Bericht zum Schaltungssimulator AWR APLAC. von. Marcell Gransch. im Rahmen des Praktikums Hochfrequenztechnik. Wintersemester 2006/2007

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1 Bericht zum Schaltungssimulator AWR APLAC von Marcell Gransch im Rahmen des Praktikums Hochfrequenztechnik im Wintersemester 2006/2007

2 Einleitung: Dieser Bericht soll eine Übersicht über den Schaltungssimulator APLAC von AWR geben. Es werden kurz der Funktionsumfang, die Bedienung und die Historie beschrieben. Außerdem werden Referenzen genannt und Auskunft über Schulungsangebote und verfügbare Lizenzen gegeben. Funktionsumfang: Bei APLAC handelt es sich um einen Schaltungssimulator, der durch ein zusätzliches Softwaremodul zum 3D-Feldsimulator erweitert werden kann. Mit dem Basiswerkzeug, dem Analog Design Tool, ist es möglich folgende Baugruppen der Elektronik und Hochfrequenztechnik zu simulieren und zu berechnen: Filter, Audio-Verstärker, HF-Verstärker, Mischer, Oszillatoren, Dämpfungsglieder. Die Analyse dieser Schaltungen lässt sich auf die Verstärkung, die Stabilität oder die Bestimmung der S-Parameter ausrichten. Außerdem ist die Möglichkeit der Optimierung gegeben. Zum Entwurf von Schaltungen in der Hochfrequenztechnik steht das RF Board Module zur Verfügung. Hiermit lassen sich mit Hilfe einer 2,5D Simulation Multilayer- Platinen entwerfen und eine Vielzahl von erhältlichen Bauteilen in Form von Bibliotheken hinzufügen. Hier ist auch die Simulation von Mikrostreifenleitungen, Durchkontaktierungen und gedruckten Induktivitäten möglich. Mit dem Electro Magnetic Module erweitert man APLAC zu einem 3D FDTD Feldsimulator zur Berechnung elektromagnetischer Felder. Hiermit ist es dann möglich Probleme im Bereich der Antennen und der Resonatoren zu lösen. Mithilfe des System Simulation Module wird APLAC zum Planungswerkzeug für verschiedene Systeme der Nachrichtenübertragungs- und Kommunikationstechnik. Als Beispiele sind hier Bibliotheken für WLAN-, GPS- oder Bluetooth-Systeme verfügbar, die die normgerechte Planung der Systeme möglich machen. Außerdem sind Bibliotheken für die Mobilfunksysteme der dritten Generation (3G) wie beispielsweise UMTS verfügbar. Eine Besonderheit stellt die Einbindung einer C-Schnittstelle im sog. C-Language Interface dar. Zur Programmierung kundenspezifischer Modelle oder eigener Auswerteverfahren können eigene C-Programme eingebunden werden. Als weiterer Verwendungszweck der C-Schnittstelle lässt sich die Entwicklung von DSP-Codes nennen. Mithilfe des Fast RF IC Module lassen sich Hochfrequenz-ICs entwickeln und simulieren.

3 Zur Berechnung mikro-elektromechanischer Komponenten steht das MEMS-Modul (Micro-Electro-Mechanical System) zur Verfügung. Dieses Modul liefert Berechnungsmöglichkeiten für HF-Schalter, mechanische Resonatoren, Mikrophone und Lautsprecher. Bedienung: APLAC lässt sich im Unterschied zu einigen Programmen nicht ausschließlich über Buttons und Drag and Drop steuern. Einige Eingaben zur Simulation und den verwendeten Bauteilen müssen in einer Art APLAC-Programmiersprache erfolgen, deren Syntax genau eingehalten werden muss. Dies führt dazu, dass die Bedienung um einiges schwieriger zu erlernen ist als bei anderen Schaltungssimulatoren. Bei der Vielzahl der Funktionen ist jedoch klar, dass nicht alles per Button steuerbar sein kann. Historie: APLAC wurde 1972 an der Universität Helsinki von Martti Valtonen entwickelt und ab 1988 als in-house Design-Tool bei Nokia verwendet. Hier wurde die Software in Zusammenarbeit mit der Universität Helsinki weiterentwickelt und erweitert. Im Jahre 1998 wurde die Entwicklung und der Vertrieb von der APLAC Solutions Corporation übernommen. Im September 2005 wurde APLAC von AWR aufgekauft und wird seitdem dort weiterentwickelt und über das Vertriebsnetz von AWR angeboten. Referenzen: APLAC wird bevorzugt von finnischen Firmen verwendet. Einer der größten Kunden ist der Mobiltelefonhersteller Nokia. Hier werden nach eigenen Angaben nahezu alle RF-Probleme mit APLAC gelöst. Als besonderen Vorteil der Software nennt Erki Kuisma, Fellow bei Nokia, die Vielseitigkeit des Programms. Probleme, die sonst eine große Zahl von auf einen Bereich spezialisierten Simulationsprogrammen benötigten, ließen sich allesamt mit APLAC lösen. Aber auch viele andere Unternehmen der Elektronik- und Hochfrequenz-Branche arbeiten mit APLAC. Vor allem für eine Zusammenarbeit mit Nokia wird eine Simulation mit APLAC oft von dem finnischen Unternehmen gefordert. Schulungsmöglichkeiten: AWR bietet verschiedene Schulungsmöglichkeiten an. Zum Erlernen der Grundfunktionen steht ein Basiskurs zur Verfügung. Es werden zahlreiche andere Kurse zu den Erweiterungsprogrammen angeboten, z.b. Optimierung und statistische Methoden, Nichtlineare Simulationsmethoden, Modellierung von Komponenten, WLAN, Messtechnik, etc. Die Schulungen finden direkt im eigenen Unternehmen statt und dauern ein bis zwei Tage. Die Kurse werden zu einem Festpreis berechnet, wobei bis zu zwölf Mitarbeiter an der Schulung teilnehmen können.

4 Lizenzen: APLAC ist in vollen Funktionsumfang in einer Industrielizenz verfügbar. Als Grundausstattung wird das Analog Design Tool, welches aus dem Editor und Simulator besteht, angeboten. Die oben beschriebenen Zusatzprogramme gelten als Sonderausstattung und können beliebig zum Grundmodul hinzugefügt werden. Neben dieser Lizenz besteht für Hochschulen die Möglichkeit eine verbilligte Lizenz für den nicht-kommerziellen Gebrauch zu erwerben. Hier sind Support und Updates, sowie Schulungsunterlagen enthalten. Außerdem können die Zusatzprogramme RF Board, Fast RF IC, System Simulation und Electro Magnetics genutzt werden. Die Anzahl der Benutzer für diese Version ist auf zehn beschränkt und ein Einsatz in der Lehre ist vorgeschrieben. Für Studenten steht eine Version des Analog Design Tool zum Download auf der Homepage. Sie ist kostenlos und zeitlich unbegrenzt nutzbar. Allerdings sind im Editor die Kopieren/ Einfügen -Funktion gesperrt und der Speicher beschränkt. Dies führt dazu, dass komplexe Schaltungen mit vielen Bauelementen mit dieser Version nicht simuliert werden können. Systemvoraussetzungen: Folgende Betriebssysteme werden unterstützt: Windows NT 4.0 / 2000 / XP Sun Solaris 8/9 Linux Redhat 7.3 HP-UX 11 Über Hardware - Vorraussetzungen wurde keine Angabe gemacht. Wie bei allen Simulations-Tools steigt der Rechneraufwand jedoch mit der Komplexität der zu simulierenden Schaltung. D.h. einfache Schaltungen lassen sich auch auf älteren Rechnern simulieren, komplexere Probleme benötigen mehr Rechenleistung. Fazit: APLAC ist ein sehr mächtiges und vielseitiges Simulationstool, dass nahezu alle Probleme der Hochfrequenztechnik und der Elektronik lösen kann. Allerdings ist die Bedienung des Programms keineswegs so benutzerfreundlich wie dies bei anderen Simulatoren der Fall ist. Dennoch lohnt die Einarbeitung in das Programm, da die Anzahl der lösbaren Probleme überzeugt.

5 Adressen: Entwicklung und Support: AWR-APLAC Corporation P.O. Box 284 Lars Sonckin kaari 16 FIN Espoo, FINLAND Phone: Fax: sales@aplac.com oderr support@aplac.com Web: Vertrieb für Deutschland: evision Systems GmbH Werner Schoeppner Jahnstrasse 12 bei München, Forstinning D Germany Tel: +49(0) Fax: +49(0) wschoeppner[at]evision-systems.de