NL5是一款电子仿真器，最初设计的初衷是最大限度地减少仿真结果中的错误。它的功能非常强大，可以处理所有类型的电路。NL5的工作理念是以呈现非常准确的结果为基础的，遵循的原则是，设计人员应针对每项任务使用恰当的工具。
即使设计人员确定他们已正确输入原理图和数据，电子仿真有时也会出现错误。这些不是操作错误，而是预期与所使用的仿真器类型不符。首先，设计人员必须知道，从简单的电阻和二极管开始，仿真器是处理理想元器件的完美软件。通常，使用的模型可能并不可靠，特别是在关键的工作条件下。如果电电路工作在极限条件下，仿真器会采取“权宜之计”(通常不向用户透露)进行干预，以使仿真尽可能顺利地进行。添加电阻和电容有助于改善开关的收敛性，但也会产生副作用，导致结果与预期不同。因此，错误的跟踪很难实现。
NL5(NL=非线性)的运行方式与其他传统的基于SPICE的仿真器不同。其主要思想是从非常简单的电路表示开始，然后添加更复杂的元件，并始终保持仿真结果的可靠性。因此，我们从基本设计开始，利用理想元件来了解设计思路是否可行。然后，进入下一步，增加电路的复杂性。在此阶段，可以添加寄生电容和电感、损耗、偏移、开/关电阻、有限增益和带宽，即实际电路中存在的所有元件。所有这些元件都可以逐一修改，以确定哪些是最关键的。
通过遵循这种方法，首先使用简单的理想元器件，然后逐步添加实际功能，就可以确定导致实际系统出现问题的原因。
NL5的基本元器件非常简单。它们是电阻、电容、电感器、电压源和电流源。它们都是理想元件(见图1)，没有寄生元件或其他隐藏参数。所有元器件参数都是可见的并且可以由用户更改。每个元器件参数都可以设置为任何值，包括负值、零值，甚至无限值。这使得用户可以创建现实生活中不存在的、堪称理想的元器件。例如，可以创建一个电阻为零的电阻或电阻无穷大的电阻。尽管这样的理想元器件在现实生活中并不存在，但它们在仿真中很有用。
在一开始，使用理想元件似乎更有优势，因为它们的简单性将有利于计算算法。然而，在某些情况下，需要评估元器件的真实行为，例如通过近乎理想的开关对电容进行瞬时充电。其主要问题不在于计算开关后的最终电压，而在于如何向用户呈现无穷值信号。该算法就完美地处理了仿真步长，从而决定了结果的准确性。
通常，在SPICE仿真器中，用户仅指定最大步长，仿真器可以在必要时减小步长以达到所需的精度。由于多种原因，这种方法非常值得商榷。通常没有必要在仿真的所有周期中设置相同的绝对精度。在NL5中，仿真步长的管理就非常简单，由用户决定步长的类型。最开始是根据电路预期、所需精度、仿真速度等设置最大间隔。
NL5可以自动降低间隔的原因只有三个，并且始终都要征得用户的同意：
通过选择步长值，用户就能更好地了解电路的运行情况，并预测可能出现的限制。
图1：理想元器件(来源：NL5)
为了让所有用户都能操作，NL5提供了多个版本：
NL5不使用SPICE进行仿真，而是采用其他非常高效和快速的算法。简而言之，SPICE和NL5之间存在一些差异：
SPICE：
NL5：
图2显示了开关电路的通用图(使用的是NL5本地示例)。为使其在文章中看起来更清晰，对颜色进行了更改。默认情况下，电路图和波形图的背景实际上是黑色的。接线图由以下电子元件组成：
图2：振荡器的接线图以及输出的电压图
与其他仿真工具一样，NL5的仿真速度极快，可瞬间完成。虽然其他工具可能也可以实现快速仿真，但NL5在处理复杂开关点和瞬态行为方面的可靠性远超于其他类似工具。在某些情况下，其他仿真器可能会在开关点遇到速度减慢或出现问题，从而可能导致错误的结果。
因此，NL5的优势不仅在于速度，还在于其仿真的鲁棒性和准确性，特别是在处理复杂的仿真和混合信号设计时。这种可靠性对于确保仿真结果准确反映真实世界的性能非常重要，对于为其项目寻求可靠结果的工程师和设计师来说这点尤其重要。
为了进行实验，设计人员可能会尝试在T1上并联一个值非常低的电容，以获得更真实的仿真结果，但他会发现NL5的本地仿真结果就是完美的。对于所有仿真器来说，开关状态的仿真都是一个极为关键的领域，NL5则出色地解决了这个问题。
NL5最初是为开关电源仿真而设计的，但事实证明，它是可以用于所有其他类型电子电路(从传输线到高功率射频发生器、精密工具和数字信号处理)的出色仿真工具。NL5完全满足所有用户的需求，无论他们的经验、兴趣和期望如何。它是初学者和电子专业的学生的理想软件。NL5非常容易使用，并且只要有基本的电子仿真器经验就足够了。因为SPICE的典型收敛问题已不复存在，经验丰富的工程师可以利用极其快速且鲁棒的算法来仿真大型系统。由于NL5中使用的理想元件非常基础，因此其范围不仅限于电子领域。它可用于许多学科的系统仿真，如机械、传热和流体力学。
值得注意的是，NL5不支持SPICE模型，例如制造商为“真实”电子元件提供的模型。在仿真方面，NL5主要依赖于自己的一套“理想”元器件。尽管这些制造商的元件鲁棒且适应性强，但它们并不打算直接纳入制造商的特定模型。如下所述的，用户应该意识到，NL5专注于理想元器件和分段线性建模。
NL5使用简化的分段线性(PWL)表示法，可以灵活地对NL5的“理想”元器件无法提供的非线性特性进行建模，例如指数二极管的特性。用户可以创建自己的PWL模型来准确表示器件的行为。这种方法让用户能够控制电路模型的精度和细节的水平，从而允许他们修改仿真以匹配现实世界的特性。NL5对PWL建模的支持可以让用户管理各种非线性行为，而不会影响仿真的速度或精度。
(原文刊登于EDN姊妹网站Power Electronics News，参考链接：Circuit Simulation: NL5’s Approach，由Ricardo Xie编译。)
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