ROHM leistet digitale Pionierarbeit im Schaltkreisdesign

Sowohl im Automobil- als auch im Industriebereich steigt der Bedarf an immer kleineren elektrischen Komponenten, die eine größere Funktionalität bieten. Das Design der dazugehörigen elektronischen Schaltungen kostet Entwickler viel Zeit.

Obwohl die Leistung der elektronischen Schaltungen zunimmt, gehört zudem eine weitere Miniaturisierung zu den Zielen der Entwickler. Das kann im Hinblick auf die Wärmeentwicklung problematisch sein. Bei schaltenden Topologien kann es zu gegenseitigen elektromagnetischen Störungen kommen, die zu Fehlfunktionen führen.

Deshalb kommen in der Industrie zunehmend Simulationen zum Einsatz, um Probleme bei der Funktionsweise schon vor dem Prototyping zu erkennen und die Zahl der Arbeitsstunden vom Prototyping bis zur Evaluierung erheblich zu reduzieren. Daher hat ROHM auf seiner Webseite ein Web-Simulations-Tool veröffentlicht: Der sogenannte ROHM Solution Simulator ermöglicht es Entwicklern von Systemen und Leiterplatten in den Bereichen Automobil und Industrie, eine vollständige Verifizierung von Leistungsbauelementen zusammen mit Treiber- und Stromversorgungs-ICs unter Verwendung von vordefinierten „Lösungsschaltungen“ durchzuführen (Bild siehe unten).

Neben dem Solution Simulator bietet ROHM auf seiner Webseite Optionen an, die zur Lösung von Herausforderungen bei einer Vielzahl von Entwicklungsabläufen der Anwender beitragen. Dazu gehört das Constant Calculation Tool, das die Konstanten des externen Schaltkreises unter Berücksichtigung der internen Schaltkreiskonstanten bestimmt, SPICE-Modelle (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis), die die elektrischen Eigenschaften von Produkten durch Simulation detailgetreu reproduzieren, oder auch Tools für die thermische Simulation von Schaltkreisen.

Wenn Entwickler den ROHM Solution Simulator verwenden, können sie direkt mit ihren technischen Überlegungen beginnen, ohne sich zuerst um die Auswahl von Komponenten, die Erstellung von Schaltungen und die Konfiguration von Simulationsmodellen zu kümmern.

Die Palette der Lösungsschaltungen reicht von kombinierten SiC-Leistungsbauelementen und Treiber-ICs bis zu Stromversorgungs-IC-Schaltungen mit integrierten Peripheriekomponenten. So können Entwickler eine Vielzahl von Simulationen durchführen, von der anfänglichen Entwicklung, die die Komponentenauswahl und die Verifizierung einzelner Bauelemente umfasst, bis zur Validierungsphase auf Systemebene.

Die Simulationsbewertung hilft bei der Identifizierung von Schwachstellen in der Stromversorgungsschaltung und bietet die Möglichkeit, ungeeignete Komponenten vor der Bestellung von Platinen zu entfernen. Das reduziert den Aufwand des Ingenieurs für die Anwendungsentwicklung erheblich (siehe Bild unten).

Der ROHM Solution Simulator basiert auf der Simulationsplattform SystemVision™ Cloud (SVC) von Mentor, einem Siemens-Unternehmen. Simulierte Schaltungen können exportiert und übernommen werden, was es Anwendern erlaubt, Simulationen nahe an den tatsächlichen Bedingungen durchzuführen.

Der Import in die PCB-Design-Umgebung von Mentor (Xpedition-Serie) ermöglicht einen nahtlosen Datentransfer von der Bauteilauswahl und dem Design der Schaltungen zum PCB-Layout, was den Aufwand für den Anwender minimiert.

Die Grafik (siehe unten) stellt die tatsächlichen Messergebnisse eines Evaluation-Kit mit SiC-Leistungsmodul neben den dazugehörigen Simulationsergebnissen dar: Es ist erkennbar, dass Ringing und Unterschwinger in den Simulationen gut reproduziert werden.

Um die Simulationsgenauigkeit weiter zu verbessern, müssten neben den hochgenauen SPICE-Modellen auch die parasitären Komponenten berücksichtigt werden, die auf dem Substrat entstehen können.

In Zukunft wird ROHM Lösungsschaltungen bereitstellen, die die Parameter parasitärer Komponenten (d. h. Substrat, Module), die während des Designs der Leiterplatte auftreten können, bereits in der Phase des Schaltungsentwurfs berücksichtigen. So können die Anwender Simulationen durchführen, die noch näher an den tatsächlichen Ergebnissen liegen.

Nach den Simulationen ist die tatsächliche Evaluierung für den Design-Prozess des Anwenders entscheidend.

Für einige Lösungsschaltungen im ROHM Solution Simulator bietet ROHM Solution EVKs (Evaluation Kit) an, die die Verifizierung der simulierten Schaltung mit dem tatsächlichen Bauelement erleichtern und die Eignung des Designs sowohl in der Simulation als auch im tatsächlichen Gerät bestätigen können. Auf diese Weise können Probleme, die während des Designs auftreten, vermieden werden.

Neben einem Power-Tree-Board für Automotive-Stromversorgungs-ICs, entwickelt ROHM zurzeit SiC Leistungsbauelement- und Gatetreiber-Evaluations-Boards.

ROHM bietet Support und Tools als Komplettlösungen an, um Anwenderprobleme schnell zu lösen. Um Probleme und Fehler zu vermeiden und gleichzeitig die Anwendungsentwicklung zu beschleunigen, bietet das Unternehmen Lösungen an, die für jeden Ablauf optimiert sind – von der Auswahl der Komponenten über die Simulation und Bewertung bis hin zur Erstellung der Leiterplatte.

In Zukunft wird ROHM seine Bibliothek mit Lösungsschaltungen erweitern, die die Eigenschaften von Bauelementen und Produkten optimieren, die mit dem ROHM Solution Simulator kompatibel sind. Daneben wird ROHM mehr Solution EVKs entwickeln, die in der Lage sind, simulierte Schaltungen im Ist-Zustand zu verifizieren, was den Aufwand für die Anwendungsentwicklung erheblich reduziert und die Bewertung erleichtert.

ROHM wird auch weiterhin die Modellentwicklung fördern, die elektrische und thermische Simulationen miteinander koppelt, und gleichzeitig Support anbieten, der dem Ablauf von Design-Methoden folgt, die Simulationen für das Anwendungsdesign in der Automobilbranche und anderen Sektoren nutzen, um zur Lösung von Kundenproblemen beizutragen.