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電子回路シミュレーションは、数学モデルを使用して実際の電子機器や回路の動作を再現します。シミュレーションソフトウェアは回路動作のモデリングを可能にし、非常に貴重な分析ツールです。その高いモデリング精度により、多くの大学や高等教育機関が電子技術者や電子工学プログラムの教育にこの種のソフトウェアを使用しています。電子シミュレーションソフトウェアは、学習体験にユーザーを統合することで、ユーザーの学習意欲を高めます。このような相互作用により、学習者はコンテンツを分析、統合、整理、評価することに積極的に取り組み、結果として学習者自身が知識を構築します。[ 1 ]
実際に回路を構築する前にその動作をシミュレーションすることで、欠陥のある設計を事前に特定し、電子回路設計の動作に関する洞察を得ることができるため、設計効率を大幅に向上させることができます。特に集積回路の場合、ツール（フォトマスク）は高価であり、ブレッドボードは実用的ではなく、内部信号の動作をプローブすることは非常に困難です。そのため、ほぼすべてのIC設計はシミュレーションに大きく依存しています。最もよく知られているアナログシミュレータはSPICEです。おそらく最もよく知られているデジタルシミュレータは、 VerilogとVHDLに基づいたものです。
電子回路シミュレータの中には、回路図エディタ、シミュレーションエンジン、画面上の波形表示（図1参照）を統合したものがあり、設計者はシミュレーション回路を迅速に変更し、変更が出力にどのような影響を与えるかを確認できます。また、通常は豊富なモデルとデバイスライブラリを備えています。これらのモデルには、BSIMなどのIC固有のトランジスタモデル、抵抗器、コンデンサ、インダクタ、トランスなどの汎用コンポーネント、ユーザー定義モデル（制御電流源や電圧源、Verilog-AやVHDL-AMSのモデルなど）が含まれます。プリント基板（PCB）設計には、配線用の伝送線路や、電子回路の駆動・受信用のIBISモデルなど、特定のモデルも必要です。
厳密にアナログ[ 2 ]の電子回路シミュレータも存在するが、一般的なシミュレータはアナログとイベント駆動型デジタルシミュレーション[ 3 ]の両方の機能を備えており、両方を同時にシミュレートできる場合は混合モードまたは混合信号シミュレータと呼ばれる[ 4 ] 。混合信号解析全体を1つの統合された回路図から実行できる。混合モードシミュレータのすべてのデジタルモデルは、伝搬時間と立ち上がり/立ち下がり時間の遅延を正確に指定する。
混合モードシミュレータが提供するイベント駆動型アルゴリズムは汎用であり、非デジタル型のデータをサポートします。たとえば、要素は実数値または整数値を使用して、DSP 関数やサンプリングされたデータフィルタをシミュレートできます。イベント駆動型アルゴリズムは標準の SPICE マトリックス解よりも高速であるため、アナログモデルの代わりにイベント駆動型モデルを使用する回路では、シミュレーション時間が大幅に短縮されます。[ 5 ]
混合モードシミュレーションは、3つのレベルで処理されます。タイミングモデルと内蔵の12状態または16状態のデジタルロジックシミュレータを使用するプリミティブデジタル要素、集積回路の実際のトランジスタトポロジを使用するサブサーキットモデル、そして最後に、インラインブール論理式です。
正確な表現は、主に伝送線路や信号完全性の問題解析において、ICの入出力特性を詳細に調べる必要がある場合に使用されます。ブール論理式は、アナログ環境で効率的な論理信号処理を提供するために使用される遅延のない関数です。これら2つのモデリング手法はSPICEを使用して問題を解決しますが、3つ目の手法であるデジタルプリミティブは、混合モード機能を使用します。これらの手法にはそれぞれ長所と対象とするアプリケーションがあります。実際、多くのシミュレーション（特にA/Dテクノロジーを使用するもの）では、3つのアプローチすべてを組み合わせる必要があります。いずれか1つのアプローチだけでは十分ではありません。
主にパワーエレクトロニクスで使用される別のタイプのシミュレーションは、区分的線形アルゴリズム[ 6 ]です。これらのアルゴリズムは、パワーエレクトロニクススイッチの状態が変化するまでアナログ（線形）シミュレーションを使用します。この時点で、次のシミュレーション期間で使用する新しいアナログモデルが計算されます。この方法論は、シミュレーションの速度と安定性を大幅に向上させます。[ 7 ]
スイッチングモードコンバータのシミュレーション時間を劇的に短縮するもう1つのアプローチは、スイッチドインダクタモデルを適用する平均動作回路に基づいています。[ 8 ] このアプローチでは、平均信号、電圧、電流に対してシミュレーションが実行されるため、はるかに高速に動作します。このアプローチのもう1つの利点は、時間領域と周波数領域の両方のシミュレーションを実行できることです。後者は、開ループと閉ループの伝達関数を抽出するために使用できます。[ 9 ]
設計から製造に至るまでの過程でプロセスばらつきが生じますが、回路シミュレータはしばしばこれらのばらつきを考慮しません。これらのばらつきは小さい場合もありますが、それらが積み重なると、チップの出力に大きな影響を与える可能性があります。
温度変化をモデル化することで、温度範囲全体にわたる回路の性能をシミュレートすることもできます。[ 10 ]
線形回路システムをシミュレートする一般的な方法として、アドミタンス行列（Y行列）を用いる方法があります。この手法では、個々の線形コンポーネントをNポートアドミタンス行列としてモデル化し、コンポーネントY行列を回路のノードアドミタンス行列に挿入し、ポートを含むノードにポート終端を設定し、クロン縮小法によってノードのないポートを除去し、必要に応じて最終的なY行列をS行列またはZ行列に変換し、Y、Z、および/またはS行列から必要な測定値を抽出します。