Il SIMULATORE CIRCUITALE
SPICE
(ultima modifica 02/02/2010)
Scopo della simulazione dei
circuiti elettrici

Per conoscere il comportamento di un
circuito elettrico è necessario risolvere
un insieme di equazioni derivate dalla
teoria dei circuiti.

Al crescere delle dimensioni del circuito
diventa molto difficile e spesso
impossibile risolvere il circuito
analiticamente.
Scopo della simulazione dei
circuiti elettrici
Nella ipotesi di circuiti lineari (con
parametri costanti nel tempo), il metodo
delle trasformate di Laplace consente di
semplificare notevolmente la loro
risoluzione.
Scopo della simulazione dei
circuiti elettrici
La trasformata di Laplace è definita attraverso
l’operatore di integrazione, per mezzo del
quale l’integrale e la derivata nel dominio del
tempo
diventano
rispettivamente
una
moltiplicazione e una divisione nel dominio di
Laplace.
Le funzioni f(t) integro-differenziali, definite nel
dominio del tempo t, vengono trasformate nel
dominio s (variabile di Laplace) in funzioni F(s)
algebriche.
Scopo della simulazione dei
circuiti elettrici

Le trasformate di Laplace non sono
applicabili a sistemi non lineari e inoltre
non è sempre semplice antitrasformare le
soluzioni.

Per molti anni l’unica soluzione è stata la
realizzazione fisica del circuito su cui
eseguire i test e misure necessarie a
verificarne il funzionamento.
Scopo della simulazione dei
circuiti elettrici

Questa tecnica divenne inadeguata con
l’aumentare della complessità e delle
dimensioni dei circuiti.

L’insorgere di questi problemi insieme alla
diffusione di computer sempre più potenti,
sono alla base della nascita e dello
sviluppo dei simulatori circuitali,
programmi capaci di risolvere qualunque
circuito senza fare ipotesi semplificative.
Scopo della simulazione dei
circuiti elettrici

Per questo motivo alla fine degli anni sessanta,
nell’Università della California- Berkeley, nasce
il progetto “SPICE” (Simulation Program with
Integrated Circuit Emphasis).

PSpice è il programma più utilizzato nella
simulazione dei circuiti e rappresenta di
fatto lo standard della simulazione
circuitale.
Cenni storici

Nel corso degli anni sono state rilasciate diverse
versioni del programma caratterizzate dall’utilizzo di
metodi numerici sempre più efficienti, da un linguaggio
più potente, da modelli più sofisticati dei dispositivi e
librerie più complete.

Oggi tutti i principali fornitori di software CAD/CAE
offrono una versione arricchita o supportata di SPICE.
Caratteristiche di Pspice

Pspice, versione di Spice per personal computer, sviluppato dalla
Microsim Corporation e commercializzato a partire dal 1984, è
attualmente distribuito dalla CADENCE.

Pspice è disponibile in numerose versioni per i diversi sistemi
operativi (DOS, Windows, Unix, etc.) Faremo riferimento alla
versione Free for studens 9.1 Pspice, con i seguenti limiti di
utilizzo:
• 64 nodi
• 10 transistors
• 65 digital primitive devices
• 10 transmission lines in total (ideal or not ideal)
• 4 pairwise coupled transmission lines
Caratteristiche di Pspice

Pspice può eseguire le seguenti classi principali di analisi sui circuiti




Bias point detail (definizione del punto di lavoro)
Analisi DC (in regime stazionario o in continua)
Analisi in transitorio
Analisi AC
E’ inoltre in grado di calcolare funzioni di trasferimento, di eseguire
analisi di rumore, di sensibilità, analisi di Fourier ed altro.

I circuiti possono contenere resistori, induttori, condensatori,
generatori dipendenti e indipendenti, amplificatori operazionali,
trasformatori, linee di trasmissione e dispositivi a semiconduttore
(diodi, BJT, Mosfet, etc.).
Pspice student

La versione free per studenti è scaricabile dal sito:
www.cadence.com /products/si_pk_bd/pspice.aspx

Oppure utilizzando un motore di ricerca digitando
“Pspice student version download”
Principio di funzionamento
Preprocessing
Processing
Text
Editor
*.cir
ASCII
Schematics
*.sch
BIN
Postprocessing
*.out
ASCII
Text
Editor
*.dat
BIN
Probe
Pspice
*.lib
ASCII
Applicazioni principali del
pacchetto Pspice student 9.1 I
 Schematics:
Un editor grafico, usato per disegnare sullo
schermo il circuito da simulare.
Consente di posizionare i componenti ,
collegarli assieme per formare il circuito e
inoltre di specificare il tipo di analisi da
eseguire.
Applicazioni principali del
pacchetto Pspice student 9.1 II

Pspice A D:
Programma che simula il circuito creato con Schematics.
Simulare un circuito significa costruire un modello matematico
del circuito sulla base dei modelli o relazioni costitutive dei
componenti e risolve le equazioni risultanti.

Probe:
Programma che fornisce una visualizzazione grafica dei risultati
generati da Pspice. Può essere utilizzato per tracciare il grafico
di una qualunque tensione o corrente del circuito o grandezze
da queste derivate.

Text Edit:
semplice editor di test.
Fasi per l’analisi di un circuito

Creazione di un circuito
Schematics

Simulazione
Pspice AD

Stampa dei risultati
Probe
Schematics
Schematics

Per selezionare un oggetto:
click sul pulsante sinistro una sola volta.

Per eseguire un’azione:
doppio click sul pulsante sinistro.

Per annullare una qualunque operazione:
premere <Esc>
Creazione dei circuiti con Schematics

Locazione dei componenti del circuito

Collegamento dei componenti tra loro
per formare il circuito

Modifica degli attributi delle dei
componenti
Locazione dei componenti

Selezionare
Draw/Get
new part
per aprire la
finestra
di dialogo
Part Browser
advanced
Locazione dei componenti

Usare la barra di
scorrimento per
selezionare il
componente, oppure
scrivere il part name
(es. C per il
condensatore)
Locazione dei componenti

Click su Place & Close

Spostare il mouse fino alla posizione
desiderata sullo schermo

Doppio click con il pulsante sinistro per
terminare la modalità di locazione
Per ruotare: <Ctrl R> oppure Edit/Rotate
Per cancellare: <Ctrl X> oppure Edit/Cut
Elementi circuitali
Principali componenti passivi
Part name
Attributi
Generatori indipendenti di tensione
Sorgente di tensione Sorgente di tensione
costante
nel dominio della
(Analisi DC)
frequenza
(Analisi AC)
Sorgente di tensione Sorgente di tensione
nel dominio
nel dominio del
del tempo
tempo
(Analisi Transient) e della frequenza
Generatori indipendenti di corrente
Sorgente di tensione
costante
(Analisi DC)
Sorgente di tensione Sorgente di tensione
nel dominio della
nel dominio del
frequenza
tempo
(Analisi AC)
(Analisi Transient)
Sorgente di
tensione
nel dominio
del tempo
e della frequenza
Generatori controllati in tensione e
in corrente
Dispositivi a semiconduttore
Interruttori ideali
Amplificatori operazionali e
alimentazioni generiche
Altri elementi del circuito
Nel modello circuitale nel foglio grafico
dovrà essere sempre presente almeno un
riferimento di massa (NODO 0)
AGND=analog ground
Sul foglio grafico possono essere
specificate le tensioni e le correnti
che si intende visionare facendo uso
degli appositi marker.
Marker più specifici relativi a
tensioni e correnti in dB, alla fase,
alle componenti reali o immaginarie
sono disponibili nel corrispondente
menù a tendina Markers.


Esempio
Collegamento dei componenti
Si seleziona Draw/Wire oppure
<Ctrl-W>, se con il cursore si
collegano i due punti.
 Pspice richiede il collegamento di
massa AGND (analog ground); nodo
di riferimento per tutte le tensioni

Modifica degli attributi delle parti
Nome
Valore
Attributo
• Ciascun attributo consiste
di un nome e del suo
corrispondente valore
Modifica degli attributi delle parti

Cliccando sul nome attiviamo la
finestra di dialogo
Edit Reference Designator
Modifica degli attributi dei componenti

Cliccando sul valore attiviamo la
finestra di dialogo Set Attribute Value
Fattori di scala

Per maggior comodità è possibile esprimere i
valori numerici per mezzo di fattori di scala
riportati in tabella
Simbolo
T
G
MEG
K
M
U
N
P
F
Valore
1012
109
106
103
10-3
10-6
10-9
10-12
10-15
Nome del suffisso
tera
giga
mega
kilo
milli
micro
nano
pico
femto
Esempio
Voltmetri e Amperometri


Inseriamo 2
voltmetri Viewpoint
Inseriamo 1
Amperometro Iprobe
Esempio
Simulazione
Salvare
Si
lo schematico (file *.sch)
esegue Pspice selezionando Analisis/Simulate
 Viene attivata la fase di electric rule check (ERC), nella quale
viene generata la netlist (*.cir)
 Se ci sono errori, viene creata la error list
 Se non ci sono errori, il sistema avvia automaticamente
Pspice ed esegue la simulazione (analisi nodale)
L'impostazione delle varie simulazioni effettuabili avviene
attraverso un'apposita finestra richiamabile mediante l'icona
oppure selezionando la voce Setup…dal menu Analisys.

Simulazione
I principali tipi di analisi effettuabili sono i seguenti:
 Analisi in continua (DC Sweep…) dove si rende variabile
un generatore o un parametro nel calcolo del punto di lavoro
in continua;

Analisi in frequenza (AC Sweep…) dove si rende
variabile la frequenza dei generatori AC presenti nel circuito;

Analisi del transitorio (Transient…) dove si effettua la
simulazione del circuito nel dominio del tempo nell’ intervallo
considerato e con la risoluzione desiderata.

Definizione del punto di lavoro: Operational points or
Bias point Detail
Simulazione
Se non viene indicato il tipo di analisi da
effettuare, Pspice si limiterà a calcolare
il punto di lavoro in regime stazionario
(corrente continua), tipo di analisi predefinita
(default analysis), che il simulatore effettua
sempre, prima di ogni altro tipo di
simulazione.
Simulazione

Per l’esempio di circuito mostrato si
seleziona Bias Point Details

Quando l’analisi è terminata, il programma
visualizza Bias point calculeted , e genera un
file risultati/uscita (*.out)
Risultati riportati nella finestra grafica
Risultati
I risultati della simulazione possono essere:
•direttamente riportati sul circuito nella finestra schematics
•scritti o stampati su file
•riportati in forma grafica direttamente sullo schermo del
computer ricorrendo all'uso del postprocessore grafico
Probe che Microsim fornisce a corredo di Pspice.