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velxio/test/test_circuit/autosearch/04_ngspice_findings.md

5.0 KiB
Raw Blame History

Hallazgos — ngspice-WASM (sesión 2)

Resultado

47 tests, todos pasando en ~5 segundos mezclando:

  • DC op-point (pasivos, divisores)
  • Transient (RC, RLC)
  • AC / Bode (low-pass, bandpass)
  • Dispositivos no-lineales (diodo, BJT, MOSFET, op-amp)
  • Lógica digital behavioral (AND/NAND/XOR)
  • Circuitos mixtos (lógica → RC filter)
  • Osciladores de relajación (555 core)
  • Co-simulación avr8js ↔ ngspice (NTC+sketch, PWM+RC, pot dinámico)

Qué aprendimos

eecircuit-engine es suficiente

  • Importa limpio en Node: import { Simulation } from 'eecircuit-engine'.
  • Boot único: ~400 ms. Cada simulación: 5–500 ms.
  • Serializable: un solo netlist por call, respuesta asíncrona.
  • No hay .reset() pero setNetList + runSim es idempotente si el netlist está limpio.
  • Soporta .op .tran .ac .dc sin problema.

Tamaño

  • node_modules/eecircuit-engine/ = 39 MB
  • En Velxio (browser) esto es muchísimo — debe cargarse lazy y solo cuando el usuario activa "simulación eléctrica".
  • El módulo incluye WASM + glue JS. Puede servirse con CDN / caché de navegador para primer load < 5s en banda ancha.

B-sources (behavioral) son la clave para mixed-signal

ngspice no tiene compuertas lógicas como primitivas (en este build sin XSPICE). Pero con B1 y 0 V = expresión, podemos modelar cualquier compuerta:

Band y 0 V = 5 * u(V(a)-2.5) * u(V(b)-2.5)

donde u(x) es step de Heaviside. Gates, comparadores, ALUs — todo se expresa así.

Trampa: & no es AND

En B-source de ngspice:

  • & = bitwise AND (ints). En nuestra primera versión, V(a) > 2.5 & V(b) > 2.5 se colgó.
  • Usar productos de u() es más portable: u(V(a)-2.5) * u(V(b)-2.5).

Trampa: matriz singular

Si dejas un nodo sin camino DC (ej. capacitor en serie con un resistor → nodo interior flota en .op), ngspice entra en un loop de recovery (gmin stepping → source stepping → retry) que puede tomar > 60 s antes de fallar. Fix: añadir un resistor de alta impedancia (10 MΩ) al nodo. En Velxio, el parser debería detectar esta topología y añadir el pull-down automáticamente.

Trampa: switch con histéresis

.model SMOD SW(Vt=2.5 Vh=0.833 Ron=100 Roff=1G) es la forma más compacta de crear un flip-flop analógico. El switch retiene su estado entre Vt−Vh y Vt+Vh, lo cual ES memoria. Sin esto no podemos hacer relaxation oscillators ni SR latches en behavioral.

Performance por tipo de análisis

Análisis Circuito Tiempo por runSim
.op (R/V/I solamente) 3–5 componentes ~5–10 ms
.op con diodo / BJT 5–10 componentes 20–50 ms
.tran 3 ms con R/C/switch 10 componentes 100–300 ms
.tran 20 ms con switches 555-core ~400 ms
.ac dec 20 10 1Meg RC filter ~10 ms
Bridge rectifier 40 ms 4 diodos + cap ~300 ms

Boot inicial: 400 ms (una sola vez por proceso).

Propuesta de integración en Velxio

Cambios mínimos

  1. frontend/package.json añadir "eecircuit-engine": "^1.7.0" (40 MB, lazy-load).
  2. Nuevo frontend/src/simulation/SpiceEngine.ts espejo del SpiceEngine.js de este sandbox.
  3. Nuevo frontend/src/simulation/NetlistBuilder.ts:
    • Entrada: wires[] + components[] del store.
    • Salida: string netlist ngspice.
    • Union-Find sobre wires → nets.
    • Mapeo metadataId → primitiva ngspice (ver tabla abajo).
  4. useSimulatorStore añade spiceResults: ResultType | null y runSpice: () => Promise<void>.
  5. Hook en PinManager.onPinChange() debounce 50 ms → build netlist → run → inyectar ADC.
  6. Toggle en toolbar ⚡ Simulación eléctrica (off por defecto para no costar 40 MB a todos).

Tabla de mapeo

metadataId Velxio Elemento ngspice Nota
resistor R<id> n1 n2 <value>
resistor-us idem
capacitor C<id> n1 n2 <value>
inductor L<id> n1 n2 <value>
led D<id> a c LED_<color> + .model LED_RED D(Is=…) Brillo = `
diode D<id> a c DMOD
pushbutton (pressed) resistor 10 mΩ else 1 GΩ
slide-potentiometer dos R con wiperPos
ntc-temperature-sensor R con valor calculado vía β
photoresistor R dependiente de lux
arduino pin HIGH/LOW `V pin 0 DC {5 0}`
arduino pin PWM V<id> pin 0 DC {duty*5} (quasi-static)

Caveat

Componentes que NO tienen modelo eléctrico (LCD, NeoPixel, motor, servomotor) se ignoran en el netlist — siguen teniendo su lógica propia fuera del solver.

Pendientes / futuro

  • Probar que el mismo flujo funciona en browser (no solo Node). Requiere bundler que soporte el .wasm de eecircuit-engine (Vite debería funcionar, ya lo usa Velxio).
  • Medir el peso del bundle + WASM en producción de Velxio.
  • Implementar warnings automáticos (LED quemado, corto, nodo flotante) desde los resultados de ngspice.
  • Componentes XSPICE (compuertas, FFs) — chequear si eecircuit-engine los incluye compilados; si no, contribuir aguas arriba.
  • Subcircuits .subckt para encapsular op-amps, transistor packs, etc.