EAT/DTE 20051 PROGRAMA DE SIMULACIÓN: SPICE ICAP4 demo (25 Meg)

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1 EAT/DTE 20051 PROGRAMA DE SIMULACIÓN: SPICE ICAP4 demo (25 Meg) http://www.intusoft.com/demos.htm

2 EAT/DTE 20052 SIMULACIÓN CAD DE UN CI Un Programa de Simulaci ó n permite predecir el comportamiento de un circuito para diferentes est í mulos.

3 EAT/DTE 20053 SIMULACIÓN CAD DE UN CI Necesidad del CAD para An á lisis de CIs : An á lisis Cl á sico : Esquema El é ctrico  An á lisis Te ó rico Fabricaci ó n Prototipo  Comprobaci ó n :Prueba/Error An á lisis de CIs : Tama ñ o Circuito (VLSI : > 10.000 comp/chip) Caracter í sticas Espec í ficas de un CI (Cpar á sitas, dimensiones f í sicas,...)

4 EAT/DTE 20054 SIMULACIÓN CAD DE UN CI Fabricación prototipo: Absurdo Elevados costes Necesidad de Programas de Tratamiento de Ecuaciones Posibilidad de Análisis en diferentes situaciones: temp, dispersión,....

5 EAT/DTE 20055 SPICE Programa Standard Simulación Eléctrica de CIs S imulation P rogram with I ntegrated C ircuit E mphasis Desarrollado por grupo CAD de la Un. de California, Berkeley. Versión SPICE2 : Tesis Doctoral de NAGEL, 1975.

6 EAT/DTE 20056 SPICE Versiones primeras en FORTRAN (18.000 líneas) Actualmente en C Amplio uso en Industria / Educación Opera en Grandes Sistemas Ordenadores Personales (PC)

7 EAT/DTE 20057 TIPOS DE ANÁLISIS : DC, en continua.Ruido Transitorio.Fourier AC, en alterna.Variaciones con Temp. Basado Análisis nodal Modificado.

8 EAT/DTE 20058 ANÁLISIS DC en continua : Análisis de continua o en régimen estacionario (L c.c. y Cc.ab.). Se calculan: las tensiones DC de todos los nodos las corrientes suministradas por todas las fuentes la potencia total consumida Se realiza previamente a un análisis en AC o Transitorio.

9 EAT/DTE 20059 ANÁLISIS TRANSITORIO : Análisis de respuesta en función del tiempo. Tipos de señales aplicadas (tensión/corriente): un pulso sinusoidal amortiguada lineal a tramos ….

10 EAT/DTE 200510 ANÁLISIS AC, en alterna : Análisis de pequeña señal para entradas sinusoidales. Las fases típicas son : 1. Análisis en DC para determinar punto de operación 2. Linealización de los modelos no lineales. 3. Cálculo de la salida para diferentes frecuencias. La salida típica  Función de transferencia.

11 EAT/DTE 200511 OPERACIÓN CON SPICE

12 EAT/DTE 200512 Título Línea Componente Descripción del circ. Componentes + Modelos Netlist Señales aplicadas Línea Componente Tipo de Análisis ¨ DC, AC,.... Petición de Resultados Opciones.End

13 EAT/DTE 200513 Ejemplo : * Circuito prueba VDD 3 0 5v VIN1 0 0v R13 2 10K M12 1 0 0 MODN.MODEL MODN NMOS. DC VIN 0 5.O5.PRINT V(2) V(1).END

14 EAT/DTE 200514 NOTACIÓN UNIDADES T 1E 12K 1E13N 1E1-9 G 1E 9M 1E -3P 1E -12 MEG 1E 6U 1E -6F 1E -15 MIL 25.4E-6

15 EAT/DTE 200515 CONVENIOS Cada elemento se define mediante una sentencia : nombre, nodos a los que se conecta y su valor campos opcionales. Los nodos se numeran con enteros positivos El nodo 0 se reserva para la conexión de "tierra" Todo nodo ha de tener al menos 2 conexiones (que incluyan un camino DC a tierra) No se permiten lazos de fuentes de tensión ni de inductores. Los nombres constan de una letra reservada + un máximo de 7 caracteres

16 EAT/DTE 200516 Descripcion de elementos de un circuito. A cada elemento se les asigna un nombre (hasta 8 caracteres). La primera letra distingue a un elemento de otro :

17 EAT/DTE 200517 C capacidad R resistencia L inductor V fuente de tensión independiente I fuente de corriente independiente E fuente de tensión controlado por tensión H fuente de tensión controlado por corriente F fuente de corriente controlado por corriente G fuente de corriente controlado por tensión Descripcion de elementos de un circuito.

18 EAT/DTE 200518 D diodo Q transistor bipolar (BJT) J transistor de efecto de campo de unión (JFET) M transistor de efecto de campo metal-óxido- semiconductor (MOS) Descripcion de elementos de un circuito.

19 EAT/DTE 200519 Elementos Pasivos Resistencias R------N1N2 valor[TC=TC1[,TC2] Ejemplos: R1 1 2 1K RFUENTE 15 32 1MEG Capacidades C-----N+N- valor[POLY] valor [C1,[C2..]] [IC=v-inic] Ejemplos:: C2 5 0 10UF CFILTRO 15 32 33U IC=12V

20 EAT/DTE 200520 Fuentes independientes Tensión Vnombre N+ N-[[DC]valor] [ACmagval[faseval]] [ TRANTIPO tpar1...] Valor en DC por defecto 0v y pueden usarse como "Amperímetro” Valor en AC para análisis de pequeña señal (normal magnitud =1 y fase 0º) Trantipo especifica el tipo de señal para un análisis en transitorio. Ejemplos: VCC 5 0 5V VIN 1 0 DC 1 AC 1 PULSE 0 1

21 EAT/DTE 200521 Fuentes independientes Corriente Inombre N+ N- [[DC]valor] [AC magval[faseval]] [ TRANTIPO tpar1...] Valor en DC por defecto 0A y la corriente del nodo + al -. Valor en AC para análisis de pequeña señal (normal la magnitud =1 y fase= 0º). Trantipo especifica el tipo de señal para un análisis en transitorio. Ejemplos: IFUENTE 5 0 5MA IIN 1 0 DC 1 PULSE 0 1MA

22 EAT/DTE 200522 Generadores para régimen transitorio. Son generadores de señal dependientes del tiempo. Existen 5 tipos Pulso Sinusoidal PWL,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

23 EAT/DTE 200523 1. Pulso PULSE v1 v2 td tr tf pw per Genera una señal tipo "tren de pulsos" ParámetroValor por defecto v1 tensión inicialse debe especificar (v,A) v2 tensión del pulsose debe especificar (v,A) td tpo de retardo0.0 (sg) tr tpo de subidaTSTEP (sg) tf tpo de bajadaTSTEP (sg) pw anchura del pulsoTSTOP (sg) per periodoTSTOP (sg) TSTEP, TSTOP se definen en la sentencia.TRAN

24 EAT/DTE 200524 Generadores dependientes. Tensión controlado por tensión Tensión controlado por corriente Corriente controlado por tensión Corriente controlado por corriente

25 EAT/DTE 200525 Elementos semiconductores. DIODO Dnombre N+N- modnombre [área] [OFF] [IC=vd] N+, N- son los nodos asociados al ánodo y cátodo. área escala los parámetros del modelo (por def. vale 1) OFF establece que la condición inicial en análisis en DC. IC tensión inicial para un análisis transitorio (si existe la sentencia UIC) Ejemplos: D1 4 5 DN4114 OFF DRECT 1 2 DPOT

26 EAT/DTE 200526 Elementos semiconductores. Importante !! Asociado a cada elemento semiconductor debe existir una sentencia.MODEL en la que se le asocian valores a los parámetros del modelo correspondiente a dicho elemento. Caso particular del diodo :.MODEL modnombre D (par1=pval1 par2 = pval2.....…)

27 EAT/DTE 200527 Elementos semiconductores. Modelo del Diodo

28 EAT/DTE 200528 Elementos semiconductores. Parámetros del modelo del Diodo

29 EAT/DTE 200529 Elementos semiconductores. Ejemplo: DZEN 4 2 DN753.MOD DN753 D (RS=4.68 BV=6.10 CJO=3346P TT=50N M=.33 VJ=.75 IS=1E-11 N=11.27 IBV=20MA)

30 EAT/DTE 200530 Elementos semiconductores. Análogamente con transistores: bipolares (BJT) FET/MOS Versiones de Spice comerciales (Intusoft) y fabricantes de dispositivos proponen librerías de modelos.

31 EAT/DTE 200531 Otros Elementos: Macromodelos Estos programas comerciales disponen de modelos para otro tipo de elementos de mayor nivel o módulos. Ejemplo: El Amplificador Operacional.

32 EAT/DTE 200532 Descripción del tipo de Análisis. Análisis en DC Análisis Transitorio ……………..

33 EAT/DTE 200533 Análisis en DC..DC src start stop incr [src2 start2 stop2 incr2] src: Nombre Fuente Independiente src2: Se mantiene en cada barrido start: Valor de Comienzo.y se incrementa. stop : Valor Final incr: Incremento unidades: voltios.

34 EAT/DTE 200534 Análisis en DC. Realiza un análisis en DC para diferentes valores de la(s) fuente(s) especificada en la sentencia. Las cotas entre las que varía y el incremento asociado se detalla así mismo en dicha sentencia. Para cada valor o "Punto de operación", se pueden deducir tensiones y corrientes en diferentes nodos y ramas del circuito. Ejemplo :.DC VIN 0.25 5.0 0.25.DC VDS 0 10.5 VGS 0 5 1.DC VCE 0 10.25 IB 0 10U 1U

35 EAT/DTE 200535 Análisis en DC. Análisis del Punto de Operación.OP Determina el "Punto de operación" estacionario o en DC con las capacidades en c.ab. y los inductores en c.c. Se calculan y almacenan las tensiones en todos los nodos y las corrientes asociadas a todas las fuentes de tensión (en todos los niveles de la jerarquía) Este análisis se realiza por defecto previamente a un análisis transitorio (.TRAN) o a un análisis en AC (.AC). En un análisis transitorio si existe la opción UIC no se realiza este análisis previo en DC.

36 EAT/DTE 200536 Análisis Transitorio..TRAN tstep tstop [tstart [tmax]] [UIC] tstep: intervalo de tiempo entre dos puntos consecutivos. stop : límite tiempo final del análisis tmax: máximo incremento de tiempo de cálculo. (unidades: segundos). Calcula la respuesta del circuito en función del tiempo en el intervalo de tiempo especificado.

37 EAT/DTE 200537 Análisis Transitorio. Las condiciones iniciales se determinan normalmente mediante un análisis DC previo (salvo si se aplica la opción UIC) En el intervalo de tiempo [0 a tstop] se analiza el circuito y se almacenan los resultados en incrementos de valor tstep. Si se especifica tstart se almacenan únicamente los valores de [tstart a tstop] mientras que en caso contrario se almacenan todos los valores de [0 a tstop] Mediante tmax se especifica el máximo valor del intervalo de tiempo de cálculo de las soluciones (por defecto es (tstop-tstart)/50). Ejemplo :.TRAN 50NS 1US.TRAN 10N 10U 9U 1N UIC

38 EAT/DTE 200538 RESULTADOS DE SALIDA Fichero de salida generado.out contiene: Datos FECHA/HORA TITULO (el del fichero de entrada (.in)) Fichero completo de entrada : Parámetros de los modelos de los dispositivos semiconductores. Valores de la tensión en nodos en DC (previo a.TRAN y.AC) Lista tabulada de resultados (si sentencia.PRINT) Representación gráfica de resultados (si sentencia.PLOT)

39 EAT/DTE 200539 Sentencia.PRINT.PRINT tipo var1 [ var2.... varm] tipo: tipo de análisis. vari: Tensiones V(1), V(5,7), Corrientes I(VDD),..….PLOT totalmente análogo)

40 EAT/DTE 200540 Sentencia.PRINT Análisis en DC : Nº columnas Tabla = Nº de vbles + Fuente DC Nº filas = Incrementos Especificados en.DC Ejemplo :.PRINT DC V(1) V(5,7) I(VPUERTA) Análisis Transitorio : Nº columnas Tabla = Nº de vbles + Tiempo Nº filas = Incrementos Especificados en.TRAN Ejemplo :.PRINT TRAN V(6) I(VSENS) V(4,2)