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電子回路シミュレーション

索引 電子回路シミュレーション

電子回路シミュレーション (Electronic circuit simulation) とは、電子回路をモデル化し、コンピュータを用いてその動作や特性を計算・確認するシミュレーションのことである。.

21 関係: 受動素子形式手法ハードウェア記述言語プリント基板デジタル回路フォトマスクアナログ回路オームの法則ガーバーフォーマットキルヒホッフの法則 (電気回路)コンピュータシミュレーションEDIF論理回路能動素子電子回路集積回路Icarus VerilogSPICE (ソフトウェア)VerilogVHDL

受動素子

受動素子(じゅどうそし、Passive element、Passive component)は、供給された電力を消費・蓄積・放出する素子で、増幅・整流などの能動動作を行わないものを言う。 一方、真空管、継電器(リレー)やトランジスタなど入力信号として小さな電力、電圧または電流を入れて、大きな出力信号として電力、電圧または電流の変化を得られる素子は能動素子(のうどうそし、Active element、Active component)と呼ばれ、その入力と出力の比率を利得という。 受動素子と電源とで構成された電気回路を受動回路という。.

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形式手法

Z言語を使った形式仕様記述の例 形式手法(けいしきしゅほう、formal methods)は、ソフトウェア工学における数学を基盤としたソフトウェアおよびハードウェアシステムの仕様記述、開発、検証の技術である。ソフトウェアおよびハードウェア設計への形式手法の適用は、他の工学分野と同様、適切な数学的解析を行うことで設計の信頼性と頑健性が向上するという予想によって動機付けられている。 形式手法は理論計算機科学の様々な成果を基盤として応用したものであり、数理論理学、形式言語、オートマタ理論、プログラム意味論、型システム、代数的データ型などを活用して、ソフトウェアおよびハードウェアの仕様記述とその検証を行う。.

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ハードウェア記述言語

ハードウェア記述言語(ハードウェアきじゅつげんご、hardware description language、HDL)は、デジタル回路、特に集積回路を設計するためのコンピュータ言語ないしドメイン固有言語(DSL)である。回路の設計、構成を記述する。処理を検証するための試験(テストベンチ)記述ができ、シミュレーションできる開発環境もある。 プログラミング言語との類似性が見られる機能がある言語もあることから、プログラミング言語の一種などとする誤解が非常に多いが、間違いである。また、プログラマブルロジックコントローラの記述に用いられるラダー言語は別のものと扱われている。.

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プリント基板

プリント基板(プリントきばん、短縮形PWB, PCB)とは、基板の一種で、以下のふたつをまとめて指す総称。.

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デジタル回路

デジタル回路(デジタルかいろ。英: digital circuit - ディジタル回路)は、2つの不連続な電位範囲を情報の表現に用いる電子回路で、論理回路の実現法のひとつである。電位帯内であれば信号の状態は同じものとして扱われる。信号レベルが公差、減衰、ノイズなどで若干変動したとしても、しきい値の範囲内ならば無視され、いずれかの状態として扱われる。 通常は2つの状態をとり、0Vに近い電圧と、十分にマージンを取った電源電圧より低い5Vや3V、1.2Vといった電圧で表される。これらはそれぞれ「Low」「High」、又は「L」「H」と表現される。一般には Low を0や偽、High を1や真に対応させることが多い(正論理)が、諸事情により逆に対応させる(負論理)こともある。以上はトランジスタベースの現在広く使われている回路の場合で、真空管による回路など、電圧や方式は他にも多種ある。.

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フォトマスク

フォトマスク(英語:photomask)とは、ガラス乾板とも呼ばれ、電子部品の製造工程で使用されるパターン原版をガラス、石英等に形成した透明な板であり、「フォトリソグラフィ」と呼ばれる転写技術によって電子部品の回路パターン等を被転写対象に転写する際の原版となるものである。 半導体素子、フラットパネルディスプレイ、プリント基板といった電子部品の製造工程で、配線層や部品層といった異なる画像を写すために、数枚から数十枚のフォトマスクが使用される。露光工程で1枚ごとにフォトレジストと呼ばれる感光性材料にフォトマスクの画像が転写される。露光により現像液への溶解性が変化するフォトレジストの特性に基づき、光の当たった部分が除去される、あるいは残存することにより、次のエッチング工程と呼ばれる被加工対象への溶解、除去処理に対するマスクとなる。エッチング工程での被加工対象の不要部分の除去が終了後、フォトレジストを薬液によって剥離することで工程が終了し、次の層の加工のためにまたフォトレジストが塗布され、同様の処理が繰り返される。 高密度半導体の製造に使われる高精細のフォトマスクのものではレチクルと呼ばれるものがある。.

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アナログ回路

アナログ回路(アナログかいろ)は、連続的に変化する電気信号を取り扱う電子回路である。これに対してデジタル回路は有限個の信号レベル(通常2つ)しか持たない信号を扱う。「アナログ」という言葉は、信号とその信号を実際に表している電圧や電流が比例関係にあることを意味している。「アナログ」の語源はギリシャ語の ανάλογος (analogos) で、「比例」を意味する。.

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オームの法則

ルク・オーム オームの法則(オームのほうそく、)とは、導電現象において、電気回路の部分に流れる電流とその両端の電位差の関係を主張する法則である。クーロンの法則とともに電気工学で最も重要な関係式の一つである。 1781年にヘンリー・キャヴェンディッシュが発見したが、その業績は1879年にマクスウェルが『ヘンリー・キャヴェンディシュ電気学論文集』として出版するまで未公表であった。 ヘンリーの最初の発見後、1826年にドイツの物理学者であるゲオルク・オームによって再発見・公表されたため、その名を冠してオームの法則と呼ばれる。.

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ガーバーフォーマット

ーバーフォーマット(Gerber Format)は、プリント基板の設計や製造で使用されるファイルフォーマットのひとつである。プリント基板(配線パターンやソルダーマスク、シンボルマークなど)のイメージ、ドリルやルーター加工のデータが格納される。プリント基板の設計工程から製造工程へデータを受け渡すファイルフォーマットの業界標準である。 ガーバーフォーマットは、ジョセフ·ガーバー によって設立されたGerber Systemsにより開発された。1998年にBarco ETSがGerber Systemsを買収、現在はUcamco(2008年に改称)がガーバーフォーマットを引き継いでいる。Ucamco社は、ガーバーフォーマット仕様書を断続的に改訂し公開している。 現行のガーバーフォーマット仕様は、2017年3月発行のリビジョンである。仕様書はからダウンロードすることができる。 当初はGerber System社の独自形式であったが業界標準として広がり、1979年に米国電子工業会(EIA)でRS-274-Dとして規格となった。ガーバーフォーマットでは線や点の描画情報を持つが、RS-274-Dではその座標のみで形状の情報を持たないため、別にその情報が必要であった。また、面の定義が出来ず、面を点や線で埋めて作成するため、データ量が多大になるという問題があった。これらの欠点を改良するために登場したのが拡張ガーバーフォーマットと呼ばれるRS-274Xである。RS-274Xが登場以降はこちらのフォーマットが一般的に使われるようになり、旧版であるRS-274-Dの使用は推奨されない。.

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キルヒホッフの法則 (電気回路)

ルヒホッフの法則(キルヒホッフのほうそく、Kirchhoffsches Strahlungsgesetz)は、電気回路において任意の節点に流れ込む電流の総和、および任意の閉路の電圧の総和に関する法則である。線型回路、非線型回路を問わず成り立つ。電気工学で広く用いられる。ドイツの1845年物理学者グスタフ・キルヒホフが発見した。 キルヒホッフの法則には電流則と電圧則がある。両法則ともマクスウェルの方程式から直接得ることはできるが、キルヒホッフはマクスウェルに先行して、代わりにゲオルク・オームによる研究を一般化した。.

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コンピュータ

ンピュータ(Computer)とは、自動計算機、とくに計算開始後は人手を介さずに計算終了まで動作する電子式汎用計算機。実際の対象は文字の置き換えなど数値計算に限らず、情報処理やコンピューティングと呼ばれる幅広い分野で応用される。現代ではプログラム内蔵方式のディジタルコンピュータを指す場合が多く、特にパーソナルコンピュータやメインフレーム、スーパーコンピュータなどを含めた汎用的なシステムを指すことが多いが、ディジタルコンピュータは特定の機能を実現するために機械や装置等に組み込まれる組み込みシステムとしても広く用いられる。電卓・機械式計算機・アナログ計算機については各項を参照。.

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シミュレーション

ミュレーション()は、何らかのシステムの挙動を、それとほぼ同じ法則に支配される他のシステムやコンピュータなどによって模擬すること広辞苑第6版。simulationには「模擬実験」や「模擬訓練」という意味もある。なお「シミュレイション」と表記することもまれにある。.

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EDIF

EDIF(イーディフ、イーディーアイエフ、Electronic Design Interchange Format)は電子設計データ交換用のフォーマット(データ形式)である。電子回路の回路図またはネットリスト(配線情報)を表現する中立のフォーマットとして使用されている。.

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論理回路

論理回路(ろんりかいろ、logic circuit)は、論理演算を行う電気回路及び電子回路である。真理値の「真」と「偽」、あるいは二進法の「0」と「1」を、電圧の正負や高低、電流の方向や多少、位相の差異、パルスなどの時間の長短、などで表現し、論理素子などで論理演算を実装する。電圧の高低で表現する場合それぞれを「」「」等という。基本的な演算を実装する論理ゲートがあり、それらを組み合わせて複雑な動作をする回路を構成する。状態を持たない組み合わせ回路と状態を持つ順序回路に分けられる。論理演算の結果には、「真」、「偽」の他に「不定」がある。ラッチ回路のdon't care, フリップフロップ回路の禁止が相当する。 ここでの論理は離散(digital)であるためディジタル回路を用いる。論理演算を行うアナログ回路、「アナログ論理」を扱う回路(どちらも「アナログ論理回路」)もある。 多値論理回路も量子コンピュータで注目されている。 電気(電子)的でないもの(たとえば流体素子や光コンピューティングを参照)もある。 以下では離散なデジタル回路を扱う。.

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能動素子

能動素子(のうどうそし、Active element、Active component)は、供給された電力で増幅(amplification)・整流(rectification)などの能動動作を行う素子を言う。.

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電子回路

I/Oが1つのチップに集積されている。 プリント基板を使った電子回路 電子回路(でんしかいろ、electronic circuit)は、電気回路の一種であるが、その対象が専ら電子工学的(弱電)であるものを特に指して言う。構成要素は良導体による配線の他、主として電子部品である。組み合わせにより、単純なものから複雑なものまで様々な動作が可能である。信号を増幅したり、計算したり、データを転送したりといったことができる。回路は個々の電子部品を電気伝導体のワイヤで相互接続することで構築できるが、近年では一般にプリント基板にフォトリソグラフィで配線を作り、そこにはんだで電子部品を固定することで回路を構築する。 集積回路では、ケイ素などの半導体でできた基板上に素子と配線を形成する。集積回路も電子回路の一種だが、この記事ではもっぱら集積回路は不可分な一個部品として扱う。集積回路の内部の電子回路については集積回路の記事を参照のこと。 プリント基板は試作には向いていないため、新規設計の評価にはブレッドボード、ユニバーサル基板などを一般に使用する。それらは開発途中で素早く回路に変更を加えることができる。 プリント基板が多用されるようになる以前は、ワイヤラッピング配線や、ラグ板などを利用した空中配線により、電子回路は作られていた。 大きくアナログ回路・デジタル回路(論理回路)・アナログとデジタルの混合信号回路(アナログ-デジタル変換回路、デジタル-アナログ変換回路など)に分けられる。取り扱う周波数により、低周波回路・高周波回路という分け方をする場合もある。.

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集積回路

SOPパッケージに封入された標準ロジックICの例 集積回路(しゅうせきかいろ、integrated circuit, IC)は、主としてシリコン単結晶などによる「半導体チップ」の表面および内部に、不純物の拡散による半導体トランジスタとして動作する構造や、アルミ蒸着とエッチングによる配線などで、複雑な機能を果たす電子回路の多数の素子が作り込まれている電子部品である。多くの場合、複数の端子を持つ比較的小型のパッケージに封入され、内部で端子からチップに配線されモールドされた状態で、部品・製品となっている。.

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Icarus Verilog

Icarus Verilog(イカルス・ヴェリログ) はオープンソースの Verilog シミュレータ。Verilog 1995, 2001, SystemVerilog 2005 をサポートしている。 対応OSはLinux, FreeBSD, OpenSolaris, AIX, Microsoft Windows, と Mac OS X。GNU General Public Licenseでリリースされている。 プラグインサポートのある Verilog コンパイラとプリプロセッサ、それを実行するバーチャルマシンから構成されている。.

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SPICE (ソフトウェア)

SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis, スパイス) は電子回路のアナログ動作をシミュレーションするソフトウェアである。 カリフォルニア大学バークレー校で1973年に開発された。 集積回路に使用する電子回路の設計主眼として開発されたが、次第にプリント基板などの電子回路の検証にも普及した。 シミュレーション対象となる回路は一般的な受動素子(抵抗、コンデンサーなど)と能動素子(ダイオード、トランジスタなど)と伝送線路、各種電源を組み合わせたものである。 解析手法としては過渡解析、直流解析、小信号交流解析、雑音解析などが可能である。 現在使われている回路シミュレータの多くはこのバークレー校のものを元に改良、機能付加したものである。名称にSPICEの語を含む場合も多く、それらを含めてSPICEと呼ばれることもある。.

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Verilog

Verilog(ヴェリログ)は、IEEE 1364として標準化されているハードウェア記述言語(Hardware Discription Language; HDL)である。最もよく使用されているのは、デジタル回路のレジスタ転送レベルの設計と検証である。また、アナログ回路やの検証や、の設計にも使用されている。 もともとVerilogは電子回路シミュレーションを行うシミュレータであり、それに使用する言語であった。文法は、プログラミング言語のC言語やPascalに似ている。 後継言語はSystemVerilogで、だいたいVerilogのスーパーセットである。System Verilogの規格と統合して、「IEEE/IEC 62530:2011 SystemVerilog - Unified Hardware Design, Specification, and Verification Language」と呼ばれる標準になっている。.

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VHDL

VHDLは、デジタル回路設計用の、ハードウェア記述言語(HDL: Hardware Description Language)の一種である。標準化は(現在は)IEEE/IECによる。主として論理回路の設計に、特にFPGAやASICなどの設計で使う。IEEEとIECで同一規格IEEE 1076-2008 VHDL Language Reference Manual/IEC 61691-1-1:2011 Behavioural languages - Part 1-1: VHDL Language Reference Manual を発行している。名前の由来は英語のVHSIC HDLの略で、VHSICは、very high speed integrated circuits(超高速集積回路)である。.

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