Proiectare Asistata de Calculator

1
Proiectare Asistata de Calculator

• Curs 3

2
(No Transcript)
3

• Analize de curent continuu
• În analiza de curent continuu, se calculeaza
  întotdeauna PSF (punctul static de functionare -
  potentialul fiecarui nod si curentii prin fiecare
  dispozitiv) si se salveaza în fisierul de iesire.
  Programul calculeaza PSF în mod automat înaintea
  unei analize de semnal mic în curent alternativ
  (AC), pentru a liniariza circuitul în jurul PSF
  si a determina modelele de semnal mic pentru
  dispozitivele neliniare. De asemenea, programul
  calculeaza PSF înaintea unei analize a regimului
  tranzitoriu de semnal mare (TRAN), pentru a
  determina conditiile initiale de integrare. În
  situatiile în care SPICE nu reuseste sa determine
  solutia de c.c. sau utilizatorul doreste setarea
  conditiile initiale de integrare, calculul PSF
  este inhibat trecându-se direct la simularea
  regimului tranzitoriu.

4

• Analize de curent continuu
• În analiza de c.c. PSPICE considera toate
  condensatoarele ca întreruperi si toate bobinele
  ca scurtcircuite.
• Tipul si forma variabilelor de iesire depind de
  tipul analizei de c.c. ce se efectueaza.
• Implicit, toate analizele se efectueaza la
  temperatura nominala TNOM270C, setata prin
  comanda OPTIONS.

5

• Analize de curent continuu
• Pentru a configura si rula analize de curent
  continuu (CC) cativa pasi vor trebui parcursi.
• Introducerea de stimululi DC corespunzatori (DC
  Stimulus)
• Setarea conditiei Punctului Static de Functionare
  Initial (Initial Bias Point Condition) (pentru
  anumite analize de curent continuu)
• Validarea analizei Bias Point Detail
• Realizarea analizei de curent continuu (DC Sweep)
• Setarea analizei functiei de transfer in CC la
  semnal mic (Small-Signal DC Transfer)
• Setarea analizei de sensibilitate in curent
  continuu (DC Sensitivity)
• Selectarea optiunilor (Options)

6

• Stimuli de curent continuu
• Pentru a rula o analiza DC sweep ( utilizand ca
  variabila o sursa de tensiune sau de curent ) sau
  o analiza a functiei de transfer in curent
  continuu la semnal mic (small-signal DC
  transfer), trebuie conectate una sau mai multe
  surse independente si apoi setate valorile de
  tensiune sau curent pentru fiecare sursa

7

• 2. Setarea Punctului Static de Functionare
  Initial
• Exista trei posibilitati de simulare a
  conditiilor initiale setand
• Salvare si incarcare PSF (Save and Load Bias
  Point)
• Setpoints
• Setarea conditiilor initiale (Setting Initial
  Conditions)
• Salvare si incarcare PSF
• Salvare PSF si incarcare PSF sunt folosite pentru
  a salva si incarca rezultatele calculului PSF
  pentru simulari PSpice A/D succesive. Salvarea si
  incarcarea calculelor PSF poate reduce timpii de
  simulare cand circuite mari sunt simulate de
  multe ori .
• Salvarea /Incarcarea PSF afecteaza urmatoarele
  tipuri de analiza
• CC
• CA
• Tranzitorie

8
Setpoints Setpoints sunt pseudo componente care
specifica conditiile initiale de functionare.
Acestea se aplica partii analogice din circuit.
In figura de mai sus IC1 este un simbol cu un
singur pin care permite setarea conditiilor
initiale pentru un nod de circuit atat pentru
analiza de semnal mic cat si pentru analiza
transient bias points IC2 este un simbol cu doi
pini care permite setarea conditiilor initiale
pentru doua noduri de circuit. Folosind simboluri
IC se pot seta conditiile initiale doar pentru
punctul static de functionare. Vor fi afectate
doar conditiile initiale pentru analiza
tranzitorie. Este o conditie necesara pentru
oscilatoare. Nu afecteaza analiza de curent
continuu (DC sweep). Daca circuitul contine atat
un simbol IC cat si un simbol NODESET pentru
acelasi nod, atunci simbolul NODESET este
ignorat.
9
NODESET1 este un simbol cu un singur pin ce ajuta
la calcularea PSF prin livrarea unei estimari
initiale pentru un nod. NODESET2 este un simbol
cu doi pini care ajuta la calcularea PSF intre
doua noduri de circuit. O parte sau toate
nodurile de circuit pot primi aceste estimari
initiale. Simbolurile NODESET sunt eficiente
pentru calculul PSF (atat la semnal mic cat si in
regim tranzitoriu) si la primul pas in analiza de
curent continuu (DC sweep). Se utilizeaza pentru
analiza circuitelor bistabile. Nu are efect
pentru restul analizai de curent continuu sau in
timpul analizei tranzitorii. Setarea conditiilor
initiale Atribulul IC permite setarea conditiilor
initiale pentru condensatoare (tensiune
initiala) si bobine (curent initial). Aceste
conditii sunt aplicate in timpul calculului PSF.
Dar, daca se selecteaza optiunea () Skip Initial
Transient Solution in fereastra de dialog
Transient Analysis Setup, calculul PSF nu este
realizat si simularea incepe direct cu analiza
tranzitorie de la momentul TIME0. Dispozitivele
cu atribute IC incep simularea cu tensiunile sau
curentii specificati dar toate celelalte
dispozitive de acelasi tip incep simularea cu
tensiune sau curent zero.
10

• 3. Bias (Operating) Point Detail
• Punctul static de functionare al circuitului se
  determina în conditiile în care sunt aplicate
  numai sursele de alimentare de c.c.,
  condensatoarele fiind considerate întreruperi,
  iar bobinele scurtcircuite. Solutia de c.c.
  furnizeza doua seturi de rezultate listate în
  fisierul de iesire.
• Punctul static de functionare este calculat
  pentru orice analiza chiar daca Bias Point Detail
  analysis este setata sau nu in fereastra de
  dialog Analysis Setup. Cand Bias Point Detail
  analysis nu este setata, doar tensiunile din
  nodurile analogice si starile nodurilor digitale
  sunt raportate in fisierul de iesire.
•     Cand Bias Point Detail analysis este setata,
  urmatoarele informatii sunt raportate in fisierul
  de iesire
• SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION
•  O lista cu tensiunile nodurilor analogice
•  O lista cu starile nodurilor digitale
•  Curentii si tensiunile surselor si puterile lor.
• OPERATING POINT INFORMATION ( for OP )
• Curentii, tensiunile terminale
•  O lista cu parametrii de semnal mic pentru toate
  dispozitivele neliniare.

11
Dupa calcularea PSF, circuitul este pregatit
pentru liniarizare. Exemplu Determinarea
punctului static de functionare al unui
amplificator cu tranzistor JFET.
12
SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE
27.000 DEG C NODE VOLTAGE NODE
VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE (
VDD) 20.0000 (N00021) 6.0000 (N00057)
0.0000 (N00060) 7.1384 (N00088) 0.0000
(N00155) 9.8023 (N000390) 0.0000
  VOLTAGE SOURCE CURRENTS NAME
CURRENT V_VI 0.000E00 V_V2
-2.050E-03 TOTAL POWER DISSIPATION
4.10E-02 WATTS   OPERATING POINT
INFORMATION TEMPERATURE 27.000 DEG
JFETS NAME J_J1 MODEL BF256B
ID 2.04E-03 VGS -1.14E00
VDS 2.66E00 GM 3.52E-03
GDS 8.47E-06 CGS 1.60E-12
CGD 1.21E-12
13
4. DC Sweep În cadrul aceastei analize (DC
sweep) în curent continuu cu baleierea unor
domenii de valori, PSF al circuitului este
calculat pe intervalele de variatie specificate,
în functie de - valoarea unei surse
independente de c.c. de tensiune, V    -
valoarea unei surse independente de c.c. de
curent, I   - valoarea unui parametru
global definit cu comanda PARAM    -
valoarea unui parametru de model,
specificându-se lttip modelgt ltnume modelgt
ltnume parametru modelgt     - valoarea
temperaturii, TEMP.    
14
4. DC Sweep Punctul static de functionare a
circuitului se calculeaza la fiecare valoare a
parametrului. Aceasta analiza este utila in
determinarea functiei de transfer a unui
amplificator, pentru determinarea pragurilor (sus
si jos) a unui circuit digital etc. Pentru
calcularea raspunsunlui in curent continuu al
unui circuit, programul elimina toate sursele
dependente de timp. Acest lucru se realizeaza
prin tratarea condensatoarelor ca intreruperi in
circuit, a bobinelor ca scurtcircuit si
utilizarea doar a valorilor de curent continuu
(offset) a surselor de tensiune si de curent. O
abordare asemanatoare se utilizeaza si pentru
dispozitivele digitale toate intarzierile de
propagare se considera nule iar generatoarele de
stimuli se seteaza la valoarea lor initiala.    

15
    Analiza DC Sweep secundara   Daca se
specifica o analiza DC Sweep secundara, programul
introduce o bucla suplimentara de analiza. Pentru
fiecare valoare a variabilei secundare, variabila
principala este variata in tot domeniul acesteia.
Valoarea variabilei de iesire este evaluata prin
baleierea variabilelor în urmatoarea ordine
val_var2start2 for ( val_var2 ? stop2,
val_var2(i1)val_var2(i)pas2) val_var1start1
for(val_var1 ? stop, val_var1(j1)val_var1(j)
pas1) out_varf(val_var1, val_var2)
16
    Analiza DC Sweep secundara Variatia
celor doua variabile genereaza o familie de
caracteristici de transfer, câte o caracteristica
pentru fiecare valoare a variabilei secundare,
val_var2, variabila de baleire externa. Fiecare
caracteristica de transfer din familie este
determinata de valorile variabilei primare,
val_var1,variabila de baleiere interna.
17

• Minimum Circuit Design Requirements
• Swept Variable

18
Probleme de convergenta Cea mai raspandita cauza
pentru aparitia erorii in cazul analizei DC Sweep
consta in analiza unui circuit cu reactie
regenarativa, de ex. a unui trigger Schmidt.
Solutie evitati analiza unor astfel de circuite.
Analiza DC Sweep nu este potrivita pentru
calculul histerezei. Untilizati analiza
tranzitorie.
19
Setarea variabilei secundare
Setarea variabilei principale
20
5. Calculul functiei de transfer de semnal mic in
curent continuu (Small-Signal DC Transfer)
  Aceasta analiza este o analiza de semnal mic
în c.c. si nu trebuie confundata cu analiza în
c.a. Circuitele analogice lucreaza de multe ori
cu semnale de nivel mic în comparatie cu
tensiunile si curentii de polarizare. În aceste
conditii, pentru determinarea performantelor
circuitelor se utilizeaza modelele incrementale
sau de semnal mic ale dispozitivelor. Pentru a
determina limitarile pe care le impune utilizarea
analizei de semnal mic, trebuie determinata
amplitudinea maxima a semnalului de intrare
pentru a nu avea distorsiuni sau pentru ca
distorsiunile sa se încadreze între anumie
limite.
21
5. Calculul functiei de transfer de semnal mic in
curent continuu (Small-Signal DC Transfer)   În
cazul tranzistorului bipolar, analiza de semnal
mic este valabila ( distorsiunile sunt minime)
daca semnalul aplicat la intrare are amplitudinea
Vn,max ltlt VT (TB admite semnale relativ mici la
intrare, de ordinul 1mV). Odata îndeplinita
conditia de semnal mic, se poate trece la
determinarea modelelor de semnal mic ale
dispozitivelor si apoi la calculul parametrilor
de semnal mic ai circuitului. Caracteristicile
de semnal mic în c.c. ale circuitului liniarizat
obtinut dupa analiza OP pot fi obtinute sub forma
alfanumerica în fisierul de iesire, cu ajutorul
comenzii TF. Aceasta analiza se efectueaza
astfel se calculeaza PSF, apoi se determina
raspunsul circuitului la un stimul de semnal mic
în jurul PSF-ului calculat.
22

• 5. Calculul functiei de transfer de semnal mic in
  curent continuu (Small-Signal DC Transfer)
•  
• Aceasta analiza calculeaza functia de transfer de
  semnal mic prin liniarizarea circuitului in jurul
  punctului static de functionare si calculeaza
  castigurile de semnal mic (dVout/dVin),
  (dIout/dIin), (dIout/dVin) sau (dVout/dIin) ,
  rezistenta de intrare (dVin/dIin),  si rezistenta
  de iesire (dVout/dIout) .
• Cerinte minime de proiectare
• Circuitul trebuie sa contina cel putin o surse de
  intrare .
• Setari ale programului
• In fereastra Transfer Function dialog box, se
  specifica
• Numele sursei de intrare
• Variabila de iesire

23
(No Transcript)
24
Example 1 Se considera un etaj de amplificare cu
tranzistir bipolar. Sa se calculeze parametrii de
semnal mic considerand sursa I1 ca sursa de
intrare.
Rezultatele simularii sunt BETADC
5.81E01 GM 4.89E-02
25
SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS V(OUT)/I_I1
-1.173E05 INPUT RESISTANCE AT I_I1
1.239E03 OUTPUT RESISTANCE AT V(OUT)
1.951E03
26
6. Analiza de senzitivitate (DC
Sensitivity) Aceasta analiza (SENS) faciliteaza
apecierea efectelor pe care le au variatiile
valorilor elementelor circuitului si a
parametrilor de model asupra unor variabile de
iesire selectate, deci asupra functionarii
circuitului. Astfel, se pot determina acele
elemente de circuit a caror variatie afecteaza
cel mai mult PSF, permitând concentrarea
eforturilor în directia reducerii senzitivitatii
în raport cu acele elemente.
27

• 6. Analiza de senzitivitate (DC Sensitivity)
• Senzitivitatea circuitului se calculeaza prin
  liniarizarea tuturor dispozitivelor in jurul
  punctului static de functionare. Analiza de
  senzitivitate calculeaza si tipareste in fisierul
  de iesire senzitivitatea absoluta si relativa a
  variabilei de iesire fata de fiecare parametru de
  dispozitiv, pentru urmatoarele dispozitive
• rezistoare
• Surse independente de tensiune sau curent
• Comutatoare comandate in tensiune sau curent
• diode
• Tranzistoare bipolare

Programul listeaza pentru fiecare element sau
parametru doua valori de senzitivitate
senzitivitatea absoluta ( ) exprimata
în V sau A, raportata la variatia cu o unitate a
valorii elementului si senzitivitatea relativa

exprimata în V
sau A, raportata la variatia cu 1 a valorii
elementului. Aceste valori reflecta
senzitivitatile potentialelor si curentilor în
c.c. fata de perturbarea valorilor elementelor de
circuit.
28
Setari In fereastra Sensitivity Analysis,
introducati numele variabilei de iesire dorite.
29
Example 1 Se considera un amplificator cascoda
cu tranzistoare bipolare (CE-CB). Sa se calculeze
senzitivitatea curentului IC(Q2).
30
DC SENSITIVITY ANALYSIS
TEMPERATURE 27.000 DEG C DC SENSITIVITIES OF
OUTPUT I(V_VSENS) ELEMENT
ELEMENT ELEMENT NORMALIZED
NAME VALUE SENSITIVITY
SENSITIVITY
(AMPS/UNIT) (AMPS/PERCENT)  
R_RE 3.300E03 -2.869E-07
-9.466E-06 R_R3 8.000E03
1.044E-07 8.352E-06 R_R2
4.000E03 -3.847E-08 -1.539E-06
R_R1 1.800E04 -3.909E-08
-7.036E-06 R_RC 6.000E03
-1.850E-10 -1.110E-08 R_RS
4.000E03 0.000E00 0.000E00
R_RL 4.000E03 0.000E00
0.000E00 V_VSENS 0.000E00
-1.901E-07 0.000E00 V_V1
1.500E01 7.763E-05 1.164E-05
V_VS 0.000E00 0.000E00
0.000E00
31
7. Optiuni Meniul Options se utilizeaza pentru
setarea tuturor optiunilor, limitelor si
parametrilor de control ale simulatorului
32
(No Transcript)