A study of the electric circuit modelling and simulation software efficiency and their accuracy, speed and ease of use comparison

Abstract

The increasing complexity of microchips and the limitations of miniaturisation are making the electronics design process more complex and time-consuming. The problem of Moore’s Law losing its force is causing rapid development in the design and manufacture of electronic components. The study aimed to provide structured information on electrical circuit design tools by functionality and availability to help optimise operations, increase productivity and save money. The study provided a theoretical description of the principles of operation of software for modelling and simulation of electrical circuits, an overview of algorithms and methods used in automatic design programs, a classification of programs by key characteristics and a comparative analysis of popular software packages: LTspice, EAGLE, MATLAB/Simulink, Multisim, Proteus, KiCad. The analysis addressed the speed of modelling, accuracy of results, ease of use, functionality and accessibility, as well as user experience. The study recommended selecting software depending on the user’s needs, project complexity and budget, accounting for the experience of other users. LTspice, Multisim, and KiCad were recommended for beginners and students: LTspice is powerful, free and easy to use, KiCad offers open source and an active community, and Multisim is suitable for learning. MATLAB/Simulink, Proteus and EAGLE are recommended for professionals: Simulink provides powerful modelling and integration with other MathWorks products; Proteus is optimal for microcontroller system developers; EAGLE is suitable for integration with CAD and automation systems. The practical value of the research results lies in the creation of a rating of EDA software by the criteria of functionality and performance, designed to help users make a choice based on their needs.

Зростаюча складність мікросхем та обмеження мініатюризації роблять процес проектування електроніки складнішим та трудомісткішим. Проблема втрати сили законів Мура спричиняє стрімкий розвиток у сфері проектування та виробництва електронних компонентів. Метою дослідження було надати структуровану інформацію про інструменти проектування електричних схем за функціональними можливостями та доступністю, щоб сприяти оптимізації роботи, підвищенню продуктивності та економії. Виконано теоретичний опис принципів роботи програм для моделювання та симуляції електричних схем, огляд алгоритмів та методів, що використовуються в програмах автоматичного проектування, класифікацію програм за ключовими характеристиками та порівняльний аналіз популярних програмних пакетів: LTspice, EAGLE, MATLAB/Simulink, Multisim, Proteus, KiCad. Аналіз враховував швидкість моделювання, точність результатів, легкість використання, функціональні можливості та доступність, а також досвід користувачів. Рекомендовано вибирати програмне забезпечення залежно від потреб користувача, складності проекту та бюджету, з урахуванням досвіду інших користувачів. Для початківців та студентів рекомендуються LTspice, Multisim та KiCad: LTspice – потужний, безкоштовний і простий у використанні, KiCad пропонує відкритий код та активну спільноту, а Multisim підходить для навчання. MATLAB/Simulink, Proteus та EAGLE рекомендовані для професіоналів: Simulink забезпечує потужне моделювання та інтеграцію з іншими продуктами MathWorks; Proteus оптимальний для розробників мікроконтролерних систем; EAGLE підходить для інтеграції з системами автоматизованого проектування та автоматизації. Практична цінність результатів дослідження полягає у створенні рейтингу EDA-програм за критеріями функціональності та продуктивності, покликаного надати користувачам допомогу у виборі на основі їхніх потреб.