RAČUNALNIŠKA ORODJAlpvo.fe.uni-lj.si/fileadmin/files/Izobrazevanje/RO/... · RAČUNALNIŠKA ORODJA TF analiza - malosignalna DC analiza SPICE, 2. predavanje 18.11.2011 •Ukaz .TF

RAČUNALNIŠKA ORODJA

Simulacije elektronskih vezij

M. Jankovec

R A Č U N A L N I Š K A O R O D J AR A Č U N A L N I Š K A O R O D J AR A Č U N A L N I Š K A O R O D J AR A Č U N A L N I Š K A O R O D J AR A Č U N A L N I Š K A O R O D J AR A Č U N A L N I Š K A O R O D J A

Pomagala za hitrejšo/boljšo konvergenco

18.11.2011SPICE, 2. predavanje

• 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




• 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




• 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.


Primer



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


Primeri DC analiz


• Linearno spreminjanje napetostnega vira▫ .DC Vin 0.25 5.0 0.25

• 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 200 300 400

• 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 V1 0 20 0.1


Prikaz karakteristike bipolarnega tranzistorja



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


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


Primer TF analize


Transfer_function: -66.5079 transfer

vin#Input_impedance: 503.882 impedance

output_impedance_at_V(out): 1000 impedance


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


AC analiza – Potek


• Analiza delovne točke

• Linearizacija vezja (tangente na karakteristike nelineranih elementov v delovnih točkah)

• Zapis kompleksnih vozliščnih enačb s fekvenčno odvisnimi admitancami (jC, 1/jL).

• Za vsako frekvenco se izvede .op analiza, ki da rezultat v obliki kompleksorja (amplituda + faza)

• Ukaz▫ .AC tip nstep fstart fstop

▫ .AC dec 50 100 10MEG

▫ tip = dec, oct, lin, list


Primer AC analize



Primer AC analize



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.


Primer NET analize



Primer NET analize



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.



Šum v elektronskih vezjih


• Vsak elektronski element generira šum

• Šum lahko opišemo ▫ V obliki gostote močnostnega spektra naključnega signala

▫ V obliki efektivne šumne napetosti ali toka (v določenem frekvenčnem območju)

2 21( ) ( ) , V /Hz ali A /Hzjωτ

xS ω τ e dτπ

2 2

0 0

V/ Hz ali A/ Hzu iu S ω dω i S ω dω

u i




• Šumni vir v vezju lahko predstavimo v obliki Nortonovega ali Thenveninovega nadomestnega vezja

• Moči nekoreliranih šumnih virov se v vezju seštevajo.

• Šumne napetosti/tokovi se seštevajo s kvadratom absolutne vrednosti

un

R+jX

in G+jB

1 2( ) ( ) ( )S f S f S f

2 22

1 2u u u



• Šum se v vezjih prevaja preko kvadrata absolutne vrednosti prevajalne funkcije med vhodom in izhodom

• Šum vezja lahko predstavimo▫ S šumom na izhodu vezja

▫ Z ekvivalentnim šumom na vhodu vezja (pri čemer se vezje tretira kot brezšumno)

2( ) ( ) ( )y xS ω H ω S ω( )xS ω ( )H ω ( )yS ω



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


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


Primer NOISE analize



Primer NOISE analize


Documents

RAČUNALNIŠKA ORODJAlpvo.fe.uni-lj.si/fileadmin/files/Izobrazevanje/RO/... · RAČUNALNIŠKA ORODJA TF analiza - malosignalna DC analiza SPICE, 2. predavanje 18.11.2011 •Ukaz .TF