SPICE 模擬
/ SPICE rhymes with nice /
想像在彎折任何一塊金屬之前,先用駕駛模擬器測試新車的設計。SPICE 對電子電路做的正是同一件事:你把電路描述給電腦,它就預測每個節點的電壓與每條支路的電流會如何變化,讓你在拿起烙鐵之前,先用很低的成本抓出錯誤、嘗試各種點子。
SPICE 是 Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis(積體電路導向的模擬程式)的縮寫,於 1970 年代初誕生於美國加州大學柏克萊分校。你交給它一份電路描述(網表),列出每個元件以及它們如何連接。程式接著自動寫出電路方程式,用的正是學生手算時會用的定律:歐姆定律(V = I times R)與克希荷夫定律(流入節點的電流總和為零)。它以數值方法解這些方程式並回報結果。現代的免費工具如 LTspice、ngspice,以及各家 EDA 套裝軟體內建的模擬器,全都是那個原始程式的後代。
最重要的一件事是:模擬的可信度,只等於你餵給它的模型與假設的可信度。SPICE 會乖乖地對你所描述的電路算出完美答案,但那未必是你實際要做的電路。它看不到麵包板的雜散電容、看不到你的 PCB 佈局,也看不到一顆發燙的電阻。請用它來釐清設計意圖、抓出大錯,再實際動手做、量測來驗證。
在 LTspice 中畫一顆 9 V 電池、一顆 10 kΩ 與一顆 5 kΩ 電阻串聯,按下執行,模擬器回報接點處為 3 V,正好等於手算的 9 times 5/(10+5)。
模擬器重現了教科書中分壓器的答案,接著還能讓你掃描、動畫呈現並對同一電路施加各種考驗,速度遠快於在實驗桌上操作。
模擬是建構與量測的輔助,永遠無法取代它們。在 SPICE 裡完美運作的電路,仍可能因為模型從不知道的效應而在實驗桌上失效。