Il SIMULATORE CIRCUITALE SPICE

1. Il SIMULATORE CIRCUITALESPICE DIEE A.A. 2002-2003 Ing. Maria Katiuscia Zedda

2. Scopo della simulazione dei circuiti elettrici • Per conoscere il comportamento di un circuito elettrico è necessario risolvere un insieme di equazioni derivate dalle LKT, dalle LKC e dalle LL. • Al crescere delle dimensioni del circuito diventa impossibile risolvere il circuito manualmente. • Per molti anni l’unica soluzione è stata la realizzazione fisica del circuito su cui eseguire i test necessari a verificarne il funzionamento.

3. Scopo della simulazione dei circuiti elettrici • Questa tecnica divenne inadeguata con l’avvento dei circuiti integrati a causa degli elevati costi (sia in termini di tempo che di denaro) necessari a realizzare il circuito campione su cui effettuare i test. • Ciò, assieme all’aumento della diffusione e della potenze dei computer, è alla base della nascita e dello sviluppo dei simulatori circuitali, programmi capaci di risolvere qualunque circuito senza fare ipotesi semplificative. • Per questo motivo alla fine degli anni sessanta, nell’Università della California- Berkeley, nasce il progetto “SPICE” (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis).

4. Cenni storici • Spice è il programma più utilizzato nella simulazione dei circuiti e rappresenta di fatto lo standar della simulazione circuitale. • E’ il risultato del lavoro di molti studenti di ingegneria dell’Università di Berkeley, da cui è stato sempre distribuito gratuitamente. • La prima versione risale al 1971.Risolveva circuiti con max 400 componenti e 100 nodi, l’input avveniva mediante schede perforate. • Nel corso degli anni sono state rilasciate nuove versioni del programma caratterizzate dall’utilizzo di metodi numerici più efficienti, da un linguaggio più potente e da modelli più completi dei dispositivi. • Oggi tutti i principali fornitori di software CAD/CAE offrono una versione arricchita o supportata di SPICE. Faremo riferimento alla versione Free for studens 9.1 Pspice.

5. 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.) • Pspice è in grado di analizzare circuiti contenenti fino a 130 elementi e 100 nodi. • Può eseguire tre classi principali di analisi sui circuiti • Analisi DC (in regime stazionario o in continua) • Analisi in transitori • 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.).

6. Pspice student • www.orcad.com • Pspice student version download.

7. Principio di funzionamento Preprocessing Processing Postprocessing Text Editor Text Editor *.out ASCII *.cir ASCII Pspice *.dat BIN Probe Schematics *.sch BIN *.lib ASCII

8. 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.

9. 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 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. • Text Edit: semplice editor di test.

10. Fasi per l’analisi di un circuito • Creazione di un circuito • Simulazione • Stampa dei risultati Schematics Pspice AD Probe

11. Schematics

12. Schematics • Per selezionare un oggetto: click sul pulsante sinistro una sola volta. • Per eseguire un’azione: doppio click sul pulsante sinistro. • Per annullare una qualunque operazione: premere <Esc>

13. Creazione dei circuiti con Schematics • Piazzamento delle parti o componenti del circuito • Collegamento delle parti tra loro per formare il circuito • Modifica degli attributi delle parti

14. Piazzamento delle parti • Selezionare Draw/Get new part per aprire la finestra di dialogo Part Browser advanced

15. Piazzamento delle parti • Usare la barra di scorrimento per selezionare la parte, oppure scrivere il part name (es. C per il condensatore)

16. Elementi circuitali Part name Attributi

17. Generatori indipendenti di corrente

18. Generatori indipendenti di tensione

19. Piazzamento delle parti • Click su Place & Close • Spostare il mouse fino alla posizione desiderata sullo schermo • Doppio click con il pulsante sinistro per terminare la modalità piazzamento Per ruotare: <Ctrl R> oppure Edit/Rotate Per cancellare: <Ctrl X> oppure Edit/Cut

21. Collegamento delle parti • Si seleziona Draw/Wire oppure <Ctrl-W>, se con il cursore si collegano i due punti. • Si aggiunge il collegamento di massa AGND

22. Modifica degli attributi delle parti Nome • Ciascun attributo consiste di un nome e del suo corrispondente valore Valore Attributo

23. Modifica degli attributi delle parti • Cliccando sul nome attiviamo la finestra di dialogo Edit Reference Designator

24. Modifica degli attributi delle parti • Cliccando sul valore attiviamo la finestra di dialogo Set Attribute Value

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

27. Voltmetri Amperometri • Inseriamo 2 voltmetri Viewpoint • Inseriamo 1 Amperometro Iprobe

29. 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) • Quando l’analisi è terminata, il programma visulizza Bias point calculeted , e genera un file risultati/uscita (*.out)

30. Risultati