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Diseño y Simulación ElectrónicaDiseño y Simulación Electrónica
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALESESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALESESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALESESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES
1.1. Simulación digital (Análisis transitorio)Simulación digital (Análisis transitorio)
Docu
men
tos
Docu
men
tos •• Tipos de señales digitalesTipos de señales digitales
•• Componentes con conexiones individuales o mediante busComponentes con conexiones individuales o mediante busEjemplo 1, mediante fichero externo (File Stim). 1 bitEjemplo 1, mediante fichero externo (File Stim). 1 bitEjemplo 2 mediante escritura en pantalla (Stim) 4 bitsEjemplo 2 mediante escritura en pantalla (Stim) 4 bits
N D
I C E
de
DN
D I C
E d
e D Ejemplo 2, mediante escritura en pantalla (Stim). 4 bitsEjemplo 2, mediante escritura en pantalla (Stim). 4 bits
Ejemplo 3, mediante programa PSpice Stimulus Editor (Digstim). 4 bitsEjemplo 3, mediante programa PSpice Stimulus Editor (Digstim). 4 bits
2.2. Simulación analógicaSimulación analógica
I NI N •• Análisis ACAnálisis AC•• Barrido anidadoBarrido anidado•• Barrido paramétrico 1Barrido paramétrico 1
B id ét i 2B id ét i 2•• Barrido paramétrico 2Barrido paramétrico 2•• Barrido en temperaturaBarrido en temperatura•• Análisis transitorioAnálisis transitorio
3.3. Simulación híbridaSimulación híbridaEjemplo con componentes analógicos y digitales simultáneamenteEjemplo con componentes analógicos y digitales simultáneamente
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Tipos de señales digitalesTipos de señales digitales
File Stim (1, 2, 4, 8, 16, 32 bits)File Stim (1, 2, 4, 8, 16, 32 bits)•• Source.OLB.Source.OLB.•• Los datos se fijan en un fichero externoLos datos se fijan en un fichero externo
ulac
ión
digi
tal
ulac
ión
digi
tal Los datos se fijan en un fichero externo Los datos se fijan en un fichero externo
(texto ASCII).(texto ASCII).•• Nombre de la señal (sin espacios).Nombre de la señal (sin espacios).•• Tanto el nombre de la señal como los Tanto el nombre de la señal como los
datos son manuscritos.datos son manuscritos.
E · P
Spice
: Sim
E · P
Spice
: Sim Stim (1, 4, 8, 16 bits)Stim (1, 4, 8, 16 bits)
•• Source.OLB.Source.OLB.•• Se escriben los datos en pantalla.Se escriben los datos en pantalla.•• El bus se nombra con la estructura El bus se nombra con la estructura
clásica “nombre[MSB..LSB]”.clásica “nombre[MSB..LSB]”.
DYSE
DYSE
[ ][ ]
Digstim (1, 2, 4, 8, 16, 32 bits)Digstim (1, 2, 4, 8, 16, 32 bits)•• SourcSTM.OLB.SourcSTM.OLB.•• Los datos se fijan en un programa Los datos se fijan en un programa
externo, mediante el uso del ratón.externo, mediante el uso del ratón.
•• El programa tiene definidos el valor lógico alto y bajo.El programa tiene definidos el valor lógico alto y bajo.•• No es necesario alimentar los circuitos con fuente alguna.No es necesario alimentar los circuitos con fuente alguna.
El tipo de simulación siempre es transitoriaEl tipo de simulación siempre es transitoria
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•• El tipo de simulación siempre es transitoria.El tipo de simulación siempre es transitoria.
Ejemplo de simulación digital “File Stim”Ejemplo de simulación digital “File Stim”* 7408 Quadruple 2* 7408 Quadruple 2--input Positiveinput Positive--And Gates And Gates pp pp* The TTL Data Book, Vol 2, 1985, TI* The TTL Data Book, Vol 2, 1985, TI* tdn 06/23/89 Update interface and model names* tdn 06/23/89 Update interface and model names.subckt 7408 A B Y.subckt 7408 A B Y++ optional: DPWR=$G_DPWR DGND=$G_DGNDoptional: DPWR=$G_DPWR DGND=$G_DGND++ params: MNTYMXDLY=0 IO_LEVEL=0params: MNTYMXDLY=0 IO_LEVEL=0+ U1 and(2) DPWR DGND+ U1 and(2) DPWR DGND
ulac
ión
digi
tal
ulac
ión
digi
tal ++ A B Y A B Y
++ D_08 IO_STD MNTYMXDLY={MNTYMXDLY}D_08 IO_STD MNTYMXDLY={MNTYMXDLY}+ IO_LEVEL={IO_LEVEL} + IO_LEVEL={IO_LEVEL} .ends.ends.model D_08 ugate (.model D_08 ugate (+ tplhty=17.5ns tplhmx=27ns+ tplhty=17.5ns tplhmx=27ns+ tphlt 12ns tphlm 19ns+ tphlt 12ns tphlm 19ns
E · P
Spice
: Sim
E · P
Spice
: Sim
El simulador contabiliza el tiempo deEl simulador contabiliza el tiempo de
+ tphlty=12ns tphlmx=19ns+ tphlty=12ns tphlmx=19ns++ ))
DYSE
DYSE El simulador contabiliza el tiempo de El simulador contabiliza el tiempo de
propagación de los dispositivospropagación de los dispositivos
Tiempo (ns) Valor (0,1, Z, X)Tiempo (ns) Valor (0,1, Z, X)
•• El nombre no debe contener espacios y empezar por El nombre no debe contener espacios y empezar por un carácter no numérico.un carácter no numérico.
•• Se deja un espacio entre la señal y el resto.Se deja un espacio entre la señal y el resto.
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j p yj p y•• Se comienza con la definición de los tiempos y los Se comienza con la definición de los tiempos y los
valores de la señal o bus.valores de la señal o bus.
Ejemplo de simulación digital “Stim”Ejemplo de simulación digital “Stim”
Forma de nombrar el bus según el fabricanteForma de nombrar el bus según el fabricante
ulac
ión
digi
tal
ulac
ión
digi
tal {Nombre_bus[MSB:LSB]};{Nombre_bus[MSB:LSB]}; nuevo_nombre_busnuevo_nombre_bus; ; RadixRadix
Bus [3..0]Bus [3..0]Bus [3Bus [3--0]0]Bus [3:0]Bus [3:0]
E · P
Spice
: Sim
E · P
Spice
: Sim
Bus [3:0]Bus [3:0]
DYSE
DYSE
TiempoTiempo (ns) (ns) ValorValor (0,1, Z, X) [4 bits](0,1, Z, X) [4 bits]
R A D I XR A D I X
Hexadecimal (h)Hexadecimal (h)Octal (o)Octal (o)Binario (b)Binario (b)
{Bus[3:0]};pepe;b{Bus[3:0]};pepe;b
( )( )Decimal (d)Decimal (d)
Departamento de Tecnología Electrónica Departamento de Tecnología Electrónica -- I.T.I. Electrónica Industrial I.T.I. Electrónica Industrial -- 126212003 Diseño y Simulación Electrónica126212003 Diseño y Simulación Electrónica
44
{ }{ }
Ejemplo de simulación digital “Digstim”Ejemplo de simulación digital “Digstim”ul
ació
n di
gita
lul
ació
n di
gita
lE
· PSp
ice: S
imE
· PSp
ice: S
im
Los datos se almacenan en la plantilla de simulaciónLos datos se almacenan en la plantilla de simulación(El programa lo realiza automáticamente)(El programa lo realiza automáticamente)
DYSE
DYSE
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55Editor de estímulos de PSpiceEditor de estímulos de PSpice
Ejemplo de simulación digital “Digstim” y IIEjemplo de simulación digital “Digstim” y IIul
ació
n di
gita
lul
ació
n di
gita
l
Crea nuevo estímuloCrea nuevo estímulo
Cambia atributos del estímuloCambia atributos del estímulo
Dibuja los cambios de estado Dibuja los cambios de estado en el estímulo con el ratónen el estímulo con el ratón
E · P
Spice
: Sim
E · P
Spice
: Sim
DYSE
DYSE
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66
Salida obtenida en el visor de gráficasSalida obtenida en el visor de gráficas
Ejemplo de simulación analógica “Barrido AC”Ejemplo de simulación analógica “Barrido AC”caca
ació
n an
alógi
cac
ión
analó
gic
PSp
ice: S
imul
PSp
ice: S
imul
(180MHz, (180MHz, --3dB) = Fc3dB) = Fc
DYSE
· DY
SE ·
(( ))
1 1+6
1 1C =4.019pF2 RF 2·π ·220·180π
= =
Cálculo teóricoCálculo teórico
Datos del fabricanteDatos del fabricante
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Datos del fabricanteDatos del fabricante
Ejemplo de simulación analógica (Barrido anidado)Ejemplo de simulación analógica (Barrido anidado)caca
ació
n an
alógi
cac
ión
analó
gic
PSp
ice: S
imul
PSp
ice: S
imul
DYSE
· DY
SE ·
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Ejemplo de simulación analógica “Barrido paramétrico 1”Ejemplo de simulación analógica “Barrido paramétrico 1”Librería SPECIAL.OLB (Param)Librería SPECIAL.OLB (Param)
cacaac
ión
analó
gic
ació
n an
alógi
c P
Spice
: Sim
ul P
Spice
: Sim
ulDY
SE ·
DYSE
·
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99
Ejemplo de simulación analógica “Barrido paramétrico 1” y IIEjemplo de simulación analógica “Barrido paramétrico 1” y IIcaca
ació
n an
alógi
cac
ión
analó
gic
PSp
ice: S
imul
PSp
ice: S
imul
DYSE
· DY
SE ·
Cuando se editan las características del componente “PARAM”, no aparece el nombre del parámetro a variar. Cuando se editan las características del componente “PARAM”, no aparece el nombre del parámetro a variar. Debemos añadir una columna nueva con los datos del mismo y, posteriormente, fijar el valor del parámetro.Debemos añadir una columna nueva con los datos del mismo y, posteriormente, fijar el valor del parámetro.
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1010
Ejemplo de simulación analógica “Barrido paramétrico 2”Ejemplo de simulación analógica “Barrido paramétrico 2”
Tipos de modelosTipos de modelos
cacapp
CAPCAPCORECOREDDGASFETGASFETINDIND
ació
n an
alógi
cac
ión
analó
gic ISWITCHISWITCH
LPNPLPNPNIGBTNIGBTNJFNJFNMOSNMOSNPNNPNPJFPJF
PSp
ice: S
imul
PSp
ice: S
imul PJFPJF
PMOSPMOSPNPPNPRESRESTRNTRNVSWITCHVSWITCH
DYSE
· DY
SE · Cambio del valor de la Beta del transistorCambio del valor de la Beta del transistor
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1111
Ejemplo de simulación analógica “Barrido en Temperatura”Ejemplo de simulación analógica “Barrido en Temperatura”caca
100ºC 50ºC 20ºC100ºC 50ºC 20ºC
ació
n an
alógi
cac
ión
analó
gic
PSp
ice: S
imul
PSp
ice: S
imul
DYSE
· DY
SE · Comportamiento NTC del diodo ante cambios de TemperaturaComportamiento NTC del diodo ante cambios de Temperatura
Departamento de Tecnología Electrónica Departamento de Tecnología Electrónica -- I.T.I. Electrónica Industrial I.T.I. Electrónica Industrial -- 126212003 Diseño y Simulación Electrónica126212003 Diseño y Simulación Electrónica
1212
Análisis transitorio (TRAN)Análisis transitorio (TRAN)
ResistenciaResistencia
cacaResistencia Resistencia
para justificar para justificar el error “nudo el error “nudo flotante” que flotante” que se produce al se produce al
utilizar utilizar Fuentes yFuentes y
ació
n an
alógi
cac
ión
analó
gic Fuentes y Fuentes y
Trafos.Trafos.
PSp
ice: S
imul
PSp
ice: S
imul
DYSE
· DY
SE ·
2pico
1 22i
VPL L
VS=
Se fija la Se fija la autoinducción del autoinducción del Secundario y se Secundario y se
calcula la del calcula la del P i iP i i
picoVSResistencia Resistencia
para justificar el para justificar el aislamiento aislamiento galvánicogalvánico
Primario.Primario.(Los valores de (Los valores de
tensión deben ser tensión deben ser de pico no eficaces)de pico no eficaces)
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1313
Análisis transitorio (TRAN) y IIAnálisis transitorio (TRAN) y IIcaca
Tensión en el condensador de filtradoTensión en el condensador de filtrado
ació
n an
alógi
cac
ión
analó
gic
Tensión en la carga = 7.46VTensión en la carga = 7.46V
PSp
ice: S
imul
PSp
ice: S
imul
DYSE
· DY
SE ·
Tensión en el secundario del trafo = 14.142VpTensión en el secundario del trafo = 14.142Vp
Corriente a través de la cargaCorriente a través de la carga
Corriente a través del diodo zenerCorriente a través del diodo zener
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1414
Ejemplo de simulación híbrida (A/D)Ejemplo de simulación híbrida (A/D)aa
Los ficheros *.stm son de formato antiguo, pero Los ficheros *.stm son de formato antiguo, pero se mantienen por compatibilidad.se mantienen por compatibilidad.
UPRESET STIM (1,1) UPRESET STIM (1,1) + $G DPWR $G DGND+ $G DPWR $G DGND
ulac
ión
híbr
ida
ulac
ión
híbr
ida + $G_DPWR $G_DGND+ $G_DPWR $G_DGND
++PRESETPRESET+ IO_STM TIMESTEP = 1.000000E+ IO_STM TIMESTEP = 1.000000E--9 IO_LEVEL=09 IO_LEVEL=0+ 0.000000s 0+ 0.000000s 0+ 230.0000E+ 230.0000E--9s 19s 1+ 440.0000E+ 440.0000E--9s 09s 0+ 490.0000E+ 490.0000E--9s 19s 1
· PS
pice
: Sim
u ·
PSpi
ce: S
imu
UCLEAR STIM (1,1) UCLEAR STIM (1,1) + $G_DPWR $G_DGND+ $G_DPWR $G_DGND++CLEARCLEAR+ IO_STM TIMESTEP = 1.000000E+ IO_STM TIMESTEP = 1.000000E--9 IO_LEVEL=09 IO_LEVEL=0+ 0.000000s 1+ 0.000000s 1
DYSE
DY
SE
Transistor 2N2222Transistor 2N2222+ 200.0000E+ 200.0000E--9s 09s 0+ 400.0000E+ 400.0000E--9s 19s 1
UCLOCK STIM (1,1) UCLOCK STIM (1,1) + $G_DPWR $G_DGND+ $G_DPWR $G_DGND++CLOCKCLOCK+ IO STM TIMESTEP = 1 000000E+ IO STM TIMESTEP = 1 000000E 9 IO LEVEL=09 IO LEVEL=0+ IO_STM TIMESTEP = 1.000000E+ IO_STM TIMESTEP = 1.000000E--9 IO_LEVEL=09 IO_LEVEL=0+ 0.000000s 0+ 0.000000s 0+ LABEL = RELOJ+ LABEL = RELOJ+ 700.0000E+ 700.0000E--9s 19s 1+ 750.0000E+ 750.0000E--9s 09s 0+ 800.0000E+ 800.0000E--9s GOTO RELOJ 12 TIMES9s GOTO RELOJ 12 TIMES
UINPUT_D STIM (1,1) UINPUT_D STIM (1,1) + $G_DPWR $G_DGND+ $G_DPWR $G_DGND++INPUT_DINPUT_D+ IO_STM TIMESTEP = 1.000000E+ IO_STM TIMESTEP = 1.000000E--9 IO_LEVEL=09 IO_LEVEL=0+ 0.000000s 0+ 0.000000s 0+ 590.0000E+ 590.0000E--9s 19s 1
Departamento de Tecnología Electrónica Departamento de Tecnología Electrónica -- I.T.I. Electrónica Industrial I.T.I. Electrónica Industrial -- 126212003 Diseño y Simulación Electrónica126212003 Diseño y Simulación Electrónica
1515Transistor BC547ATransistor BC547A
+ 820.0000E+ 820.0000E--9s 09s 0+ 1.530000E+ 1.530000E--6s 16s 1+ 1.720000E+ 1.720000E--6s 06s 0.END.END
Ejemplo de simulación híbrida (A/D) y IIEjemplo de simulación híbrida (A/D) y IIaa
El transistor 2N2222 posee una velocidad de trabajo El transistor 2N2222 posee una velocidad de trabajo inferior al BC547. Dependiendo de la anchura de los inferior al BC547. Dependiendo de la anchura de los pulsos aplicados, algunos cambios de estado “pasan pulsos aplicados, algunos cambios de estado “pasan desapercibidos” para el transistor 2N.desapercibidos” para el transistor 2N.
ulac
ión
híbr
ida
ulac
ión
híbr
ida
· PS
pice
: Sim
u ·
PSpi
ce: S
imu
DYSE
DY
SE
Transistor 2N2222Transistor 2N2222
Transistor BC547ATransistor BC547A
El tiempo de respuesta ante un cambio El tiempo de respuesta ante un cambio de valor a ON es mucho más elevado de valor a ON es mucho más elevado en el caso del transistor 2Nen el caso del transistor 2Nen el caso del transistor 2N.en el caso del transistor 2N.
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1616
El paso a ON es mucho más acusado en el 2N que El paso a ON es mucho más acusado en el 2N que en el BC. Sin embargo, el paso a OFF es idéntico en el BC. Sin embargo, el paso a OFF es idéntico
en los dos transistores.en los dos transistores.