Computer Aided Design - PowerPoint

Document Sample
Computer Aided Design - PowerPoint Powered By Docstoc
					Proiectare Asistata de
      Calculator
        Curs 3
         1. Analize de curent continuu

În analiza de curent continuu, se calculează întotdeauna PSF
(punctul static de funcţionare - potenţialul fiecărui nod şi curenţii prin
fiecare dispozitiv) şi se salvează în fişierul de ieşire. Programul
calculează PSF în mod automat înaintea unei analize de semnal
mic în curent alternativ (AC), pentru a liniariza circuitul în jurul PSF
şi a determina modelele de semnal mic pentru dispozitivele
neliniare. De asemenea, programul calculează PSF înaintea unei
analize a regimului tranzitoriu de semnal mare (TRAN), pentru a
determina condiţiile iniţiale de integrare. În situaţiile în care SPICE
nu reuşeşte să determine soluţia de c.c. sau utilizatorul doreşte
setarea condiţiile iniţiale de integrare, calculul PSF este inhibat
trecându-se direct la simularea regimului tranzitoriu.
         1. Analize de curent continuu

În analiza de c.c. PSPICE consideră toate condensatoarele
    ca întreruperi şi toate bobinele ca scurtcircuite.

Tipul şi forma variabilelor de ieşire depind de tipul analizei
    de c.c. ce se efectuează.

Implicit, toate analizele se efectuează la temperatura
   nominală TNOM=270C, setată prin comanda OPTIONS.
          1. Analize de curent continuu
    Pentru a configura si rula analize de curent
    continuu (CC) cativa pasi vor trebui parcursi.


•   Introducerea de stimululi DC corespunzatori (DC Stimulus)
•   Setarea conditiei Punctului Static de Functionare Initial (Initial
    Bias Point Condition) (pentru anumite analize de curent continuu)
•   Validarea analizei Bias Point Detail
•   Realizarea analizei de curent continuu (DC Sweep)
•   Setarea analizei functiei de transfer in CC la semnal mic (Small-
    Signal DC Transfer)
•   Setarea analizei de sensibilitate in curent continuu (DC
    Sensitivity)
•   Selectarea optiunilor (Options)
        1. Stimuli de curent continuu




Pentru a rula o analiza DC sweep ( utilizand ca
variabila o sursa de tensiune sau de curent ) sau o
analiza a functiei de transfer in curent continuu la
semnal mic (small-signal DC transfer), trebuie
conectate una sau mai multe surse independente si apoi
setate valorile de tensiune sau curent pentru fiecare
sursa
    2. Setarea Punctului Static de Functionare Initial
Exista trei posibilitati de simulare a conditiilor initiale
  setand:
• Salvare si incarcare PSF (Save and Load Bias Point)
• Setpoints
• Setarea conditiilor initiale (Setting Initial Conditions)
                   Salvare si incarcare PSF
Salvare PSF si incarcare PSF sunt folosite pentru a salva
  si incarca rezultatele calculului PSF pentru simulari
  PSpice A/D succesive. Salvarea si incarcarea calculelor
  PSF poate reduce timpii de simulare cand circuite mari
  sunt simulate de multe ori .
Salvarea /Incarcarea PSF afecteaza urmatoarele tipuri de
  analiza:
   – CC
   – CA
   – Tranzitorie
Setpoints
Setpoints sunt pseudo componente care specifica conditiile initiale de
functionare. Acestea se aplica partii analogice din circuit.




 In figura de mai sus:
 IC1 este un simbol cu un singur pin care permite setarea conditiilor initiale
 pentru un nod de circuit atat pentru analiza de semnal mic cat si pentru
 analiza transient bias points
 IC2 este un simbol cu doi pini care permite setarea conditiilor initiale pentru
 doua noduri de circuit.
 Folosind simboluri IC se pot seta conditiile initiale doar pentru punctul static
 de functionare. Vor fi afectate doar conditiile initiale pentru analiza tranzitorie.
 Este o conditie necesara pentru oscilatoare. Nu afecteaza analiza de curent
 continuu (DC sweep). Daca circuitul contine atat un simbol IC cat si un simbol
 NODESET pentru acelasi nod, atunci simbolul NODESET este ignorat.
NODESET1 este un simbol cu un singur pin ce ajuta la calcularea PSF prin
livrarea unei estimari initiale pentru un nod. NODESET2 este un simbol cu doi
pini care ajuta la calcularea PSF intre doua noduri de circuit. O parte sau toate
nodurile de circuit pot primi aceste estimari initiale. Simbolurile NODESET sunt
eficiente pentru calculul PSF (atat la semnal mic cat si in regim tranzitoriu) si la
primul pas in analiza de curent continuu (DC sweep). Se utilizeaza pentru
analiza circuitelor bistabile. Nu are efect pentru restul analizai de curent
continuu sau in timpul analizei tranzitorii.
Setarea conditiilor initiale
Atribulul IC permite setarea conditiilor initiale pentru condensatoare (tensiune
initiala) si bobine (curent initial). Aceste conditii sunt aplicate in timpul calculului
PSF. Dar, daca se selecteaza optiunea (•) Skip Initial Transient Solution in
fereastra de dialog Transient Analysis Setup, calculul PSF nu este realizat si
simularea incepe direct cu analiza tranzitorie de la momentul TIME=0.
Dispozitivele cu atribute IC incep simularea cu tensiunile sau curentii specificati;
dar toate celelalte dispozitive de acelasi tip incep simularea cu tensiune sau
curent zero.
3. Bias (Operating) Point Detail
Punctul static de funcţionare al circuitului se determină în condiţiile în care sunt
aplicate numai sursele de alimentare de c.c., condensatoarele fiind considerate
întreruperi, iar bobinele scurtcircuite. Soluţia de c.c. furnizeză două seturi de
rezultate listate în fişierul de ieşire.
Punctul static de functionare este calculat pentru orice analiza chiar daca Bias
Point Detail analysis este setata sau nu in fereastra de dialog Analysis Setup.
Cand Bias Point Detail analysis nu este setata, doar tensiunile din nodurile
analogice si starile nodurilor digitale sunt raportate in fisierul de iesire.
    Cand Bias Point Detail analysis este setata, urmatoarele informatii sunt
raportate in fisierul de iesire:
• SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION
• O lista cu tensiunile nodurilor analogice;
• O lista cu starile nodurilor digitale;
• Curentii si tensiunile surselor si puterile lor.
OPERATING POINT INFORMATION ( for OP )
•Curentii, tensiunile terminale
• O lista cu parametrii de semnal mic pentru toate dispozitivele neliniare.
Dupa calcularea PSF, circuitul este pregatit pentru liniarizare.
Exemplu:
Determinarea punctului static de functionare al unui amplificator cu tranzistor
JFET.




                                                                                 VDD
                                                   VDD
                              RG1     RD                                           V2
                                     5k                                    20V
                          1.4MEG              C2
              RI     C1       J1
                                               1u              RL
                                    BF256B                                         0
              100k   0.022u                                    10k
         VI               RG2
                                         RS                0         VTO=-2.3V
                          0.6MEG                   C3
                                     3.5k                            .OP
                                                   6.83u
         0
                                     0
** SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION            TEMPERATURE = 27.000 DEG C
NODE VOLTAGE             NODE VOLTAGE       NODE VOLTAGE         NODE VOLTAGE
( VDD) 20.0000 (N00021)         6.0000 (N00057)    0.0000 (N00060)   7.1384
(N00088)      0.0000 (N00155)   9.8023 (N000390)    0.0000


     VOLTAGE SOURCE CURRENTS
     NAME       CURRENT
     V_VI      0.000E+00
     V_V2      -2.050E-03
     TOTAL POWER DISSIPATION 4.10E-02 WATTS


** OPERATING POINT INFORMATION             TEMPERATURE = 27.000 DEG **** JFETS
NAME          J_J1
MODEL          BF256B
ID          2.04E-03
VGS          -1.14E+00
VDS          2.66E+00
GM           3.52E-03
GDS          8.47E-06
CGS          1.60E-12
CGD          1.21E-12
4. DC Sweep


În cadrul aceastei analize (DC sweep) în curent continuu cu baleierea unor domenii
de valori, PSF al circuitului este calculat pe intervalele de variaţie specificate, în
funcţie de:
    - valoarea unei surse independente de c.c. de tensiune, V
    - valoarea unei surse independente de c.c. de curent, I
    -    valoarea unui parametru global definit cu comanda PARAM
    - valoarea unui parametru de model, specificându-se:
                     <tip model> <nume model> <nume parametru model>
        - valoarea temperaturii, TEMP.
4. DC Sweep


Punctul static de functionare a circuitului se calculeaza la fiecare valoare a
parametrului.
Aceasta analiza este utila in determinarea functiei de transfer a unui amplificator,
pentru determinarea pragurilor (sus si jos) a unui circuit digital etc.


Pentru calcularea raspunsunlui in curent continuu al unui circuit, programul elimina
toate sursele dependente de timp. Acest lucru se realizeaza prin tratarea
condensatoarelor ca intreruperi in circuit, a bobinelor ca scurtcircuit si utilizarea
doar a valorilor de curent continuu (offset) a surselor de tensiune si de curent.
O abordare asemanatoare se utilizeaza si pentru dispozitivele digitale: toate
intarzierile de propagare se considera nule iar generatoarele de stimuli se seteaza
la valoarea lor initiala.
  Analiza DC Sweep secundara


 Daca se specifica o analiza DC Sweep secundara, programul introduce o bucla
suplimentara de analiza. Pentru fiecare valoare a variabilei secundare, variabila
principala este variata in tot domeniul acesteia. Valoarea variabilei de ieşire este
evaluată prin baleierea variabilelor în următoarea ordine:




val_var2=start2
         for ( val_var2  stop2, val_var2(i+1)=val_var2(i)+pas2)
                  val_var1=start1
                            for(val_var1  stop, val_var1(j+1)=val_var1(j)+pas1)
                                               out_var=f(val_var1, val_var2)
 Analiza DC Sweep secundara




Variaţia celor două variabile generează o familie de
caracteristici de transfer, câte o caracteristică pentru fiecare
valoare a variabilei secundare, val_var2, variabila de baleire
externă. Fiecare caracteristică de transfer din familie este
determinată de valorile variabilei primare, val_var1,variabila
de baleiere internă.
Minimum Circuit Design Requirements:
•Swept Variable
Probleme de convergenta:
Cea mai raspandita cauza pentru aparitia erorii in cazul analizei DC Sweep
consta in analiza unui circuit cu reactie regenarativa, de ex. a unui trigger
Schmidt. Solutie: evitati analiza unor astfel de circuite. Analiza DC Sweep
nu este potrivita pentru calculul histerezei. Untilizati analiza tranzitorie.
Setarea variabilei secundare




                               Setarea variabilei principale
5. Calculul functiei de transfer de semnal mic in curent continuu (Small-
Signal DC Transfer)




Această analiză este o analiză de semnal mic în c.c. şi nu trebuie
confundată cu analiza în c.a.
Circuitele analogice lucrează de multe ori cu semnale de nivel mic în
comparaţie cu tensiunile şi curenţii de polarizare. În aceste condiţii,
pentru determinarea performanţelor circuitelor se utilizează modelele
incrementale sau de semnal mic ale dispozitivelor. Pentru a determina
limitările pe care le impune utilizarea analizei de semnal mic, trebuie
determinată amplitudinea maximă a semnalului de intrare pentru a nu
avea distorsiuni sau pentru ca distorsiunile să se încadreze între
anumie limite.
5. Calculul functiei de transfer de semnal mic in curent continuu (Small-
Signal DC Transfer)


În cazul tranzistorului bipolar, analiza de semnal mic este valabilă          (
distorsiunile sunt minime) dacă semnalul aplicat la intrare are amplitudinea
Vn,max << VT (TB admite semnale relativ mici la intrare, de ordinul 1mV). Odată
îndeplinită condiţia de semnal mic, se poate trece la determinarea modelelor de
semnal mic ale dispozitivelor şi apoi la calculul parametrilor de semnal mic ai
circuitului.


Caracteristicile de semnal mic în c.c. ale circuitului liniarizat obţinut după
analiza OP pot fi obţinute sub formă alfanumerică în fişierul de ieşire, cu
ajutorul comenzii TF. Această analiză se efectuează astfel: se calculează PSF,
apoi se determină răspunsul circuitului la un stimul de semnal mic în jurul PSF-
ului calculat.
5. Calculul functiei de transfer de semnal mic in curent continuu (Small-
Signal DC Transfer)


Aceasta analiza calculeaza functia de transfer de semnal mic prin liniarizarea
circuitului in jurul punctului static de functionare si calculeaza castigurile de
semnal mic (dVout/dVin), (dIout/dIin), (dIout/dVin) sau (dVout/dIin) , rezistenta de
intrare (dVin/dIin), si rezistenta de iesire (dVout/dIout) .


Cerinte minime de proiectare
•Circuitul trebuie sa contina cel putin o surse de intrare .
Setari ale programului
In fereastra Transfer Function dialog box, se specifica:
•Numele sursei de intrare
•Variabila de iesire
Example 1: Se considera un etaj de amplificare cu tranzistir bipolar. Sa se
calculeze parametrii de semnal mic considerand sursa I1 ca sursa de intrare.

                    R
 v(out)/I_I  
          1         2 βR
                  R r   1                                                    VCC
                   2 π                                      VCC
                                                                                V1
       R r
 Rin  2 π
                                                                        +5V
                                     R2         R1
       R r
        2 π                                     1k
                                                      out                       0
        R r                      200k
                                             Q1
 Rout  1 CE
        R r                                Q2N3011               .OP
         1 CE                        I1
                                      0A               .TF V([out]) I_I1
 r  β                                      0
  π g                            0
      m


 Rezultatele simularii sunt:
 BETADC           5.81E+01
 GM         4.89E-02
SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS
  V(OUT)/I_I1 = -1.173E+05
  INPUT RESISTANCE AT I_I1 = 1.239E+03
  OUTPUT RESISTANCE AT V(OUT) = 1.951E+03
6. Analiza de senzitivitate (DC Sensitivity)




Această analiză (SENS) facilitează apecierea efectelor pe
care le au variaţiile valorilor elementelor circuitului şi a
parametrilor de model asupra unor variabile de ieşire
selectate, deci asupra funcţionării circuitului. Astfel, se pot
determina acele elemente de circuit a căror variaţie
afectează cel mai mult PSF, permitând concentrarea
eforturilor în direcţia reducerii senzitivităţii în raport cu
acele elemente.
6. Analiza de senzitivitate (DC Sensitivity)
Senzitivitatea circuitului se calculeaza prin liniarizarea tuturor dispozitivelor
in jurul punctului static de functionare. Analiza de senzitivitate calculeaza si
tipareste in fisierul de iesire senzitivitatea absoluta si relativa a variabilei de
iesire fata de fiecare parametru de dispozitiv, pentru urmatoarele dispozitive:
•rezistoare
•Surse independente de tensiune sau curent
•Comutatoare comandate in tensiune sau curent
•diode
•Tranzistoare bipolare


Programul listează pentru fiecare element sau parametru două valori de
senzitivitate: senzitivitatea absolută ( Vi / p)j exprimată în V sau A, raportată la
variaţia cu o unitate a valorii elementului şi senzitivitatea relativă (Vi / p j ) /( p j / 100 )
exprimată în V sau A, raportată la variaţia cu 1% a valorii elementului. Aceste
valori reflectă senzitivităţile potenţialelor şi curenţilor în c.c. faţă de perturbarea
valorilor elementelor de circuit.
Setari:
In fereastra Sensitivity Analysis, introducati numele variabilei de iesire dorite.
Example 1: Se considera un amplificator cascoda cu tranzistoare bipolare (CE-
CB). Sa se calculeze senzitivitatea curentului IC(Q2).


                                                        VCC
                                                 RC                                VCC
                              R1
                                                 6k                                  V1
                                  18k                                        15V
                                             VSENS


                                                            C4
                                                                                     0
                                        Q2
                                                            1u
                                                                        RL

                 C3                          Q2N3904                    4k
       0         10u         R2
                                                                    0
                                        Q1
       RS               C1   4k
                                                                    .SENS I(VSENS)
            4k
                   1u                        Q2N3904
           VS                R3
                                                 RE         C2
                             8k
                                                 3.3k         10u
                                                        0
       0
                                             0
****    DC SENSITIVITY ANALYSIS                 TEMPERATURE = 27.000 DEG C
DC SENSITIVITIES OF OUTPUT I(V_VSENS)


ELEMENT       ELEMENT       ELEMENT       NORMALIZED
   NAME       VALUE        SENSITIVITY    SENSITIVITY
                            (AMPS/UNIT) (AMPS/PERCENT)


       R_RE    3.300E+03     -2.869E-07   -9.466E-06
       R_R3    8.000E+03     1.044E-07     8.352E-06
       R_R2    4.000E+03     -3.847E-08   -1.539E-06
       R_R1    1.800E+04     -3.909E-08   -7.036E-06
       R_RC    6.000E+03     -1.850E-10    -1.110E-08
       R_RS    4.000E+03      0.000E+00    0.000E+00
       R_RL    4.000E+03     0.000E+00     0.000E+00
  V_VSENS      0.000E+00     -1.901E-07   0.000E+00
       V_V1    1.500E+01     7.763E-05    1.164E-05
       V_VS    0.000E+00     0.000E+00     0.000E+00
7. Optiuni
Meniul Options se utilizeaza pentru setarea tuturor optiunilor, limitelor si
parametrilor de control ale simulatorului

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:12
posted:8/10/2011
language:Romanian
pages:32