diseño y simulación...

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

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

11

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


22

•• 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.


33

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)


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


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


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


77

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 ·


88

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

·


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.


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


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


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)


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


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


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.


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.

diseño y simulación...

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