Tutorial Simulador Allegro

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  • Introduccin a simulacin SPICE Esteban Martnez

    (Octubre 2008)

    Seccin I: INTERFACES DE LAS HERRAMIENTAS DE SIMULACIN SPICE

    A) PSPICE (ORCAD)

    ORCAD permita realizar simulaciones en modo CAPTURA DE ESQUEMTICO o en

    modo NETLIST.

    En ORCAD, al iniciar la captura de un esquemtico para realizar una simulacin proceder

    como a continuacin se indica:

    1) Crea un nuevo archivo de diseo; File -> New Project; con esto aparece la ventana

    insertada en la ventana de trabajo; en sta, es indispensable verificar que este seleccionada

    la opcin Analog or Mixed A/D. (2) Crea una carpeta donde se guardarn los diseos; con el Browse ubica tal carpeta.

    (3) Da un nombre en la ceja Name al diseo que se va a crear y presiona el botn Ok. (4) Aparecer una segunda ventana, en ella selecciona la opcin Create a Blank Project y

    presiona el botn Ok.

    Fig. 1: Interfaz grfica de ORCAD y ventanas para configurar la interfaz al iniciar la captura de

    un nuevo proyecto.

    Una vez hecho esto, aparece la ventana de trabajo de ORCAD.

    En la parte superior de esta ventana (Fig. 2) se ubican la barra de menus de comandos, y

    algunas barras de iconos de utileras de la herramienta. En la parte derecha una barra de

    iconos de utileras para la insercin de componentes y captura de esquemticos de circuitos.

  • Fig.2: Interfaz grfica lista para la creacin de un esquemtico de circuito.

    CAPTURA DE ESQUEMTICOS:

    Procedimiento: a) inserta componentes usando el icono en forma de compuerta lgica o usando el comando Place -> part (si las libreras no estn cargadas, procede

    primero a cargarlas, por lo menos las siguientes: Analog, Bipolar, Sources,

    alguna de transistores MOS como la NEC_MOS, la ON_MOS, Diode, etc.)

    b) Alambra los componentes usando el icono en forma de z (el mas delgado) o usando el comando Place -> Wire o la tecla w. c) Edita los valores de componentes haciendo doble click en el valor del

    componente asignado por omisin.

    d) Agrega nombre a los nodos usando el icono n1 de la barra de iconos izquierda.

    R1

    100

    R2

    100

    R3

    200

    R4

    50

    R5

    300R6

    200

    V1

    5Vdc

    1 3

    4

    2

    R7

    150

    5

    0

    Fig.3 Ejemplo de esquemtico de circuito creado.

  • CONFIGURACIN DEL ANLISIS:

    Procedimiento: En la barra de menus (a) seleccionar PSPICE

    (b) Seleccionar New simulation profile >>dar un

    nombre al archivo de simulacin y presionar el botn

    Create (ejemplo ver la figura mostrando la ventanita New Simulation) con esto, aparece otra ventana en la cual se puede seleccionar el tipo de anlisis que se

    vaya a realizar: Time domain, DC sweep, AC sweep y

    Bias point.

    (a)

    (b) (c)

    Fig.4 Ventanas para la configuracin del tipo de anlisis. Ntese de la Fig.(c) los 4 posibles

    tipos de anlisis que se pueden realizar con esta herramienta: Time domain, DC sweep, AC

    sweep y Bias point.

  • VENTANA DE POSTPROCESAMIENTO:

    Los resultados en modo grfico o en modo texto generados por la simulacin aparecen en la

    ventana de post-procesamiento (Fig. 5). En la parte superior se encuentran la barra de

    menus y algunas barras de iconos de utileras para la visualizacin de curvas. En la parte

    izquierda la barra de iconos para la presentacin de resultados.

    Para visualizar una curva, use el icono Trace; al hacer esto aparece una ventana, en cuya

    parte izquierda se despliegan todas las variables de salida que se pueden graficar y en la

    parte derecha el formato de las mismas, por ejemplo, en valor absoluto, en dB, en valor

    promedio, el ngulo de fase, etc. Ntese tambin que pueden hacerse operaciones

    matemticas con las variables de la columna izquierda, es decir, sumas, restas, divisiones,

    multiplicaciones, etc.

    Fig.5: Ventana de post-procesamiento de ORCAD.

  • B) WINSPICE La Fig. 6 muestra la interfase de WinSPICE. WinSPICE ejecuta una simulacin solo en

    modo NETLIST o script de un circuito.

    Fig. 6: Interfaz WINSPICE para simulacin SPICE desde netlist.

    La creacin de un script de simulacin se captura en BLOCK DE NOTAS y se guarda con

    la extensin .cir (ejemplo: amplificador1.cir)

    Para ejecutar la simulacin, abra el archivo ejecutable de WINSPICE luego desde la

    ventana abierta: File >> Open >> seleccionar netlist a simular (p. e. amplificador1.cir) y

    automticamente inicia la ejecucin de la simulacin.

    Los resultados de anlisis en DC se leen en modo texto en la misma ventana de

    WINSPICE. Los resultados grficos se despliegan automticamente al finalizar la

    simulacin.

  • Interfaz de VIRTUOSO (CADENCE)

    Fig. 7: Interfaz VIRTUOSO-CADENCE para simulacin SPICE en modo grfico.

    Fig. 8: Ejemplo de resultados grficos usando CADENCE.

  • Seccin II: EJEMPLOS DE SIMULACIN ILUSTRATIVOS USANDO ORCAD

    A: ANLISIS EN DC (BIAS POINT)

    A1: CORRIENTES Y VOLTAJES EN DC

    Procedimiento: i) Captura de esquemtico.

    ii) Configuracin de la simulacin en Bias Point. iii) Ejecutar simulacin (comando SPICE >>Run) y revisar resultados en la

    ventana de trabajo o en el output file de la ventana de post-procesamiento.

    R1

    100

    R2

    100

    R3

    200

    R4

    50

    R5

    300R6

    200

    V1

    5Vdc

    1 3

    4

    2

    R7

    150

    5

    0

    (i) (ii)

    (iii)

    Fig. 9: (i) esquemtico de un circuito resistivo con fuentes independientes, (ii) configuracin del

    anlisis en DC y (iii) resultados de voltajes de nodo y corrientes de rama calculados por la

    herramienta.

  • +-v1

    2 v1

    3 i1

    i1

    | | | \ /

    E1

    F1

    12

    V1

    10

    R1

    10

    R2

    10

    R3

    10

    R4

    36

    R5

    (a)

    V1

    12Vdc

    R1

    10

    R3

    10

    R2

    10

    R4

    10

    R5

    36

    - ++-

    E1

    E F1

    F

    0

    (b)

    (c)

    Fig. 10: (a) esquemtico con fuentes dependientes (E: VCVS y F: CCCS), (b) captura de

    esquemtico en ORCAD, (c) resultado de simulacin.

  • A2: ANLISIS DE SENSIBILIDAD

    Procedimiento: i) Captura de esquemtico.

    ii) Configuracin de la simulacin en Bias Point. iii) Ejecutar simulacin (comando SPICE >>run) y revisar resultados en el

    output file de la ventana de post-procesamiento.

    (i)

    (ii)

    Fig. 11: (i) Esquemtico y configuracin del anlisis de sensibilidad.

    (ii) Despliegue de resultados del anlisis de sensibilidad.

    La columna Element Value corresponde a los valores nominales de los componentes del circuito. La columna Element Sensitivity (Volts/unit) indica las variaciones en V(out) para variaciones unitarias en los valores nominales de los componentes; esto es, si R1 varia

    en 1 , V(out) disminuir en 0.064V, es decir V(out) = 9.936V, en cambio si hay una

  • variacin de 1 en R2, V(out) se incrementa en 0.016V, es decir V(out) = 10.016V. La

    columna Normalized sensitivity (Volts/percent) indica las variaciones en V(out) en porcentajes en los valores nominales de los componentes; esto es, si R1 varia en 1%, V(out)

    disminuir en 0.016V, es decir V(out) = 9.984V, si V1 varia en 1%, V(out) se incrementa

    en 0.08V, esto es, V(out) = 10.08V.

    A3: CLCULO DEL PUNTO DE OPERACIN EN AMPLIFICADORES Y PARAMETROS INTERNOS

    DE TRANSISTORES

    Procedimiento: i) Captura de esquemtico

    ii) configuracin de la simulacin (en anlisis Bias Point Selecciona la opcin Include detailed bias point .. and semiconductors) iii) ejecutar la simulacin (barra de menus: SPICE >> run) y en ventana de

    postprocesamiento (iconos barra izquierda seleccionar output file).

    Recorrer el archivo generado en modo texto y casi al final muestra los

    resultados de anlisis en DC o punto de operacin.

    R8

    1k

    R9

    100

    R10

    1k

    R11

    100

    out1 out2

    VCC

    10Vdc

    VDD

    10Vdc

    VGG

    0Vdc

    VBB

    0Vdc

    gb

    0

    0 0 0 0

    0Q2

    40242

    M2MTM15N40/ON

    Fig. 12: esquemticos de amplificadores con transistores comerciales

    *BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS

    NAME Q_Q2

    MODEL Q40242

    IB -8.67E-12

    IC 1.97E-11

    VBE -1.10E-09

    VBC -1.00E+01 VCE 1.00E+01

    BETADC -2.27E+00

    GM -9.71E-14 RPI 1.73E+14

    RX 1.00E+01

    RO 8.33E+11 CBE 9.40E-13

    CBC 4.00E-13

    CJS 0.00E+00 BETAAC -1.68E+01

    CBX/CBX2 0.00E+00

    FT/FT2 -1.15E-02

    *MOSFET

    NAME X_M1.M1 MODEL X_M1.DMOS

    ID 4.91E-03

    VGS 2.89E+00

    VDS 4.59E+00

    VBS 0.00E+00

    VTH 2.86E+00 VDSAT 2.85E-02

    GM 3.40E-01

    GDS 2.21E-05 GMB 0.00E+00

    CBD 0.00E+00

    CBS 0.00E+00 CGSOV 0.00E+00

    CGDOV 0.00E+00

    CGBOV 0.00E+00 CGS 2.30E-16

    CGD 0.00E+00

    CGB 0.00E+00

  • B) BARRIDO PARAMTRICO (DC SWEEP)

    B1: CURVA DE TRANSFERENCIA EN DC (VOUT VS. VIN) DE AMPLIFICADORES.

    Proce