Universit\xe0 degli Studi di Udine

USO DEL SIMULATORE PSPICE

N.B. per stampare queste pagine del manuale ,dopo aver attivato il frame (cliccandoci sopra) selezionare la voce "Print Frame" nella finestra comandi "File" del browser.

Indice:

1- Come aprire l'editor degli schematici.
2- Come editare uno schematico.
3- Come creare la NetList del proprio Schematico.
4- Come Simulare il proprio Circuito.
5- Come analizzare i Risultati.
10- Note.
20- Come modificare i parametri dei modelli.
21- Come caricare le librerie in Schematics.
E1- Esercizio.

1- Come aprire l'editor degli schematici.

Dopo essere entrati in Windows ˆ necessario aprire il gruppo "Design Center Eval 6.0", e lanciare il programma "schematics" (basta fare doppio click sulla relativa icona...).

2- Come editare uno schematico.

Lo schema del circuito che deve essere simulato va costruito con lo schematic editor: per fare ciĝ ˆ sufficiente seguire le seguenti istruzioni:

2.1- Come prendere un Componente.

Aprire la tendina DRAW->GET NEW PART: viene visualizzata una cartellina in cui puĝ essere scritto il nome del componente che si vuole prendere ( per esempio: GND_EARTH ˆla massa, BUBBLE ˆil pallino a cui colleghiamo Vdd, ecc. ). Altrimenti si puĝ premere il tasto BROWSE: si apre un'altra cartella in cui a DESTRA si ha la lista delle librerie a cui si puĝ accedere, mentre a SINISTRA si ha la lista di componenti contenuti nella libreria correntemente selezionata.
I componenti che servono a noi sono: (occhio alle Maiuscole!)

Condensatore Analog C
Resistenza Analog R
Pallino di alimentazione Port BUBBLE
Massa Port GND_EARTH
Generatore di Vdd Source VSRC
Generatore di impulsi Source VPULSE
Generatore di ingressi Source VPWL
n-MOS (Liv. 0) Lab nMos-eS
n-MOS (Liv. 0) Lab nMos-ds(Deplition)
p-MOS (Liv. 0) Lab pMos-es
n-MOS (Liv. 1) Lab nMos1-e
n-MOS (Liv. 1) Lab nmos1-d(Deplition)
p-MOS (Liv. 1) Lab pMos1-e
n-MOS (Liv. 2) Lab nMos2-e
n-MOS (Liv. 2) Lab nMos2-d(Deplition)
p-MOS (Liv. 2) Lab pMos2-e



Per editare le Caratteristiche dei componenti, vedi 10.3.
Per editare i Modelli dei componenti vedi 10.9.
Per capire qualcosa dei Modelli dei Transistori MOS, vedi 20.0.

2.2- Come collegare i Componenti.

Dopo averli disposti ˆpossibile tirare i colleganenti tra i vari componenti mediante il comando EDIT->WIRE: il cursore assume la forma di una matita, a questo punto basta puntare il primo piedino, fare click, andare al secondo piedino (il filo viene tirato fino l ) e rifare click: i due pin sono ora connessi.

NOTA BENE: ˆ bene non mettere SOVRAPPOSTI i piedini dei transistori, perchˆ quasi sicuramente, nonostante dal disegno sembrino un tutt'uno, in realt€ risultano sconnessi: per essere sicuri di avere una buona connessione ˆ meglio mettere un pĝ distanti i transistori e tirare un breve tratto di filo.

2.3- Come creare le Alimentazioni.

Dopo aver creato il Circuito bisogna alimentarlo:

MASSA: al nodo di massa ˆ sufficiente una GND_EARTH (abbreviato EGND).
Vdd: Al nodo di Alimentazione positiva deve essere connesso un generatore di tensione di Alimentazione "VSRC". Per fare una cosa piu' leggibile e' meglio connettere a tale nodo una "BUBBLE" con etichetta (per esempio: "Vdd"), poi prendere un generatore "VSRC", collegarci la "EGND" (dalla parte del MENO!!!), e collegarci un'altra "BUBBLE" (dalla parte del PIU'), anche lei con la stessa etichetta (nell'esempio: "Vdd"). NOTA : per editare le etichette delle Bubble, vedi 10.2.



2.4- Come collegare i Segnali di Ingresso.

Il circuito deve poter ricevere degli stimoli di ingresso: a ognuno dei fili di ingresso puĝ essere collegato un generatore (di tipo VSRC, VPULSE, VPWD...), ma per fare una cosa pi· leggibile ˆ meglio connettere a ognuno di questi nodi una "BUBBLE" con etichetta ragionevole (per esempio: "Vin","V1","V2" e cosŒ via), poi prendere il generatore che serve, collegarci la "EGND" (dalla parte del MENO), e collegarci la solita "BUBBLE" (dalla parte del PIU'), anche lei con la stessa etichetta. NOTA : per sapere quale generatore serve, vedi 10.4.

2.5- Come descrivere le Uscite.

Il Probe (Visualizzatore dei risultati) puĝ visualizzare tutte le tensioni e correnti del circuito senza problemi, perĝ per rendere pi· agevole la selezione di tali grandezze ˆ permesso all'utente stesso di attribuire dei nomi ai vari fili e segnali. Questo puĝ essere fatto connettendo al filo interessato una bubble con una etichetta (tipo "Vout", "VCl"...), oppure attribuendo una etichetta proprio al filo che trasporta il segnale: per fare ciĝ vedi 10.2.

2.6- Come salvare il proprio Schematico

Basta aprire la tendina FILE->SAVE_AS... Verr€ richiesto di specificare il path in cui salvare il file e il nome da assegnargli (l'estensione di default ˆ "sch": si prega di non cambiarla!)

3- Come creare la NetList del proprio Schematico.

Basta aprire la tendina ANALYSIS->CREATE_NETLIST: il sistema fß il check elettrico del circuito e poi crea la netlist (che viene salvata in un file che si chiama come lo schematico, con estensione "net"). Questo avviene se tutto il circuito ˆ a posto: se invece c'ˆ qualche errore viene aperta una finestra di "error", dove il sistema comunica all'utente quali sono gli errori. In tal caso non si deve far altro che correggere gli errori e lanciare nuovamente ANALYSIS->CREATE_NETLIST........ NON PRIMA DI AVERE SALVATO LE MODIFICHE !!!

4- Come Simulare il proprio Circuito.

La simulazione Spice puĝ essere lanciata solo dopo averla descritta.La descrizione avviene in questo modo:

4.1- Come settare la Simulazione da fare

Aprendo la tendina ANALYSIS->SETUP viene aperta dal sistema una cartella che contiene diversi tasti grigi con una casellina quadrata a destra: in ognuno dei tasti ˆscritto il diverso nome di un tipo di simulazione, che puĝ essere abilitata facendo apparire una crocetta sulla relativa casellina quadrata. (la crocetta appare e scompare cliccando col mouse sulla casellina stessa) Ogni simulazione che viene abilitata deve essere settata nei suoi parametri: questo puĝ essere fatto cliccando col mouse sul Tasto con il nome della simulazione: viene aperta un'altra cartella in cui possono essere settati tutti i parametri. Noi useremo per lo piu' simulazioni "TRANSIENT" ,che permettono lo studio dei transitori: per settarle vedi 10.10. Una volta finito si preme CLOSE per uscira dalla finestra di Setup.

4.2- Come lanciare la Simulazione.

E' sufficiente aprire la tendina ANALYSIS->SIMULATE... Il sistema crea una netlist (se non c'era, oppure il disegno ˆ cambiato), poi viene aperta una finestra di Simulazione "PSpice" dove si puĝ seguire la evoluzione della simulazione. Se tutto va bene appare la scritta "Analysis Finished", e il sistema lancia automaticamente Probe (Vedi 5); altrimenti in rosso appare la scritta "Run Aborted": per vedere che tipo di errori ci sono bisogna guardare il file di Output (ANALYSIS->EXAMINE_OUTPUT). Una volta corretti gli errori nello schematic editor non c'ˆ bisogno di risettare la simulazione: basta ( SALVARE e...) rilanciare la simulazione.

5- Come analizzare i Risultati.

Il programma di visualizzazione dei risultati si chiama Probe, e viene lanciato al termine di ogni simulazione andata a buon fine direttamente dal sistema. Il suo funzionamento ˆ il seguente:

5.1- Come vedere delle tensioni.

Alla richiesta TRACE->ADD viene aperta una cartella con una serie di possibili tensioni e correnti da visualizzare: ˆ sufficiente fare click sugli elementi di tale serie per aggiungere un segnale alla lista di segnali che verranno rappresentati, che viene scritta sotto. Basta premere il tasto OK e tali curve vengono rappresentate.

5.2- Come vedere delle altre tensioni.

Facendo come scritto sopra: non per niente il comando si chiama ADD.

5.3- Come aggiungere un Plot.

Basta fare PLOT->ADD_PLOT: viene creato un nuovo grafico sopra quello corrente: in questo nuovo grafico possono essere editate delle diverse grandezze, ˆ sufficiente SELEZIONARE il nuovo Plot ( Facendo click sulla sua area: l'indicatore "SEL>>" a destra passa a puntare il plot selezionato) e fare TRACE->ADD...

5.4- Come vedere delle correnti.

Per vedere delle correnti ˆ una buona cosa usare due Plot diversi perchˆ le grandezze delle tensioni sono dell'ordine delle unit€ ( 1->5 Volt ), mentre le correnti sono in milli o micro (Ampere), perciĝ se sono sulla stessa scala vengono schiacciate sull'asse orizzontale. Per vederle bene ˆ sufficiente creare un nuovo plot, e fare visualizzare a tale grafico solo delle correnti.

5.5- Come cambiare la Scala di un Plot

Dopo aver selezionato il plot da modificare, con il comando PLOT->X_AXIS_SETTING si apre la cartella che permette di settare (nella sottofinestra "Data Range") l'opzione "User Defined", e di attribuire i nuovi valori di inizio e fine della scala dell'asse X. Analogamente, con il comando PLOT->Y_AXIS_SETTING si apre la cartella che permette di settare (sempre nella sottofinestra "Data Range") l'opzione "User Defined", e di attribuire i nuovi valori di inizio e fine della scala dell'asse Y.

10- NOTE

La gestione degli oggetti nello Schematic editor non ˆ complicata, un volta note queste quattro cose:


10.0- Per Stare sicuri...

IN CASO DI APERTURA DI FENESTRE STRANE, INCOMPRENSIBILI, PREMERE "ESC" O I TASTI "ANNULLA" FINO A TORNARE AL PUNTO DI PARTENZA, POI RICOMINCIARE.


10.1- Come Selezionare un Oggetto.

Basta farci click sopra con il Mouse SOLO UNA VOLTA, se si fß il doppio click si apre la finestra di edit dell'oggetto selezionato: in tal caso "ESC". Un oggetto Selezionato diventa Rosso.
- Come Selezionare un insieme di Oggetti: basta premere il tasto Sinistro del mouse senza rilasciarlo: a questo punto si puĝ tirare una finestra rettangolare che verr€ fissata quando il tasto Sinistro sar€ rilasciato. Tutti gli oggetti dentro la finestra saranno selezionati. (diventano tutti rossi!)
- Come Copiare un Oggetto: basta Selezionarlo, poi usare EDIT->COPY seguito da EDIT-PASTE.
- Come Cancellare un Oggetto: basta Selezionarlo, poi usare EDIT->DELETE.
- Come Ruotare un Oggetto: basta Selezionarlo, poi usare EDIT->ROTATE.


10.2- Come editare la Label di una "BUBBLE".

Basta selezionarla e farci doppio click sopra: si apre la finestra di edit della label della Bubble selezionata. L'etichetta scelta viene scritta lΠvicino.
- Come editare la Label di un filo: basta selezionarlo e farci doppio click sopra: si apre la finestra di edit della label del filo selezionato. L'etichetta scelta viene scritta lΠsopra.


10.3- Come Editare le caratteristiche di un Dispositivo

Selezionandoil dispositivo poi facendoci doppio click, si apre la cartella di editor a esso relativo: i campi che ci interessano sono quelli in cui un nome simbolico (tipo " V2", "DC", "W", etc.) ˆ seguito da "=" e da nient'altro: per editare tale campo ˆ sufficiente fare click lŒ sopra col mouse (la riga viene illuminata), poi portare il mouse nel campo con la scritta "value" e ricliccare: compare il cursore e da tastiera posso scrivere il valore desiderato per quel parametro.
Per i dispositivi che ammettono condizione iniziale, tale condizione iniziale puĝ essere settata nel campo "IC" (per esempio per i Condensatori che dovessero avere tensione iniziale non nulla, dovrei mettere nel campo "IC" tale valore), perĝ tale opzione va settata anche nel Setup Transient Analysis. (vedi 10.10)


10.4- Come sapere che Generatore Usare.

I generatori che abbiamo a disposizione sono quelli di tensione continua (per gli ingressi che debbano essere mantenuti a tensione fissa), i generatori di impulso e i generatori "piecewise".


10.5- Quali sono le caratteristiche del Generatore"VSRC"

Tale generatore da fouri una tensione Continua del valore che viene specificato nel campo "DC" delle sue caratteristiche.

10.6- Quali sono le caratteristiche del Generatore "VPULSE"

Tale generatore da fuori una tensione impulsiva che va da un primo valore (che viene specificato nel campo "V1" delle sue caratteristiche) a un secondo (campo "V2" nelle caratteristiche), seguendo un andamento temporale del tipo rappresentato sotto:

Tale forma d'onda viene ripetuta ciclicamente con un periodo specificato nel campo "PER" nelle caratteristiche.
NOTA: Attenzione a fare in modo che sia PER > TD+TR+PW+TF...

10.7- Quali sono le caratteristiche del Generatore "VPWD".

Tale generatore fornisce in uscita una tensione descrivibile nel tempo come una linea spezzata: i campi delle caratteristiche di tale generatore sono (al di la dei valori "DC", che serve per il calcolo del punto di riposo, e di "AC") coppie di valori "Tn;Vn", che descrivono ognuna un punto della retta spezzata. Non ˆnecessario definire tutti i valori di tali punti, possono essere specificati solo fino a dove serve.

Tale forma d'onda NON viene ripetuta ciclicamente.

10.9- Come Editare il Modello di un Componente.

Dopo aver selezionato il componente da editare, si sceglie EDIT->MODEL, e si preme il tasto "Edit Instance Model" : viene cosŒ creata una finestra di editor che descrive un modello DERIVATO da quello originale (proprio di tutta la famiglia di quei componenti), ma diverso. Tale modello viene salvato in un file di libreria "locale", che ha il nome di file dello schematico, e estensione "lib". Tale modello puĝ essere modificato a piacere, per salvarlo ˆ sufficiente uscire premendo OK. Da quel momento il dispositivo selezionato non si riferisce pi· al modello originale, ma al modello modificato. Se si vuole che torni a riferirsi al modello originale, dopo aver riselezionato il componente, si sceglie EDIT->MODEL, e si preme il tasto "Change Model Reference": ˆ possibile scrivere il nome del modello a cui riferirsi, quindi anche il nome del modello originale. D'altra parte, se il modello creato ˆ di qualche interesse, e si vuole che altro dispositivi si riferiscano a quel modello, ˆ sufficiente selezionare tali componenti, poi si sceglie EDIT->MODEL, e si preme il tasto "Change Model Reference", ed ˆ possibile scrivere il nome del modello a cui riferirsi, ovvero il nome del modello Derivato. (esempio: vedi ES.01)

10.10- Come Settare l'analisi del Transitorio.

Dopo aver cliccato sul tasto "Transient" della cartella di Setup Analysis compare la cartella di Transient Setup. Devono essere corretti i primi tre valori rappresentati, a seconda dei tempi della simulazione che si vuole fare:

Il resto si lascia a Default.

20.0- Come modificare i parametri dei modelli

Si ricordi che per vedere i parametri di modello bisogna selezionare la voce "Edit" del menu principale , "model..." ed infine "Edit Instance Model". Questa opzione vi permetter€ di modificare il modello accedendo ai singoli parametri, variazioni che andranno registrate in un file di libreria (.LIB) avente perĝ il nome del file di lavoro attualmente attivo. Non si corre quindi il rischio, modificando il modello, di cambiare la libreria originale (User.LIB). L'altra opzione "Change Model Reference" cambia semplicemente il nome del modello (ad esempio per passare ad un Level 2 cambiare in nMos2-e).

21.0- Come caricare le librerie in Schematics


Circa dieci degli esercizi proposti fanno riferimento a modelli di transistori inseriti in una apposita libreria corredata dei corrispondenti simboli per Schematics.

Lista dei File
User.lib --> contiene tutti i modelli considerati
Lab.slb --> contiene i simboli grafici relativi

Per caricare la libreria specifica per Elettronica Applicata II modificare nel file MSIM.INI (di solito posto nella directory in cui c'e' Windows) e procedere come segue:

  1. Nella sezione [SCHEMATICS LIBS] aggiungere in fondo LIB9=lab [.slb]
  2. Nella sezione [SCHEMATICS NETLIST] aggiungere LINE2=.lib user.lib
  3. Salvare questi file nella directory \LIB

Altre librerie sono disponibili alle pagine web dei singoli esercizi.

ES.01

Metto due nMOS-eS nel mio schematico, ne setto il W e L come descritto in (10.3), pero' devo anche controllare che le altre caratteristiche siano corrette (Soglia, Tox, Effetto Body, etc.). Per fare ciĝ faccio EDIT->MODEL e "Edit Instance Model": mi accorgo che la tensione di soglia va cambiata...che faccio? La cambio, e salvo il mio nuovo modello col nome di "nMOS-eS-X" (nome che di default viene dato al nuovo modello quando entro nell'editor di Instance Model) premendo OK. Ora, se anche l'altro transistor ha quella tensione di soglia, posso riferire anche quello al modello "nMOS-eS-X", semplicemente facendo EDIT->MODEL e "Change Model Reference": alla richiesta del nuovo nome scrivo "nMOS-eS-X"

Laboratorio di Elettronica Applicata II