В даний час існує не так вже й багато open-source САПР. Тим не менш, серед САПР для електроніки (EDA) є досить гідні продукти. Цей пост буде присвячено моделювальнику електронних схем з відкритим вихідним кодом Qucs. Qucs написано на C++ за допомогою кадру Qt4. Qucs є кроссплатформним і випущений для ОС Linux, Windows і MacOS.
Розробку даної САПР почали в 2004 році німці Michael Margraf і Stefan Jahn (в даний час не активні). Зараз Qucs розробляється інтернаціональною командою, в яку входжу і я. Керівниками проекту є Frans Schreuder і Guilherme Torri. Під катом буде розказано про ключові можливості нашого моделювальника схем, його переваги і недоліки порівняно з аналогами.
Головне вікно програми показано на скріншоті. Там змодельований резонансний підсилювач на польовому транзисторі і отримані осциллограми напруги на вході і виході і також АЧХ.
Як видно, інтерфейс інтуїтивно зрозумілий. Центральну частину вікна займає власне модельована схема. Компоненти розміщуються на схемі методом перетягування з лівої частини вікна. Види моделювання та рівняння також є особливими компонентами. Докладніші принципи редагування схем описано в документації до програми.
Формат схемного файлу Qucs заснований на XML і до нього постачається документація. Тому схема Qucs може бути легко створена сторонніми програмами. За допомогою цього пункту можна створювати КД для синтезу схем, який є суфіксом Qucs. Пропріетарне ПЗ як правило використовує бінарні формати.
Перелічимо основні компоненти Qucs:
- Пасивні компоненти RCL
- Діоди
- Біполярні транзистори
- Польові транзистори (JFET, MOSFET, MESFET і СВЧ-транзистори)
- Ідеальні ОУ
- Коаксіальні та мікрополоскові лінії
- Бібліотечні компоненти: транзистори, діоди та мікросхеми
- Файлові компоненти: підсхеми, spice-підсхеми, компоненти Verilog
Бібліотека компонентів використовує власний формат, заснований на XML. Але можна імпортувати існуючі бібліотеки компонентів, засновані на Spice (наводяться в даташитах на електронні компоненти).
Підтримуються такі види моделювання:
- Моделювання робочої точки на постійному струмі
- Моделювання в частотній області на змінному струмі
- Моделювання перехідного процесу в часовій області
- Моделювання S-параметрів
- Параметричний аналіз
Результати моделювання можна експортувати в Octave/Matlab і виконати там постобробку даних.
Qucs заснований на знову розробленому движку схемотехнічного моделювання. Відмінною особливістю цього движку є вбудована можливість моделювання S-параметрів і КСВ, що важливо для аналізу ^-схем. Qucs може перераховувати параметри S у параметри Y- і Z.
На скріншотах показано приклад моделювання S-параметрів широкосмугового підсилювача високої частоти.
Отже, відмінною особливістю Qucs є можливість аналізу комплексних частотних характеристик (КЧХ), побудова графіків на комплексній площині і діаграм Сміта, аналіз комплексних опорів і S-параметрів. Ці можливості відсутні в пропріетарних системах MicroONEі MultiSim, і тут Qucs навіть перевершує комерційне ПЗ і дозволяє отримати недосяжні для симуляторів електронних схем, заснованих на Spice результати.
Браком Qucs є мала кількість бібліотечних компонентів. Але цей недолік не є перешкодою до використання, оскільки Qucs сумісний з форматом Spice в якому наводяться моделі електронних компонентів в даташитах. Також моделювальник працює повільніше, ніж аналогічні Spice-сумісні моделювальники (наприклад MicroONE( пропріетарний) або Ngspice (open-source)).
Зараз ми працюємо над можливістю надання користувачеві вибору движку для моделювання схеми. Можна використовувати вбудований рушій Qucs, Ngspice (spice-сумісний консольний моделювач, схожий на PSpice) або Xyce (моделювач з підтримкою паралельних обчислень через OpenMPI)
Тепер розглянемо перелік нововведень у недавньому релізі Qucs 0.0.18 перспективних напрямів у розробці Qucs:
- Покращено сумісність з Verilog
- Продовжується портування інтерфейсу на Qt4
- Реалізовано список недавніх відкритих документів у головному меню.
- Реалізовано експорт графіків, схем у растрові та векторні формати: PNG, JPEG, PDF, EPS, SVG, PDF+LaTeX. Ця функція корисна при підготовці статей і звітів, що містять результати моделювання
- Можливість відкриття документа схеми з майбутньої версії програми.
- Виправлено баги, пов'язані з зависанням моделювача за певних умов.
- Ведеться розробка системи синтезу активних фільтрів для Qucs (очікується в версії 0.0.19)
- Ведеться розробка зв'язку з іншими open-source рушіями для моделювання електронних схем (Ngspice, Xyce, Gnucap). У наступних версіях буде додано можливість вибору рушія для моделювання схеми.
Можна зробити висновок, що незважаючи на свої недоліки Qucs являє собою досить гідну альтернативу пропріетарним САПР для моделювання електронних схем.
Ресурси Qucs:
Сайт проекту: qucs.sourceforge.net
Сховище на Github: github.com/Qucs/qucs
Бібліотека вітчизняних компонентів для Qucs: github.com/ra3xdh/qucs-rus-complib