)، یک پنجره محاوره ای ظاهر می شود که به تنظیمات مدار یا شبیه سازی کمک می کند، می توانید “No help needed” را هم انتخاب کنید.

ایجاد شماتیک

قبل از شروع، می‌توانید واحدها را از Options>Preferences>Units/Scale تنظیم کنید. کامپوننت ها را می توان از طریق پالت کامپوننت (Component Palette) یا کتابخانه کامپوننت (Component library) انتخاب کرد.

لیست پالت

لیست پالت (Palette list) در سمت چپ پنجره شماتیک قرار دارد. در لیست پالت می توانید همه کتابخانه ها را با اجزای آنها ببینید. یک جزء را انتخاب کنید و نمایشگر ماوس را در قسمت طراحی حرکت دهید، یک تصویر روح خواهید دید. آن را در هر کجا که دوست دارید قرار دهید و Esc را فشار دهید تا پایان یابد.

کتابخانه کامپوننت

برای انتخاب کامپوننت ها از کتابخانه کامپوننت (Component library)، Insert>Component>Component Library را انتخاب کنید، سپس کادر محاوره‌ای ظاهر می‌شود که کتابخانه‌ها را با اجزای آنها فهرست می‌کند. پس از انتخاب یک جزء، آن را به پنجره شماتیک بکشید سپس یک تصویر شبح در امتداد نمایشگر ماوس حرکت می کند. کامپوننت را در هر کجا که می خواهید قرار دهید، Esc را فشار دهید تا دستور پایان یابد.

برای چرخاندن کامپوننت از Ctrl+r یا Edit> Rotate استفاده کنید.

برای کپی کردن یک کامپوننت از Ctrl+c یا Edit>copy استفاده کنید.

برای چسباندن کامپوننت باید از Ctrl+p یا Edit>Paste استفاده کنید.

برای ویرایش یک کامپوننت روی آن دوبار کلیک کنید، سپس پنجره ای با تمام پارامترهای کامپوننت ظاهر می شود.

برای اتصال قطعات بر روی نماد Insert Wire کلیک کنید.

برای برچسب زدن سیم ها روی نماد Name کلیک کنید. پس از انتخاب نام مورد نظر بر روی سیم مورد نظر کلیک کنید تا برچسب گذاری شود.

پیشنهاد می کنیم پیش از وارد کردن قطعات الکترونیکی مدنظرتان در نرم افزار، همانند یک لیست BOM، قطعات الکترونیکی را به صورت یک لیست درآورده تا هنگام کار با نرم افزار راحت تر و سریع تر کار خود را پیش ببرید.

مثال شبیه سازی

می خواهیم مداری را که در شکل زیر نشان داده شده است، رسم کنیم:

از قسمت Palette موارد زیر را انتخاب کنید:

• کتابخانه Lumped_Componenet، سپس R را بزنید.
• کتابخانه Sources_Time Domain، سپس Sine source را انتخاب کنید
• Tlines_Microstrip، سپس اجزای MLIN و MSUB را انتخاب کنید.

MSUB ویژگی های خطوط میکرو استریپ را تعریف می کند، برای این شبیه سازی از RO4350B استفاده می کنیم. روی MSUB دو بار کلیک کنید و پارامترهای زیر را تنظیم کنید:

• Simulation_DC، DC را انتخاب کنید.
• Simulation_Transient، Trans را انتخاب کنید.
• کامپوننت ها را با توجه به پارامترهای داده شده در شکل قبلی ویرایش کنید.
• برای محاسبه “W” و “”L ِMLIN ، از ماشین حساب خط انتقال (LineCalc) استفاده کنید.
• Tools>LineCalc>StartLineCalc را انتخاب کرده، سپس یک کادر محاوره‌ای ظاهر می‌شود.
• پارامترهای Substrate را مطابق بالا پر کنید.
• مجموعه Z0 امپدانس مشخصه خط انتقال است. E_Eff طول الکتریکی موثر خط بر حسب درجه است. 0.083*لامبدا 30 درجه و 0.166*لامبدا 60 درجه است.
• فرکانس را روی 5 گیگا هرتز تنظیم کنید.
• پس از تنظیم تمام پارامترها، “Synthesize” را فشار دهید تا “W” و “L” محاسبه شود.

طرح را ذخیره کنید و روی نماد چرخ دنده کلیک کنید تا مدار شبیه سازی شود.

پس از پایان شبیه سازی، پنجره نمایش داده ها (Data Display) باز می شود. از پالت در پنجره نمایش داده ها می توانید نمودارهای مختلفی را برای نمایش نتایج شبیه سازی انتخاب کنید.

از Palette، Rectangular Plot را انتخاب کنید. یک پنجره Plot Traces & Attributes ظاهر می شود، از تب نوع نمودار (plot type) پارامترهای مورد نظر را برای ترسیم انتخاب کنید و آنها را اضافه (add) کنید، سپس OK را فشار دهید.

در اینجا نموداری از نتایج شبیه سازی شده را می بینید. همانطور که مشاهده می شود اختلاف فاز بین ولتاژ نود 1 و ولتاژ نود 4، 90=30+60 درجه است.

مهارت هایی که با استفاده از نرم افزار ADS می توانید تقویت کنید

اعتماد به نفس طراحی را به دست آورید!

داده ها به تیم ها کمک می کند تا ببینند که آیا طرح های آنها با مشخصات مطابقت دارد یا خیر. نمایش داده ها و قابلیت های تجزیه و تحلیل در نرم افزار ADS، نمودارها، گراف ها و دیاگرام هایی را تولید می کند تا به شما اطمینان طراحی بدهد. با استفاده از این نرم افزار می توانید طراحی خود را با کمک راهنماهای طراحی و الگوهای موجود، به سرعت بسازید و شتاب دهید.

جریان طراحی کامل شامل شبیه سازی های شماتیک، طرح بندی، مدار، الکترو حرارتی و الکترومغناطیسی است. مطمئن باشید با به کارگیری و استفاده مکرر از این این نرم افزار شما به یک طراح واقعی تبدیل خواهید شد.

بر چالش های طراحی دیجیتالی با سرعت بالا غلبه کنید.

یکپارچگی سیگنال و توان با افزایش فرکانس و سرعت در بردهای مدار چاپی (PCB) روز به روز اهمیت بیشتری پیدا می کنند. تلفات مرتبط با اثرات خط انتقال می تواند باعث خرابی دستگاه های الکترونیکی شود. برای شبیه‌سازی دقیق برد و نسخه برداری کردن اتصالات لازم است.

با استفاده از نرم افزار ADS، می توانید طرح‌های PCB با طراحی آی سی و شبیه سازهای الکترومغناطیسی که برای تجزیه و تحلیل یکپارچگی توان و سیگنال سفارشی شده‌اند را بهبود دهید.

قابلیت اطمینان در طرح های مبدل قدرت را افزایش دهید.

منابع تغذیه، اینورترهای خورشیدی و وسایل نقلیه الکتریکی نیاز به کارایی بیشتر در طراحی دستگاه‌های قدرت را برانگیخته‌اند. فناوری که افزایش کارایی را ممکن می‌سازد، مواد با شکاف گسترده مانند کاربید سیلیکون و نیترید گالیم است.

با استفاده از نرم افزار ADS می توانید برای بهینه‌سازی طرح‌های دستگاه قدرت برای حداکثر بازده، مواد مدرن و منابع تغذیه سوئیچ، مدل سازی کنید.

علاوه بر موارد ذکر شده، یکی از روش هایی که به طراحی مدار و برد های الکترونیکی و PCB و همچنین کشف عیب و ایرادات طراحی کمک می کند، مهندس معکوس برد الکترونیکی است؛ به این صورت که مهندسان الکترونیک می توانند قطعات را در یک سیستم CAD(طراحی به کمک کامپیوتر) وارد کنند و حوزه های دارای مشکل را عیب یابی کرده و به دنبال راه حل برای برطرف کردن مشکلات باشند. دیجی قطعه به عنوان بزرگترین سایت قطعات الکترونیکی، تمامی امکانات ذکر شده از جمله مهندسی معکوس، طراحی و ساخت برد های الکترونیکی و سایر خدمات مورد نیاز شما را ارائه می دهد.

تا حدودی با نرم افزار ads و کارایی آن آشنا شدیم و دیدیم که این نرم افزار اتوماسیون طراحی الکترونیکی برای کاربردهای الکترونیک، برق، مخابرات و … توسط مهندسان مورد استفاده قرار می گیرد و کار طراحی و تحلیل مدارهای الکترونیکی را آسان کرده است. اگر تجربه کار با این نرم افزار را دارید و یا در بخشی از مراحل توضیح داده شده، سوالی دارید، می توانید آن را در بخش نظرات با ما به اشتراک بگذارید؛ در اسرع وقت پاسخ داده خواهد شد.