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PROGRAMA DE SIMULACIÓN: SPICE

PROGRAMA DE SIMULACIÓN: SPICE. ICAP4 demo (25 Meg) http://www.intusoft.com/demos.htm. SIMULACIÓN CAD DE UN CI. Un Programa de Simulaci ó n permite predecir el comportamiento de un circuito para diferentes est í mulos. SIMULACIÓN CAD DE UN CI. Necesidad del CAD para An á lisis de CIs :

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PROGRAMA DE SIMULACIÓN: SPICE

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Presentation Transcript

  1. PROGRAMA DE SIMULACIÓN: SPICE ICAP4 demo (25 Meg) http://www.intusoft.com/demos.htm EAT/DTE 2005

  2. SIMULACIÓN CAD DE UN CI • Un Programa de Simulación permite predecir el comportamiento de un circuito para diferentes estímulos. EAT/DTE 2005

  3. SIMULACIÓN CAD DE UN CI • Necesidad del CAD para Análisis de CIs : • Análisis Clásico : • Esquema Eléctrico  Análisis Teórico • Fabricación Prototipo  Comprobación :Prueba/Error • Análisis de CIs : • Tamaño Circuito (VLSI : > 10.000 comp/chip) • Características Específicas de un CI (Cparásitas, dimensiones físicas,...) EAT/DTE 2005

  4. SIMULACIÓN CAD DE UN CI • Fabricación prototipo: Absurdo Elevados costes • Necesidad de Programas de Tratamiento de Ecuaciones • Posibilidad de Análisis en diferentes situaciones: temp, dispersión,.... EAT/DTE 2005

  5. SPICE Programa Standard Simulación Eléctrica de CIs SimulationProgramwithIntegrated Circuit Emphasis • Desarrollado por grupo CAD de la Un. de California, Berkeley. • Versión SPICE2 : Tesis Doctoral de NAGEL, 1975. EAT/DTE 2005

  6. SPICE • Versiones primeras en FORTRAN (18.000 líneas) • Actualmente en C • Amplio uso en Industria / Educación • Opera en Grandes Sistemas Ordenadores Personales (PC) EAT/DTE 2005

  7. TIPOS DE ANÁLISIS : • DC , en continua .Ruido • Transitorio .Fourier • AC, en alterna .Variaciones con Temp. • Basado Análisis nodal Modificado. EAT/DTE 2005

  8. ANÁLISIS DC en continua : • Análisis de continua o en régimen estacionario (L c.c. y Cc.ab.). • Se calculan: • las tensiones DC de todos los nodos • las corrientes suministradas por todas las fuentes • la potencia total consumida • Se realiza previamente a un análisis en AC o Transitorio. EAT/DTE 2005

  9. ANÁLISIS TRANSITORIO: • Análisis de respuesta en función del tiempo. • Tipos de señales aplicadas (tensión/corriente): • un pulso • sinusoidal amortiguada • lineal a tramos • …. EAT/DTE 2005

  10. ANÁLISIS AC, en alterna : • Análisis de pequeña señal para entradas sinusoidales. • Las fases típicas son : • 1. Análisis en DC para determinar punto de operación • 2. Linealización de los modelos no lineales. • 3. Cálculo de la salida para diferentes frecuencias. • La salida típica  Función de transferencia. EAT/DTE 2005

  11. OPERACIÓN CON SPICE EAT/DTE 2005

  12. Título • Línea Componente Descripción del circ.Componentes + Modelos Netlist Señales aplicadas • Línea Componente • Tipo de Análisis ¨ DC, AC,.... • Petición de Resultados • Opciones • .End EAT/DTE 2005

  13. Ejemplo : * Circuito prueba • VDD 3 0 5v • VIN 1 0 0v • R1 3 2 10K • M1 2 1 0 0 MODN • .MODEL MODN NMOS • . DC VIN 0 5 .O5 • .PRINT V(2) V(1) • .END EAT/DTE 2005

  14. NOTACIÓN UNIDADES • T 1E 12 K 1E13 N 1E1-9 • G 1E 9 M 1E -3 P 1E -12 • MEG 1E 6 U 1E -6 F 1E -15 • MIL 25.4E-6 EAT/DTE 2005

  15. CONVENIOS • Cada elemento se define mediante una sentencia : • nombre, nodos a los que se conecta y su valor • campos opcionales. • Los nodos se numeran con enteros positivos • El nodo 0 se reserva para la conexión de "tierra" • Todo nodo ha de tener al menos 2 conexiones (que incluyan un camino DC a tierra) • No se permiten lazos de fuentes de tensión ni de inductores. • Los nombres constan de una letra reservada + un máximo de 7 caracteres EAT/DTE 2005

  16. Descripcion de elementos de un circuito. • A cada elemento se les asigna un nombre (hasta 8 caracteres). • La primera letra distingue a un elemento de otro : EAT/DTE 2005

  17. Descripcion de elementos de un circuito. • C capacidad • R resistencia • L inductor • V fuente de tensión independiente • I fuente de corriente independiente • E fuente de tensión controlado por tensión • H fuente de tensión controlado por corriente • F fuente de corriente controlado por corriente • G fuente de corriente controlado por tensión EAT/DTE 2005

  18. Descripcion de elementos de un circuito. • D diodo • Q transistor bipolar (BJT) • J transistor de efecto de campo de unión (JFET) • M transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor (MOS) EAT/DTE 2005

  19. Elementos Pasivos • Resistencias • R------ N1 N2 valor [TC=TC1[,TC2] • Ejemplos: R1 1 2 1K RFUENTE 15 32 1MEG • Capacidades • C----- N+ N- valor[POLY] valor [C1,[C2..]] [IC=v-inic] • Ejemplos:: C2 5 0 10UF CFILTRO 15 32 33U IC=12V EAT/DTE 2005

  20. Fuentes independientes • Tensión • Vnombre N+ N- [[DC]valor] [ACmagval[faseval]] [TRANTIPO tpar1...] • Valor en DC por defecto 0v y pueden usarse como "Amperímetro” • Valor en AC para análisis de pequeña señal (normal magnitud =1 y fase 0º) • Trantipo especifica el tipo de señal para un análisis en transitorio. • Ejemplos: VCC 5 0 5V VIN 1 0 DC 1 AC 1 PULSE 0 1 EAT/DTE 2005

  21. Fuentes independientes • Corriente • Inombre N+ N- [[DC]valor] [AC magval[faseval]] [TRANTIPO tpar1...] • Valor en DC por defecto 0A y la corriente del nodo + al -. • Valor en AC para análisis de pequeña señal (normal la magnitud =1 y fase= 0º). • Trantipo especifica el tipo de señal para un análisis en transitorio. • Ejemplos: IFUENTE 5 0 5MA IIN 1 0 DC 1 PULSE 0 1MA EAT/DTE 2005

  22. Generadores para régimen transitorio. • Son generadores de señal dependientes del tiempo. • Existen 5 tipos • Pulso • Sinusoidal • PWL • ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, EAT/DTE 2005

  23. 1. Pulso PULSE v1 v2 td tr tf pw per • Genera una señal tipo "tren de pulsos" Parámetro Valor por defecto • v1 tensión inicial se debe especificar (v,A) • v2 tensión del pulso se debe especificar (v,A) • td tpo de retardo 0.0 (sg) • tr tpo de subida TSTEP (sg) • tf tpo de bajada TSTEP (sg) • pw anchura del pulso TSTOP (sg) • per periodo TSTOP (sg) TSTEP, TSTOP se definen en la sentencia .TRAN EAT/DTE 2005

  24. Generadores dependientes. • Tensión controlado por tensión • Tensión controlado por corriente • Corriente controlado por tensión • Corriente controlado por corriente EAT/DTE 2005

  25. Elementos semiconductores. • DIODO • Dnombre N+ N- modnombre [área] [OFF] [IC=vd] • N+, N- son los nodos asociados al ánodo y cátodo. • área escala los parámetros del modelo (por def. vale 1) • OFF establece que la condición inicial en análisis en DC. • IC tensión inicial para un análisis transitorio (si existe la sentencia UIC) • Ejemplos: D1 4 5 DN4114 OFF DRECT 1 2 DPOT EAT/DTE 2005

  26. Elementos semiconductores. • Importante !! • Asociado a cada elemento semiconductor debe existir una sentencia .MODEL en la que se le asocian valores a los parámetros del modelo correspondiente a dicho elemento. • Caso particular del diodo : • .MODEL modnombre D (par1=pval1 par2 = pval2 .....…) EAT/DTE 2005

  27. Elementos semiconductores. • Modelo del Diodo EAT/DTE 2005

  28. Elementos semiconductores. • Parámetros del modelo del Diodo EAT/DTE 2005

  29. Elementos semiconductores. • Ejemplo: • DZEN 4 2 DN753 • .MOD DN753 D (RS=4.68 BV=6.10 CJO=3346P TT=50N M=.33 VJ=.75 IS=1E-11 N=11.27 IBV=20MA) EAT/DTE 2005

  30. Elementos semiconductores. • Análogamente con transistores: • bipolares (BJT) • FET/MOS • Versiones de Spice comerciales(Intusoft) y fabricantes de dispositivos proponen librerías de modelos. EAT/DTE 2005

  31. Otros Elementos: Macromodelos • Estos programas comerciales disponen de modelos para otro tipo de elementos de mayor nivel o módulos. • Ejemplo: El Amplificador Operacional. EAT/DTE 2005

  32. Descripción del tipo de Análisis. • Análisis en DC • Análisis Transitorio • …………….. EAT/DTE 2005

  33. Análisis en DC. • .DC src start stop incr [src2 start2 stop2 incr2] • src: Nombre Fuente Independiente • src2: Se mantiene en cada barrido • start: Valor de Comienzo.y se incrementa. • stop : Valor Final • incr: Incremento • unidades : voltios. EAT/DTE 2005

  34. Análisis en DC. • Realiza un análisis en DC para diferentes valores de la(s) fuente(s) especificada en la sentencia. Las cotas entre las que varía y el incremento asociado se detalla así mismo en dicha sentencia. • Para cada valor o "Punto de operación" , se pueden deducir tensiones y corrientes en diferentes nodos y ramas del circuito. Ejemplo : • .DC VIN 0.25 5.0 0.25 • .DC VDS 0 10 .5 VGS 0 5 1 • .DC VCE 0 10 .25 IB 0 10U 1U EAT/DTE 2005

  35. Análisis en DC. Análisis del Punto de Operación • .OP • Determina el "Punto de operación" estacionario o en DC con las capacidades en c.ab. y los inductores en c.c. • Se calculan y almacenan las tensiones en todos los nodos y las corrientes asociadas a todas las fuentes de tensión (en todos los niveles de la jerarquía) • Este análisis se realiza por defecto previamente a un análisis transitorio (.TRAN) o a un análisis en AC (.AC). • En un análisis transitorio si existe la opción UIC no se realiza este análisis previo en DC. EAT/DTE 2005

  36. Análisis Transitorio. • .TRAN tsteptstop [tstart [tmax]] [UIC] • tstep: intervalo de tiempo entre dos puntos consecutivos. • stop : límite tiempo final del análisis • tmax: máximo incremento de tiempo de cálculo. (unidades: segundos). Calcula la respuesta del circuito en función del tiempo en el intervalo de tiempo especificado. EAT/DTE 2005

  37. Análisis Transitorio. • Las condiciones iniciales se determinan normalmente mediante un análisis DC previo (salvo si se aplica la opción UIC) • En el intervalo de tiempo [0 a tstop] se analiza el circuito y se almacenan los resultados en incrementos de valor tstep. • Si se especifica tstart se almacenan únicamente los valores de [tstart a tstop] mientras que en caso contrario se almacenan todos los valores de [0 a tstop] • Mediante tmax se especifica el máximo valor del intervalo de tiempo de cálculo de las soluciones (por defecto es (tstop-tstart)/50). Ejemplo : • .TRAN 50NS 1US • .TRAN 10N 10U 9U 1N UIC EAT/DTE 2005

  38. RESULTADOS DE SALIDA • Fichero de salida generado .out contiene: • Datos FECHA/HORA • TITULO (el del fichero de entrada (.in)) • Fichero completo de entrada : • Parámetros de los modelos de los dispositivos semiconductores. • Valores de la tensión en nodos en DC (previo a .TRAN y .AC) • Lista tabulada de resultados (si sentencia.PRINT) • Representación gráfica de resultados (si sentencia .PLOT) EAT/DTE 2005

  39. Sentencia .PRINT • .PRINT tipo var1 [ var2 .... varm] • tipo: tipo de análisis. • vari: Tensiones V(1), V(5,7), Corrientes I(VDD),..… • .PLOT totalmente análogo) EAT/DTE 2005

  40. Sentencia .PRINT • Análisis en DC : • Nº columnas Tabla = Nº de vbles + Fuente DC • Nº filas = Incrementos Especificados en .DC Ejemplo : .PRINT DC V(1) V(5,7) I(VPUERTA) • Análisis Transitorio : • Nº columnas Tabla = Nº de vbles + Tiempo • Nº filas = Incrementos Especificados en .TRAN • Ejemplo : .PRINT TRAN V(6) I(VSENS) V(4,2) EAT/DTE 2005

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