Saber仿真软件特点和应用有哪些 - 全文

　　saber仿真软件是美国Synopsys公司的一款EDA软件，被誉为全球最先进的系统仿真软件，是唯一的多技术、多领域的系统仿真产品，现已成为混合信号、混合技术设计和验证工具的业界标准，可用于电子、电力电子、机电一体化、机械、光电、光学、控制等不同类型系统构成的混合系统仿真，为复杂的混合信号设计与验证提供了一个功能强大的混合信号仿真器，兼容模拟、数字、控制量的混合仿真，可以解决从系统开发到详细设计验证等一系列问题。

　　一、Saber仿真软件特点

　　1.集成度高：

　　从调用画图程序到仿真模拟，可以在一个环境中完成，不用四处切换工作环境。

　　2.完整的图形查看功能：

　　Saber提供了SaberScope和DesignProbe来查看仿真结果，而SaberScope功能更加强大。

　　3.各种完整的高级仿真：

　　可进行偏置点分析、DC分析、AC分析、瞬态分析、温度分析、参数分析、傅立叶分析、蒙特卡诺分析、噪声分析、应力分析、失真分析等。

　　4.模块化和层次化：

　　可将一部分电路块创建成一个符号表示，用于层次设计，并可对子电路和整体电路仿真模拟

　　5.模拟行为模型：

　　对电路在实际应用中的可能遇到的情况，如温度变化及各部件参数漂移等，进行仿真模拟

　　6.强大的收敛性分析：

　　Saber非常仔细地选择了算法，使遇见收敛性问题的可能性降到最小，这是其它仿真器经常遇到而无法解决的问题。Saber顺序的使用了5种强大的算法来解决收敛性问题，在系统评估时，Saber对精确系统方程提出一种分段式线性评估。这样，即使非常困难的仿真问题，如尖锐信号的瞬态分析，都可以被很好地控制。

　　7.仿真精度：

　　在做仿真时，你需要确信仿真结果能精确反映你的物理系统的操作。根据Avant！丰富的设计和仿真经验，Saber默认的精度控制可以在能够接受的仿真时间内提供高精度的仿真结果。

　　8.模型与仿真器分离：

　　Saber仿真器同仿真模型完全分离，它允许你完整地存取和控制模型。你可以查看一个模板的内容，修改它，并可以做成另外一个模板。创建你自己的模型并添加到库中去，或者创建你自己的库。你既可以使用Avant！的专用语言（MAST）创建模型，也可以用C、C++和FORTRAN来写模型或子电路。另外Avant！本身提供各种类型的库，其中包含着数以万计的库模型，有工业标准Star-Hspice模拟仿真器的高精度Si模型，还有强电设备使用的IGBT模型及通信系统用的S及Z域模型，等等。

　　9.支持通用CAE系统：

　　Saber在SaberDesigner图形环境中的各种操作，都可以同Cadence系统、MentorGraphics系统及Innoveda系统很好的集成在一起。这样你便可以很容易地在其它熟悉的环境中调用Saber仿真器的全部功能。

　　10.支持全线的分析功能：

　　因为Saber是一个基于HDL的混合信号仿真器，它可以做统计分析，这对于其它工具而言是非常困难或不可能的。当同基于HDL的模型相结合时，Saber及Inspecs允许对任何模型参数做统计分析。一个简单的例子是OpAmp输入偏置电压电路，一个参数可以很容易在一个SaberMASTHDL模型上改变，但几乎不可能在一个SPICE宏模型上变化。另外一个例子是改变数字电路参数的能力，如Monte-Carlo分析中的延迟。当然，Saber支持所有标准模拟仿真分析，包括直流工作点分析、瞬态分析、交流噪声分析、失真分析、傅立叶分析。更为详细的是，Saber及Inspecs可以支持MonteCarlo分析、应力分析、灵敏度分析及参数扫描分析。所有的分析都可以在任意混合系统中使用。

　　11.输出结果的查看：

　　产生仿真数据仅仅是一个成功的系统分析的一个方面。在Saber设计环境中，你可以用功能强大且简单易用的SaberScope图形化波形分析器来查看并分析结果。Saber可以创建一个默认的结果文件，如果你愿意，你可以自行定义要抽取的仿真数据。然后你能使用SaberScope，在一个系统或模型的层次内部查看信号和参数，或者只是简单看一下主要的波形。如果你需要看新的信号，你可以直接提取它们的数据而不需要重新仿真。Saber的这一独一无二的特性可以节省你宝贵的时间，并非常容易地提取重要数据。

　　12.Saber协同仿真：

　　Saber的协同仿真器将Saber的混合信号、混合技术同ModelTechnology公司的ModelSim、ModelSim/PLUS或Cadence的Verilog-XL的强势结合起来。这个接口使得Avant！的Saber仿真器拥有同其它主要设计环境中用的工业标准VHDL及Verilog仿真器协同仿真的优势。这些设计环境包括Avant！的SaberSketch、MentorGraphics、Cadence和Innoveda等。仿真输出的结果在SaberScope波形分析器中按时间排列起来，这使你更容易观察相互关联的模拟及数字信号的仿真结果。

　　Saber协同仿真的优点

　　·协同仿真将混合信号设计同当前主要的设计环境结合起来

　　·利用获有专利的Calaveras算法来获得最佳性能

　　·可以在同一屏幕下观看按时间对齐排列的模拟及数字结果

　　·利用了真正的Top-down设计理论

　　·便于设计的再利用

　　13.协同仿真的优势：

　　今天，许多设计将模拟/混合信号部分及数字部分放在同一块芯片上。Avan！的Saber是一个真正意义上的单核、混合信号仿真器。它可以用来开发高规格的系统或IC。然而大多数的数字电路IP是用Verilog或VHDL来实现的。通过联合Saber的混合信号仿真器与工业标准数字电路仿真器，Saber协同仿真可以在系统物理实现之前就能方便地分析系统的行为。如果加上使用Saber最新的Star-Hspice仿真库，您就可以在同一个仿真中混合使用Verilog、VHDL、MAST和Star-Hspice仿真模型。结果是什幺？减少重复，将产品更快地推向市场。

　　14.真正的TOP-DOWN设计：

　　Saber通过给予设计者对模拟及数字硬件描述语言的存取能力，实现其真正的TOP-DOWN理念。模拟和混合信号器件的模型采用MAST语言即Avant！的混合信号HDL语言来描述，而大的数字器件则用VHDL或Verilog来描述。这种兼容性允许你在模拟及数字领域为行为器件、功能器件和物理器件建模，并仿真它们。

　　这种设计方法允许你在自顶向下的每个设计层次上进行仿真，这有助于问题的解决，而且一旦某些功能模块经过验证，它们就可以被保存起来并用于其它设计中，这一点对于time-to-market有着重要的意义。

　　15.利用Calaveras算法实现快速仿真：

　　Saber协同仿真技术使用Calaveras模拟/数字专利算法，它允许数字仿真器（Verilog-XL，ModelSim）及Saber利用最佳的时间步长来仿真。它使得在数字仿真器和模拟仿真器之间的数据交换只有在需要的时候才进行，这样可以极大的提高仿真速度。而相应的其它仿真理论则要求在每一个时间步长都交换信息，并通过回溯来重新评估先前的计算。这些都极大的影响了仿真速度，特别是调用多极反馈循环时。

　　16.模拟/数字边界的接口：

　　Saber混合仿真产品在模拟/数字边界应用了Avant！特殊的Hypermodel接口模型使设计的数字部分在数模接口处具有正确的电路特性。Hypermodel是在生成模型时自动加到设计中去的，使得同模拟器件相连的数字管脚具有精确的模拟电路仿真特性。对于TTL，CMOS，ECL等各种不同工艺的标准逻辑管脚，Saber提供给您至少3500多种Hypermodel。这些Hypermodel可以被修改，同用户自定义的数字特性相匹配。

　　Hypermodel都是用MAST语言来完成的（而不象其竞争产品一样将数模接口写在设计中）。这就意味着库中如果不存在合适的模型，你可以创建自己的Hypermodel库。

　　17.查看相互关联的结果：

　　图形化显示及分析工具SaberScope，可以将仿真数据提取成有用的仿真结果。SaberScope提供了一种灵活的按时间对齐的显示方法，可以将Saber的模拟/数字信号同VHDL，Verilog信号联合显示。同时SaberScope还提供一种全面的波形测量及图形标注能力。另外，它提供一个获有专利的波形计算器，给予设计者一种有力的手段来操作数据和波形。利用这个计算器可以计算出诸如平均功率损耗等数据，并将结果标注出来。当器件参数改变时，它还可以产生电路的灵敏度曲线。

　　利用了Saber不寻常的数据结构，设计者可以操作电路的所有信号，包括HDL模内部的变量。Saber/ModelSim的多种语言及多平台支持：？Saber/ModelSim的协同仿真支持ModelTechnology公司的ModelSimPlus仿真器。这表示你可以在一个设计中仿真Verilog、VHDL数字器件，并且与MAST混合信号器件及SPICE器件一样方便。

　　Saber/ModelSim除了支持标准UNIX平台以外，还支持PCNT平台，这是非常有价值的。

　　18.同工业标准Verilog-XL仿真器的协同仿真：

　　Saber/Verilog同工业界的Verilog黄金仿真器----Verilog-XL有着很好的兼容性，你可以使用你已经拥有的Verilog-XL仿真器来增强你混合信号仿真的能力。

　　19.INSPECS的超级分析能力：

　　在设计进程中增加Avant！的INSPECS分析工具，可以极大的提高产品的可靠性并降低设计成本。Saber具有在协同仿真环境中进行统计分析的独特能力。具有应力分析，参数扫描，统计分析的INSPECS可以帮助设计者得到一个好的设计。

　　二、Saber仿真软件的应用领域

　　1、电源变换器设计

　　用来设计各种电源设备，如DC/DC、AC/DC、DC/AC、AC/AC，能够全面分析系统的各项指标如环路频率响应、功率管开关、磁性器件的工作情况、元件的电学应力（电压、电流、功耗及温升）等。

　　2、伺服系统设计

　　主要是通过Saber自带的电机模型、机械及液压模型形成伺服回路，建立电流环、速度环、位置环等多环伺服控制系统，重点进行电机控制器的设计，能够分析功率器件开通与关断细节以及发热状况、驱动芯片与功率开关管的匹配、直流母线尖峰吸收及制动能量回馈等。

　　3、电路仿真

　　主要是对模拟电路、数字电路及数模混合电路进行前期的原理验证，指导器件选型，并在此基础上进一步模拟产品在各种实际工况下的特性，比如考虑元器件的容差、参数漂移、温度变化，线路或者器件故障等。根据系统响应进行设计优化，提高产品设计质量。在国内可以用于完成国军标所要求的电路最坏情况分析、故障模式分析等分析项目。

　　4、供配电设计

　　主要针对的是大系统整机电气系统如飞机供配电系统、卫星供配电系统等，通过对其发电、配电、用电负载、控制策略等部分建模，全面分析供电网络构架、能量策略管理、配电总线数据传输、故障模式下拓扑重构等。

　　5、总线仿真

　　通过对系统数据传输网络的底层收发器、ECU等器件建模，重点考量总线数据信号在物理层传输过程中的各种物理特性（如失真、畸变）等。除了支持CAN、LIN等总线类型，还支持1553B、429等总线类型。

　　三、Saber仿真软件的基本应用

　　电路仿真作为电路计算的必要补充和论证手段，在工程应用中起着越来越重要的作用。熟练地使用仿真工具，在设计的起始阶段就能够发现方案设计和参数计算的重大错误，在产品开发过程中，辅之以精确的建模和仿真，可以替代大量的实际调试工作，节约可观的人力和物力投入，极大的提高开发效率。

　　Saber仿真软件是一个功能非常强大的电路仿真软件，尤其适合应用在开关电源领域的时域和频域仿真。但由于国内的学术机构和公司不太重视仿真应用，所以相关的研究较少，没有形成系统化的文档体系，这给想学习仿真软件应用的工程师造成了许多的困扰，始终在门外徘徊而不得入。

　　下面仅以简单的实例，介绍一下saber的基本应用，供初学者参考。

　　在saber安装完成之后，点击进入saber sketch，然后选择file—>new—>schematic，进入原理图绘制画面，如下图所示：

　　

　　在进入原理图绘制界面之后，可以按照我们自己的需要来绘制电路原理图。首先，我们来绘制一个简单的三极管共发射极电路。

　　

　　第一步，添加元器件，在空白处点击鼠标右键菜单get part—》part gallery

　　

　　有两个选择器件的方法，上面的左图是search画面，可以在搜索框中键入关键字来检索，右图是borwse画面，可以在相关的文件目录下查找自己需要的器件。

　　通常情况下，选择search方式更为快捷，根据关键字可以快速定位到自己想要的器件。

　　如下图所示，输入双极型晶体管的缩写bjt，回车确定，列表中显示所有含有关键字bjt的器件，我们选择第三个选择项，这是一个理想的NPN型三极管，双击之后，在原理图中就添加了该器件。

　　

　　依照此方法，我们先后输入voltage source查找电压源，并选择voltage source general purpose添加到原理图。输入resistor，选择resistor［I］添加到原理图（添加2个）。输入GND，选择ground（saber node 0）添加到原理图，ground（saber node 0）是必须的，否则saber仿真将因为没有参考地而无法进行。

　　添加完器件之后，用鼠标左键拖动每个器件，合理布置位置，鼠标左键双击该器件，即可修改必要的参数，在本示例中，仅需要修改电压源的电压，电阻的阻值，其他的都不需修改。

　　然后按下键盘的W键，光标变成了一个十字星，即表示可绘制wire（连线），将所有的器件连接起来。如下图所示：

　　

　　其中电压源为12V，基极电阻为10k，集电极电阻为1k，共发射极连接。

　　选择分析方法，由于这是一个大信号系统，我们寻找的是一个静态直流工作点，因此我们选择下图所示的DC operating point，将basic中的display after analysis项选择Yes，完成后点击OK。

　　

　　直流工作点仿真结果如下：

　　

　　三极管的基极电压为0.8422V，集电极电压为0.06869V，即深度饱和时，Vbe约为0.84V，Vce约为0.069V。

　　大部分的调试工作都是可以通过仿真来替代的。大部分的设计工作都是可以通过仿真来验证合理性和可行性的，一旦您掌握了仿真的方法，并能够熟练的使用，你将终生受益，你可以摆脱大多数低效的调试工作，可以节约大量的时间和精力，可以直观的看到你的设计结果，而不仅仅是计算书中的计算公式和枯燥的数字。

　　对于很多无法通过精确计算来推算的电路，我们通过仿真就可以获得精确的结果，这对于非线性系统的解决方案而言，真是事半功倍啊，为什么要去求解复杂的矩阵方程？我需要的仅仅是结果而已，过程的推导留给大学老师吧。仿真可以让我们从复杂的计算中解脱出来，随心所欲的更改电路参数，然后获得直观的结果，当你掌握诀窍的时候，你可以让自己的开发效率提高十倍！