Uvodno predavanje

Transkripcija

1 RAČUNALNIŠKA ORODJA Simulacije elektronskih vezij M. Jankovec

2 Pomagala za hitrejšo/boljšo konvergenco Modifikacija vezja s prevodnostimi Med vsa vozlišča in maso se dodajo upori Velikost uporov določa parameter GSHUNT Premajhna vrednost GSHUNT lahko povzroči nerealen rezultat Prevodnostno korakanje Med vsa vozlišča in maso se dodajo prevodnosti Začetna vrednost prevodnosti je velika Ponavlja se.op analiza z začetnim poizkusom iz prejšnje iteracije med tem pa se zmanjšuje prevodnosti do GMIN Maksimalno število korakov je določeno z GMINSTEPS Dosežena rešitev se uporabi kot začetni poizkus za običajno.op analizo

3 Pomagala za hitrejšo/boljšo konvergenco Korakanje enosmerne vrednosti neodvisnih virov Vrednosti neodvisnih virov se postopoma spreminjajo of 0 do nastavljene vrednosti za.op analizo Zgornjo mejo števila korakov določa parameter SRCSTEPS Dosežena rešitev se uporabi kot začetni poizkus za običajno.op analizo

4 Pomagala za hitrejšo/boljšo konvergenco Vsa našteta pomagala so po privzetem že vklopljena in jih SPICE uporabi v primeru težav s konvergenco Prevodnostno korakanje izklopimo z GMINSTEPS=0 Korakanje enosmerne vrednosti izklopimo z SRCSTEP=0 ITL1 Zgornja meja za število iteracij pri.op analizi delovne točke ITL2 Zgornja meja za število iteracij pri.dc analizi.nodeset Določi začetni poizkus za Newton-Rhapsonovo iteracijsko metodo.nodeset V(12)=4.5 V(4)=2.23 Ukaz se uporablja predvsem pri bistabilnih in astabilnih vezjih, kjer z izbiro začetnega poizkusa lahko vplivamo na konvergenco v eno izmed več možnih rešitev.

5 Primer

6 DC analiza - analiza enosmerne karakteristike Serija.OP analiz pri spreminjanju nekega parametra vezja Napetost ali tok neodvisnega vira Parametra elementa Temperature Globalnega parametra Hitra konvergenca, saj za začetni poizkus naslednje.op analize uporabi rezultat prejšnje.op analize Ukaz:.DC ime_parametra start stop step

7 Primeri DC analiz Linearno spreminjanje napetostnega vira.dc Vin Logaritmično spreminjanje tokovnega vira od 1uA do 100mA (10 točk na dekado).dc dec I1 1u 100m 10 Simulacija pri nekaj različnih temperaturah.dc temp list Logaritmično spreminjanje I1 od 1uA do 1mA po 6 točk na oktavo in spreminjanje V1 linearno od 0 do 20V po 0.1V.dc oct I1 1u 1m 6 V

8 Prikaz karakteristike bipolarnega tranzistorja

9 TF analiza - malosignalna DC analiza.tf Analiza lahko izračuna Vhodno ali izhodno upornost (prevodnost) Prenosno funkcijo Najprej se izračuna delovna točka (.OP) Nato vezje linearizira v delovni točki (tangenta na krakteristiko) in določi g parametre Nelinearne elemente nadomesti g-parametri Dobljeno linearno vezje reši sistem linearnih enačb Analiza velja za majhne nizkofrekvenčne signale

10 TF analiza - malosignalna DC analiza Ukaz.TF izhodna_velicina vhodni_vir Izhodna veličina je lahko napetost vozlišča ali med vozliščema ali tok neodvisnega napetostnega vira Vhodni vir je ime neodvisnega napetostnega ali tokovnega vira Rezultat Vhodna upornost Izhodna upornost Prenosna funkcija (odvisno od kombinacije virov) Napetostno ojačenje Transipedanca Transkonduktanca Tokovno ojačenje

11 Primer TF analize Transfer_function: transfer vin#input_impedance: impedance output_impedance_at_v(out): 1000 impedance

12 AC analiza Malosignalna kompleksna analiza.tf analiza z upoštevanjem kapacitivnosti in induktivnosti Namenjena je računanje frekvenčne odvisnosti prenosnih arakteristik vezja pri vzbujanju z majhnimi harmoničnimi signali Parametri Vrednosti neodvisnih virov se podajo s parametroma ACMAG in ACPHASE Če parameter ACMAG ni podan, se dotični neodvisni napetostni vir zamenja z odprtimi sponkami, tokovni viri pa s kratkim stikom

13 AC analiza Potek Analiza delovne točke Linearizacija vezja (tangente na karakteristike nelineranih elementov v delovnih točkah) Zapis kompleksnih vozliščnih enačb s fekvenčno odvisnimi admitancami (j C, 1/j L). Za vsako frekvenco se izvede.op analiza, ki da rezultat v obliki kompleksorja (amplituda + faza) Ukaz.AC tip nstep fstart fstop.ac dec MEG tip = dec, oct, lin, list

14 Primer AC analize

15 Primer AC analize

16 NET analiza AC analiza četveropolnih parametrov Je AC analiza, ki ta rezultat izračuna potek vhodne in izhodne admitance in impedance Y, Z, H in S parametre Za dvopole in četveropole. Ukaz.NET izhodna_spremenljivka vhodni_vir Rin=vhodna zaključitev Rout=izhodna_zaključitev Če zaključitev ni podana, je privzeta vrednost 1 Ohm Razen, če sta podani impedanci virov. V tem primeru se uporabi le-ta.

17 Primer NET analize

18 Primer NET analize

19 Parametri virov V vrstici, ki opisuje napetostni vir, sta podani vozlišči. Nato je definirana enosmerna napetost (10 V), ki jo ima ta vir pri vseh analizah. Številka za oznako AC je amplituda harmonskega signala, ki jo daje ta vir samo pri AC analizi. Pri AC analizi je vezje nadomeščeno z lineariziranim modelom, zato je amplituda lahko poljubna. Tudi pri 1000 V signala bi izračun potekal enako, le vsi odzivi bi bili tisočkrat večji. Najpogosteje se za amplitudo vzbujanj pri AC analizah izbere 1 V, saj je v tem primeru velikost vseh odzivov enaka ojačenju vezja.

20 Šum v elektronskih vezjih Vsak elektronski element generira šum Šum lahko opišemo V obliki gostote močnostnega spektra naključnega signala 1 jωτ 2 2 ( ) ( ), x V /Hz ali A /Hz π S ω τ e dτ V obliki efektivne šumne napetosti ali toka (v določenem frekvenčnem območju) u 2 2 u 0 0 i u S ω dω V/ Hz ali i Si ω dω A/ Hz

21 Šum v elektronskih vezjih Šumni vir v vezju lahko predstavimo v obliki Nortonovega ali Thenveninovega nadomestnega vezja R+jX u n i n G+jB Moči nekoreliranih šumnih virov se v vezju seštevajo. Šumne napetosti/tokovi se seštevajo s kvadratom absolutne vrednosti S( f ) S ( f ) S ( f ) u u1 u2

22 Šum v elektronskih vezjih Šum se v vezjih prevaja preko kvadrata absolutne vrednosti prevajalne funkcije med vhodom in izhodom S ( ) x ω H( ω ) Sy ( ω) S ( ω) H( ω) S ( ω) y 2 x Šum vezja lahko predstavimo S šumom na izhodu vezja Z ekvivalentnim šumom na vhodu vezja (pri čemer se vezje tretira kot brezšumno)

23 NOISE - šumna analiza.noise izhod vh_vir tip št_točk fstart fstop Vsak šumni vir v vezju je predstavljen z enim šumnim tokovnim generatorjem Izhod vezja je lahko napetost vozlišča V(10) ali napetost med dvema vozliščema V(10,3) Vhodni vir je lahko neodvisni napetostni ali tokovni vir Tip preleta je enak kot pri.ac analizi (dec, oct, lin) Frekvenčna skala se določi s tipom porazdelitve točks številom št_točk med fstart in fstop

24 NOISE analiza Najprej se izračuna delovna točka.op, vezje se linearizira S pomočjo malosignalne.ac analize se za vsako frekvenco v frekvenčnem območju fstart in fstop izračuna Prispevek vsakega šumnega vira k izhodnemu šumu v vozilšču izhod - npr. V(R3) Vsoto kvadratov vseh prispevkov šumnih virov v vozlišču izhod - onoise Preko kvadrata absolutne vrednosti prevajalne funkcije med virom vh_vir in izhodnim vozlišem izhod (gain) se preračuna izhodni šum na vhod - inoise Izračuna se celoten integral izhodnega šuma med fstart in fstop

25 Primer NOISE analize

26 Primer NOISE analize