SPICEsimulering

SPICEsimulering is het proces waarbij elektrische netwerken en schakelingen worden geanalyseerd met behulp van SPICE-achtige simulators. De term verwijst naar het modelleren van circuitrespons onder verschillende voedingscondities en tijdsverlopen, met als doel gedrag zoals voltages, stromen en frequentierespons te voorspellen voordat een fysiek prototype wordt gebouwd. SPICE staat voor Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis. SPICEsimulering is wijdverspreid in elektrotechniek en elektronicaontwerp.

Een SPICE-simulatie gebruikt een netlist, een tekstuele beschrijving van de componenten en verbindingen in een circuit. Componenten zoals weerstand, condensator, spoel, spanningsbron en stroombron worden gecombineerd met transistor- of diodemodellen. Het programma vormt de bijbehorende algebraïsche en differentiaalvergelijkingen en lost deze numeriek op met methoden zoals Newton-Raphson. Er zijn verschillende analyse-types, waaronder DC-operating point, tijdafhankelijke transiëntanalyse, sinusvormige (AC) analyse en ruis- of vervormingsanalyse.

Een typisch SPICE-workflow omvat het opstellen van de netlist, het specificeren van modelparameters en subcircuits, en het uitvoeren van simulaties. Uitvoer bestaat uit tijd- of frequentieanalyses die als grafieken of data kunnen worden weergegeven. Met parameterruns, sweeps en Monte Carlo-analyses kunnen toleranties en variaties worden onderzocht.

SPICE ontstond in de jaren zeventig aan de Universiteit van California, Berkeley. Sindsdien zijn vele varianten ontwikkeld, waaronder open-source NGSPICE en commerciële pakketten zoals HSPICE, PSPICE en LTspice. Deze tools verschillen in modelkwaliteit, snelheid en ondersteuning voor complexe layout en mixed-signal simulatie.

SPICEsimulering is een fundamenteel hulpmiddel bij het ontwerp en de verificatie van analoge en gemengde-signal schakelingen. Beperkingen zijn onder meer de afhankelijkheid van accurate device-modellen, convergentieproblemen bij grote of niet-lineaire netwerken en de tijd die nodig is voor uitgebreide sweeps. Voor complexere systemen kan combinatie met tijd- en krachtmetingen nodig zijn.