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Simulazione elettronica analogica con Spice e progettazione di un Layout Attività sperimentale 2011 Elettronica.

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Presentazione sul tema: "Simulazione elettronica analogica con Spice e progettazione di un Layout Attività sperimentale 2011 Elettronica."— Transcript della presentazione:

1 Simulazione elettronica analogica con Spice e progettazione di un Layout Attività sperimentale 2011 Elettronica

2 Stage elettronica 2011 I n d i c e : Funzioni generali del simulatoreFunzioni generali del simulatore Tipologie di analisi possibili con Spice:Tipologie di analisi possibili con Spice: DC Operating point DC Operating point AC Analysis AC Analysis Transient Analysis Transient Analysis Temperature Sweep Temperature Sweep DC Sweep DC Sweep Parameter Sweep Parameter Sweep Studio di un Alimentatore switching Studio di un Alimentatore switching Progetto finale:Progetto finale: Alimentatore Switching Alimentatore Switching

3 I programmi di simulazione circuitale costituiscono uno strumento di estrema utilità per chi si occupa di progettazione di circuiti elettronici I programmi di simulazione circuitale costituiscono uno strumento di estrema utilità per chi si occupa di progettazione di circuiti elettronici Essi semplificano le verifiche funzionali di un progetto Essi semplificano le verifiche funzionali di un progetto Il simulatore SPICE Simulation program With Integrated circuit Emphasis è utilizzato universalmente per la simulazione di circuiti elettronici analogici e digitali Il simulatore SPICE Simulation program With Integrated circuit Emphasis è utilizzato universalmente per la simulazione di circuiti elettronici analogici e digitali Stage elettronica 2011 Caratteristiche generali del simulatore:

4 Questo tipo di analisi definisce il punto di lavoro in regime continuo di un circuito elettrico; Questo tipo di analisi definisce il punto di lavoro in regime continuo di un circuito elettrico; È usata per determinare le condizioni di È usata per determinare le condizioni di lavoro di uno o più dispositivi elettronici; Per osservare le funzioni di trasferimento degli elementi non lineari (es: diodi, transistor, MOS); Per osservare le funzioni di trasferimento degli elementi non lineari (es: diodi, transistor, MOS); Per determinare le condizioni iniziali degli elementi reattivi nel dominio del tempo. Per determinare le condizioni iniziali degli elementi reattivi nel dominio del tempo. Stage elettronica 2011 DC operating point:

5 Questo tipo di analisi, elabora la risposta in frequenza di un circuito elettrico, costituito da elementi lineari (es: resistenza, induttanza, capacità, trasformatore, generatore di tensione e di corrente), ed elementi non lineari, linearizzandoli. Questo tipo di analisi, elabora la risposta in frequenza di un circuito elettrico, costituito da elementi lineari (es: resistenza, induttanza, capacità, trasformatore, generatore di tensione e di corrente), ed elementi non lineari, linearizzandoli. La sorgente genera un segnale sinusoidale la cui frequenza varia in un range definito dal progettista. La sorgente genera un segnale sinusoidale la cui frequenza varia in un range definito dal progettista. Stage elettronica 2011 AC analysis

6 Analisi in frequenza di un passa-basso e passa-alto Comportamento del modulo e della fase Verifica risposta teorica tramite SPICE Stage elettronica 2011

7 AC analysis Simulazione di un circuito risonante serie Andamento del Q e del coefficiente di smorzamento

8 Nel grafico si osserva landamento della tensione in uscita, funzione della resistenza di damping. Nel grafico si osserva landamento della tensione in uscita, funzione della resistenza di damping. Stage elettronica 2011 AC analysis

9 Stage elettronica 2011 AC analysis Misura dellimpedenza induttiva e capacitiva ZL = jωL ZC = -j/ωC

10 Stage elettronica 2011 AC analysis Verifica della condizione di risonanza serie Verifica della condizione di risonanza serie F risonanza = F risonanza = Verifica della fase in risonanza Verifica della fase in risonanza

11 L analisi al transiente, elabora la risposta nel dominio del tempo di un circuito elettronico L analisi al transiente, elabora la risposta nel dominio del tempo di un circuito elettronico Permette quindi di valutare il comportamento di un circuito elettrico, come lo si farebbe con uno oscilloscopio su un circuito reale. Permette quindi di valutare il comportamento di un circuito elettrico, come lo si farebbe con uno oscilloscopio su un circuito reale. Stage elettronica 2011 Transient analysis

12 Stage elettronica 2011 Transient analysis Studio della risposta al gradino di un RC-CR Si osserva che: il comportamento di un RC è opposto al CR

13 Questa opzione di analisi ha come parametro variabile la temperatura a cui si trova il circuito Questa opzione di analisi ha come parametro variabile la temperatura a cui si trova il circuito Permette di valutare i cambiamenti delle variabili elettriche di un componente al variare della temperatura Permette di valutare i cambiamenti delle variabili elettriche di un componente al variare della temperatura Stage elettronica 2011 Temperature sweep

14 Stage elettronica 2011 Temperature sweep Variando la temperatura si ottengono diverse caratteristiche del diodo, infatti la tensione di giunzione, diminuisce di 2.2mV per grado centigrado. Variando la temperatura si ottengono diverse caratteristiche del diodo, infatti la tensione di giunzione, diminuisce di 2.2mV per grado centigrado.

15 Questo tipo di analisi consente di simulare il circuito variando il valore delle sorgenti DC. Permette di visualizzare la funzione di trasferimento in DC di un dispositivo attivo o di un quadrupolo. Stage elettronica 2011 DC sweep

16 Stage elettronica 2011 DC sweep Da notare: Landamento della corrente esponenziale e la tensione di accensione 0.6 Volt.

17 Questo tipo di analisi permette di variare le sorgenti di tensione e corrente, modelli, parametri globali e temperature di un circuito elettronico. Questo tipo di analisi permette di variare le sorgenti di tensione e corrente, modelli, parametri globali e temperature di un circuito elettronico. I parametri si cambiano nel pannello di controllo Simulation profile. I parametri si cambiano nel pannello di controllo Simulation profile. Stage elettronica 2011 Parameter sweep

18 Stage elettronica 2011 Parameter sweep

19 Dal grafico si nota che, variando la resistenza R1 del circuito RC, tramite la simulazione parametrica, varia la costante di tempo τ. Essa è data dal prodotto fra R e C, definendo il tempo che impiega il condensatore a caricarsi al 63% della tensione finale. Dal grafico si nota che, variando la resistenza R1 del circuito RC, tramite la simulazione parametrica, varia la costante di tempo τ. Essa è data dal prodotto fra R e C, definendo il tempo che impiega il condensatore a caricarsi al 63% della tensione finale. Il completo caricamento del condensatore avviene praticamente dopo 5 τ. Il completo caricamento del condensatore avviene praticamente dopo 5 τ. Stage elettronica 2011 Parameter sweep

20 Regolatori Lineari I regolatori di tensione stabilizzano una tensione DC I regolatori di tensione stabilizzano una tensione DC I regolatori lineari impiegano un elemento a semiconduttore, (BJT,MOSFET) in zona lineare I regolatori lineari impiegano un elemento a semiconduttore, (BJT,MOSFET) in zona lineare Una rete di controreazione confronta la tensione di uscita, con un reference di tensione Una rete di controreazione confronta la tensione di uscita, con un reference di tensione Lo stato di conduzione del transistor viene cambiato, per adeguarsi alle variazioni di carico e di ingresso Lo stato di conduzione del transistor viene cambiato, per adeguarsi alle variazioni di carico e di ingresso Stage elettronica 2011

21 Regolatori Switching Si controlla lenergia immagazzinata nellinduttore. La relazione Si controlla lenergia immagazzinata nellinduttore. La relazione V : L = Δi : Δt mette in relazione le grandezze sullinduttanza. La proporzionalità tra tensione e variazione di corrente è lineare La proporzionalità tra tensione e variazione di corrente è lineare. Una tensione costante sullinduttanza, produce una variazione lineare di corrente. Una tensione costante sullinduttanza, produce una variazione lineare di corrente. Stage elettronica 2011

22 Regolatori Switching I regolatori switching impiegano un elemento attivo, funzionante tra linterdizione e la saturazione I regolatori switching impiegano un elemento attivo, funzionante tra linterdizione e la saturazione Un elemento reattivo (un induttore) immagazzina lenergia che viene poi ceduta al carico Un elemento reattivo (un induttore) immagazzina lenergia che viene poi ceduta al carico Una capacità di uscita livella la tensione, portando il ripple a valori accettabili Una capacità di uscita livella la tensione, portando il ripple a valori accettabili Una rete di controreazione confronta luscita con un reference di tensione, adeguando lenergia immagazzinata nellinduttore, alle mutevoli condizioni di carico e di ingresso Una rete di controreazione confronta luscita con un reference di tensione, adeguando lenergia immagazzinata nellinduttore, alle mutevoli condizioni di carico e di ingresso Stage elettronica 2011

23 Progetto: Switching Oscillatore onda quadra Volano Interruttore

24 Switching: simulazione funzionale Stage elettronica 2011 Andamento della tensione di uscita, sovrapposto al ripple. Da osservare il transiente allistante dellaccensione.

25 Switching: simulazione funzionale Stage elettronica 2011 Da notare che la corrente nellinduttore ha un andamento a rampa, mentre la tensione ai suoi capi è di tipo rettangolare

26 Switching: Ripple di uscita Stage elettronica 2011 Si è valutato il ripple di uscita, al variare degli elementi di carico. Si è constatato che il ripple è solo funzione delle perdite dellanello di carico costituito dal diodo, dallinduttore e dalla capacità filtro.

27 Stage elettronica 2011 Realizzazione del layout Layer TOP Layer BOTTOM

28 Stage elettronica 2011 Abbafati Simone, Cardinali Daniele, Cerino Alessandro, D' Anna Fabrizio, Dionisi Andrea, Fernandes Eugenio, Gatto Davide, Gervasoni Massimiliano, Manus Marco, Nura Muhammad Atif, Reali Roberto, Rosata Lorenzo, Salvucci Alessandro, Santinello Damiano, Scaramuzza Igor, Schiavoni Cristiano, Terenzi Marco. Studenti partecipanti:

29 All organizzazione del SIS-Divulgazione, per lefficienza dell organizzazione e l accoglienza; Al Professore Umberto Dosselli Direttore dellINFN per la sua disponibilità allo svolgimento dei corsi; Ai nostri professori per essersi impegnati nella realizzazione dello stage. Stage elettronica 2011 Riconoscimenti

30 Giovanni Corradi Claudio Paglia Stage elettronica 2011 TUTORI


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