Il SIMULATORE CIRCUITALE SPICE DIEE A.A. 2002-2003 Ing. Maria Katiuscia Zedda

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.

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).

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.

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.).

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

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

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.

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.

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

Schematics

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>

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

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

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

Elementi circuitali Part name Attributi

Generatori indipendenti di corrente

Generatori indipendenti di tensione

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

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

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

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

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

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

Voltmetri Amperometri Inseriamo 2 voltmetri Viewpoint Inseriamo 1 Amperometro Iprobe

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)

Risultati