Il SIMULATORE CIRCUITALE SPICE

1
Il SIMULATORE CIRCUITALESPICE
2
Scopo della simulazione dei circuiti elettrici

• Per conoscere il comportamento di un circuito
  elettrico è necessario risolvere un insieme di
  equazioni derivate dalla teoria dei circuiti.
• Al crescere delle dimensioni del circuito diventa
  molto difficile e spesso impossibile risolvere il
  circuito analiticamente.

3
Scopo della simulazione dei circuiti elettrici

• Nella ipotesi di circuiti lineari (con parametri
  costanti nel tempo), il metodo delle trasformate
  di Laplace consente di semplificare notevolmente
  la loro risoluzione.
•  

4
Scopo della simulazione dei circuiti elettrici

• La trasformata di Laplace è definita attraverso
  loperatore di integrazione, per mezzo del quale
  lintegrale e la derivata nel dominio del tempo
  diventano rispettivamente una moltiplicazione e
  una divisione nel dominio di Laplace.
• Le funzioni f(t) integro-differenziali, definite
  nel dominio del tempo t, vengono trasformate nel
  dominio s (variabile di Laplace) in funzioni F(s)
  algebriche.
•  

5
Scopo della simulazione dei circuiti elettrici

• Le trasformate di Laplace non sono applicabili a
  sistemi non lineari e inoltre non è sempre
  semplice antitrasformare le soluzioni.
• Per molti anni lunica soluzione è stata la
  realizzazione fisica del circuito su cui eseguire
  i test e misure necessarie a verificarne il
  funzionamento.

6
Scopo della simulazione dei circuiti elettrici

• Questa tecnica divenne inadeguata con laumentare
  della complessità e delle dimensioni dei
  circuiti.
• Linsorgere di questi problemi insieme alla
  diffusione di computer sempre più potenti, sono
  alla base della nascita e dello sviluppo dei
  simulatori circuitali, programmi capaci di
  risolvere qualunque circuito senza fare ipotesi
  semplificative.

7
Scopo della simulazione dei circuiti elettrici

• Per questo motivo alla fine degli anni sessanta,
  nellUniversità della California- Berkeley, nasce
  il progetto SPICE (Simulation Program with
  Integrated Circuit Emphasis).
• PSpice è il programma più utilizzato nella
  simulazione dei circuiti e rappresenta di fatto
  lo standar della simulazione circuitale.

8
Cenni storici

• Nel corso degli anni sono state rilasciate
  diverse versioni del programma caratterizzate
  dallutilizzo di metodi numerici sempre più
  efficienti, da un linguaggio più potente, da
  modelli più sofisticati dei dispositivi e
  librerie più complete.
• Oggi tutti i principali fornitori di software
  CAD/CAE offrono una versione arricchita o
  supportata di SPICE.

9
Caratteristiche di Pspice

• Pspice, versione di Spice per personal computer,
  sviluppato dalla Microsim Corporation e
  commercializzato a partire dal 1984, è
  attualmente distribuito dalla CADENCE.
• Pspice è disponibile in numerose versioni per i
  diversi sistemi operativi (DOS, Windows, Unix,
  etc.) Faremo riferimento alla versione Free for
  studens 9.1 Pspice, con i seguenti limiti di
  utilizzo
• 64 nodi
• 10 transistors
• 65 digital primitive devices
• 10 transmission lines in total (ideal or not
  ideal)
• 4 pairwise coupled transmission lines

10
Caratteristiche di Pspice

• Pspice può eseguire le seguenti classi principali
  di analisi sui circuiti
• Bias point detail (definizione del punto di
  lavoro)
• Analisi DC (in regime stazionario o in continua)
• Analisi in transitorio
• Analisi AC
• E inoltre in grado di calcolare funzioni
  di trasferimento, di eseguire analisi di rumore,
  di sensibilità, analisi di Fourier ed altro.
• I circuiti possono contenere resistori,
  induttori, condensatori, generatori dipendenti e
  indipendenti, amplificatori operazionali,
  trasformatori, linee di trasmissione e
  dispositivi a semiconduttore (diodi, BJT, Mosfet,
  etc.).

11
Pspice student

• La versione free per studenti è scaricabile dal
  sito
• www.cadence.com /products/si_pk_bd/pspice.aspx
• Oppure utilizzando un motore di ricerca digitando
• Pspice student version download

12
Principio di funzionamento
Preprocessing
Processing
Postprocessing


Text Editor
Text Editor
.out ASCII
.cir ASCII
Pspice
.dat BIN
Probe
Schematics
.sch BIN
.lib ASCII
13
Applicazioni principali del pacchetto Pspice
student 9.1 I

• Schematics Un editor grafico, usato per
  disegnare sullo schermo il circuito da
  simulare.Consente di posizionare i componenti ,
  collegarli assieme per formare il circuito e
  inoltre di specificare il tipo di analisi da
  eseguire.

14
Applicazioni principali del pacchetto Pspice
student 9.1 II

• Pspice A D Il programma che simula il circuito
  creato con Schematics. Simulare un circuito
  significa costruire un modello matematico del
  circuito a partire dai modelli o relazioni
  costitutive dei componenti e risolverne le
  equazioni risultanti.
• Probe Programma che fornisce una visualizzazione
  grafica dei risultati generati da Pspice. Può
  essere utilizzato per tracciare il grafico di una
  qualunque tensione o corrente del circuito o
  grandezze da queste derivate.
• Text Edit semplice editor di test.

15
Fasi per lanalisi di un circuito

• Creazione di un circuito
• Simulazione
• Stampa dei risultati

Schematics
Pspice AD
Probe
16
Schematics
17
Schematics

• Per selezionare un oggetto click sul pulsante
  sinistro una sola volta.
• Per eseguire unazione doppio click sul pulsante
  sinistro.
• Per annullare una qualunque operazione premere
  ltEscgt

18
Creazione dei circuiti con Schematics

• Locazione dei componenti del circuito
• Collegamento dei componenti tra loro per formare
  il circuito
• Modifica degli attributi delle dei componenti

19
Locazione dei componenti

• Selezionare Draw/Get new part per aprire la
  finestra di dialogo Part Browser
  advanced

20
Locazione dei componenti

• Usare la barra di scorrimento per selezionare il
  componente, oppure scrivere il part name (es. C
  per il condensatore)

21
Locazione dei componenti

• Click su Place Close
• Spostare il mouse fino alla posizione desiderata
  sullo schermo
• Doppio click con il pulsante sinistro per
  terminare la modalità di locazione

Per ruotare ltCtrl Rgt oppure Edit/Rotate Per
cancellare ltCtrl Xgt oppure Edit/Cut
22
Elementi circuitali Principali componenti
passivi
Part name
Attributi
23
Generatori indipendenti di tensione
24
Generatori indipendenti di corrente
25
Generatori controllati in tensione ein corrente
26
Dispositivi a semiconduttore
27
Interruttori ideali
28
Amplificatori operazionali e alimentazioni
generiche
29
Altri elementi del circuito
Nel modello circuitale nel foglio grafico dovrà
essere sempre presente almeno un riferimento di
massa (NODO 0) AGNDanalog ground
?
Sul foglio grafico possono essere specificate le
tensioni e le correnti che si intende visionare
facendo uso degli appositi marker. Marker più
specifici relativi a tensioni e correnti in dB,
alla fase, alle componenti reali o immaginarie
sono disponibili nel corrispondente menù a
tendina Markers.
?
30
Esempio
31
Collegamento dei componenti

• Si seleziona Draw/Wire oppure ltCtrl-Wgt, se con
  il cursore si collegano i due punti.
• Pspice richiede il collegamento di massa AGND
  (analog ground), nodo di riferimento per tutte le
  tensioni

32
Modifica degli attributi delle parti
Nome

• Ciascun attributo consiste di un nome e del suo
  corrispondente valore

Valore
Attributo
33
Modifica degli attributi delle parti

• Cliccando sul nome attiviamo la finestra di
  dialogo Edit
  Reference Designator

34
Modifica degli attributi dei componenti

• Cliccando sul valore attiviamo la finestra di
  dialogo Set Attribute Value

35
Fattori di scala

• Per maggior comodità è possibile esprimere i
  valori numerici per mezzo di fattori di scala
  riportati in tabella

36
(No Transcript)
37
Voltmetri Amperometri

• Inseriamo 2 voltmetri Viewpoint

• Inseriamo 1 Amperometro Iprobe

38
(No Transcript)
39
Simulazione

• Salvare lo schematico (file .sch)
• Si esegue Pspice selezionando Analisis/Simulate
• Viene attivata la fase di electric rule check
  (ERC), nella quale viene generata la netlist
  (.cir)
• Se ci sono errori, viene creata la error list
• Se non ci sono errori, il sistema avvia
  automaticamente Pspice ed esegue la simulazione
  (analisi nodale)
• L'impostazione delle varie simulazioni
  effettuabili avviene attraverso un'apposita
  finestra richiamabile mediante l'icona oppure
  selezionando la voce Setupdal menu Analisys.

?
40
Simulazione

• I principali tipi di analisi effettuabili sono i
  seguenti
• Analisi in continua (DC Sweep) dove si rende
  variabile un generatore o un parametro nel
  calcolo del punto di lavoro in continua
•    Analisi in frequenza (AC Sweep) dove si rende
  variabile la frequenza dei generatori AC presenti
  nel circuito
•   Analisi del transitorio (Transient) dove si
  effettua la simulazione del circuito nel dominio
  del tempo nell intervallo considerato e con la
  risoluzione desiderata.
• Definizione del punto di lavoro Operational
  points or Bias point Detail

41
Simulazione

• Se non viene indicato il tipo di analisi da
  effettuare, Pspice si limiterà a calcolare il
  punto di lavoro in continua che è il tipo di
  analisi che il simulatore effettua sempre, prima
  di ogni altro tipo di simulazione.

42
Simulazione

• Per lesempio di circuito mostrato si seleziona
  Bias Point Details
• Quando lanalisi è terminata, il programma
  visualizza Bias point calculeted , e genera un
  file risultati/uscita (.out)

43
Risultati riportati nella finestra grafica
44
Risultati

• I risultati della simulazione possono essere
• direttamente riportati sul circuito nella
  finestra schematics
• scritti o stampati su file
• riportati in forma grafica direttamente sullo
  schermo del
• computer ricorrendo all'uso del postprocessore
  grafico
• Probe che Microsim fornisce a corredo di
  Pspice.