ThCAD

Scopul lucrării

1. Evidenţierea structurii simulatorului de circuit MicroSim PSpice, a informaţiilor pe care simulatorul trebuie să le primească şi a formatului în care acestea trebuie descrise pentru a se putea simula funcţionarea unui circuit şi a tipurilor de analiză pe care le poate efectua.

2. Evidenţierea modului de utilizare a simulatorului MicroSim PSpice prin exemple concrete.

Breviar teoretic

SPICE (Simulation Program with Integrated - Circuit Emphasis) este un program de uz general de simulare a funcţionării circuitelor electronice. Scopul elaborării unui asemenea program a fost să asigure un instrument software eficient pentru proiectarea circuitelor electronice integrate. Deşi programe de simulare a funcţionării circuitelor au apărut încă din anii '60, programul cunoscut astăzi sub denumirea generică de SPICE a apărut în 1972 sub denumirea de SPICE1 la Universitatea din California, Berkeley.

De-a lungul anilor '70, '80, '90 acesta s-a dezvoltat continuu şi a cunoscut mai multe variante: SPICE2, ISPICE (prima variantă comercială a programului), SPICE2 comercial, SPICE3, HSPICE, PSPICE etc. Dacă la început a fost conceput în limbaj FORTRAN, versiunile ulterioare au fost dezvoltate utilizând limbajul C sau versiuni ale acestuia în scopul obţinerii unui instrument software interactiv, modular, uşor de înteles şi structurat, dotat cu un utilitar grafic pentru afişarea rezultatelor.

Spre deosebire de versiunile mai vechi, versiunile actuale prezintă toate editoare de schemă, utilitare de prezentare şi prelucrare grafică şi biblioteci de componente. Există variante dotate cu programe de proiectare fizică, de exemplu a cablajelor imprimate sau a layout-ului circuitelor integrate.

Varianta de SPICE pe care o vom prezenta şi utiliza în continuare este intitulată MicroSim PSpice şi este elaborată de firma MicroSim.

MicroSim PSpice poate simula cu aceeaşi precizie funcţionarea unor circuite care acoperă o gamă variată de aplicaţii, de la amplificatoare simple până la surse în comutaţie, celule de memorie şi sisteme cu semnale mixte. În general, circuitele analizate cu SPICE pot conţine: rezistoare, condensatoare, bobine, bobine cuplate, surse de tensiune şi de curent independente, dependente sau comandate şi cele mai uzuale

2

dispozitive semiconductoare - diode, tranzistoare bipolare, tranzistoare unipolare: JFET, MOSFET şi MESFET. SPICE-ul poate efectua analize neliniare de c.c., analize neliniare de regim tranzitoriu şi analize liniare de c.a.

În partea de analiză de c.c., SPICE-ul calculează în mod iterativ ecuaţiile neliniare ce descriu funcţionarea circuitului în c.c., furnizând utilizatorului valorile potenţialelor nodurilor, curenţilor prin sursele de tensiune, punctele statice de funcţionare şi parametrii de semnal mic pentru dispozitivele active.

În cadrul analizei de c.a., SPICE-ul calculează valoarea complexă a potenţialelor nodurilor pe circuitul echivalent de semnal mic al circuitului, funcţie de frecvenţa semnalului sinusoidal aplicat la intrare. Acest tip de analiză presupune îndeplinirea condiţiei de semnal mic pentru dispozitivele neliniare ale circuitului.

În partea de analiză tranzitorie, pentru fiecare nod al circuitului se determină cronogramele (formele de undă funcţie de timp) potenţialelor nodurilor şi curenţilor prin sursele de tensiune, în condiţii de semnal mare.

În toate aceste cazuri simulatorul SPICE construieşte şi apoi rezolvă ecuaţiile corespunzătoare circuitului analizat utilizând metoda potenţialelor la noduri.

Structura simulatorului MicroSim PSpice este prezentată în figura 1.1. Pentru a simula funcţionarea unui circuit cu MicroSim PSpice trebuie să-i putem furniza acestuia următoarele informaţii:

- elementele de circuit şi modul în care acestea sunt conectate,

- ce tip de analiză dorim să efectuăm,

- modelele elementelor de circuit folosite în simularea funcţională,

- tipul de stimul pe care dorim să-l aplicăm la intrarea circuitului (în conformitate cu tipul de analiză dorită).

Aşa cum relevă şi figura 1.1. aceste informaţii sunt furnizate în diverse fişiere de date, create de diverse subprograme (MicroSim Schematics, bibliotecile de modele, MicroSim Parts, Stimulus Editor etc.) ce interfaţează MicroSim Pspice. Toate aceste informaţii trebuie descrise într-un format care să poată fi înţeles de către MicroSim Pspice, adică în limbajul de intrare SPICE. Informaţiile exprimate în limbajul de intrare SPICE sunt preluate de PSpice şi asamblate într-un fişier intern, numit fişier de intrare PSpice, care este prelucrat apoi de simulatorul propriuzis. Orice fişier de intrare PSpice are următoarea structură generală:

Declaraţia de titlu

* Declaraţii comentariu

Declaraţii de element

Declaraţii globale

Declaraţii de control

.END (declaraţia de sfârşit)

Acestă structură este caracteristică tuturor fişierelor de intrare SPICE, indiferent de versiune. Cu alte cuvinte orice fişier de intrare SPICE trebuie să înceapă cu o declaraţie de titlu (prin care se identifică circuitul) şi trebuie să se termine cu o declaraţie de încheiere care are întotdeauna forma END.