Dott. Mauro Mangia

GUIDA PRATICA

SPICE

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LINK UTILI

Scopo delle simulazioni

2

comportamento di un circuito elettrico

COMPONENTI PASSIVI:sistema di equazioni differenziali

COMPONENTI ATTIVI:sistema di equazioni non lineari

SIMULAZIONI funzionali attraversol’ausilio di calcolatori

Il simulatore usato

3

Simulatore SPICE (Simulator Program with Integrated Circuit Emphasis)

Sviluppato per la prima volta negli anni sessanta presso l’università statunitense di Berkeley. Nasce come applicazione gratuita (spesso sviluppata dagli stessi studenti). L’aumentare della complessità dei circuiti a la necessità di modelli sempre più accurati ha portato alla realizzazione di pacchetti software (non solo free) molto potenti basati su accurati metodi numerici.

Pacchetti software presenti sul mercato

• OrCAD PSpice : Tra i più diffusi e sviluppati. E’ possibile scaricare una versione student con funzionalità limitate (numero limitato ti transistor instanziabili, limite sul tempo di osservazione della simulazione, …) .

• LTSPICE : pacchetto software completamente gratuito senza alcun limite nel numero di transistori instanziabili e nel tempo di simulazione. (consigliato)

• vari…

Struttura del simulatore

4

*.cir

*.sch

texteditor

SGE

Schematic Grafic Editor

SPICE

*.lib

*.out

*.dat

texteditor

probe

Struttura di una Netlist

5

*titolo file.LIB.INCLUDE.TEMP.OPTION…

.MODEL

.SUBCKT …

.ENDS… netlist…

.OP

.TRAN

.DC

.AC…

.PROBE

.PRINT…

.END

*titolo file.LIB.INCLUDE.TEMP.OPTION…

.MODEL

.SUBCKT …

.ENDS… netlist…

.OP

.TRAN

.DC

.AC…

.PROBE

.PRINT…

.END

sezione COMANDI

sezione MODELLI

sezione ANALISI

SUB-CIRCUITO

sezione USCITE

FINE

+_

V1 = 6 V

R1 = 100 Ohm

R2 = 50 Ohm

V1 1 0 DC 6VR1 1 2 100R2 2 0 50

V1 1 0 DC 6VR1 1 2 100R2 2 0 50

1 2

0

nome (obbligatorio)

Componenti PASSIVI

6

Resistenza

Induttanza

Capacità

n+

n-

n+

n-

n+

n-

R<nome> <n+> <n-> [modello] <val>

C<nome> <n+> <n-> [modello] <val> IC=<Vin>

L<nome> <n+> <n-> [modello] <val> IC=<Iin>

Vin rappresenta la tensione iniziale del condensatore(utile nell’analisi del comportamento in transitorio )

Iin rappresenta la corrente iniziale nell’induttanza(utile nell’analisi del comportamento in transitorio )

nota :<…> campo obbligatorio […] campo opzionale

nota :<…> campo obbligatorio […] campo opzionale

V<nome> <n+> <n-> DC <value> [AC <amp> [<fase>]] [...]

I<nome> <n+> <n-> DC <value> [AC <amp> [<fase>] ][...]

GENERATORI

7

Ideali

n-

n+

V

n+

n-

I

generatore di tensione

generatore di corrente

descrizione aggiuntiva

EXP(<Iin> <Ip> <Td1> <Tc1> <Td1> <Td2>)- di tipo eponenziale

PULSE(<Iin> <Ip> <Td> <Tr> <Tf> <PW> <PER>)- di tipo impulsivo

- di tipo lineare a trattiPWL(Time, Val)

1

1

1 2

1 2

0 0 1

( ) 1 1 2

( ) 1 1 2

t Td

Tc

t Td t Td

Tc Tc

con Td

Iin Ip Iin e con Td t Td

Iin Ip Iin e e con Td t Tstop

t

I =

nota :per il comportamento in transitorio di un generatore di tensione sostituire V ad I.

PER

TfTr

PW

Td

Iin

( )I t

t

- di tipo sinusoidaleSIN(<Ioff> <Iamp> <freq> <Td> <df> <phase>)

( )I t

t1m 2 m 3 m 4 m

1

PWL (0,0) (1m,1) (2m,0) (3m,1) (4m,0)

2 0360

( )

2360

t Td

dfstop

phaseIoff Iamp sen t Td

I tphase

Ioff Iamp sen freq t Td e Td t T

GENERATORI

8

di tensione comandati

n-

n+

V=(-)

n+

n-I=(-)

di corrente comandati

E<nome> <n+> <n->comandati in tensione

comandati in corrente

<nc+> <nc-> <g> ⇒V = g (Vnc+-Vnc-)

VALUE=<espressione> ⇒V = espressione

G<nome> <n+> <n->comandati in tensione <nc+> <nc-> <g> ⇒I = g (Vnc+-Vnc-)

VALUE=<espressione> ⇒ I = espressione

H<nome> <n+> <n-><Vname> <g> ⇒V = g Iname

VALUE=<espressione> ⇒V = espressione

comandati in correnteF<nome> <n+> <n->

<Vname> <g> ⇒ I = g Iname

VALUE=<espressione> ⇒ I = espressione

Dispositivi ATTIVI

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Diodo

Transistor BJT

D<nome> <n+> <n-> <nome modello> [area]…

.MODEL<nome modello> <tipo modello> [<PARAM>=<VALUE>] (example .MODEL <nome modello> D n=1.1)

n+

n-

0 0

0

, 0

( 1)T

c

k TVT

q

V

n V cs d

V I

IdII I e g

dV nV

per tutti i dispositivi attivi bisogna istanziarne un modello con il comando .MODEL

( 1); / ;BE

T

V

Vc s B c F E C BI I e I I I I I

Q<nome> <C> <B> <E> [<SUB>] <nome modello> [area]…

.MODEL<nome modello> NPN(op PNP) [<PARAM>=<VALUE>]

Dispositivi ATTIVI

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Transistor MOS

M<nome> <D> <G> <S> <B> <nome modello> [<PARAM>=<VALUE>]…

.MODEL<nome modello> NMOS(op PMOS) LEVEL=<numero> [<PARAM>=<VALUE>]

D

S

G B

livello 1

2

2

0

'2 0

2'

02

GS TN

nDS GS TN DS DS DS GS TN

nGS TN GS TN DS

V V

WI V V V V V V V

LW

V V V V VL

0( )

(1 ); '

TN TN n N DS N

OXDS n n OX n

OX

V V V

V Ct

fattore moltiplicativo

comando .SUBCKT

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Il comando permette la realizzazione di sottocircuiti all’interno della netlist caratterizzati da una completa dissociazione dalla rete principale, nel senso che: 1) i nodi interni hanno visibilità esclusivamente locale; 2) la funzionalità del sottocircuito può essere descritta analiticamente o circuitalmente; 3) il sottocircuito può essere parametrizzato.

.SUBCKT <nome> <p1> <p2> …<pn> [PARAM: <par>=<value>]]…

.ENDS

ESEMPIO: descrizione di un OPAMP

* Realizzazione OPAMP

.SUBCKT OPAMP inP inN Out PARAMS: VUMP=10 VUMN=-10 AD=400KE1 Out 0 VALUE={MAX(MIN(AD*v(inP,inN),VUMP),VUMN)}.ENDSVing 1 0 DC 0 AC 1 sin(0 1 50 000)XAMP 1 0 3 OPAMP PARAMS: AD=500KRload 3 0 1K.DC LIN Ving -2.5 2.5 70m.PROBE.END

inP

inN

Out+

-

tipi di analisi

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.OP punti di riposo del circuito

Perform a DC operating point solution with capacitances open circuited and inductances short circuited. Usually a DC solution is performed as part of another analysis in order to find the operating point of the circuit. Use .op if you wish only this operating point to be found. The results will appear in a dialog box.

There is no guarantee that the operating point of a general nonlinear circuit can be found with successive linear approximations as is done in Newton-Raphson iteration. Should direct Newton iteration fail, LTspice tries a number of other methods to find an operating point.

tipi di analisi

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This performs a DC analysis while sweeping the DC value of a source. It is useful for computing the DC transfer function of an amplifier or plotting the characteristic curves of a transistor for model verification.

.dc <srcnam> <Vstart> <Vstop> <Vincr>+ [<srcnam2> <Vstart2> <Vstop2> <Vincr2>]

The <srcnam> is either an independent voltage or current source that is to be swept from <Vstart> to <Vstop> in <Vincr> step sizes. In the following example, the default MOS characteristic curves are plotted:

* example DCM1 2 1 0 0 nmosDVgs 1 0 3.5Vds 2 0 3.5.dc Vds 3.5 0 -0.05 Vgs 0 3.5 0.5.model nmosD NMOS Level=1.save I(Vds).end

.DC analisi in continua

tipi di analisi

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The small signal(linear) AC portion of LTspice computes the AC complex node voltages as a function of frequency. First, the DC operating point of the circuit is found. Next, linearized small signal models for all of the nonlinear devices in the circuit are found for this operating point. Finally, using independent voltage and current sources as the driving signal, the resultant linearized circuit is solved in the frequency domain over the specified range of frequencies. This mode of analysis is useful for filters, networks, stability analyses, and noise considerations.

.AC <oct, dec, lin> <Nsteps> <StartFreq> <EndFreq>

The frequency is swept between frequencies StartFreq and EndFreq. The number of steps is defined with the keyword "oct", "dec", or "lin" and Nsteps according to the following table:

Keyword NstepsOct No. of steps per octaveDec No. of steps per decadeLin Total number of linearly spaced steps between StartFreq and EndFreq

.AC analisi in frequenza a i piccoli segnali

tipi di anailisi

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Perform a transient analysis. This is the most direct simulation of a circuit. It basically computes what happens when the circuit is powered up. Test signals are often applied as independent sources.

.TRAN <Tstep> <Tstop> [Tstart [dTmax]] [modifiers]

.TRAN <Tstop> [modifiers]

The first form is the traditional .tran SPICE command. Tstep is the plotting increment for the waveforms but is also used as an initial step-size guess. LTspice uses waveform compression, so this parameter is of little value and can be omitted or set to zero. Tstop is the duration of the simulation. Transient analyses always start at time equal to zero. However, if Tstart is specified, the waveform data between zero and Tstart is not saved. This is a means of managing the size of waveform files by allowing startup transients to be ignored. The final parameter dTmax, is the maximum time step to take while integrating the circuit equations. If Tstart or dTmax is specified, Tstep must be specified.

.TRAN analisi in transitorio

Dott. Mauro MangiaARCES via Toffano 2/2 Bologna

mauro.mangia2@unibo.it

mmangia@arces.unibo.it

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