Attività sperimentale 2009 Elettronica Simulazione elettronica analogica con Spice e progettazione di un Layout 1

Sara Felici, Saverio Salvagno, Alessio Paoletti, Alessandro Sbardella, Simone Leva, Luca Gerardi, Cristiano Succi, Fabio Guerrieri, Sonny Di Veronica, Alessandro Monti, Ivan Gentili, Patrizio Caciotosto, Edimir Leitao, Valerio Maria Valente, Nabeel Haris, Riccardo Ludovisi, Massimiliano Ciufo, Tiziano Di Domenico, Luca Scannella, Emanuele Sgherza, Fabrizio Lo Verde Stage elettronica 2009 2

Caratteristiche generali del simulatore Tipologie di analisi possibili con Spice: DC Operating Point AC Analysis Transient Analysis Temperature Sweep DC Sweep Parameter Sweep Progetto finale: Amplificatore controreazionato Stage elettronica 2009 3

Essi rendono semplici le verifiche funzionali di un progetto I programmi di simulazione circuitale costituiscono uno strumento di estrema utilità per chi si occupa di progettazione di circuiti elettronici Essi rendono semplici 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 Stage elettronica 2009 4

È usata per determinare le condizioni di Questo tipo di analisi definisce il punto di lavoro “in regime continuo” di un circuito elettrico; È usata per determinare le condizioni di lavoro di uno o più dispositivi elettronici; Per osservare le funzioni di trasferimento dei elementi non lineari (es: diodi, transistor, MOS); Per determinare le condizioni iniziali degli elementi reattivi nel dominio del tempo; Stage elettronica 2009 5

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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) La sorgente genera un segnale sinusoidale la cui frequenza varia in un range definito dal progettista. Stage elettronica 2009 7

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In questo grafico si può notare come all’ aumentare della resistenza di dumping la tensione ai capi del condensatore diminuisce, senza avere effetti sulla frequenza di risonanza del circuito. Stage elettronica 2009

Al diminuire della resistenza aumenta la selettività del filtro. Misurando la tensione tra l’induttore e il condensatore si può vedere come al variare della resistenza di dumping corrisponda una variazione della banda di frequenze eliminate dal circuito. Al diminuire della resistenza aumenta la selettività del filtro. Stage elettronica 2009

Nel grafico è rappresentato l’andamento della fase Nel grafico è rappresentato l’andamento della fase. Alle basse frequenze il circuito ha una reattanza capacitiva, alla frequenza di risonanza è puramente resistiva e alle alte frequenze induttiva. Stage elettronica 2009

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La reattanza capacitiva è XC=1/ωC, quindi ha un andamento esponenziale (caratteristica verde). La reattanza induttiva è XL=ωL, quindi presenterà un andamento lineare (caratteristica rossa). Stage elettronica 2009

Questa analisi elabora la risposta nel dominio del tempo del circuito Permette quindi di valutare il comportamento di un circuito elettrico, come lo si farebbe con uno oscilloscopio su un circuito reale Stage elettronica 2009 14

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Time 0s 1.0us 2.0us 3.0us 4.0us 5.0us 6.0us 7.0us V(VoutRC) V(VoutCR) 0V 0.5V 1.0V Il circuito CR ha un comportamento di tipo derivatore (verde) e l’uscita sente le variazioni veloci del segnale di ingresso. Il circuito RC ha un comportamento integratore (rossa) e l’uscita segue l’ingresso in ritardo. Stage elettronica 2009

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 Stage elettronica 2009 17

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Variando la temperatura si ottengono diverse caratteristiche del diodo, perché la tensione sulla giunzione diminuisce di 2.2mV per grado centigrado. Stage elettronica 2009

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. Stage elettronica 2009 20

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Parameter Sweep Questo tipo di analisi permette di variare le sorgenti di tensione e corrente, modelli, parametri globali e temperature di un circuito elettronico. I parametri del tipo di analisi si cambiano nel pannello di controllo “Simulations profile” Stage elettronica 2009

Parameter Sweep Stage elettronica 2009

Parameter Sweep 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, e definisce il tempo che impiega il condensatore a caricarsi al 63% della tensione finale. Il completo caricamento del condensatore avviene praticamente dopo 5τ. Stage elettronica 2009

Amplificatore transimpedenza Progetto: Amplificatore transimpedenza Stage elettronica 2009

Amplificatore transimpedenza Progetto: Amplificatore transimpedenza Il guadagno in banda e’ uguale al valore della resistenza di reazione R4, in cui la tensione in uscita e’ legata al prodotto della resistenza R4 per la corrente in ingresso, con uno sfasamento di 180° La frequenza di taglio inferiore dipende dai condensatori C1,C2. Stage elettronica 2009

Amplificatore transimpedenza Progetto: Amplificatore transimpedenza La risposta al gradino di corrente evidenzia il guadagno dell’amplificatore, nonché lo sfasamento di 180° Lo slew-rate del segnale in uscita e’ limitato dalla banda dell’amplificatore. Esso dipende dal polo dominante equivalente. Stage elettronica 2009

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All’ organizzazione del SIS-Divulgazione, per l’efficienza dell’ organizzazione e l’ accoglienza; Al Professore Mario Calvetti Direttore dell’ INFN per la sua disponibilità allo svolgimento dei corsi; Ai nostri professori per essersi impegnati nella realizzazione dello stage. Stage elettronica 2009 31

Giovanni Corradi Claudio Paglia Stage elettronica 2009 32