Design Eval 8

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  • Dpto. Electrnica y Electromagnetismo

    Introduccin a MicroSim PSpice:DESCRIPCIN DEL ENTORNO

    1. Introduccin

    El origen del simulador SPICE puede remontarse a hace ms de treinta aos. Amediados de la dcada de los 60 IBM desarroll el programa ECAP, que ms tardeservira como punto de partida para que la Universidad de Berkeley desarrollara elprograma CANCER. Hasta principios los aos 70 los circuitos electrnicos seanalizaban casi exclusivamente de forma manual, mientras que de forma progresiva,la complejidad de stos iba en aumento.

    En ese momento un grupo de la Universidad de Berkeley, tomando como base elprograma CANCER, desarroll la primera versin de SPICE (Simulation Programwith Integrated Circuits Emphasis): un simulador de propsito general que permitaanalizar sobre grandes ordenadores y estaciones de trabajo, circuitos analgicos sinnecesidad de montarlos fsicamente.

    En SPICE el circuito y anlisis requerido es descrito en un fichero de textomediante un serie de comandos y declaraciones. A este fichero se le llama fichero delcircuito. La sintaxis de las declaraciones permite dejar parmetros sin especificar conlo que tomarn valores por defecto. El fichero del circuito es ledo por SPICE, stecomprueba que no hay errores en las conexiones y sintaxis declaradas, y finalmentehace la simulacin.

    El xito alcanzado por el programa, as como su utilizacin generalizada, haoriginado la aparicin de numerosas versiones de SPICE.

    En 1984 nace de manos de MicroSim Corporation la primeraadaptacin para ordenadores personales: PSpice. Desde entonces,PSpice ha ido renovndose continuamente. Versiones ampliamenteextendidas de PSpice son la 8.0 (ltima desarrollada porMicroSim) y la 9.1 (primera tras la fusin de OrCAD y MicroSim),hasta llegar a la 9.2, la ltima en el mercado. Esta revisin delsimulador es la primera desde la fusin de Cadence y OrCAD.

  • Descripcin del Entorno MicroSim PSpice 2

    Dpto. Electrnica y Electromagnetismo

    SPICE est considerado como el estndar en anlisis electrnico. Es referencia ybase de numerosos simuladores del mercado.

    2. Descripcin del Entorno MicroSim PSpice 8.0 (evaluacin)

    2.1. Design Manager

    El conjunto de aplicaciones que componen el simulador est agrupado en uncentro de diseo: Design Manager (ver Fig.1). De esta forma se proporciona unentorno integrado para simulacin y anlisis de circuitos analgicos, digitales ymixtos.

    En cierto modo, es realmente un conjunto de programas especializados, dondetodos trabajan juntos para crear un entorno de desarrollo EDA (Electronics DesignAutomation) potente. Los programas que contiene son:

    Schematics PSpice A/D PCBoards 1 PSpice Optimizer Parts Probe Stimulus Editor TextEditCon Design Manager resulta fcil realizar operaciones de gestin de los ficheros

    utilizados por las distintas aplicaciones, ya que detecta las relaciones de dependenciaentre ellos. As no corremos el riesgo de perder un fichero necesario para undeterminado diseo, al cambiarlo de carpeta. Los ficheros estn agrupados creandodiferentes entornos de trabajo.

    Fig. 1 Ventana de Design Manager.

    SchematicsPSpice A/DPCBoardsOptimizerPartsProbeStimulus EditorTextEdit

    1. Esta aplicacin permite la edicin de placas circuitos impresos o PCBs (Printed Circuit Board). Su estudio estfuera de los propsitos de la asignatura, por lo que no se describir a continuacin.

  • 2. Descripcin del Entorno MicroSim PSpice 8.0 (evaluacin) 3

    Dpto. Electrnica y Electromagnetismo

    2.2. Schematics

    Esta aplicacin permite la captura de esquemticos (CE). Con la CE, se introducey edita el esquemtico del circuito de forma sencilla usando la tcnica de arrastrar ysoltar con el ratn. As la posibilidad de conexiones errneas o nudos flotantes esmenor que si introdujramos el esquemtico en modo texto (en entornos sin CE).

    En Schematics, el esquemtico del circuito y los anlisis asociados se guardan ennico fichero con extensin . Este fichero se utilizar posteriormente (al ejecutarel simulador) para generar automticamente el fichero del circuito en modo texto, deextensin , que resulta legible para el simulador.

    Cada uno de los dispositivos que podemos seleccionar, arrastrar y soltar enSchematics no son ms que smbolos grficos, que nos son tiles para representar unesquema elctrico. Estos smbolos tienen asociados una serie de atributos, que sonlos que realmente definen sus caractersticas. Schematics dispone de una herramientacapaz de editar smbolos, de forma que podemos aadir, quitar o modificar losatributos de un smbolo o definir nuestra propia librera de smbolos (extensin ).

    Algunos atributos son modificables desdeSchematics haciendo doble click sobre elsmbolo, por ejemplo el valor hmico de unresistor. En la Fig.3 podemos ver algunosatributos asociados a un transistor bipolar(BJT). Los que estn sealados con asteriscoslo podrn ser modificados desde el editor desmbolos, el resto pueden modificarse desdeSchematics.

    Uno de los atributos ms importantes es model, ya que determina el modeloelctrico asociado al smbolo. Puede ser tanto un modelo especfico de PSpice (diodo,

    Fig. 2 Ventana de Schematics.

    .sch

    .cir

    .sbl

    Fig. 3 Ventana de atributos de un smbolo.

  • Descripcin del Entorno MicroSim PSpice 4

    Dpto. Electrnica y Electromagnetismo

    transistor bipolar, MOSFET, etc.), como un subcircuito. El valor de model debecoincidir exactamente con el nombre de la definicin o que est enuna librera de modelos. Las libreras de modelos son ficheros con extensin .

    Otro atributo de importancia es template, ya que define la correspondencia entrelos pines del smbolo y los del modelo elctrico; un error en esta correspondencia darresultados errneos. En Schematics Users Guide, que se proporciona en formato PDFcon el simulador, puede encontrarse una lista completa de atributos.

    Tipos de anlisis y configuracin

    Schematics permite seleccionar el tipo de anlisis que deseemos del circuito, ascomo las opciones para ste desde la ventana Analysis Setup.

    2.2.1 AC Sweep: Barrido en AC y anlisis de ruido

    El barrido en AC es un anlisis en frecuencia que calcula la respuesta en pequeaseal del circuito, linealizado entorno al punto de polarizacin, en el rango defrecuencias especificado.

    El anlisis de ruido (Noise Analysis dentro del men de AC Sweep) calcula lascontribuciones de ruido de cada dispositivo.

    2.2.2 Load/Save Bias Point: Cargar y salvar el punto de operacin

    Permiten restablecer y salvar en un fichero los clculos del punto de operacin paraser utilizados en sucesivas simulaciones.

    2.2.3 DC Sweep: Barrido en DC

    Hace un anlisis en continua realizando un barrido de la variable especificada, quepuede ser una fuente de tensin o de corriente, el parmetro de un modelo o latemperatura, en el rango de valores especificado para dicha variable.

    El anlisis puede ser anidado (Nested Sweep dentro del men de DC Sweep), deforma que se barran dos variables o parmetros a la vez.

    2.2.4 Monte Carlo/Worst Case: Anlisis de Monte Carlo y de peor caso

    Realizan anlisis de tipo estadstico que actan sobre las variaciones de los valoresde los componentes conforme a su tolerancia.

    2.2.5 Bias Point Detail: Punto de operacin detallado

    Al seleccionarlo se indica al programa que calcule el punto de operacin del

    .model .subckt.lib

    Fig. 4 Ventana de Analysis Setup.

  • 2. Descripcin del Entorno MicroSim PSpice 8.0 (evaluacin) 5

    Dpto. Electrnica y Electromagnetismo

    circuito y que los resultados en fuentes y dispositivos sean enviados al ficherode salida tipo texto, de extensin .

    2.2.6 Digital Setup: Configuracin digital

    En este apartado se especifican los estados iniciales de biestables, el tipo deretraso temporal utilizado en los dispositivos digitales (mnimo, tpico omximo), y los modelos de adaptacin de variables analgicas a digitales. Esdecir, podemos seleccionar el tipo de circuito de interfaz utilizado y as indicarsi queremos evitar los estados intermedios (rise, en subida), (fall, enbajada) y (indeterminado) de los dispositivos digitales.

    2.2.7 Options: Opciones

    Permiten establecer las opciones, lmites y parmetros de control paradiferentes anlisis. Hay dos tipos de opciones: aquellas que especifican un valornumrico y aquellas que indican la activacin o no de una opcin.

    2.2.8 Parametric: Anlisis paramtrico

    Ser til cuando nos interese conocer cmo vara la respuesta de un circuitoen funcin de los valores que, en forma de incrementos, va tomando algnparmetro de un dispositivo, el valor de un componente, la temperatura, etc.

    2.2.9 Sensitivity: Anlisis de sensibilidad en continua

    Calcula la sensibilidad en continua de cada una de las variables de salida quedefinamos respecto a los dispositivos del circuito, as como a sus parmetros.La informacin resultante de este anlisis se recoge en el fichero de salida.

    2.2.10 Temperature: Temperatura

    Permite ajustar la temperatura a la que se analiza el circuito. El valor pordefecto es de .

    2.2.11 Transfer Function: Funcin de transferencia en pequea seal

    Calcula y enva al fichero de salida, la ganancia en pequea seal, laresistencia de entrada y la resistencia de salida. Si el circuito es no-lineal,entonces primero halla su modelo equivalente linealizando el circuito entorno alpunto de operacin.

    2.2.12 Transient: Anlisis transitorio

    Proporciona la respuesta del circuito en funcin del tiempo, en el intervaloespecificado.

    Limitaciones de Schematics

    En la versin de evaluacin 8.0, Schematics presenta las siguientesrestricciones:

    El tamao mximo de la pgina de diseo es A4. El nmero mximo de smbolos en un esquemtico es de 25. Slo pueden utilizarse a la vez nueve libreras de smbolos ( ). El nmero mximo de smbolos en la librera c