Qucs — использование свободного ПО для моделирования электронных схем в учебном процессе (Вадим Кузнецов, OSSDEVCONF-2014) — различия между версиями

Материал из 0x1.tv

(Новая страница: «== Аннотация == ;Докладчик: {{Speaker|Вадим Кузнецов}} <blockquote> Описание применения моделировщик…»)
(нет различий)

Версия 21:19, 10 октября 2014

Аннотация

Докладчик
Вадим Кузнецов

Описание применения моделировщика электронных схем с открытым исходным кодом Qucs в учебном процессе в МИЭМ НИУ ВШЭ и в Калужском филиале МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Рассматриваются аспекты использования Qucs, и изменения внесённые в исходный код автором.

Видео


Оцените доклад «Qucs — использование свободного ПО для моделирования электронных схем в учебном процессе (Вадим Кузнецов, OSSDEVCONF-2014)»:

  •  Отлично!
  •  Хорошо.
  •  Нормально…
  •  Не очень :(
  •  Просто хочу узнать результаты.


Расширенные тезисы

Традиционно при подготовке студентов специальностей, связанных с электроникой и радиотехникой используется, используется моделирование электронных схем на ПК.

Моделирование позволяет наглядно продемонстрировать работу электронного устройства и провести измерения, недоступные для физического измерительного обору- дования.

Как правило, в учебном процессе используется проприетарное ПО для схемотехнического моделирования: MicroCAP, MultiSim, OrCAD и т.п.

Всё это сложные программные комплексы стоимостью несколько тысяч долларов. И применение их в учебном процессе для выполнения лабораторных работ, на наш взгляд, не оправдано. В последние годы им появилась альтернатива — программа для моделирования электронных схем Qucs[1][2].

Название проекта расшифровывается как Quite Universal Circuit Simulatior (почти универсальный симулятор схем). Разработчиками Qucs являются сотрудники Берлинского института высокочастотной техники M. Margraf и S. Jahn. В настоящее время руководителем проекта являются F. Schreuder (Нидерланды) и G. Torri (Италия). Qucs базируется на ядре моделирования специальной разработки. Текущей версией проекта является 0.0.18.

В настоящее время ведётся подготовка к релизу версии 0.0.19. Система является кроссплатформенной и работает под управлением ОС Linux, Windows и MacOS. Для достижения наилучших результатов рекомендуется использовать ОС Linux.


Qucs позволяет проводить следующие виды моделирования:

  • Моделирование на постоянном токе (DC analysis)
  • Моделирование в частотной области (AC analysis)
  • Моделирование во временной области (Transient analysis)
  • Параметрический анализ (Parameter sweep)
  • Моделирование S-параметров в частотной области (S-parameter)
  • Синтез пассивных фильтров, согласованных схем, расчёт коаксиальных и микрополосковых линий.

Результаты моделирования можно визуализировать в виде графиков в декартовых (2D и 3D) и полярных координатах, таблиц и диаграмм Смита.

Отличительной особенностью Qucs является возможность анализа комплексных частотных характеристик (КЧХ), построение графиков на комплексной плоскости и диаграмм Смита, анализ комплексных сопротивлений и S-параметров. Эти возможности отсутствуют в системах MicroCAP и MultiSim, и здесь Qucs даже превосходит коммерческое ПО и позволяет получить недостижимые для симуляторов электронных схем, основанных на Spice результаты.

Возможности Qucs достаточны для проведения научных исследований[3], связанных с моделированием электронных схем.

Недостатком системы Qucs является малое количество библиотечных компонентов. Но этот недостаток не является препятствием к использованию, так как Qucs совместим с форматом Spice в котором приводятся модели электронных компонентов в даташитах.

В настоящее время система Qucs применяется в Калужском филиале МГТУ им. Н.Э. Баумана на кафедре «Конструирование и производство РЭА» (ЭИУ1-КФ) при проведении лабораторных работ по курсу «Радиотехнические устройства и системы» для знакомства студентов с принципом работы различных радиотехнических схем: усилителей высокой частоты, детекторов, смесителей, фильтров.

Также Qucs применяется в Московском институте электроники и математики НИУ «Высшая школа экономики» при курсовом и дипломном проектировании для выполнения компьютерного анализа электронных схем.

Формат схемного файла Qucs основан на XML и к нему поставляется документация. Поэтому схема Qucs может быть легко сгенерирована сторонними программами. Это позволяет создавать ПО для синтеза схем, которое является расширением Qucs. Коммерческое ПО использует бинарные форматы.

Qucs написан на языке C++ и его графический интерфейс реализован с применением библиотеки Qt4, что позволяет легко вносить изменения в исходный код. Проект имеет свой репозиторий на Github [1], в который каждый может предложить pull request.

Для оптимизации использования Qucs в учебном и исследовательском процессе в исходный код Qucs аспирантом МИЭМ НИУ ВШЭ Кузнецовым В.В. в исходный код были внесены следующие изменения:

  • Реализован список недавних открытых документов в главном меню.
  • Реализован экспорт графиков, схем в растровые и векторные форматы: PNG, JPEG, PDF, EPS, SVG, PDF+LaTeX. Эта функция полезна при подготовке статей и отчётов, содержащих результаты моделирования
  • Возможность открытия документа схемы из будущей версии программы. Функция отсутствует в коммерческом ПО.
  • Исправлены баги, связанные с зависанием моделировщика при определённых условиях.
  • В настоящее время ведётся разработка средства синтеза активных фильтров для Qucs.

Все изменения включены в главную ветку проекта и присутствуют в недавно вышедшем релизе 0.0.18. Средство синтеза активных фильтров «qucs-activefilter» включено в тестовую ветку https://github.com/Qucs/qucs/tree/ra3xdh-activefilter и ожидается в следующем релизе 0.0.19.

Данный проект имеет свой собственный репозиторий на Github: https://github.com/ra3xdh/qucsactivefilter, который использовался до интеграции проекта в Qucs.

Таким образом опыт использования Qucs показывает, что применяя свободное для схемотехнического моделирования можно получать результаты, сравнимые с коммерческим ПО, а по отдельным показателям Qucs даже превосходит коммерческео ПО.

Qucs полностью удовлетворяет всем требованим, предъявляемым к моделировщику электронных схем для использования в учебном процессе студентов специальностей, связанных с радиотехникой и электроникой.

Примечания и отзывы

  1. ↑ Сайт проекта Qucs. http://qucs.sf.net
  2. ↑ Brinson M. E., Jahn S. Qucs: A GPL software package for circuit simulation, compact device modelling and circuit macromodelling from DC to RF and beyond // International Journal of Numerical Modelling (IJNM): Electronic Networks, Devices and Fields. 2008. — September. Vol. 22, no. 4. Pp. 297 – 319. http://www3.interscience.wiley.com/journal/ 121397825/abstract
  3. ↑ Кечиев Л.Н., Кузнецов В. В. Исследование стойкости печатных узлов к воздействию электростатического разряда // Технологии ЭМС. — 2013. — № 1 (44). — C. 29–38.
Источник — «https://0x1.tv./index.php?title=Qucs_—_использование_свободного_ПО_для_моделирования_электронных_схем_в_учебном_процессе_(Вадим_Кузнецов,_OSSDEVCONF-2014)&oldid=4379»