PSPICE

SPICE

SPICE es un acrónimo inglés de Simulation Program with Integrated Circuits Emphasis (Programa de simulación con énfasis en circuitos integrados). Fue desarrollado por la Universidad de California, Berkeley en 1975 por Donald Pederson.
Es un estándar internacional cuyo objetivo es simular circuitos electrónicos analógicos compuestos por resistencias, condensadores, diodos, transistores, etc. Para ello hay que describir los componentes, describir el circuito y luego elegir el tipo de simulación (temporal, en frecuencia, en continua, paramétrico, Monte Carlo...).SPICE
Historia

Spice fue desarrollado en el laboratorio de investigación electrónica (Electronics Research Laboratory) de la Universidad de California, Berkeley por Larry Nagel bajo la dirección de su asesor de investigación Donald Pederson. SPICE1 fue derivado del programa CANCER (acrónimo de Computer Analysis of Nonlinear Circuits, Excluding Radiation) un rastro del liberalismo de la Universidad de Berkeley de los años 60.
Hasta ese momento varios simuladores de circuitos eléctricos habían sido desarrollados por el departamento de defensa de los Estados Unidos, entidad que requería evaluar la radiación de un circuito. Cuando el director original del proyecto, el profesor Rohrer, abandono Berkeley, el profesor Pederson tomo el puesto de director. Éste nuevo director consiguió que el programa fuera reescrito de su antecesor CANCER, el cuál era un programa con licencia de propietario, para poder poner esta nueva versión del programa bajo dominio público.
SPICE1 tuvo su primera presentación en una conferencia de 1973. Fue programado en FORTRAN y usaba la técnica de análisis de nodos para construir el sistema de ecuaciones del circuito. Ésta técnica de análisis tenía inconvenientes al representar inductancias, fuentes de tensión sin referencia y fuentes controladas. Esta versión del programa contaba con pocos elementos; usaba un paso fijo para los análisis transitorios.
En el año 1975 apareció la versión SPICE2, con la cual se popularizó su uso. Esta versión del programa también estaba compilada en FORTRAN, tenía más elementos, análisis transitorio con paso variable, usaba las técnicas de integración trapezoidal o integración de Gear, conseguía las ecuaciones de los circuitos por una técnica modificada del tradicional análisis de nodos, la que permitía resolver los inconvenientes de su versión anterior y usaba una innovación del programa FORTRAN que permitía controlar la memoria. Este último adelanto fue desarrollado por el estudiante de posgrado Ellis Coheb.
La última versión de SPICE en FORTRAN fue la versión 2G.6 en 1983. La siguiente versión, SPICE3, fue desarrollada en lenguaje C por Thomas Quarless y como director A. Richard en el año de 1989. La versión SPICE3 usaba la misma sintaxis que sus antecesoras y tenia una interfaz gráfica X Window.
Como un programa de código abierto, SPICE fue ampliamente usado. El código de SPICE fue distribuido desde sus comienzos bajo un costo por la Universidad de Berkeley, el cual retribuía el costo de las cintas magnéticas. El programa tenía la restricción de no poderse distribuir en países que no eran considerados amigos por los Estados Unidos. Actualmente el programa está cubierto por la licencia BSD.
SPICE promovió y sirvió de base para otros programas de simulación en las universidades y la industria. La primera versión comercial del SPICE fue ISPICE. La versión comercial más destacada de SPICE incluía HSPICE y PSPICE. Las versiones académicas de SPICE incluían XSPICE, desarrollada en el Instituto Tecnológico de Georgia, versión en la que se agregaron códigos de análisis analógicos y digitales y Cider que permitía simular dispositivos semiconductores.

Características del programa

Análisis SPICE realiza
Dispositivos y componentes
Fuentes
Resistencias
El modelo de resistencias en Spice corresponde al modelo clásico de la teoría de circuitos más el modelo de variación del valor de éste dispositivo por efecto de la temperatura.
La sintaxis para incluir éste elemento es la siguiente:
Inductancias
Inductancias mutuas

Si por una bobina fluye una corriente que varía en el tiempo, se produce un flujo magnético y por ende un voltaje en esta. Si acercamos otra bobina observamos que las líneas de flujo inciden de manera que recíprocamente en esta se induce un voltaje y si existe trayectoria posible, también existirá una corriente. El voltaje que se induce en la segunda bobina es proporcional al cambio de la corriente de la primera bobina.
Condensadores

Es un dispositivo con la capacidad de acumular cargas eléctricas dentro de si, muy utilizado en circuitos.
Dispositivos semiconductores

Líneas de transmisión (parámetros distribuidos) Ejemplos

La forma de modelar una señal cuadrada es Vnodo Nodo 0 PULSE (V1 V2 TD TR TF PW PER) con:
V1: Valor inicial
V2: Valor final
TD: Latencia inicial del pulso
TR: Tiempo de subida
TF: Tiempo de bajada.
PW: Ancho del pulso
PER: Periodo del pulso.
Una de las formas de modelar un transistor MOS es MNúmero nD nG nS nB tipo W= L= PD= AD= PS= AS= con:
Mnúmero: identifica al transistor
nD: número nodo drenador
nG: número nodo puerta
nS: número nodo surtidor
nB: número nodo substrato
tipo: NMOS / PMOS
W: anchura del canal
L: longitud del canal
PD / PS: perímetros del drenador / surtidor
AD / AS: área del drenador / surtidor
Uniendo varios de estos dispositivos por medio de los nodos se describe el circuito completo que luego será empleado para la simulación.

Orcad PSpice 9.2
martes 6 de noviembre de 2007
El disko de instalacion ke les postea es la ke viene en el CD de regalo de un libro de electrónica, el cual en estos momentos no recuerdo el nombre, por lo que no veo ningun problema al instalarlo o usarlo. Un excelente programa para simular cualquier circuito electrónico, por mas complejo que sea.
Ya se puede contar con OrCAD PSpice Release 9.2 para obtener resultados de simulación más precisos. Esta precisión ha sido desarrollada por cientos de ingenieros. Desde el primer simulador PSpice, introducido en 1985, y hasta ahora, PSpice ha sido continuamente mejorado, y estructurado de tal forma que se puedan utilizar los más recientes sistemas operativos y hardware. Cada versión ha ido añadiendo avances tecnológicos y electrónicos, permitiendo a los diseñadores trabajar con la tecnología que ellos necesitan.
OrCAD PSpice es un completo simulador para diseños analógicos. Con sus sofisticados modelos internos, puede simular diseños de alta frecuencia, diseños IC de baja potencia y circuitos de potencia.
Además de poder utilizar todos los modelos definidos, se pueden crear nuevos modelos de dispositivos, solo hacen falta las hojas de características. Fácil de entender y explorar la relación en el diseño utilizando "what-if" y análisis avanzados.
OrCAD PSpice A/D es un sofisticado simulador de señales mixtas. Puede simular diseños mixtos de cualquier tamaño, que contenga componentes analógicos y digitales y pulsos con moduladores para DACs y ADCs. Se pueden ver los resultados de la simulación, tanto analógicos como digitales, en la misma ventana y el mismo eje de tiempo.
OrCAD PSpice A/D Basics es una herramienta ideal para simular diseños básicos con señales mixtas y analógicas, bajo un entorno de usuario fácil y cómodo. No está limitado en el tamaño de los circuitos, permite realizar simulaciones funcionales de componentes digitales en simulaciones de señales mixtas, y permite utilizar todos los análisis básicos de PSpice.
OrCAD PSpice Optimizer automatiza los procesos iterativos de las simulaciones "fine-tuning" del diseño. Permite especificar parámetros de variación y de medida. PSpice Optimizer calcula el valor óptimo del parámetro del circuito que se desee en función de las restricciones que se impongan en el diseño.

ALGUNAS MEDIDAS DEL USO DE LOS MODOS DE DIRECCIONAMIENTO−

A continuación se dan algunas medidas del uso de los diferentes modos dedireccionamiento que hacen tres programas diferentes: un procesador detextos (TeX), un programa de cálculo matemático en simulación (Spice) y uncompilador de C (GCC).− La gráfica no contabiliza las instrucciones de salto ni los accesos aoperandos ubicados en registros. De los accesos a operandos el 50%corresponde a registros y el otro 50% a lo mostrado en la gráfica.

APLICACIONES

Ejemplo 1
V1
V2
V3
W= 100,000 rad/seg => f = 15915.49
Page 3
Analísis de CA (Estado estable senoidal)
Ejecutar el programa Schematics
Colocar los elementos sobre la pantalla
Definir valores de los elementos
Interconectar elementos
Colocar la “impresora virtual” en los nodos en donde se desea registrar el voltaje
Definir tipo de analísis
Analysis / Setup /AC Sweep
Número total de puntos(Total Pts)
Frecuencia de inicio (Start Freq), Hz
Frecuencia final (Final Freq), Hz
Iniciar simulación
Analysis / Simulate
Notas:Los valores de los elementos pasivos se expresan
en Ohms, Henrys y Farads.
La frecuencia se debe especificar en Hz
Los resultados en el archivo de salida se presentan con los sigs. encabezados
IM(Elemento X)
Magnitud de la corriente en el elemento X
IP (Elemento X)
Ángulo de fase de la corriente en el elemento X
VM(Nodo X)
Manitud del voltaje del nodo X
VP(Nodo X)
Ángulo de fase del voltaje del nodo X
Page 4
1.- Ejecutar el programa (Schematics)
Page 5
Colocar los 6 elementos del circuito
2 IAC (Fuentes de corriente)
1 VAC (Fuente de voltaje)
1 r
(Resistencia de 2 Ohms)
1L
(Inductancia de 20 µH)
1C
(Capacitor de 10 µF)
Para colocarlos.. Escoger la opción Draw/Get New Part/Elemento/Place
IAC...VAC..etc.
O escoger los elementos del menu
2.- Colocar y ordenar los elementos del circuito a simular
Page 6
Acomodar los elementos, Definir los valores de los elementos
Unir los elementos (Draw Wire) y agregar tierra (analog- Gnd)
3.- Definir los valores de los elementos (doble-click y teclear el valor)
Analog-Gnd
Page 7
Para las fuentes definir solo magnitud (ACMAG) y fase (ACPHASE)
Definir tipo de analísis Analysis/Setup/AC Sweep
Total Pts:1 , Start Freq: 15915.49 Hz, End Freq: 15915.49 Hz
4.- Definir las fuentes de corriente y voltaje (magnitud y ángulo)
Page 8
6.- Colocar la “impresora virtual” VPRINT en cada uno de los nodos
7.- Seleccionar para la impresora virtual las opciones AC=OK, MAG=OK, PHASE=OK
para desplegar los fasores voltaje (magnitud y ángulo)
Page 9
8.- Simular el sistema Analysis/Simulate
9.- Revisar resultados
FREQ VM(Nodo-1) VP(Nodo-1)
1.592E+04 8.000E+00 -1.269E+02
FREQ VM(Nodo3) VP(Nodo3)
1.592E+04 2.530E+00 -1.084E+02
FREQ VM(Nodo-2) VP(Nodo-2)
1.592E+04 5.657E+00 -1.350E+02
V1=8 ang(-126.9) V
V2=5.657 ang(-135) V
V3= 2.530 ang(-108.4) V
Page 10
10.- Simulación adicional (Ejercicio)
Encuentre las corriente en la resistencia, la inductancia y la capacitancia. Utilice el elemento
IPRINT , especificando AC=OK, MAG=OK, PHASE=OK para desplegar
los fasores de corriente
Resultados
FREQ VM(Nodo-1) VP(Nodo-1)
1.592E+04 8.000E+00 -1.269E+02
FREQ VM(Nodo3) VP(Nodo3)
1.592E+04 2.530E+00 -1.084E+02
FREQ VM(Nodo-2) VP(Nodo-2)
1.592E+04 5.657E+00 -1.350E+02
FREQ IM(V_PRINT4)IP(V_PRINT4)
1.592E+04 1.265E+00 -1.084E+02
FREQ IM(V_PRINT5)IP(V_PRINT5)
1.592E+04 3.578E+00 -6.344E+01
FREQ IM(V_PRINT6)IP(V_PRINT6)
1.592E+04 2.828E+00 1.350E+02

1 Uso de SPICE

(operación)1.1 IntroducciónEl programa PSpice, y en general cualquier programa SPICE, recibe la información del circuito quetiene que simular y del tipo de análisis que tiene que realizar a través de un fichero fuente o ficherode circuito. Este fichero contiene una descripción del circuito, de los componentes que lo forman y dela interconexión entre ellos llamada netlist. Además de la netlist en el fichero de circuito se indicanlas clases de análisis que se han de efectuar y las directrices de dichos análisis. La netlist sigue unacierta sintaxis, adecuada para ser interpretada correctamente por el programa de análisis SPICE (enel apéndice H se detallan las convenciones que ha de seguir el fichero de circuito).La generación de este fichero de circuito o fichero fuente −ambas denominaciones se utilizarán in-distintamente− se puede hacer de diversas formas. Puede haberse generado como resultado de unprograma de captura de esquemáticos, que es un programa gráfico en el que se introduce un circuitoy que es capaz de generar un fichero con el netlist correspondiente al circuito dibujado, puedeprovenir de un programa de diseño a nivel de componentes, etc.. Pero la forma más sencilla, que serála que se tratará en este manual, es la generación directa mediante un editor de textos adecuado.1Aunque puede tener cualquier nombre es conveniente que el fichero de circuito tenga la extensión.CIR ya que ésta es la extensión que reconoce por defecto el programa PSpice.Una vez generado el fichero que contiene la netlist se inicia el análisis ejecutando el programaPSPICE1. Se puede llamar a este programa sin parámetros; en este caso se solicitará el nombre delfichero fuente así como el nombre del fichero de salida. Otra opción es pasar como parámetro elnombre del fichero fuente y, si se desea, el nombre del fichero de salida. Tanto en un caso como en elotro se realizará el análisis y se guardarán los resultados en el fichero de salida. Si no se había asig-nado ningún nombre al fichero de salida se tomará por defecto el nombre del fichero fuente con laextensión .OUT.1El editor utilizado ha de ser del tipo programación, es decir, que no introduzca ningún caracter ocontrol extra. Son válidos EDIT, EDLIN del MS-DOS, etc.© los autores, 1998; © Edicions UPC, 1998. Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorización escrita de los titulares del "copyright", bajo las sancionesestablecidas en las leyes, la reproducción total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografía y el tratamientoinformático, y la distribución de ejemplares de ella mediante alquiler o préstamo públicos, así como la exportación e importación de ejemplares para su distribución yventa fuera del ámbito de la Unión Europea.12Simulación analógica basada en SpiceEl fichero de salida .OUT contiene información de cómo se ha realizado el análisis y los resultadosobtenidos. Incluye el netlist, el tiempo de ejecución, y, según el caso, información del punto de re-poso, etc. Si el análisis no se ha podido realizar con éxito, en este fichero se indicará la causa. Es unfichero tipo texto y se puede visualizar simplemente mediante la orden TYPE o usando cualquiereditor de textos.1.2 Estructura del fichero del circuitoComo se ha mencionado anteriormente el fichero circuito o fuente contiene el netlist junto con unaserie de directrices orientadas a indicar tipo y entorno del análisis. Por ello en el fichero de circuitose encontrarán tres tipos de líneas: a) las que describen el circuito y que conforman la netlist; b) laslíneas de comandos: comienzan con un punto y se utilizan para definir los tipos de análisis que sedeben efectuar y como sentencias de control ; c) las líneas de comentarios.a) Líneas correspondientes al netlist:Definen los elementos que componen el circuito tales como resistencias, condensadores, transistores,etc., así como las fuentes de tensión, de corriente, etc. El tipo de dispositivo de que se trata quedadeterminado por la primera letra. Así, si el nombre del dispositivo empieza por R definirá una resis-tencia, si por una C se tratará de un condensador, etc.. El nombre siempre debe comenzar por una le-tra permitida (que defina uno de los componentes existentes) y continuar con una secuencia de letras,números o los siguientes caracteres: "_", "/", "*", "%", "$". La extensión máxima es de 131 caracte-res, pero se recomienda que no sobrepasen los 8 caracteres. Algunos de los elementos disponibles enSPICE son:R ≡ ResistenciasC ≡ CondensadoresL ≡ InductanciasV ≡ Fuentes independientes de tensiónI ≡ Fuentes independientes de corrienteEn los capítulos 3 y 4 se tratan con más detalle los dispositivos más comunes y en el apéndice C serecoge un resumen.Tras el nombre se ha de indicar los nodos entre los que está conectado el elemento, que como míni-mo han de ser dos, y por último el valor del componente.2 Para ello, antes de introducir el circuito es2Esta es la estructura más sencilla, pero las líneas pueden ser más complicadas.

Manejo del programa Pspice.
Ejemplos
Calculo de las curvas ID-VD (intensidad de drenador frente a tensión de drenador) de un NMOS.
Dibujar en el esquemático el siguiente circuito.
Para coger los elementos del circuito ir al menú DRAW Ş GET NEW PART
El MOSFET que vamos a usar es el MbreakN3 (dentro del grupo breakout), las fuentes de tensión continua tienen el nombre VSRC (dentro del grupo source), las tierras que usamos son las GND_ANALOG, (dentro del grupo port).
Los cables de conexión se toman en el menú DRAW Ş WIRE. Más rápido con la combinación de teclas (ctr + w).
Vamos a editar el modelo del MOSFET (primero guardamos el archivo del esquemático). Picamos el mosfet (cambia a color rojo). Nos vamos al menú EDIT Ş MODEL Ş edit instant model
Escribir el siguiente modelo de level1
.model Mbreakn1 NMOS (LEVEL=1 vto=1 kp=3.15e-5 )
Para elegir el tipo de análisis que se va a efectuar, en este caso un análisis DC, nos vamos al menú ANALYSIS Ş SEPTUP Ş DC SWEEP
Vamos a realizar un barrido de tensión de drenador de 0 a 5V para varias tensiones de Puerta 1, 2, 3, 4 y 5V

acordarse de activar (enabled) el análisis DC
Para simular el circuito ir al menú ANALYSIS Ş SIMULATE. directamente tecla F11.
Automáticamente simulara el circuito y se abrirá el programa PROBE.
Vamos a ver la intensidad de drenador frente a la tensión de drenador. Picamos el menú TRACE Ş ADD y elegimos ID(M1).
De esta forma tendríamos que ver las curvas ID-VD
CARACTERISTICA ID - VGS
Calcular la Curva Id-Vgs para una tensión de drenador fija Vds = 1V para el MOSFET anterior
VARIACION DE LA TENSION UMBRAL CON LA TENSION FUENTE SUBSTRATO
Calcular las Curva Id-Vgs para una tensión de drenador fija Vds = 1V y una tensión de bulk entre 0 y -5V
Tomar para el análisis el MOSFET MbreakN
Modelo de MOS utilizado

Vamos a comparar ahora las curvas ID-VD de dos MOSFET diferentes. Dibujamos el siguiente circuito.
Los elementos de contacto "O¾" se llaman "BUBBLE" y las marcas para ver la intensidad en un punto determinado del circuito se toman del menú MARKERS Ş MARK CURRENT INTO PIN.
Poner un parámetro KP diferente en el modelo Mbreakn2 ej. KP= 2E-5. Y ver como las curvas de salida son diferentes para los dos circuitos.
La longitud y anchura del canal del MOS son por defecto son 100micras. Cambiar las dimensiones y ver que efecto tiene en las curvas de corriente. Para esto solo hay que picar dos veces el MOSFET y poner los valores deseados en la pantalla.

Análisis de transitorio de un inversor NMOS con resistencia de carga
Dibujar el siguiente circuito en el esquemático.
Para definir la fuente de pulsos picar dos veces sobre ella y poner los siguientes valores:
V1 = 0 Valor inicial. TF = 1p tiempo de bajada
V2 = 5 Valor final PW = 5ns anchura de pulso
TD = 1n Retardo inicial PER = 10ns periodo de la señal
TR = 1p tiempo de subida

Inversor NMOS con carga NMOS en deplexión.
Vdd = 5V Ldriver =1um Wdriver = 5um Lload = Wload = 1um
.model Mbreakn-enriq1 NMOS(
vto=1
kp=100u )
.model Mbreakn-depl1 NMOS(
vto=-3
kp=100u )
V1 = 0 Valor inicial. TF = 1p tiempo de bajada
V2 = 5 Valor final PW = 10ns anchura de pulso
TD = 0.1n Retardo inicial PER = 20ns periodo de la señal
TR = 1p tiempo de subida
USO DE LOS CURSORES EN EL PROBE
Para utilizar los cursores en PROBE escoger “Tools” del menú principal luego “Cursor” y marcar “display”. Se tiene a disposición dos cursores de referencia uno se maneja con el botón izquierdo del ratón y otro con el derecho. De otra forma: un cursor se controla con las flechas del teclado y el otro igual pero manteniendo la tecla ”Shift” pulsada.

Transitorio de un Inversor CMOS
Vdd = 5V LNMOS =LPMOS = 1u WNMOS =WPMOS = 10u
.model Mbreakn-1 NMOS (
vto=1
kp=30u )
.model Mbreakp-1 PMOS(
vto=-1
kp=30u)
V1 = 0 Valor inicial. TF = 1p tiempo de bajada
V2 = 5 Valor final PW = 10ns anchura de pulso
TD = 0.1n Retardo inicial PER = 20ns periodo de la señal
TR = 1p tiempo de subida