Tutorial OrCAD 9.2

NOTAS TUTORIAL CADENCE OrCAD REL. 9.2

M.C. JOSE ANTONIO HOYO MONTAÑO CENIDET, MEXICO

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Tabla de Contenido CAPITULO 1.- INTRODUCCION A PSPICE

1

INTRODUCCION GENERAL

1

VERSIONES DE PSPICE

1

PROGRAMAS QUE CONFORMAN AL CADENCE OrCAD REL. 9.2 LITE

2

REQUERIMIENTOS

3

TIPOS DE ARCHIVOS GENERADOS

3

CAPITULO 2.- CAPTURA DE ESQUEMATICOS CONFIGURACION Y USO DE CAPTURE CIS LITE

5 5 5

OPCION “COLOR/PRINT”

5

OPCION “GRID DISPLAY”

7

OPCION “PAN AND ZOOM”

8

OPCION “SELECT”

9

OPCION “MISCELLANEOUS”

9

OPCION “TEXT EDITOR”

11

D R A FT

MENU OPTIONS – PREFERENCE

MENU OPTIONS – DESIGN TEMPLATE

12

OPCION “FONTS”

12

OPCION “TITTLE BLOCK”

12

OPCION “PAGE SIZE”

12

OPCION “GRID REFERENCE”

14

OPCION “HIERARCHY”

15

OPCION “SDT COMPATIBILITY”

16

DISEÑO DE ESQUEMATICOS “PLANOS”

16

CREAR UN DISEÑO PLANO

18

ETAPA 1: COLOCAR LOS DISPOSITIVOS EN EL AREA DE TRABAJO

19

ETAPA 2: CONECTAR LOS DISPOSITIVOS

23

ETAPA 3: ESPECIFICACION DE PARAMETROS DE LOS DISPOSITIVOS.

24

ETAPA 4: GENERACION DE LISTADO DE RED.

26

CREAR UN DISEÑO “JERARQUICO”

29

ETAPA 1: CREAR BLOQUE JERARQUICO

29

ETAPA 2: CREAR LAS TERMINALES DE CONEXIÓN DEL BLOQUE JERARQUICO

34

ETAPA 3: EDITAR IMPLEMENTACION DEL BLOQUE JERARQUICO

36

ETAPA 4: EDITAR EL RESTO DEL CIRCUITO EQUEMATICO EN EL NIVEL SUPERIOR DEL BLOQUE JERARQUICO

38

ETAPA 5: CREAR LISTADO DE RED

39

ETAPA 6: CREAR NUEVAS IMPLEMENTACIONES PARA UN BLOQUE JERARQUICO

39

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

i

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CAPITULO 3.- MODELOS, LIBRERIAS Y SIMBOLOS

41

CREAR Y MODIFICAR MODELOS DE PSPICE CON CAPTURE

41

PSPICE MODEL EDITOR

41

GENERACION DE LA CURVA CORRIENTE DIRECTA VS. VOLTAJE DIRECTO

43

GENERACION DE LA CURVA DE CAPACITANCIA DE UNION VS VOLTAJE INVERSO

45

GENERACION DE LA CURVA CORRIENTE INVERSA VS VOLTAJE INVERSO

47

GENERACION DE LA CURVA DE VOLTAJE DE RUPTURA INVERSO

48

GENERACION DE LA CURVA DE CORRIENTE DE RECUPERACION INVERSA

49

MODIFICAR UN MODELO EXISTENTE EN CAPTURE

52

MODELADO DE DISPOSITIVOS

52

EL COMANDO.MODEL

52

MODELADO DE DISPOSITIVOS ACTIVOS

53

PARAMETROS DE MODELADO DE DIODOS

54

PARAMETROS DE MODELADO DE UN TRANSISTOR DE UNION BIPOLAR (BJT)

55

PARAMETROS DE MODELADO DE UN TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO (JFET)

55

PARAMETROS DE MODELADO DE UN TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO TIPO MOS (MOSFET)

56

PARAMETROS DE MODELADO DE UN TRANSISTOR DE BIPOLAR DE COMPUERTA AISLADA (IGBT) CAMBIAR LA REFERENCIA DE MODELO.

57 57

CREAR ARCHIVO DE LIBRERÍA DE MODELOS

57

MODIFICAR LA REFERENCIA DE MODELO

59

CREAR NUEVOS MODELOS USANDO PARTE TIPO “BREAKOUT”

62

CREAR UN MODELO TIPO .SUBCKT A PARTIR DE UN ESQUEMATICO

66

CREACION DE LIBRERIAS DE SIMBOLOS PARA CAPTURE

71

CREAR UNA LIBRERÍA DE SIMBOLOS USANDO PSPICE MODEL EDITOR. CAPITULO 4.- FUENTES DE SEÑAL

71 84

FUENTES DE SEÑAL ANALOGICA DE VOLTAJE Y CORRIENTE.

84

FUENTES DE CORRIENTE Y VOLTAJE DEPENDIENTES

84

FUENTES CONTROLADAS POR VOLTAJE

84

FUENTES DE GANANCIA FIJA

85

FUENTES DEPENDIENTES DE LA FRECUENCIA

85

FUENTE LAPLACIANA

86

FUENTE TIPO POLINOMIO

86

FUENTE TIPO TABLA

86

FUENTE TIPO VALOR

87

FUENTES CONTROLADAS POR CORRIENTE

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

87

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FUENTES DE GANANCIA FIJA

87

FUENTE TIPO POLINOMIO

88

FUENTES DE VOLTAJE Y CORRIENTE INDEPENDIENTES

88

FUENTE DE CORRIENTE (IAC) O VOLTAJE (VAC) DE CORRIENTE ALTERNA

88

FUENTE DE CORRIENTE (IDC) O VOLTAJE (VDC) DE CORRIENTE ALTERNA

89

FUENTE DE CORRIENTE (IEXP) O VOLTAJE (VEXP) EXPONENCIAL

89

FUENTE DE CORRIENTE (IPULSE) O VOLTAJE (VPULSE) DE PULSOS

90

FUENTE DE CORRIENTE (IPWL) O VOLTAJE (VPWL) FORMADAS POR SEGMENTOS LINEALES

91

FUENTE DE CORRIENTE (IPWL) O VOLTAJE (VPWL) FORMADAS POR SEGMENTOS LINEALES

92

FUENTE DE CORRIENTE (IPWL_ENH) O VOLTAJE (VPWL_ENH) FORMADAS POR SEGMENTOS LINEALES EXTENDIDAS

93

FUENTE DE CORRIENTE (IPWL_RE_FOREVER) O VOLTAJE (VPWL_RE_FOREVER) FORMADAS POR SEGMENTOS LINEALES, DE REPETICION INFINITA

93

FUENTE DE CORRIENTE (IPWL_RE_FOREVER) O VOLTAJE (VPWL_RE_FOREVER) FORMADAS POR SEGMENTOS LINEALES, DE N REPETICIONES

94

FUENTE DE CORRIENTE (IPWL_ENH) O VOLTAJE (VPWL_ENH) FORMADAS POR SEGMENTOS LINEALES, DEFINIDAS EN ARCHIVO

95

FUENTE DE CORRIENTE (IPWL_F_RE_FOREVER) O VOLTAJE (VPWL_F_RE_FOREVER) FORMADAS POR SEGMENTOS LINEALES, DEFINIDAS EN ARCHIVO, DE REPETICION INFINITA

96

FUENTE DE CORRIENTE (IPWL_F_RE_FOREVER) O VOLTAJE (VPWL_F_RE_FOREVER) FORMADAS POR SEGMENTOS LINEALES, DE N REPETICIONES

96

FUENTE DE CORRIENTE (ISFFM) O VOLTAJE (VSFFM) MODULADA EN FRECUENCIA

97

FUENTE DE CORRIENTE (ISIN) O VOLTAJE (VSIN) SINUSOIDAL AMORTIGUADA

98

FUENTE DE CORRIENTE (ISRC) O VOLTAJE (VSRC)

99

FUENTES DE SEÑAL DIGITAL

100

RELOJ DIGITAL 101

100

ESTIMULO ESTIMULO DEFINIDO EN ARCHIVO

101

ESTIMULO DEFINIDO EN ARCHIVO DE ESTIMULO

104

PROGRAMA PSPICE STIMULUS EDITOR

105

GENERACION DE ESTIMULO TIPO SENOIDAL

105

GENERACION DE ESTIMULO TIPO DIGITAL

108

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

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CAPITULO 5.- TIPOS DE ANÁLISIS DE SIMULACIÓN EN PSPICE AD

111

INTRODUCCION A LOS TIPOS DE ANALISIS EN PSPICE AD

111

VENTANA DE CONFIGURACION DE PSPICE

112

OPCION “GENERAL”

113

OPCION “ANALYSIS”

114

OPCION “INCLUDE FILES”

114

OPCION “LIBRARIES”

116

OPCION “STIMULUS”

117

OPCION “OPTIONS”

118

OPCION “DATA COLLECTION”

121

OPCION “PROBE WINDOW”

121

ANALISIS DE PUNTO DE OPERACIÓN

122

PUNTO DE OPERACIÓN EN CD

123

ANALISIS DE SENSIBILIDAD EN CD

131

FUNCION DE TRANSFERENCIA DE PEQUEÑA SEÑAL EN CD

134

ANALISIS TRANSITORIO

136

ANALISIS DE FOURIER DE FORMAS DE ONDA GENERADAS EN ANALISIS TRANSITORIO

143

ANALISIS DE FOURIER EN PSPICE AD

143

ANALISIS DE FOURIER EN EL ARCHIVO DE SALIDA DE SIMULACION

146

ANALISIS DE BARRIDO DE CD

148

ANALISIS DE BARRIDO DE CD SIMPLE.

148

ANALISIS DE BARRIDO DE CD ANIDADO.

151

ANALISIS DE BARRIDO DE CA

158

ANALISIS DE RESPUESTA EN FRECUENCIA

159

ANALISIS DE RUIDO

166

ANALISIS PARAMETRICO

169

ANALISIS PARAMETRICO EN EL TIEMPO

169

ANALISIS PARAMETRICO EN CONDICIONES ESTATICAS DE CD

174

ANALISIS PARAMETRICO EN RESPUESTA A LA FRECUENCIA

177

ANALISIS DE MONTE CARLO Y PEOR CASO ANALISIS DE MONTE CARLO

182 183

ANALISIS TRANSITORIO

183

ANALISIS DE BARRIDO DE CD

190

ANALISIS DE BARRIDO EN CA

194

PEOR CASO

200

ANALISIS TRANSITORIO

200

ANALISIS DE BARRIDO DE CD

205

ANALISIS DE BARRIDO EN CA

208

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

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ANALISIS DE BARRIDO DE TEMPERATURA

211

ANALISIS TRANSITORIO

211

ANALISIS DE BARRIDO DE CD

215

ANALISIS DE BARRIDO EN CA

217

ANALISIS DIGITAL CAPITULO 6.- POSTPROCESAMIENTO DE ANÁLISIS DE SIMULACIÓN EN PSPICE AD

220 228

PSPICE AD

228

USO DE PSPICE AD

229

MANEJO DE ARCHIVOS E IMPRESIÓN

229

ABRIR ARCHIVO

229

AGREGAR ARCHIVO DE FORMAS DE ONDA

231

CONFIGURACION E IMPRESIÓN DE RESULTADOS GRAFICOS DE SIMULACION

233

CONFIGURACION DE PAGINA

233

CONFIGURACION DE IMPRESORA

236

VISUALIZACION PREVIA DE LA IMPRESION

237

IMRESION DE GRAFICAS

238

MANEJO DE RESULTADOS DE SIMULACION

238

AGREGAR TRAZOS

238

BORRAR TODOS LOS TRAZOS

241

BORRAR UN TRAZO

241

CORTAR UNO O VARIOS TRAZOS

242

COPIAR UNO O VARIOS TRAZOS

242

PEGAR UNO O VARIOS TRAZOS

242

SELECCIONAR TODOS LOS TRAZOS DE UN AREA DE DESPLEGADO ACTIVA

242

DEFINICION DE FUNCIONES MACROS

243

CREACION DE MACROS

243

MODIFICACION DE MACROS

244

SB3 ELIMINACION DE MACROS

245

CARGAR FUNCIONES MACRO DE OTRO ARCHIVO PRB

246

GUARDAR FUNCIONES MACRO EN OTRO ARCHIVO PRB

246

FUNCION DE ACERCAMIENTO CONFIGURACION DE LAS OPCIONES DE DESPLEGADO DE TRAZOS CONFIGURACION DE EJES

248 249 249

CONFIGURACION DEL EJE “X”

250

CONFIGURACION DEL EJE “Y”

251

AGREGAR Y ELIMINAR EJE Y

253

AGREGAR AREA DE DESPLEGADO

254

ELIMINAR AREA DE DESPLEGADO

255

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

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QUITAR SINCRONIA A AREAS DE DESPLEGADO

255

USO DE ETIQUETAS

256

USO DE CURSOR

258

TRANSFORMADA RAPIDA DE FOURIER

260

ANALISIS DE DESEMPEÑO

262

MODIFICAR LOS COLORES Y TIPOS DE LINEAS DE LOS TRAZOS

264

CONFIGURACION DE PSPICE AD

267

CAPITULO 7.- DISEÑO DE CIRCUITOS IMPRESOS UTILIZANDO ORCAD CAPTURE Y ORCAD LAYOUT PROCESO DE DISEÑO DE UN CIRCUITO IMPRESO EN OrCAD LAYOUT

273 273

CREACION DE REDES DE CONEXIONES A PARTIR DE UN DIAGRAMA ESQUEMATICO DE OrCAD CAPTURE CREACION DE CIRCUITO IMPRESO

273 276

DISTRIBUCION DE COMPONENTES EN EL CIRCUITO IMPRESO

281

CAMBIOS EN LAS FORMAS DE LAS HUELLAS ASIGNADAS A LOS DISPOSITIVOS

286

GENERACION DE LAS PISTAS DE CONEXION

290

DELIMITADO Y LLANADO DE ESPACIOS EN EL CIRCUITO IMPRESO

300

IMPRESIÓN DE LAS CAPAS DEL CIRCUITO IMPRESO

304

CAPITULO 8.- GENERACION DE REPORTES E INTERFAZ CON APLICACIONES MS OFFICE.

308

INTRODUCCION

308

GENERACION DE REPORTES EN CAPTURE

308

COPIAR DIAGRAMAS Y GRAFICOS HACIA APLICACIONES DE MS OFFICE

312

COPIAR LOS DATOS DE UN TRAZO

315

Anexo A.- Hojas de datos

317

Diodo HFA15TB60 Anexo B.- Parámetros de los modelos para PSPICE.

317 323

DIODO

323

BJT

324

JFET

326

MOSFET

326

PARAMETROS PARA LOS MODELOS DE NIVEL 1, 2 Y 3

328

PARAMETROS PARA EL MODELO DE NIVEL 4

329

PARAMETROS PARA EL MODELO DE NIVEL 5

330

PARAMETROS PARA EL MODELO DE NIVEL 6

332

PARAMETROS PARA EL MODELO DE NIVEL 7

335

IGBT

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

340

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Anexo C.- Comandos de descripción de modelos .MODEL y .SUBCKT

342

Sintaxis comando .MODEL

342

Sintaxis comando .SUBCKT

344

Sintaxis comando .DISTRIBUTION

345

Anexo D.- Comandos de descripción de plantilla para símbolos de PSPICE

346

Sintaxis de TEMPLATE Anexo E.- Relación de secuencia de teclas para ejecutar comandos de OrCAD Rel. 9.2

346 348

CAPTURE

348

PSPICE AD

350

PSPICE MODEL EDITOR

352

PSPICE STIMULUS EDITOR

352

LAYOUT

353

Anexo F.- BIBLIOGRAFIA

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

358

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Tabla de Tablas Tabla I.- Voltaje y corriente directa del HFA15TB60

44

Tabla II.- Capacitancia de unión del HFA15TB60

45

Tabla III.- Voltaje y corriente inversa del HFA15TB60.

47

Tabla IV.- Parámetros comunes del modelado de diodos.

54

Tabla V.- Parámetros comunes del modelado de BJT.

55

Tabla VI.- Parámetros comunes del modelado de JFET.

56

Tabla VII.- Parámetros comunes del modelado de MOSFET.

57

Tabla VIII Valores permitidos para los números digitales

103

Tabla IX.- Frecuencias de programación de las señales de estímulos para el archivo “ejemplo21”.

225

Tabla X.- Variables disponibles en las secciones “HEADER” y “FOOTER”.

234

Tabla XI.- Funciones y operaciones analógicas.

239

Tabla XII.- Funciones objetivo incluidas en PSPICE AD para el análisis de desempeño.

262

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

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CAPITULO 1.- INTRODUCCION A PSPICE INTRODUCCION GENERAL PSPICE es una variante del programa SPICE2 desarrollado a mediados de los años 70 en la Universidad de California en Berkeley. SPICE2 y su versión original SPICE fueron desarrollados con fondos públicos en E.U.A., por lo cual se consideran programas de “dominio público”. Dado que la Universidad de California en Berkeley no ofrece versiones comerciales o servicios de asesoría de SPICE, se desarrollaron versiones comerciales para satisfacer las necesidades de los usuarios industriales. PSPICE es una versión comercial de SPICE2 desarrollada por MicroSim Corp. en 1985, para ser utilizada en plataformas de PC y equipos basados en sistemas operativos UNIX. En 1997 MicroSim Corp. fue adquirida por OrCAD Corp. con lo cual se inicia un cambio en el diseño de su interfaz con el usuario, reemplazando el programa de captura de esquemáticos de MicroSim Corp. (Schematics) por OrCAD CAPTURE, lo cual implicó un cambio en los comandos de operación del usuario. En 1999 OrCAD Corp. pasó a formar parte de la división de diseño de circuitos impresos de Cadence Corp., la interfaz creado por OrCAD para la captura de esquemáticos se mantiene, los mecanismos de simulación se mejoran, teniéndose menos problemas de convergencia y el programa de postprocesamiento PROBE también recibe cambios. PSPICE es el acrónimo de Profesional Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis (lo cual se traduce como: programa de simulación profesional con énfasis en circuitos integrados).

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FT

PSPICE calcula voltajes y corrientes de los nodos analógicos que conforman el esquemático y determina el estado lógico de los nodos digitales. En el caso de esquemáticos con componentes analógicos y digitales determina las equivalencias de los niveles lógicos a voltajes y/o corrientes analógicas.

D

PSPICE no hace consideraciones o suposiciones sobre el funcionamiento de un circuito, utiliza las ecuaciones que definen el comportamiento de los dispositivos y de los nodos y realiza un análisis matemático.

VERSIONES DE PSPICE Cadence cuenta en la actualidad con dos versiones de PSPICE: OrCAD Rel. 9.2 LITE y OrCAD Rel. 9.2 Professional. OrCAD Rel. 9.2 LITE es una versión limitada, en la cual se tienen las siguientes restricciones: 1) CAPTURE CIS LITE (programa de captura de esquemáticos) acepta un máximo de 60 elementos, las librerías de símbolos no pueden tener más de 15 elementos. 2) PSPICE AD LITE (programa de simulación y desplegado de resultados) acepta un máximo de - 64 Nodos - 10 Transistores - 65 Dispositivos digitales - 10 Líneas de transmisión - Sólo despliega datos de simulación obtenidos con versiones LITE o de estudiante.

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

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3) PSPICE MODEL EDITOR (programa de edición y creación de librerías de modelos) limitado a diodos. 4) PSPICE STIMULUS EDITOR (programa de edición y creación se señales de estimulo analógicas y digitales) limitado ondas senoidales y relojes digitales. 5) LAYOUT PLUS (programa de diseño de circuitos impresos) está limitado a: - Una sola librería de “huellas” para resistencias, capacitores, diodos y circuitos integrados. - 100 conexiones - 15 componentes La versión profesional no sufre de ninguna de las limitaciones anteriores. Además, cuenta con opciones adicionales no disponibles en la versión LITE.

PROGRAMAS QUE CONFORMAN AL CADENCE OrCAD REL. 9.2 LITE CAPTURE CIS LITE – Editor gráfico de circuitos utilizado para dibujar el diagrama esquemático del circuito a ser simulado o implementado en circuito impreso. LAYOUT PLUS – Editor de circuitos impresos, utiliza archivos de lista de redes generados por CAPUTRE CIS LITE como entrada. PSPICE AD LITE – Simulador analógico y digital que incorpora funciones de desplegado y manipulación de formas de onda. PSPICE MODEL EDITOR – Programa para crear modelos de dispositivos semiconductores basados en curvas y parámetros de hojas de datos. PSPICE OPTIMIZER – Programa para optimizar el desempeño de circuitos analógicos, limitado en la versión LITE a 1 objetivo, 1 parámetro y 1 restricción. PSPICE STIMULUS EDITOR – Herramienta de generación de estímulos analógicos y digitales con formas de onda especiales que serán utilizadas como fuentes de entrada en simulaciones.

Fig. 1.- Programas de OrCAD REL. 9.2 LITE

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REQUERIMIENTOS La versión LITE requiere de al menos: - MS WINDOWS 95/98 o NT 4.0 service pack 3, - Unidad de CD-ROM de 4x, - Procesador Pentium de 90MHz, - 32 MB de memoria RAM, - Espacio de disco duro de: 89 MB para CAPTURE CIS 66 MB para LAYOUT PLUS 46 MB para PSPICE A/D - Monitor a color tipo VGA de 256 colores y resolución de 800x600

TIPOS DE ARCHIVOS GENERADOS A continuación se listan algunos de los tipos de archivos generados y utilizados por OrCAD Rel. 9.2 LITE. .opj – Archivo que se genera en el programa CAPTURE CIS LITE y contiene el listado de los nombres de los archivos generados con sus herramientas. .dsn – Archivo que contiene la información del diagrama esquemático. .cir – Archivo generado por CAPTURE CIS LITE, contiene la información completa del circuito para ser simulado así como las instrucciones de análisis. .net – Archivo generado por CAPTURE CIS LITE, contiene únicamente la información del circuito para ser simulado, este archivo se incluye en el archivo “.cir”. .als – Archivo generado por CAPTURE CIS LITE, contiene los nombres “alias” de nodos y componentes, se agrega al archivo “.cir”. .out – Archivo generado por PSPICE AD LITE, contiene información sobre la simulación, mensajes de error, resultados de los análisis de punto de operación, Fourier y función de transferencia. .sim – Archivo generado por CAPTURE CIS LITE, contiene el perfil de la simulación, i.e., el tipo de análisis y sus parámetros de ejecución. .drc – Archivo generado por CAPTURE CIS LITE, contiene el resultado de revisar el esquemático en busca de errores de conexión eléctrica. .xrf – Archivo generado por CAPTURE CIS LITE, contiene información sobre los dispositivos utilizados en el esquemático, tal como, valor, referencia, página en que se utiliza y la librería de donde se obtuvo.

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.bom – Archivo generado por CAPTURE CIS LITE, contiene información sobre el número de dispositivos del mismo valor y sus referencias. .mrk – Archivo generado por CAPTURE CIS LITE, contiene información acerca de la posición y tipo de marcadores de señal utilizadas en el esquemático. Este archivo es utilizado por PSPICE AD LITE. .olb – Archivo de librería de símbolos para utilizarse en CAPTURE CIS LITE. .mnl – Archivo generado por CAPTURE CIS LITE, contiene el listado de red el esquemático, i.e., el listado de conexiones del esquemático para ser utilizado por LAYOUT PLUS. .dat – Archivo generado por PSPICE AD LITE, contiene el resultado de la simulación en formato binario para ser desplegado en pantalla como gráfico. .prb – Archivo generado por PSPICE AD LITE, contiene información sobre la configuración de la representación gráfica de los resultados. Por omisión, guarda sólo la última configuración usada. .lib – Archivo de librerías de modelos, estos modelos se pueden generar y editar en PSPICE MODEL EDITOR o con un editor de textos tipo ASCII. Contiene la descripción de dispositivos contenidos en estructuras .MODEL — .END y . SUBCKT — .ENDS .ind - Archivo índice de librerías de modelos. .stl – Archivo generado por PSPICE STIMULUS EDITOR, contiene las señales de estimulo a ser utilizadas en las simulaciones. .max – Archivo generado por LAYOUT PLUS, contiene la información de conexión de componentes, tipos de encapsulados y “huellas”. .llb – Archivo de librerías de “huellas” para LAYOUT PLUS. .tch – Archivo de plantilla para diseño en LAYOUT PLUS, contiene información para diseño en varias capas de circuitos impresos. .lis – Archivo generado por LAYOUT PLUS al ejecutar la utilería ECO para la asignación de “huellas” a los dispositivos. .err – Archivo de errores generado por LAYOUT PLUS al ejecutar la utilería ECO.

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CAPITULO 2.- CAPTURA DE ESQUEMATICOS CONFIGURACION Y USO DE CAPTURE CIS LITE Antes de empezar a utilizar el programa el programa CAPTURE CIS LITE revisaremos algunas de las opciones de configuración del programa.

MENU OPTIONS – PREFERENCE

D R A FT

Sí se accesa “OPTIONS – PREFERENCE” se abre una ventana que permite modificar los atributos de los colores de desplegado, cuadrícula, acercamiento, selección, editor de texto y otros.

Fig. 2.- Ventana de configuración de preferencias, opción de modificación de colores e impresión.

OPCION “COLOR/PRINT” En la ceja “COLOR/PRINT” (ver figura 2) se puede modificar el color de desplegado en pantalla y/o de impresión, de diversos elementos gráficos y de texto utilizados en CAPTURE CIS LITE. A continuación se hace una breve descripción de estos elementos. ALIAS – Corresponde a etiquetas asignadas a nodos de conexión. BACKGROUND – Es el color de fondo del área de trabajo.

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BOOKMARK – Es una marca que permite tener un acceso rápido a un lugar especifico del diagrama esquemático que será utilizado frecuentemente. BUS – Es un conjunto de líneas de conexión representado como una línea gruesa. CONNECTION SQUARE – Cuadro de conexión. DISPLAY PROPERTY – Algunos elementos, como por ejemplo PARAM y K, tienen elementos descriptivos adicionales al nombre y número de parte. DRC MARKER – Marcador que muestra la localización en el esquemático de los errores encontrados al ejecutar una revisión de las reglas de diseño (Design Rule Check en inglés). GRAPHICS – Color de los siguientes elementos gráficos: línea, rectángulo, elipse, arco y polilínea. GRID – Color de los puntos o líneas de cuadrícula. HIERARCHICAL BLOCK – Bloque jerárquico que permite utilizar diagramas contenidos en páginas diferentes del diseño como un subcircuito. HIERARCHICAL BLOCK NAME – Nombre del bloque jerárquico. HIERARCHICAL PIN – Terminal del bloque jerárquico. HIERARCHICAL PORT – Color del puerto de conexión jerárquico. HIERARCHICAL PORT TEXT – Texto del puerto de conexión jerárquico. JUNCTION – Unión de dos o más líneas, componentes o buses. NO CONNECT – Algunos dispositivos requieren que se especifique si no tienen conexión eléctrica, esto es importante para la ejecución del DRC y del programa LAYOUT. OFF-PAGE CONNECTOR – Conecta páginas de un mismo diseño. OFF-PAGE CONNECTOR TEXT – Nombre del conector entre páginas. PART BODY – Líneas que forman el símbolo de un dispositivo. PART BODY RECTANGLE – Rectángulo que forma parte del cuerpo de algunos dispositivos. PART REFERENCE – Referencia del dispositivo, i.e., R1, R2, L5, ... PART VALUE – Nombre o valor del dispositivo. PIN – Terminal del dispositivo. PIN NAME – Nombre de la terminal del dispositivo. PIN NUMBER – Número de la terminal del dispositivo. POWER – Conector de alimentación.

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POWER TEXT – Nombre del conector de alimentación. SELECTION – Objeto seleccionado con el apuntador. TEXT – Texto agregado al esquemático. TITLE BLOCK – Bloque que incluye información sobre el esquemático, tal como: nombre del circuito, fecha de elaboración, nombre del diseñador, etc. TITLE BLOCK TEXT – Texto del bloque de titulo. WIRE – Cable de conexión. Una vez realizados cambios a estos atributos de color, se puede regresar a la configuración original pulsando el botón “USE DEFAULT” que aparece en la parte inferior izquierda de la ventana.

OPCION “GRID DISPLAY” En la ceja “GRID DISPLAY”, figura 3, se pueden modificar los siguientes atributos de la cuadrícula:

Fig. 3.- Ventana de configuración de preferencias, opción de configuración de cuadrícula.

SCHEMATIC PAGE GRID (Cuadrícula de la página de esquemático) VISIBLE – Al seleccionar la opción “DISPLAYED” se habilita la visualización de la cuadrícula.

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GRID STYLE - Selecciona el tipo de cuadrícula a desplegar en el área de trabajo, esta puede ser de puntos (DOTS) o de líneas (LINES). POINTER SNAT TO GRID – Hace que el apuntador siempre se mueva de un punto de la cuadrícula a otro, no permitiéndose quedar en puntos intermedios. PART AND SIMBOL GRID (Cuadrícula del editor de partes y símbolos) VISIBLE – Al seleccionar la opción “DISPLAYED” se habilita la visualización de la cuadrícula. GRID STYLE - Selecciona el tipo de cuadrícula a desplegar en el área de trabajo, esta puede ser de puntos (DOTS) o de líneas (LINES). POINTER SNAT TO GRID – Hace que el apuntador siempre se mueva de un punto de la cuadrícula a otro, no permitiéndose quedar en puntos intermedios.

OPCION “PAN AND ZOOM” En esta opción se pueden ajustar los factores de acercamiento (ZOOM) y desplazamiento (PAN), se tienen factores independientes para el editor de esquemáticos y para el de partes y símbolos. ZOOM FACTOR (Factor de acercamiento) – Representa la cantidad por la cual se multiplica o divide la escala de acercamiento. AUTO SCROLL PERCENT (Porcentaje de corrimiento automático) – Representa que tanto se recorre la parte del esquemático cuando el apuntador (llevando consigo un elemento del esquemático) llega al borde del área editor.

Fig. 4.- Ventana de configuración de preferencias, opción de corrimiento y acercamiento.

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OPCION “SELECT” Esta opción permite tanto al editor de esquemáticos como al de partes y símbolos las siguientes acciones: AREA SELECT (Selección por área) – Especifica si los objetos se seleccionan cuando el área de selección los intersecta o si solo se seleccionan al estar totalmente contenidos en el área de selección. MAXIMUN NUMBER OF OBJECTS TO DISPLAY AT HIGH RESOLUTION WHILE DRAGGING (Número máximo de objetos desplegados en alta resolución mientras se arrastran) – Define el número máximo de objetos que serán visibles al realizar una operación de arrastrar y dejar. Si el número de objetos arrastrados es mayor a este límite, solo se verá un rectángulo en lugar de los objetos seleccionados.

Fig. 5.- Ventana de configuración de preferencias, opción de seleccionar.

OPCION “MISCELLANEOUS” En esta opción se especifican características de llenado de formas geométricas tanto para el editor de esquemáticos, el de partes y símbolos, de texto, para la bitácora de la sesión, comunicación entre programas de OrCAD y otras opciones varias. FILL STYLE (Estilo de llenado) – Define el patrón de llenado de rectángulos, elipses y polígonos. LINE STYLE AND WIDTH – (Estilo y ancho de líneas) – Define tanto el tipo como el ancho de las líneas, polilíneas, rectángulos, elipses y arcos. COLOR – Define el color de las líneas, rectángulos y elipses.

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SESSION LOG (Bitácora de sesión) – Define el tamaño y tipo de letra de la bitácora de la sesión. TEXT RENDERING (Representación de texto). RENDER TRUE TYPE FONT WITH STROKES (Representar tipos de letra TRUE TYPE con golpes) – Especifica que el texto aparecerá como una serie de líneas, conectadas para asemejar a los números o letras TRUE TYPE que representan. FILL TEXT (Llenado de texto) – Especifica que las líneas de texto serán llenadas. AUTO RECOVERY (Recuperación automática). ENABLE AUTORECOVERY (Habilita recuperación automática) – Habilita o inhabilita la recuperación automática. UPDATE EVERY “N” MINUTES (Actualiza cada “N” minutos) – Define el intervalo en minutos que CAPURE espera para actualizar archivos temporales con información del diseño. INTERTOOL COMMUNICATION (Comunicación entre herramientas). ENABLE INTERTOOL COMMUNICATION (Habilita comunicación entre herramientas) – Habilita la comunicación con otros programas de OrCAD, tales como SIMULATE o LAYOUT.

Fig. 6.- Ventana de configuración de preferencias, opción de misceláneos.

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OPCION “TEXT EDITOR” Con esta opción se puede modificar la configuración de texto del esquemático y de sintaxis de comandos VHDL utilizados para la definición de arreglos lógicos programables (PLDs, FPGAs, etc.). SYNTAX HIGHLIGHTING (Resaltado de sintaxis) – Permite cambiar el color asignado a los comandos de VHDL, comentarios y cadenas de caracteres. CURRENT FONT SETTING (Configuración de tipo de letra actual) – Permite seleccionar el tipo de letra, tamaño, estilo y color del texto utilizado por CAPTURE. SHOW LINE NUMBERS (Mostrar número de líneas) – Permite numerar las líneas de texto de los archivos de reporte generados por CAPTURE. TAB STTING “N” SPACES (Configuración del tabulador en “N” espacios) – Define la distancia entre tabuladores en número de caracteres. HIGHLIGHT KEYWORDS, COMMENTS AND QUOTED STRING (Resalta comandos, comentarios y cadenas de caracteres) – Habilita o inhabilita el resaltado de comandos, comentarios y cadenas de caracteres en secuencias VHDL. RESET (Restaurar) – Restablece opciones originales.

Fig. 7.- Ventana de configuración de preferencias, opción de editor de textos.

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MENU OPTIONS – DESIGN TEMPLATE Sí se accesa “OPTIONS – DESIGN TEMPLATE” se abre una ventana que permite modificar la plantilla de diseño que define los proyectos de CAPTURE.

Fig. 8.- Ventana de configuración de plantilla de diseño, opción de tipo de letras.

OPCION “FONTS” En esta opción, ver figura 8, se puede modificar el tipo de letra y sus atributos de los siguientes elementos: alias, marcadores de libro, texto de borde, bloques jerárquicos, nombre de redes, conectores fuera de página, referencias y valores de parte, nombre y número de terminales, puertos, texto de alimentaciones, propiedades, textos y texto del bloque de titulo.

OPCION “TITTLE BLOCK” En esta opción es posible teclear el titulo, nombre y dirección de la organización, número de documento, revisión, código CAGE (siglas de: Commercial And Goverment Entity, utilizado por los proveedores del gobierno de EUA). Es posible también, tener diferentes tipos de bloques de titulo en librerías y ser accesados en esta opción (ver figura 9).

OPCION “PAGE SIZE” En esta opción es posible seleccionar el tamaño de las áreas de trabajo. La opción en pulgadas (INCHES) permite utilizar áreas de trabajo equivalentes a los tamaños de papel tipo americano (carta, oficio, etc.). La opción en milímetros (MILLIMETERS) permite utilizar áreas de trabajo equivalentes a los tamaños de papel tipo europeo (A4, A3, etc.). (Ver figura 10 a y b).

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Fig. 9.- Ventana de configuración de plantilla de diseño, opción de bloque de titulo.

Fig. 10a.- Ventana de configuración de plantilla de diseño, opción de tamaño de hoja en pulgadas.

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Fig. 10b.- Ventana de configuración de plantilla de diseño, opción de tamaño de hoja en milímetros.

OPCION “GRID REFERENCE” Esta opción permite fijar los parámetros de la cuadrícula de referencia. COUNT (Cuenta) – Define el número de divisiones de las cuadrículas de referencia. ALPHABETIC AND NUMERIC (Alfabético y numérico) – Define si las cuadrículas de referencia son de tipo numérico o alfabético. ASCENDING AND DESCENDING (Ascendente y descendente) – Define si la asignación de la cuadrícula de referencia se hace de manera ascendente o descendente. WIDTH (Ancho) – Espacio tomado en la parte superior del editor de esquemáticos. BORDER VISIBLE (Borde visible) – Habilita o inhabilita la impresión y/o desplegado del borde del esquemático. GRID REFERENCE VISIBLE (Cuadrícula de referencia visible) - Habilita o inhabilita la impresión y/o desplegado de la cuadrícula de referencia. TITLE BLOCK VISIBLE (Bloque de titulo visible) - Habilita o inhabilita la impresión y/o desplegado del bloque de titulo. ANSI GRID REFERENCE (Cuadrícula de referencia tipo ANSI) – Define si el esquemático utiliza cuadrícula de referencia tipo ANSI estándar.

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Fig. 11.- Ventana de configuración de plantilla de diseño, opción de cuadrícula de referencia.

OPCION “HIERARCHY” En esta opción se especifica el uso de partes y bloques jerárquicos “primitivos” y “no-primitivos”.

Fig. 12.- Ventana de configuración de plantilla de diseño, opción de jerarquía.

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OPCION “SDT COMPATIBILITY” Esta opción permite guardar diseño en formato SDT (utilizado por versiones anteriores de OrCAD).

Fig. 13.- Ventana de configuración de plantilla de diseño, opción de compatibilidad con SDT.

DISEÑO DE ESQUEMATICOS “PLANOS” Para crear un nuevo proyecto de simulación en PSPICE, se selecciona “FILE – NEW – PROJECT”, con lo cual aparecerá la siguiente ventana mostrada en la figura 14. En esta ventana se define el nombre del nuevo proyecto, así como su tipo y localización. ANALOG OR MIXED A/D (Analógico o Mezcla A/D) – Configura el esquemático para su uso en simulación, al pulsar el botón de “OK” aparece la ventana de “CREATE PSPICE PROJECT”, ver figura 15, permitiendo la creación de un proyecto en blanco o basado en un diseño existente. PC BOARD WIZARD (Mago de Tablero de Circuitos Impresos) – Si el proyecto se enfoca al diseño de un tablero de circuito impreso, PCB WIZARD ayudará a configurar las librerías del proyecto. PROGRAMMABLE LOGIC WIZARD (Mago de lógica programable) - Si el proyecto se enfoca al diseño de dispositivos tipo CPLD o FPGA, PL WIZARD ayudará a configurar las librerías del fabricante que se seleccione para el diseño. SCHEMATIC – Configura el esquemático de manera que no sea especifico para tablero de circuito impreso, CPLDs o FPGAs.

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Fig. 14.- Ventana de creación de un nuevo proyecto de simulación.

Al seleccionar ANALOG OR MIXED A/D como tipo de esquemático y una vez dado el nombre del proyecto aparece la ventana “CREATE PSPICE PROJECT”, tal como se muestra en la figura 15.

Fig. 15.- Ventana de creación de proyectos tipo PSPICE.

En esta ventana aparecen dos opciones: CREATE BASED UPON AN EXISTING PROJECT (Crear basado en un proyecto existente) – Esta opción utiliza un proyecto existente (.OPJ) como punto inicial del proyecto de simulación. CREATE A BLANK PROJECT (Crear un proyecto en blanco) – Con esta opción se crea un nuevo proyecto capaz de ser simulado en PSPICE.

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CREAR UN DISEÑO PLANO Para ejemplificar el proceso de creación y edición de un diseño plano se utilizará un circuito rectificador monofásico. Usando el comando “FILE – NEW – PROJECT” crearemos el proyecto “ejemplo01” de tipo “ANALOG OR MIXED A/D” en el directorio “C:\Pspice\Curso”. A continuación seleccionaremos “CREATE A BLANK PROJECT” en la ventana “CREATE PSPICE PROJECT”, con lo que aparecerá la siguiente ventana:

Fig. 16 Ventana de edición de esquemático.

Para completar la captura del circuito esquemático es necesario completar cuatro etapas: 1) Encontrar los dispositivos requeridos (resistencias, diodos, etc.) en las librerías de partes, y colocarlos en el área de trabajo. 2) Usar el comando “WIRE” del menú “PLACE” o pulsar “W” para conectar los dispositivos entre sí. 3) Especificar los parámetros necesarios en los dispositivos, como son valor de resistencia, amplitud de la fuente de alimentación, etc. 4)Generación de listado de red. Es recomendable guardar el avance de su diseño varias veces a lo largo de la edición del esquemático, para esto utilice el comando “SAVE” del menú “FILE”, o “CTRL S”, o el botón de “SAVE DOCUMENT”.

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ETAPA 1: COLOCAR LOS DISPOSITIVOS EN EL AREA DE TRABAJO Para buscar dispositivos en las librerías de símbolos se utiliza el comando “PART” del menú “PLACE” o se pulsa “P” para abrir la ventana “PLACE PART”.

Fig. 17.- Ventana de búsqueda y selección de partes.

En esta ventana se tienen las siguientes opciones: PART (Parte) – Permite introducir el nombre del dispositivo de manera total o parcial para hacer una búsqueda en las librerías instaladas. PART LIST (Lista de partes) – En el recuadro aparece el listado de dispositivos disponibles en la(s) librería(s) seleccionada(s). LIBRARIES (Librerías) – Listado de librerías disponibles en el diseño. GRAPHIC (Gráficos) – Selecciona entre vista normal y convertida. Algunos dispositivos tienen una vista convertida que puede usarse para cosas como un equivalente de DeMorgan. PACKING (Encapsulado) PARTS PER PKG (Partes por encapsulado) – Despliega el número de partes por encapsulado. PART (Parte) – Selecciona la parte del encapsulado a ser colocada en el esquemático. TYPE (Tipo) – Un encapsulado puede ser homogéneo o heterogéneo.

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Para nuestro ejemplo utilizaremos el diodo D1N4002 que se encuentra en la librería EVAL, para esto teclearemos D1 en el campo “PART”, de manera que en el campo “PART LIST” aparecerá resaltado D1N4002/EVAL, tal como se muestra en la figura 18, y pulsamos el botón de “OK”.

Fig. 18.- Selección del diodo D1N4002

Esta acción ocasionará que el símbolo del D1N4002 aparezca en el área de trabajo unida a la flecha del apuntador. Es necesario ahora girar el símbolo para orientar su cátodo hacia arriba y colocarlo en el área de trabajo. Dado que en muchas ocasiones, los símbolos de los dispositivos no aparecen en la orientación que se requiere CAPTURE cuenta con dos comandos para cambiar su orientación dentro del menú “EDIT”: “MIRROR” y “ROTATE”. El comando “MIRROR” permite cambiar el símbolo en dirección del eje X o del eje Y o de ambos de manera que el símbolo cambiado parece una imagen de espejo del original. El comando “ROTATE” o “CTRL R” permite girar el símbolo 90° en sentido contrario a las manecillas del reloj.

Fig. 19.- Menú “EDIT”, comandos “MIRROR” y “ROTATE”.

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Usando “CTRL R” orientamos al diodo con el cátodo hacia arriba, para dejar el símbolo en el área de trabajo presionamos el botón izquierdo del mouse, apareciendo una copia del símbolo unida al apuntador. Continúe este procedimiento hasta colocar los cuatro diodos en el área de trabajo.

Fig. 20.- Diodos del puente rectificador colocados en el área de trabajo.

Para dejar de colocar este símbolo en el área de trabajo pulse el botón derecho del mouse o la tecla “Escape”. Agregamos inductores (L/ANALOG) a la entrada y salida del rectificador, un capacitor (C/ANALOG), una resistencia (R/ANALOG) y una fuente de voltaje senoidal (VSIN/SOURCE), tal como se muestra en la figura 21. Para agregar la librería “SOURCE” a la lista de librerías disponibles, se pulsa el botón “ADD LIBRARY” (de la ventana “PLACE PART”), con lo cual aparece la ventana “BROWSE FILE” mostrando las librerías disponibles en la carpeta “Pspice”, se selecciona con el apuntador la librería “source” y se pulsa el botón “ABRIR” o el de “OPEN” (Ver figura 22). Para la simulación es importante tener un nodo de referencia o de “tierra”. Este nodo se obtiene del menú “PLACE” con el comando “GROUND” o con “G” y seleccionando el símbolo “0/SOURCE” (Ver figura 23). Coloque el símbolo de tierra en la parte inferior de la fuente de voltaje senoidal de la misma manera que lo hizo con los otros dispositivos.

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Fig. 21.- Diagrama del rectificador con todos los dispositivos en el área de trabajo.

Fig. 22.- Ventana de selección de nuevas librerías de símbolos.

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Fig. 23.- Símbolo de tierra para simulación.

ETAPA 2: CONECTAR LOS DISPOSITIVOS Una vez que todos los componentes están colocados en el área de trabajo, es necesario hacer conexiones. Utilizando “W”, o seleccionando del menú “PLACE” el comando “WIRE”, selecciona la herramienta de alambrado cambiando el cursor de forma a una “+”.

Fig. 24.- Circuito totalmente alambrado.

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Para trazar una conexión se coloca el cursor en una de las terminales a unir y se pulsa el botón izquierdo del mouse, con esto se iniciará el trazo de la conexión, para terminar la conexión posicione el cursor en la terminal a conectar y pulse nuevamente el botón izquierdo del mouse. Continúe hasta que todas las terminales del circuito estén conectadas, tal como se muestra en la figura 24. Cuando las líneas de conexión terminan en otra línea de conexión, en la unión aparece un punto, este punto es llamado unión (“junction” en inglés) y genera un nodo en el circuito. Para borrar dispositivos o conexiones, cuando el apuntador tiene forma de flecha, pulse el botón izquierdo del mouse, el elemento seleccionado cambiará de color, después pulse la tecla “Suprimir” o “Del” o utilice el menú “EDIT” con el comando “DELETE”.

ETAPA 3: ESPECIFICACION DE PARAMETROS DE LOS DISPOSITIVOS. Algunos dispositivos, como las fuentes de voltaje y corriente, tienen varios parámetros que deben fijarse antes de que el circuito pueda simularse. Otros, como las resistencias e inductores, requieren que sus valores sean diferentes a los mostrados por omisión. Para nuestro ejemplo los valores de los dispositivos usados para simular el circuito son: L1 de 1mH L2 de 1mH R1 de 20 W C1 de 1000 m f VSIN de 50 Vp, 60 Hz En CAPTURE se tienen dos formas de cambiar estos parámetros: 1.- Seleccionando el dispositivo cuyos parámetros se quiere seleccionar se utiliza el comando “PROPERTIES” del menú “EDIT”, o se pulsa “CTRL E”, o se pulsa dos veces el cursor sobre el dispositivo. Al hacer esto por ejemplo, con el capacitor C1 se abre la ventana mostrada en la figura 25. De entre este grupo de propiedades buscamos la llamada “VALUE”, posicionando el apuntador en el recuadro donde aparece “1n” y pulsando el botón izquierdo del mouse se tiene acceso a modificar el valor del capacitor. Una vez hecha la modificación, pulsar el botón de cierre de ventana mostrado en la figura 25c. 2.- La segunda forma es más sencilla y directa, pulse dos veces el botón izquierdo del mouse sobre el valor de capacitancia de 1nF para abrir la ventana “DISPLAY PROPERTIES”(Ver figura 26). Ahora simplemente cambie el valor original de 1nF por el valor deseado de 1000 uF y presione el botón de “OK”. Continúe con cualquiera de estos procedimientos y cambie los valores de inductancias y de resistencia del circuito. Para la fuente de voltaje senoidal ser requiere modificar tres parámetros: VOFF – Nivel de corrimiento (“offset” en inglés) del voltaje senoidal, fíjelo en cero. VAMPL – Amplitud del voltaje senoidal, fíjelo en 50 para este ejemplo.

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Fig. 25.- Ventana de edición de propiedades y parámetros.

Fig. 26.- Ventana de edición de propiedad de desplegado.

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FREQ – Frecuencia del voltaje senoidal en Hertz, fíjelo en 60 para este ejemplo.

Fig. 27.- Circuito rectificador de onda completa terminado.

Existen otros cinco parámetros de la fuente de voltaje senoidal que son accesibles usando el comando “CTRL E”: DC – Valor requerido para análisis de CD. AC – Valor requerido para análisis de CA. TD – Tiempo de retardo antes de que la fuente se torne activa. DF – Factor de amortiguamiento de la fuente de voltaje. PHASE – Angulo de fase del voltaje senoidal.

ETAPA 4: GENERACION DE LISTADO DE RED. Para crear el listado de red de los circuitos creados en CAPTURE desde la ventana del esquemático se utiliza el comando “CREATE NETLIST” del menú “PSPICE”. En caso de tener errores de conexión estos El listado de red puede verse utilizando el comando “VIEW NETLIST” del menú “PSPICE”. La figura 28 muestra el listado de red de nuestro ejemplo.

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Fig. 28.- Listado de red para el circuito rectificador de onda completa.

El proceso de creación de red realiza también una revisión de las conexiones del circuito (DRC siglas en inglés de “Design Rule Check”) en base a una matriz de errores (ERC siglas en inglés de “Error Rule Check”) y en caso de existir errores despliega una ventana de aviso (figura 30) y marca en el esquemático su ubicación. Tomemos por ejemplo el circuito de la figura 29.

Fig. 29.- Circuito con una terminal sin conectar.

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Si a este circuito se le ejecuta el comando “CREATE NETLIST” aparecerá el siguiente mensaje:

Fig. 30.- Mensaje de error al crear listado de red. El listado de errores aparece en la ventana de la bitácora de sesión, la cual se accesa por medio del menú “WINDOW” en la opción “1 SESSION LOG”. Para nuestro ejemplo, la bitácora dirá que se tiene una terminal no conectada o flotante.

Fig. 31.- Bitácora de sesión con el mensaje de error generado al crear el listado de red del circuito de ejemplo.

Regresando al esquemático utilizando “WINDOW – 3/- (SCHEMATIC:PAGE1)” se verá un “O” marcando el punto de error. Si se pulsa dos veces el botón izquierdo del mouse con el apuntador sobre el marcador de error aparecerá la descripción del error.

Fig. 32.- Marcador de error.

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Fig. 33.- Descripción del error de conexión. Es decir que no es necesario revisar la bitácora de sesión para obtener una descripción de los errores de conexión existentes en el esquemático.

CREAR UN DISEÑO “JERARQUICO” Para ejemplificar el proceso de creación y edición de un diseño jerárquico, utilizaremos de nueva cuenta un circuito rectificador de onda completa. Crearemos un proyecto en blanco llamado “ejemplo02” de la misma forma que se hizo para el diseño plano. Para completar la captura del diseño jerárquico es necesario completar las siguientes etapas: 1)Crear un bloque jerárquico en el área de trabajo principal. 2)Crear las terminales de conexión del bloque jerárquico. 3)Editar la vista del bloque jerárquico. 4)Editar el resto del esquemático en el nivel superior. 5)Crear el listado de red. De manera opcional se puede: 6) Generar vistas adicionales del bloque jerárquico.

ETAPA 1: CREAR BLOQUE JERARQUICO Para crear un bloque jerárquico se utiliza el comando “HIERARCHICAL BLOCK” del menú “PLACE” o el botón de “PLACE HIERARCHICAL BLOCK” disponible en una de las barras laterales del área de trabajo (Ver figura 34). Al activar el comando aparece la ventana mostrada en la figura 35. La ventana presenta las siguientes opciones: REFERENCE – Especifica el nombre del bloque jerárquico. PRIMITIVE – Parte o bloque jerárquico sin jerarquías menores DEFAULT – Indica que el bloque jerárquico utiliza los valores por omisión de CAPTURE. YES – Indica que el bloque jerárquico es de tipo “PRIMITIVE”. NO – Indica que el bloque jerárquico es de tipo “NON PRIMITIVE”.

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Fig. 34.- Menú y botón de creación de bloques jerárquicos.

Fig. 35.- Ventana de configuración de bloques jerárquicos.

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IMPLEMENTATION IMPLEMENTATION TYPE SCHEMATIC VIEW – Indica que la implementación del bloque jerárquico se encuentra en una carpeta de esquemáticos. VHDL – Indica que la implementación del bloque jerárquico es una entidad tipo VHDL. EDIF - Indica que la implementación del bloque jerárquico es un listado de red de tipo EDIF. PROJECT - Indica que la implementación del bloque jerárquico está en un proyecto de lógica programable de CAPTURE. PSPICE MODEL - Indica que la implementación del bloque jerárquico es un archivo que contiene un modelo de PSPICE. PSPICE STIMULUS - Indica que la implementación del bloque jerárquico es un archivo de estimulo de PSPICE: IMPLEMENTATION NAME – Especifica el nombre del esquemático, entrada VHDL, listado de red o proyecto del bloque jerárquico. PATH AND FILENAME – Especifica el camino de búsqueda donde se encuentra el archivo de implementación del bloque jerárquico. USER PROPETIES – Despliega la ventana de propiedades del usuario y permite modificar las propiedades de desplegado de parámetros del bloque jerárquico.

Fig. 36.- Ventana de edición de propiedades.

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Las propiedades disponibles del bloque jerárquico son: IMPLEMENTATION PATH IMPLEMENTATION TYPE IMPLEMENTATION REFERENCE Se pude modificar tanto la propiedad como sus características de desplegado en pantalla. Para nuestro ejemplo: 1.- Escribir “rect01” en el campo “REFERENCE”. 2.- Seleccionar “SCHEMATIC VIEW” en el campo “IMPLEMENTATION TYPE”. 3.- Escribir “rect_a” en el campo “IMPLEMENTATION NAME”.

Fig. 37.- Ventana de creación de bloques jerárquicos.

4.- Pulsar el botón “USER PROPERTIES”. 5.- Seleccionar “IMPLEMENTATION”. 6.- Pulsar el botón “DISPLAY”. 7.- Seleccionar “NAME AND VALUE”

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Fig. 38.- Selección de parámetros a desplegar en pantalla.

8.- Pulsar el botón “OK”. 9.- Pulsar el botón “OK”. 10.- Pulsar el botón “OK”. Al cerrar las ventanas aparece en el área de trabajo el apuntador con la forma de “+”, presionando el botón izquierdo del mouse formamos un cuadro como el mostrado en la figura 39.

Fig. 39.- Cuadro del bloque jerárquico.

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ETAPA 2: CREAR LAS TERMINALES DE CONEXIÓN DEL BLOQUE JERARQUICO Para poder utilizar el bloque jerárquico como un dispositivo en el esquemático es necesario dotarlo con terminales de conexión. Para crear las terminales del bloque jerárquico se selecciona el bloque, se utiliza el comando “HIERARCHICAL

Fig. 40.- Creación de terminales de bloque jerárquico. PIN” del menú “PLACE” o el botón de “PLACE HIERARCHICAL PIN” disponible en el área de trabajo.

Fig. 41.- Ventana de configuración de las terminales del bloque jerárquico. Al activar el comando aparece la ventana mostrada en la figura 41. La ventana presenta las siguientes opciones: NAME – Especifica el nombre de la terminal. TYPE – Selecciona el tipo de terminal de entre una lista de opciones.

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3 STATE – Terminal de tercer estado. Por ejemplo, el 74LS373 tiene terminales de tercer estado. BIDIRECTIONAL – Una terminal bidireccional puede ser tanto una entrada como una salida. Por ejemplo, la terminal 2 del 74LS245 es de tipo bidireccional. INPUT – Es una terminal donde se aplica una señal. Por ejemplo, las terminales 1 y 2 del 74LS00. OPEN COLLECTOR – Una compuerta con salida de colector abierto no incluye la resistencia de colector a Vcc. Se usa esta salida para implementar conexiones “O alambradas” entre los colectores de varias compuertas y utilizar una única resistencia de colector. OPEN EMITER – Una compuerta con salida de emisor abierto no incluye la resistencia de emisor a tierra. La lógica ECL utiliza este tipo de salida. OUTPUT – Terminal por la cual la parte aplica una señal. Por ejemplo, la terminal 3 del 74LS00. PASSIVE – Una terminal pasiva está conectada generalmente a un dispositivo pasivo. Un dispositivo pasivo no tiene fuente de energía. POWER – Una terminal de alimentación está conectada o a una fuente de voltaje o a tierra. WIDTH – Especifica si la terminal se conecta a una alambre de conexión o a un bus de conexiones. Para nuestro ejemplo utilizaremos los siguientes nombres de terminales:

Fig. 42.- Bloque jerárquico con sus terminales de conexión.

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IN+, IN-, OUT+, OUT-, con terminales de tipo pasivo, para facilitar el proceso, presione la tecla “ESCAPE” después de crear cada una de las terminales y vuelva a pulsar el botón “PLACE HIERARCHICAL PIN”. Esto permite cambiar el nombre para las nuevas terminales.

ETAPA 3: EDITAR IMPLEMENTACION DEL BLOQUE JERARQUICO Para entrar a editar la implementación del bloque jerárquico: 1.- Se selecciona el bloque, 2.- Después se ejecuta el comando “DESCEND HIERARCHY” del menú “VIEW”, o se pulsa “SHIFT D”, o se selecciona “DESCEND HIERARCHY” del menú que aparece al presionar el botón derecho del mouse.

Fig. 43.- Comando para descender en el orden jerárquico del bloque.

La primera vez que se edita la implementación del bloque jerárquico aparece la siguiente ventana:

Fig. 44.- Ventana de creación de página esquemática para la implementación del bloque jerárquico.

Esta opción es para dar nombre a la hoja esquemática donde se guardará el circuito que compone al bloque jerárquico. Después de asignar un nuevo nombre, o de aceptar el que aparece por omisión, pulse el botón “OK”, al hacer esto aparecerá una nueva área de trabajo de esquemático con los símbolos de los puertos de conexión que estarán enlazados con las terminales de conexión que se definieron para el bloque jerárquico.

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Fig. 45.- Area de trabajo del esquemático de implementación del bloque jerárquico. 3.- Procederemos a colocar los diodos D1N4002 y realizar las conexiones para obtener el circuito mostrado en la figura 46, de acuerdo al procedimiento mostrado en la etapa 2 de creación de diseños planos.

Fig. 46.- Implementación del bloque jerárquico con todas sus conexiones.

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4.- Para regresar al nivel superior del bloque jerárquico se utiliza el comando “ASCEND HIERARCHY” del menú “VIEW”, o se pulsa “SHIFT A”, o se selecciona “ASCEND HIERARCHY” del menú que aparece al presionar el botón derecho del mouse.

Fig. 47.- Comando para ascender en el orden jerárquico del bloque.

ETAPA 4: EDITAR EL RESTO DEL CIRCUITO EQUEMATICO EN EL NIVEL SUPERIOR DEL BLOQUE JERARQUICO Conecte el circuito de la figura 48 utilizando los pasos descritos en las etapas 1, 2, y 3 usados para la creación de diseños planos, y guarde el esquemático usando “CTRL S”.

Fig. 48.- Circuito esquemático del nivel superior del bloque jerárquico completo.

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ETAPA 5: CREAR LISTADO DE RED Esta etapa es idéntica a la etapa 4 del diseño plano, la figura 49 muestra el listado de red del diseño jerárquico del “ejemplo02”.

Fig. 49.- Listado de red del circuito incluyendo el bloque jerárquico. Como se mencionó anteriormente, una sexta etapa es necesaria cuando se quieren varias implementaciones para un mismo bloque jerárquico. A continuación se describe el procedimiento para crear nuevas implementaciones y crear listados de red con las diferentes implementaciones de un bloque jerárquico.

ETAPA 6: CREAR NUEVAS IMPLEMENTACIONES PARA UN BLOQUE JERARQUICO Para crear una nueva implementación para un bloque jerárquico se siguen los siguientes pasos: 1.- Se cambia el nombre asignado a la propiedad “IMPLEMENTATION” del bloque jerárquico. Para hacer esto, con el apuntador posicionado sobre “IMPLEMENTATION = rect_a” pulsamos dos veces el botón izquierdo del mouse. Con esto se abre la ventana “DISPLAY PROPERTIES” y podemos modificar el campo “VALUE” que define el nombre de la implementación. Para nuestro ejemplo, teclee “ABM” en lugar de “rect_a” en el campo “VALUE” y después pulse el botón “OK”.

Fig. 50.- Ventana de edición de atributos de desplegado. 2.- Se repiten los pasos 1 y 2 de la etapa 3.

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3.- Procedemos a colocar la fuente de voltaje controlada por voltaje “EVALUE/ABM”, tal como se muestra en la figura 51.

Fig. 51.- Implementación del bloque jerárquico con elementos ABM. Para obtener entre las terminales OUT+ y OUT- el equivalente de un rectificador de onda completa, se debe cambiar el atributo “V(%IN+,%IN-)” por “abs(V(%IN+,%IN-))” Para realizar este cambio con el apuntador posicionado sobre el atributo “V(%IN+,%IN-)” pulsamos dos veces el botón izquierdo del mouse, para tener acceso al campo “VALUE” de la ventana “DISPLAY PROPERTIES” y poder realizar el cambio. La función “abs()” realiza la función matemática valor absoluto. 4.- Repetimos el paso 4 de la etapa 3. 5.- Repetimos la etapa 5. La figura 52 muestra el listado de red del circuito rectificador con la implementación “ABM” del bloque jerárquico.

Fig. 52.- Listado de red del circuito rectificador con la implementación “ABM” del bloque jerárquico.

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CAPITULO 3.- MODELOS, LIBRERIAS Y SIMBOLOS CREAR Y MODIFICAR MODELOS DE PSPICE CON CAPTURE Existen cuatro formas para crear nuevos modelos para simulación en “PSPICE”: 1) Usando el programa PSPICE MODEL EDITOR (limitado a diodos en la versión LITE), 2) Modificando un modelo existente y dándole un nuevo nombre, y 3) En base a una parte tipo “BREAKOUT” y creando un nuevo modelo. 4) En base a diagramas esquemáticos convertidos a definiciones .SUBCKT

PSPICE MODEL EDITOR

D R A FT

El programa PSPICE MODEL EDITOR permite hacer la extracción de parámetros para modelos de PSPICE en base a curvas características obtenidas de las hojas de datos del dispositivo a modelar. La versión incluida en OrCAD Rel. 9.2 LITE solo permite obtener el modelo de diodos. Para crear un nuevo modelo de diodo se siguen los siguientes pasos:

1) Utilizar el comando “NEW” del menú “FILE”, o “CTRL N”, o el botón de “CREATE NEW LIBRARY” que se encuentra en la barra de herramientas.

Fig. 53.- Comando de creación de nuevas librerías.

2) Utilizar el comando “NEW” del menú “MODEL”, o el botón de “NEW MODEL” que se encuentra en la barra de herramientas.

Fig. 54.- Comando de creación de un nuevo modelo de diodo.

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Con lo cual aparecerá una ventana que nos permite nombrar el modelo a desarrollar, para ejemplificar el procedimiento, escribiremos “HFA15TB60” en el campo “MODEL” y presionaremos el botón “OK”.

Fig. 55.- Ventana para nombrar el nuevo modelo a desarrollar.

La pantalla que aparece a continuación tiene tres secciones: 1) AREA DE LISTADO DE MODELOS.- En esta área aparece el nombre de todos los modelos contenidos en la librería de modelos utilizada por PSPICE MODEL EDITOR. 2) AREA DE ENTRADA DE PARAMETROS DEL DISPOSITIVO.- Esta es el área de trabajo principal, donde en base de valores obtenidos de las hojas de datos se generan las curvas de: a) Corriente directa contra Voltaje directo, b) Capacitancia de unión contra Voltaje inverso, c) Corriente de fuga inversa contra Voltaje inverso, d) Voltaje de ruptura inverso contra Corriente de ruptura inversa, y e) Curva de recuperación inversa de corriente. 3) AREA DE PARAMETROS DEL MODELO PSPICE.- En esta área se muestra el valor de los parámetros del modelo PSPICE obtenidos a partir de las curvas generadas en el área de entrada de parámetros del dispositivo. Para generar las curvas del “HFA15TB60” utilizaremos las hojas de datos proporcionadas por el fabricante INTERNATIONAL RECTIFIER. Las hojas de datos completas se encuentran en el anexo A.

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Fig. 56.- Areas del PSPICE MODEL EDITOR.

GENERACION DE LA CURVA CORRIENTE DIRECTA VS. VOLTAJE DIRECTO Para generar esta curva, utilizaremos la curva de la figura 1 de las hojas de datos del HFA15TB60 (mostrada en la figura 57). De esta figura se obtienen los siguientes pares de datos mostrados en la tabla I.

Fig. 57.- Curva Ifwd Vs Vfwd del HFA15TB60.

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Tabla I.- Voltaje y corriente directa del HFA15TB60 Vfwd

Ifwd

1.13

1

1.34

3

1.60

10

1.80

18

2.00

29

2.20

40

2.40

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Aunque los datos están referidos a una temperatura diferente de la utilizada como referencia por PSPICE MODEL EDITOR, dado que la diferencia es de solo 2 °C, se considerará como despreciable. Los datos de la tabla I, se introducen en los campos disponibles en el área de entrada de parámetros y se ejecuta el comando “EXTRACT PARAMETERS” del menú “TOOLS”. La figura 58 nos muestra que la curva generada por el programa se ajusta a los datos de la tabla.

Fig. 58.- Curva corriente directa vs. voltaje directo.

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En la ventana de parámetros del modelo PSPICE se nota un cambio en los valores del modelo.

Fig.- 59.- Ventana de parámetros del modelo PSPICE.

Para cambiar los valores de los ejes X y Y, se utiliza el comando “AXIS SETTINGS” del menú “PLOT”.

GENERACION DE LA CURVA DE CAPACITANCIA DE UNION VS VOLTAJE INVERSO Esta curva se genera utilizando la curva de la figura 3 de las hojas de datos del dispositivo (ver figura 60). Los datos obtenidos se muestran en la tabla II.

Fig. 60.- Curva Cj Vs Vrev del HFA15TB60

Tabla II.- Capacitancia de unión del HFA15TB60

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Vrev

Cj

50

43pf

100

33pf

600

18pf

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Los datos de la tabla II se introducen en los campos disponibles y ejecutamos el comando “EXTRACT PARAMETERS” del menú “TOOLS”. La figura 61 muestra la curva generada con los datos de la tabla II. A la gráfica original se le cambiaron los valores de los ejes X y Y para semejarlas a las de la figura 60.

Fig. 61.- Curva Cj Vs Vrev obtenida. La figura 62 muestra los parámetros del modelo de PSPICE después de extraer los parámetros de la curva Cj vs. Vrev.

Fig. 62.- Parámetros del modelo de PSPICE.

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GENERACION DE LA CURVA CORRIENTE INVERSA VS VOLTAJE INVERSO Esta curva se genera con los datos obtenidos de la curva de la figura 2 de la hoja de datos (ver figura 63). Los datos obtenidos se muestran en la tabla III.

Fig. 63.- Curva Irev Vs Vrev del HFA15TB60.

Tabla III.- Voltaje y corriente inversa del HFA15TB60. Vrev

Irev

100

0.1u

200

0.19u

300

0.2u

400

0.3u

500

0.4u

600

0.8u

Los datos de la tabla III se introducen en los campos disponibles y ejecutamos el comando “EXTRACT PARAMETERS” del menú “TOOLS”. La figura 64 muestra la curva generada en base a estos datos. De nueva cuenta, los limites de los ejes X y Y se modifican para semejarse a los de la figura 63. La figura 64 muestra los parámetros del modelo de PSPICE después de extraer los parámetros de la curva Irev vs. Vrev.

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Fig. 64.- Curva Irev Vs Vrev obtenida.

GENERACION DE LA CURVA DE VOLTAJE DE RUPTURA INVERSO Solo es valida esta curva cuando se está modelando diodos zener o avalancha. Los valores de Vz, Iz y Zz corresponden al voltaje, corriente e impedancia en el punto de ruptura.

Fig. 66.- Curva de voltaje de ruptura.

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GENERACION DE LA CURVA DE CORRIENTE DE RECUPERACION INVERSA De la sección “DYNAMIC RECOVERY CHARACTERISTICS” de las hojas de datos, obtenemos el valor de trr de 19 ns, para Ifwd e Irev utilizaremos el valor de IRRM1 de 4 A, supondremos Rl = VR/IRRM1 = 200V/4A = 50 W .

Fig. 67.- Sección “DYNAMIC RECOVERY CHARACTERISTICS” de las hojas de datos del HFA15TB60.

Con estos datos se obtiene la curva de la figura 68. La figura 69 muestra los parámetros del modelo PSPICE.

Fig. 68.- Curva de corriente recuperación inversa.

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Fig. 69.- Parámetros del modelo PSPICE. Para ver el modelo de PSPICE generado con las curvas, ejecutamos el comando “MODEL TEXT” del menú “VIEW”. La figura 70 muestra el listado completo del modelo, las primeras tres secciones muestran los parámetros utilizados por PSPICE MODEL EDITOR para genera el modelo, el modelo en sí se encuentra en la última sección del listado. *BeginSpec *IF: (1.1300,1) (1.3400,3) (1.6000,10) (1.8000,18) (2,29) (2.2000,40) (2.4000,53) *JC: (50,43.000E-12) (100,33.000E-12) (600,18.000E-12) *RL: (0,15.000E-9) (100,100.00E-9) (200,190.00E-9) (300,200.00E-9) (600,800.00E-9) *RB: Vz=0 Iz=0 Zz=0 *RR: Trr=19.000E-9 Ifwd=4 Irev=4 Rl=50 *EndSpec

(400,300.00E-9)

(500,400.00E-9)

*BeginTrace *IF: 1,0,1,2.4000,1,3,0,0,-1 (27) *JC: 0,1,50,600,1,3,0,0,-1 (27) *RL: 0,0,0,600,1,3,0,0,-1 (27) *RB: 0,1,100.00E-6,1,1,3,0,0,-1 (27) *RR: 0,0,-5.0000E-9,70.000E-9,1,3,0,0,-1 (27) *EndTrace *BeginParam *IS=25.873E-6 (10.000E-21,.1,0) *N=3.0126 (.2,5,0) *RS=12.443E-3 (1.0000E-6,100,0) *IKF=21.516E-3 (0,1.0000E3,0) *XTI=3 (-100,100,0) *EG=1.1100 (.1,5.5100,0) Fig. 70.- Listado del modelo de PSPICE.

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*CJO=239.37E-12 (10.000E-21,1.0000E-3,0) *M=.35452 (.1,10,0) *VJ=.3905 (.3905,10,0) *FC=.5 (1.0000E-3,10,0) *ISR=10.010E-21 (10.000E-21,.1,0) *NR=4.9950 (.5,5,0) *BV=100 (.1,1.0000E6,0) *IBV=100.00E-6 (1.0000E-9,10,0) *TT=27.411E-9 (100.00E-18,1.0000E-3,0) *EndParam *DEVICE=HFA15TB60,D * HFA15TB60 D model * created using Model Editor release 9.2 on 09/10/01 at 20:17 * The Model Editor is a PSpice product. .MODEL HFA15TB60 D + IS=25.873E-6 + N=3.0126 + RS=12.443E-3 + IKF=21.516E-3 + CJO=239.37E-12 + M=.35452 + VJ=.3905 + ISR=10.010E-21 + NR=4.9950 + BV=100 + IBV=100.00E-6 + TT=27.411E-9 Fig. 70.- Continuación del listado del modelo de PSPICE. Para guardar nuestro modelo ejecutamos el comando “SAVE” del menú “FILE”, y escribimos “ejemplo03” en el campo “NAME”.

Fig. 71.- Ventana para guardar el modelo desarrollado.

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Para agregar nuevos modelos a librerías ya existentes se sigue el siguiente procedimiento: 1) Ejecutar el comando “OPEN” del menú “FILE”, o presionar “CTRL O”, o el botón “OPEN LIBRARY”. 2) Repetir los pasos b y c descritos anteriormente.

MODIFICAR UN MODELO EXISTENTE EN CAPTURE MODELADO DE DISPOSITIVOS Los modelos de los dispositivos son la forma que tiene PSPICE de recabar características de operación de un circuito o de un dispositivo. Los elementos activos, tales como diodos y transistores, hacen necesario el recabar varios parámetros que describan su comportamiento, y también el referirse a esos parámetros por un nombre corto. A continuación veremos como modificar los parámetros de diodos, transistores bipolares, transistores de efecto de campo, y transistores bipolares de compuerta aislada.

EL COMANDO.MODEL El comando .MODEL fija un cierto número de parámetros de referencia para los dispositivos en PSPICE. No todos los dispositivos necesitan un modelo; por ejemplo, las resistencias que no son referidas a un modelo, se supone tienen un valor de resistencia constante para todas las simulaciones. Cada dispositivo que se referencia a un modelo debe tener ese modelo definido, lo cual significa que necesita un comando .MODEL que complete la descripción de como opera el dispositivo. La sintaxis para este corriendo es: .MODEL nombre [AKO: modelo de referencia] tipo ([nombre del parámetro = valor [tolerancia]... ] ) El “nombre” es una etiqueta de identificación o “nombre del dispositivo” con el cual quiere referirse al dispositivo. Por lo general es el número de parte del fabricante, como por ejemplo “MJE3055" para un transistor, o un nombre descriptivo, como ”FILM" para una resistencia de película de metal. Puede usar cualquier nombre que cumpla las convenciones para nombres del simulador; los nombres deben empezar con una letra del alfabeto, y continuar con caracteres alfabéticos o numéricos, o “ - ” y “$”. Por ejemplo, el transistor “2N3904" generalmente es modificado a ”Q2N3904" para cumplir con las convenciones para nombres. AKO (siglas en inglés de: A Kind Of, una clase de) seguido del nombre de un modelo de referencia, nos indica los que los parámetros usados en el modelo serán iguales a los del modelo de referencia, El “tipo” es una descripción del tipo de dispositivo, el cual puede ser uno de los siguientes dispositivos lineales: CAP

capacitor.

IND

inductor.

RES

resistor.

o uno de los siguientes dispositivos semiconductores: D

diodo

NPN

transistor bipolar NPN

PNP

transistor bipolar PNP

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NJF

FET de unión canal N

PJF

FET de unión canal P

NMOS MOSFET canal N PMOS MOSFET canal P entre otros dispositivos disponibles. Cualquiera de los parámetros permitidos del modelo del dispositivo se definen entonces. Si no incluye algún parámetro con su valor, se usará un valor por omisión (default) en su lugar. Generalmente estos valores por omisión se fijan a un valor conveniente que produce una operación típica, o son fijados para que no afecten la operación del dispositivo (lo que significa que puede ignorarlos si no son de interés). En algunos tipos de análisis como Monte Carlo y Peor Caso es necesario definir valores de desviación, tolerancia y distribución, estos valores deben fijarse inmediatamente después del parámetro que afectan. Ahora veamos que podemos hacer con estos parámetros.

MODELADO DE DISPOSITIVOS ACTIVOS El diodo semiconductor generalmente es el primer dispositivo activo que se estudia; su capacidad para cambiar su resistencia y conmutar, dependiendo de la dirección de la corriente, es la base para los cursos básicos de electrónica. Estos cursos, que incluyen física de semiconductores, usaran el desarrollo de la ecuación de Shockley que define la corriente en la unión NP, la cual es æ kT Corriente de unión = I sat× ç e qè

V unión

ö 1÷ ø

Son conjuntos de ecuaciones, como la ecuación de Schockley, las que definen la operación de dispositivos activos en PSPICE. Los parámetros que están disponibles a través del comando .MODEL son los que aparecen en las ecuaciones del dispositivo. Por ejemplo, para la ecuación Schockley, el parámetro IS (para Isat) puede especificarse en el modelo del diodo. Por supuesto, k y q son constantes físicas, y T es la temperatura especificada para la simulación. De esta manera el usuario controla la operación del dispositivo sin escribir nuevas ecuaciones para cada dispositivo. Para PSPICE no es suficiente considerar, digamos, la ganancia de corriente en sentido directo para un transistor bipolar como una característica aislada del dispositivo. Todas las características de operación deben combinarse en un modelo unificado, puesto que PSPICE no es capaz, de saber cuando descartar efectos, que para las condiciones del circuito son despreciables (esto, por supuesto, es una practica común en ingeniería). Todas las características que afectan los cálculos de conductancia, transconductancia, corriente, etc., deben estar presentes cada vez que se evalúa el dispositivo. Esto significa que la operación del dispositivo, la cual generalmente dividimos en regiones de operación, tales como “saturación” y “corte”, se convierten en un conjunto continuo de formulas. Es difícil desarrollar modelos de dispositivos que se comporten de esta manera. El beneficio, para el usuario de PSPICE, es que todas las características del dispositivo pueden incluirse en la simulación. Por supuesto, puede elegir ignorar algunas características. Comúnmente encuentra un circuito que no se simula de la manera esperada debido a algunas características del dispositivo que ignoro durante el diseño. Este es el propósito de PSPICE: verificar la operación de un circuito. Por esto se quiere que los modelos sean suficientemente completos no solo para simular sus circuitos cuando se comportan de la manera esperada, sino también para mostrarle cuando no lo hacen. Así pues, los modelos son importantes. Hay solo un modelo, en PSPICE, para cada tipo de dispositivo. Este modelo es el conjunto de ecuaciones no lineales que describen corrientes, conductancias y capacitancias. Los nuevos usuarios de PSPICE frecuentemente, se

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preguntan si, para análisis de pequeña señal, el simulador usa un modelo “p híbrido” para el transistor bipolar. Sí lo hace, pero está incluido en las ecuaciones no lineales, las cuales se usan para llegar al punto de operación de un circuito y después los valores de conductancia, transconductancia, y capacitancia se guardan para usarse en la sección de análisis de pequeña señal del simulador. Piense que PSPICE calcula el modelo “p híbrido” para cada transistor del circuito. Pero piense que la topología interna del transistor es la misma para un análisis de pequeña señal que para uno transitorio. Para análisis posteriores, los valores de pequeña señal se calculan y usan.

PARAMETROS DE MODELADO DE DIODOS El modelo del diodo en PSPICE, como se menciona anteriormente, contiene una fuente de corriente no lineal que sigue la ecuación de Schockley: æ Corriente = IS× ç e N × V- t è Vj

ö 1÷ ø

onde Vj es el voltaje en la unión Vt es el voltaje térmico ( = k T / q) Estos valores, con los parámetros de modelo IS y N, se usan para modelar los efectos de corriente y voltaje en la unión semiconductora. Esto no incluye la operación no lineal de los diodos reales. Por ejemplo, a bajas corrientes (menos de 1 nA), otros procesos del semiconductor que aumentan el flujo de corrientes se hacen apreciables. Como algo práctico, estas corrientes pequeñas son ignoradas por PSPICE. Los efectos de las corrientes altas son modelados incluyendo una resistencia en serie que intenta combinar el efecto de la resistencia del material y la inyección de alto nivel. En corrientes altas, la corriente observada del diodo deja de seguir la ecuación de Schockley y se aproxima a la siguiente ecuación I directa = IS× e 2×

Vj N× Vt

De nuevo, por razones practicas PSPICE no incluye esta forma modificada. En vez de eso, PSPICE solo usa el parámetro de resistencia en serie, RS, para tener un modelado limitado de este efecto. Para incluir el efecto de la inyección de alto nivel, PSPICE utiliza el parámetro IK. En la tabla IV se muestran algunos de los parámetros más usados en la definición de modelos de diodos. El listado completo de los parámetros disponibles para definir el modelo de un diodo se encuentran en el anexo B. Tabla IV.- Parámetros comunes del modelado de diodos.

PARAMETRO

DESCRIPCION

IS

Corriente de saturación

N

Coeficiente de Emisión

BV

Voltaje de ruptura inverso

RS

Resistencia parásita del diodo

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UNIDADES

VALOR POR OMISION

Amperios

1e-15 1

Voltios

infinito

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PARAMETROS DE MODELADO DE UN TRANSISTOR DE UNION BIPOLAR (BJT) El modelo del transistor bipolar, o BJT, en el PSPICE es una versión ampliada del modelo de Gummel-Poon. Esto significa que es un conjunto superior del antiguo modelo de Ebers-Moll, junto con uno más básico, el cual es usualmente el primero que encuentra un estudiante de electrónica. Se tiene acceso todos los niveles del modelo por la forma en que los parámetros de Gummel-Poon están fijados. Asociado a este modelo de CD están todas las capacitancias de unión, las cuales, con algo de cuidado, dan una buena simulación de pequeña señal y de transitorios hasta niveles de frecuencias microondas. Ambos modelos de Ebers-Moll y Gummel-Poon son simétricos, con operaciones directas e inversas (tal como un transistor bipolar “real”). Por tanto, hay parámetros directos e inversos que son explícitamente etiquetados como tales; sin embargo, hay algunos parámetros asociados a las uniones base-emisor y base-colector que son parámetros directos e inversos (respectivamente). Esto significa que de los cuarenta y tantos parámetros del modelo bipolar, la mayoría de ellos son duplicados especificando la operación inversa, o características base-colector en vez de base-emisor. En la tabla V se muestran algunos de los parámetros más usados en la definición de modelos de BJT. El listado completo de los parámetros disponibles para definir el modelo de un BJT se encuentran en el anexo B.

Tabla V.- Parámetros comunes del modelado de BJT.

PARAMETRO

DESCRIPCION

UNIDADES

VALOR POR OMISION

BF

Beta máxima ideal directa

100

BR

Beta máxima ideal inversa

1

RE

Resistencia ohmica de emisor

Ohms

0

RC

Resistencia ohmica de colector

Ohms

0

RB

Resistencia (máxima) de base sin polarización

Ohms

0

Voltaje Early directo

Voltios

infinito

VAF

PARAMETROS DE MODELADO DE UN TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO (JFET) El JFET es el más sencillo de los transistores. En este dispositivo, el aumento de la región de deplexión por la polarización de la unión de compuerta “reduce” el canal, aumentando su resistencia a drenar corriente. Se conoce como un dispositivo de “ley cuadrática” porque la expresión que relaciona a la corriente de dren (Drain) con el voltaje de compuerta a fuente (Gate - Source) es: I dren = b ×

( VGS-

Vumbral)

2

Aunque actualmente casi universalmente se usa una aproximación de la función de transferencia dada por el análisis exacto de la carga del canal. Otra forma de llegar a la misma ley cuadrática es haciendo la aproximación de que la capacitancia de la unión de compuerta es una función lineal del voltaje de unión de compuerta (el cual describe como se modula la región de compuerta). Igual que como ocurre con el diodo, la capacitancia de polarización inversa no es una

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función lineal, pero puede aproximarse así para polarizaciones mucho mayores a la barrera de potencial (F ) de la unión. El error asociado con el uso de la ley cuadrática es algo pequeño (cuando se compara al análisis exacto así como a dispositivos reales). El resultado de la ley cuadrática se aplica solo cuando VDS es mayor que VGS - Vumbral (donde Vumbral es equivalente al voltaje de “agotamiento” del JFET, y es fijado por el parámetro VTO), cuando el canal del FET es saturado. Cuando VDS está por debajo del Vumbral, la expresión que relaciona la corriente de dren con el voltaje de la unión de compuerta es I dren = b ×

( × 2 ( V-

GS

2 Vumbral × ) - VDS VDS )

la cual describe una curva parabólica invertida pasando por el origen y la cual, en su valor pico (cuando VDS está en el umbral), intersecta la formula de la ley cuadrática. Esta región parabólica de operación se llama región “lineal”; para voltajes de dren pequeños, la expansión de la ecuación anterior es dominada por el termino lineal. I dren = b × × 2 ( V- GS Vumbral × ) VDS Finalmente, Idren es cero cuando VGS es menor que Vumbral. En la tabla VI se muestran algunos de los parámetros más usados en la definición de modelos de JFET. El listado completo de los parámetros disponibles para definir el modelo de un JFET se encuentran en el anexo B. Tabla VI.- Parámetros comunes del modelado de JFET.

PARAMETRO

DESCRIPCION

UNIDADES

VALOR POR OMISION

Voltios

0

VTO

Voltaje de umbral

BETA

Coeficiente de transconductancia

Amp/Volt2

1e-4

LAMBDA

Modulación de longitud del canal

Voltios-1

0

PARAMETROS DE MODELADO DE UN TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO TIPO MOS (MOSFET) El MOSFET siendo una variante del JFET se rige básicamente por las mismas ecuaciones, sin embargo, por sus diferencias de construcción en PSPICE se utilizan seis modelos diferentes, estos modelos difieren en la formulación de la característica I-V. El parámetro “LEVEL” selecciona cual de los modelos se utilizará para la simulación. A continuación se listan los tipos de modelos disponibles, para mayor información sobre los modelos puede revisar las referencias mostradas [1], [2], [3], [7], [8] y [10] que aparecen en la página 174 del Manual de Referencia de PSPICE. LEVEL= 1, Modelo Shichman-Hodges, LEVEL= 2, Modelo analítico, basado en la geometría del MOSFET, LEVEL=3, Modelo de canal corto, semi-empírico, LEVEL=4, Modelo BSIM, LEVEL=5, Modelo EKV versión 2.6, LEVEL=6, Modelo BSIM3 versión 2.0, LEVEL=7, Modelo BSIM3 versión 3.1

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En la tabla VII se muestran algunos de los parámetros más usados en la definición de modelos de JFET. El listado completo de los parámetros disponibles para definir el modelo de un JFET se encuentran en el anexo B. Tabla VII.- Parámetros comunes del modelado de MOSFET.

PARAMETRO VTO KP

DESCRIPCION Voltaje de umbral Coeficiente de transconductancia

UNIDADES

VALOR POR OMISION

Voltios

0

A/V2

2.0e-5

L

Longitud del canal

Metros

100e-6

W

Ancho del canal

Metros

100e-6

Voltios-1

0

LAMBDA

Modulación de longitud del canal

PARAMETROS DE MODELADO DE UN TRANSISTOR DE BIPOLAR DE COMPUERTA AISLADA (IGBT) El IGBT es un dispositivo “híbrido”, que presenta características de control semejantes a las de un FET, esto es, es controlado por voltaje, presenta una capacitancia de entrada y una alta impedancia entre sus terminales de compuerta y emisor. Entre sus terminales de potencia, colector y emisor, presenta características propias de un BJT, esto es, una caída de voltaje en terminales independiente de la magnitud de la corriente que circula a través de ellas. Estas características lo hacen atractivo en aplicaciones de inversores y control de motores eléctricos. PSPICE utiliza un modelo matemático del dispositivo y no un modelo en base a subcircuitos que lo hace mas estable. El listado completo de los parámetros disponibles para definir el modelo de un IGBT se encuentran en el anexo B.

CAMBIAR LA REFERENCIA DE MODELO. En algunas ocasiones se requiere utilizar dispositivos no disponibles en las librerías instaladas en CAPTURE, y se tienen disponibles librerías o archivos de modelos proporcionados por fabricantes de semiconductores. A continuación se describirá el procedimiento para crear y utilizar librerías de modelos.

CREAR ARCHIVO DE LIBRERÍA DE MODELOS Las librerías de modelos, son archivos ASCII en los cuales se encuentran comando .MODEL que describen las características de los dispositivos. A continuación se muestra el contenido de una librería llamada “curso.lib”. Teclee este archivo utilizando el programa “NOTEPAD” o “Bloc de Notas” y guárdelo en la carpeta “PSPICE” contenida en “C:\Archivos de programa\OrcadLite\Capture\Library” asegurándose de hacerlo usando la extensión “.lib”.

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.model D1N4004 D(Is=0.1p Rs=4 CJO=2p Tt=3n Bv=400 Ibv=0.1p) .model MUR860 + * * *

D(Is=853.7f Rs=41.35m Ikf=21.56m N=1 Xti=3 Eg=1.11 Cjo=367p M=.4068 Vj=.75 Fc=.5 Isr=217.5n Nr=2 Tt=123.3n) Motorola pid=MUR850 case=TO220AC 88-09-22 rmn

.model IRF840 + + + *

NMOS(Level=3 Gamma=0 Delta=0 Eta=0 Theta=0 Kappa=0.2 Vmax=0 Xj=0 Tox=100n Uo=600 Phi=.6 Rs=6.382m Kp=20.85u W=.68 L=2u Vto=3.879 Rd=.6703 Rds=2.222MEG Cbd=1.415n Pb=.8 Mj=.5 Fc=.5 Cgso=1.625n Cgdo=133.4p Rg=.6038 Is=56.03p N=1 Tt=710n) Int’l Rectifier pid=IRFC440 case=TO220 88-08-25 bam creation Fig. 72.- Listado del archivo “curso.lib”

Para tener disponible esta librería en CAPTURE es necesario crear primero un perfil de simulación utilizando el comando “NEW SIMULATION PROFILE” del menú “PSPICE”, o con el botón “NEW SIMULATION PROFILE” que se encuentra en la barra de herramientas.

Fig. 73.- Crear perfil de simulación.

Aparece la ventana “NEW SIMULATION” en la cual se da nombre al nuevo perfil de simulación, para este ejercicio escribiremos “uno” en el campo “NAME” y presionaremos el botón “OK”.

Fig. 74.- Ventana de asignación de nombre para el perfil de simulación.

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Seleccionamos la ceja “LIBRARIES” de la ventana “SIMULATION SETTINGS”, y llenamos el campo “FILENAME” utilizando la opción “BROWSE” con la secuencia de carpetas para llegar a donde tenemos guardado el archivo “curso.lib” (ver figura 75),

Fig. 75.- Ventana de configuración del perfil de simulación, opción librerías.

Antes de presionar el botón “ACEPTAR” hay que decidir si la librería se agregará de manera global (ADD AS GLOBAL), esto es, estará disponible para todos los diseños que se creen en adelante, o si se agregará de manera local (ADD TO DESIGN), esto es, solo estará disponible para este diseño en particular. Para nuestro ejemplo utilizaremos la opción “ADD TO DESIGN”.

MODIFICAR LA REFERENCIA DE MODELO A continuación seleccionamos los dispositivos “D1N4002/EVAL” e “IRF150/EVAL” y los colocamos en el área de trabajo tal como se muestra en la figura 76. Para cambiar el modelo utilizado por el símbolo del diodo “D1N4002/EVAL”: 1) Pulsaremos dos veces el botón izquierdo del mouse cuando el apuntador esté sobre él, para abrir la ventana de edición de propiedades, tal como se muestra en la figura 77. 2) El campo “IMPLEMENTATION” contiene el nombre del modelo de PSPICE asociado al símbolo de la librería gráfica. Posicionando el apuntador en este campo y presionando el botón izquierdo del mouse tenemos acceso a modificar su contenido, para nuestro ejemplo escribimos “D1N4004”.

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Fig. 76.- Dispositivos para cambiar su referencia de modelo.

Fig. 77.- Propiedades del símbolo “D1N4002/EVAL”.

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3) El campo “VALUE” no es usado por PSPICE para la simulación, sin embargo, normalmente contiene el nombre del modelo utilizado y su valor es desplegado en el área de esquemático. Para nuestro ejemplo, escribiremos “D1N4004” en este campo, una vez realizados estos cambios, presionamos “CTRL F4” y regresamos a la pantalla de esquemáticos. Los cambios efectuados se visualizan en la figura 78.

Fig. 78.- Diodo con cambio de referencia de modelo PSPICE. 4) Para comprobar que el símbolo de D1 está asociado al modelo D1N4004 de nuestra librería “curso.lib”, seleccionamos el dispositivo, y ejecutamos el comando “PSPICE MODEL” del menú “EDIT”, o seleccionamos “EDIT PSPICE MODEL” en la ventana que aparece al presionar el botón derecho del mouse. El programa PSPICE MODEL EDITOR se ejecuta y aparece la siguiente ventana:

Fig. 79.- Programa PSPICE MODEL EDITOR desplegando el modelo D1N4004.

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Al diodo D2 y al MOSFET IRF150, les cambiaremos sus referencias de modelo por el de MUR860 e IRF840 respectivamente, repitiendo los pasos 1 a 3 descritos anteriormente. Algunas ocasiones solo es necesario cambiar alguno de los parámetros del modelo, para hacer esto utilizamos el paso 4 descrito anteriormente, PSPICE MODEL EDITOR nos permite modificar los parámetros del modelo y guardar los cambios en la misma librería o en una diferente.

CREAR NUEVOS MODELOS USANDO PARTE TIPO “BREAKOUT” Al esquemático utilizado en la sección anterior le agregaremos los “QbreakN/BREAKOUT” y “DbreakZ/BREAKOUT”, tal como se muestra en la figura 80.

siguientes

dispositivos:

Fig. 80.- Esquemáticos con dispositivos tipo BREAKOUT agregados. Empezaremos con el diodo Zener, 1) Seleccionamos con el cursor el dispositivo “Dbreak”, ejecutamos el comando “PSPICE MODEL” del menú “EDIT” con lo que aparecerá la siguiente ventana del programa PSPICE MODEL EDITOR.

Fig. 81.- Ventana de edición del modelo de “DbreakZ” Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

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La ventana de PSPICE MODEL EDITOR permite editar el texto del modelo. En la figura 81 se tienen resaltadas tres partes de la ventana. La primera que encierra el texto EJEMPLO04 muestra el nombre de la librería que se creará al utilizar el comando “SAVE” del menú “FILE”. Esta es una librería que se crea para el proyecto actual. Dado que el proyecto en que estamos trabajando se llama “ejemplo04.opj” el archivo de librería se llamará “ejemplo04.lib”. 2) Modifiquemos el modelo de PSPICE para tener un diodo Zener con un voltaje de ruptura de 3.1v. Llamemos al nuevo modelo DZ31V. El parámetro que controla el voltaje de ruptura se llama BV. Los cambios se muestran en la figura 82.

Fig. 82.- Modificación del modelo del diodo Zener.

La única modificación al modelo de DbreakZ que se realizó fue el introducir el parámetro BV, los demás parámetros del modelo se dejaron intactos. Hay que notar que el nombre del nuevo modelo que editamos no aparece en el recuadro de listado de modelos.

Fig. 83.- Lista de modelos actualizada de la librería “ejemplo04.lib”

3) Para actualizar esta lista, es necesario ejecutar el comando “SAVE” del menú “FILE”. 4) Para regresar al editor de esquemáticos, utilizamos el comando “EXIT” del menú “FILE”. Note que el nombre del dispositivo D3 cambió de “Dbreak” a “DZ31V”, con lo que ahora D3 utilizará el modelo que acabamos de definir.

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Fig. 84.- Esquemático con el cambio de modelo de PSPICE para D3.

Ahora, supongamos que necesitamos que el transistor Q1 tenga un valor de HFE de 40, para crear el nuevo modelo repetimos el paso 1 definido para el diodo Zener. Note que en la ventana de listado de modelos aparecen dos modelos, “Qbreak” y “DZ31V”. En esta ventana se listan todos los modelos contenidos en la librería que se está editando. El modelo con el que estamos trabajando es “QbreakN”, este modelo utiliza los valores por omisión asignados a un transistor bipolar tipo NPN dado que el comando .MODEL no contiene parámetros. Para el paso 2 utilizaremos el “QHFE40” para nombrar nuestro modelo, para especificar el valor de HFE, PSPICE utiliza el parámetro BF, así que agregaremos el parámetro BF=40 a la descripción del modelo.

Fig. 85.- Listado de modelos disponibles en la librería “ejemplo04.lib”

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Fig. 86.- Modificación del modelo del transistor NPN.

para actualizar el archivo de librería “ejemplo04.lib” repetimos 3 y 4 descritos para el diodo Zener.

Fig. 87.- Esquemático con el cambio de modelo de PSPICE para Q1.

Utilizando el programa “Bloc de Notas” o “NOTEPAD” se puede ver el archivo completo con los modelos generados. * PSpice Model Editor - Version 9.2 *$ .model QHFE40 NPN BF=40 *$ .model DZ31V D Is=1e-14 Cjo=.1pF Rs=.1 BV=3.1 *$ Fig. 88.- Listado del archivo de modelos “ejemplo04.lib”

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CREAR UN MODELO TIPO .SUBCKT A PARTIR DE UN ESQUEMATICO En algunas ocasiones necesita un dispositivo que tenga características de funcionamiento especiales, y estas características de funcionamiento pueden representarse por medio de un circuito. Si este dispositivo será utilizado en varios proyectos, el tenerlo disponible en una librería sería conveniente. En los archivos de librerías se tienen dos formas de definir dispositivos: usando el comando .MODEL o el comando .SUBCKT. El comando .SUBCKT permite definir el comportamiento de un dispositivo o sistema, por ejemplo un transistor tipo Darlington o un motor de CD, en función de circuitos formados por diversos tipos de elementos, por ejemplo fuentes controladas, bloques de funciones de Laplace, etc. El procedimiento para convertir un diagrama esquemático en un archivo “.lib” que contiene una estructura .SUBCKT es el siguiente: 1) Crear el diagrama esquemático deseado. 2) Colocar Puertos jerárquicos en los puntos que se desea sean las terminales de subcircuito. 3) Guardar el esquemático y cerrar la ventana para ir al Administrador de Proyecto. 4) Ejecutar el comando “CREATE NETLIST” del menú “TOOLS” 5) Seleccionar la ceja “PSPICE” 6) Seleccionar “CREATE SUBCIRCUIT FORMAT NETLIST” en “OPTIONS” 7) Asignar el nombre del archivo que contendrá el listado de red del subcircuito en el campo “NETLIST FILE” 8) Ver el archivo generado. Para ejemplificar este procedimiento, se generará un subcircuito que realice las funciones de obtener la señal de error existente entre una señal de salida y otra de referencia, y al error resultante lo pase por un compensador PID. 1) Para esto crearemos un proyecto en blanco llamado “PID” tal como el mostrado en la figura 89. Al colocar la parte “PARAM” en el esquemático, no aparecen los campos de Kp, Ki, Kd y N. Para generar estos campos y desplegarlos en el esquemático, es necesario editar las propiedades de “PARAM”, para hacer esto la seleccionamos y ejecutamos el comando “PROPERTIES” del menú “EDIT”, o seleccionamos “EDIT PROPERITES” de la ventana que aparece al presionar el botón derecho del mouse, o presionamos el botón izquierdo del mouse. Para crear los campos Kp, Ki, Kd y N presionamos el botón “NEW COLUMN..” que está en la parte superior izquierda del campo de edición (ver figura 90). En la ventana “ADD NEW COLUMN”, figura 91, se tiene disponible el campo “NAME”, en este campo se escribe el nombre de la nueva propiedad que se quiere crear. Al escribir en este campo, se activa el campo “VALUE”, en este campo se escribe el valor que tendrá la propiedad que se agregará. Si se van a crear varias propiedades, después de escribir en el campo “VALUE” se presiona el botón “APPLY”, esto permite limpiar los campos “NAME” y “VALUE” para las nuevas propiedades, si ya se terminó de agregar propiedades, después de escribir en el campo “VALUE” se presiona el botón “OK”.

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Fig. 89.- Diagrama esquemático de un controlador PID con funciones ABM.

Fig. 90.- Ventana de edición de propiedades para la parte PARAM.

Fig. 91.- Ventana para agregar nuevas propiedades.

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Para nuestro ejemplo el proceso es el siguiente: a) Presionar el botón “NEW COLUMN..”, b) Escribir “Kp” en el campo “NAME”, c) Escribir “3” en el campo “VALUE”, d) Presionar el botón “APPLY”, e) Escribir “Ki” en el campo “NAME”, f) Escribir “14” en el campo “VALUE”, g) Presionar el botón “APPLY”, h) Escribir “Kd” en el campo “NAME”, i) Escribir “40m” en el campo “VALUE”, g) Presionar el botón “APPLY”, k) Escribir “N” en el campo “NAME”, l) Escribir “10” en el campo “VALUE”, m) Presionar el botón “OK” Al cerrarse la ventana aparecen las nuevas propiedades, tal como se muestra en la parte derecha de la figura 92.

Fig. 92.- Ventana de edición de propiedades con las nuevas propiedades.

Para poder visualizar y modificar estas propiedades desde el esquemático seleccionamos las columnas con el botón izquierdo del mouse y presionamos el botón de “DISPLAY..”, en la ventana de “DISPLAY PROPERTIES” seleccionamos la opción “NAME AND VALUE” y presionamos “OK” y después “CTLF F4” para regresar al esquemático. 2) Agregaremos puertos jerárquicos de tipo “PORTNO-R” en los puntos mostrados y los nombraremos Out+, Out-, Ref+, Ref- y PIDout. 3) Ejecutamos el comando “CTRL S” y seleccionamos “2 PID” del menú “WINDOW”. Con esto, se tiene acceso al área de administración de proyectos, ver figura 93. 4) Seleccionamos el archivo “PID.dsn” y ejecutamos el comando “CREATE NETLIST” del menú “TOOLS” (ver figura 94).

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Fig. 93.- Area de administración de proyectos.

Fig. 94.- Ventana de creación de listado de red.

5) Seleccionar la ceja “PSPICE” 6) Seleccionar “CREATE SUBCIRCUIT FORMAT NETLIST” en “OPTIONS” 7) Asignar el nombre de “PID.LIB” al archivo que contendrá el listado de red del subcircuito en el campo “NETLIST FILE”

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Fig. 95.- Ventana con la configuración para generar un listado de red tipo .SUBCKT

Fig. 96.- Area de administración de proyectos mostrando el archivo de listado de red generado.

8) Para ver el contenido del archivo, seleccionamos el archivo PID.LIB, utilizamos la opción “EDIT” de la ventana que aparece al presionar el botón derecho del mouse, o pulsando dos veces el botón izquierdo del mouse. La figura 97 muestra el contenido del archivo generado. Hay que resaltar que la parte “INTEG” es implementada también como un subcircuito que es referenciado por nuestro modelo.

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Fig. 97.- Listado del subcircuito.

CREACION DE LIBRERIAS DE SIMBOLOS PARA CAPTURE En algunas ocasiones se cuenta con modelos de PSPICE para los cuales no se tiene librería de símbolos y se quiere asociar un archivo tipo “.olb” (librería de símbolos) con uno tipo “.lib” (librería de modelos). A continuación se mostrará un método para realizar esta acción.

CREAR UNA LIBRERÍA DE SIMBOLOS USANDO PSPICE MODEL EDITOR. Para generar una librería de símbolos usando PSPICE MODEL EDITOR utilizaremos el siguiente archivo de modelos de PSPICE: *$ .model IRFP460 + + + * * *$

NMOS(Level=3 Gamma=0 Delta=0 Eta=0 Theta=0 Kappa=0.2 Vmax=0 Xj=0 Tox=100n Uo=600 Phi=.6 Rs=2.041m Kp=20.65u W=1.9 L=2u Vto=3.248 Rd=.2303 Rds=2.222MEG Cbd=5.156n Pb=.8 Mj=.5 Fc=.5 Cgso=1.947n Cgdo=135.8p Rg=1.556 Is=96.3p N=1 Tt=670n) Int’l Rectifier pid=IRFC460 case=TO3P 88-08-26 bam creation Fig. 98.- Listado del archivo “Potencia.lib”

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*——————————————————————————————————————* connections: non-inverting input * | inverting input * | | positive power supply * | | | negative power supply * | | | | output * | | | | | .subckt TL082 1 2 3 4 5 * c1 11 12 2.412E-12 c2 6 7 18.00E-12 css 10 99 5.400E-12 dc 5 53 dy de 54 5 dy dlp 90 91 dx dln 92 90 dx dp 4 3 dx egnd 99 0 poly(2),(3,0),(4,0) 0 .5 .5 fb 7 99 poly(5) vb vc ve vlp vln 0 3.467E6 -1E3 1E3 3E6 -3E6 ga 6 0 11 12 339.3E-6 gcm 0 6 10 99 17.01E-9 iss 10 4 dc 234.0E-6 hlim 90 0 vlim 1K j1 11 2 10 jx j2 12 1 10 jx r2 6 9 100.0E3 rd1 3 11 2.947E3 rd2 3 12 2.947E3 ro1 8 5 50 ro2 7 99 170 rp 3 4 20.00E3 rss 10 99 854.7E3 vb 9 0 dc 0 vc 3 53 dc 1.500 ve 54 4 dc 1.500 vlim 7 8 dc 0 vlp 91 0 dc 50 vln 0 92 dc 50 .model dx D(Is=800.0E-18 Rs=1) .model dy D(Is=800.00E-18 Rs=1m Cjo=10p) .model jx NJF(Is=2.500E-12 Beta=984.2E-6 Vto=-1) .ends *$

Fig. 98.- Continuación del listado del archivo “Potencia.lib”

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*——————————————————————————————————————* connexiones: salida positiva * | salida negativa * | | referencia positiva * | | | referencia negativa * | | | | salida PID limitada (0 a 10v) * | | | | | .*——————————————————————————————————————.SUBCKT PID O+ O- R+ R- PIDout PARAMS:Kp=3 Kd=40m N=10 Ki=14 E_SUM1 PI 0 VALUE {V(I)+V(P)} E_SUM2 PID 0 VALUE {V(PI)+V(D)} E_LIMIT1 PIDOUT 0 VALUE {LIMIT(V(PID),0,10)} E_E2 O+ O- VALUE { abs(V(OUT, 0)) } E_DIFF1 ERROR 0 VALUE {V(REF,OUT)} E_GAIN1 P 0 VALUE {{Kp} * V(ERROR)} X_INTEG1 ERROR I SCHEMATIC1_INTEG1 E_E1 R+ R- VALUE { abs(V(REF, 0)) } E_LAPLACE1 D 0 LAPLACE {V(ERROR)} {({N})/(s+{kd/N})} .ENDS .subckt SCHEMATIC1_INTEG1 in out G_INTEG1 0 $$U_INTEG1 VALUE {V(in)} C_INTEG1 $$U_INTEG1 0 {1/{Ki}} R_INTEG1 $$U_INTEG1 0 1G E_INTEG1 out 0 VALUE {V($$U_INTEG1)} .IC V($$U_INTEG1) = 0v .ends SCHEMATIC1_INTEG1 *—————————————————————————————————————— *$ Fig. 98.- Continuación del listado del archivo “Potencia.lib”

El archivo contiene modelos de un MOSFET, un OPAMP, y de un controlador PID analógico. El subcircuito PID es una modificación del subcircuito obtenido con el ejemplo “PID”, la sintaxis del comando .SUBCKT se encuentra en el anexo C. Genere el archivo “Potencia.lib” utilizando el programa “Bloc de notas” o “NOTEPAD”, y guárdelo en el directorio “C:\.....\OrcadLite\Capture\Library\PSpice”. En el programa PSPICE MODEL EDITOR seleccione la opción “CREATE CAPTURE PARTS” del menú “FILE”, ver figura 99. La ventana que aparece, ver figura 100, permite definir la ubicación del archivo “.lib”, en el campo “ENTER INPUT MODEL LIBRARY”, del cual quiere generarse un archivo de símbolos. El campo “ENTER OUTPUT PART LIBRARY” genera de manera automática la ruta de ubicación y el nombre del archivo “.olb”, aunque es posible cambiar la ubicación y nombre de la librería. Seleccione para el campo “ENTER INPUT MODEL LIBRARY” la librería “Potencia.lib” y presione “OK”, en caso de no tener errores en las definiciones de los modelos aparecerá la ventana de mensajes mostrada en la figura 101.

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Fig. 99.- Comando de creación de símbolos para el programa CAPTURE.

Fig. 100.- Ventana de creación de librerías de símbolos.

Fig. 101.- Ventana de mensajes del proceso de creación de librerías de símbolos.

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Presione el botón “OK” y cierre PSPICE MODEL EDITOR. En CAPTURE, ejecute “FILE – OPEN – LIBRARY”, ver figura 102, seleccione la librería “Potencia.olb”.

Fig. 102.- (a) Comando para abrir librerías de símbolos, (b) Ventana de selección de archivo.

La figura 103, muestra el contenido de la librería de símbolos “Potencia.olb”, podemos observar que se generaron cuatro símbolos en lugar de los tres que podríamos estar esperando, esto se debe a que PSPICE MODEL EDITOR no reconoce al subcircuito SCHEMATIC1_INTEG1 como parte del subcircuito PID sino como un modelo independiente. Para simplificar nuestra librería de símbolos borramos el símbolo “SCHEMATCI1_INTEG1”.

Fig. 103.- Area de administración de proyectos.

Para ver si se generaron bien los símbolos para los modelos, seleccionamos el nombre del símbolo, después seleccionamos la opción “EDIT PART” que aparece al presionar el botón derecho del mouse.

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Fig. 104.- Menú de para editar el símbolo de una librería.

El símbolo generado para el IRFP460 es el correcto y no hay nada que modificarle, en cambio tanto el símbolo generado para el PID y el TL082 aparecen como un bloque de 9 y 5 terminales respectivamente, los cuales requieren modificarse.

Fig. 105.- Símbolos generados para los dispositivos IRFP460, PID y TL082.

Empezaremos modificando el símbolo del TL082. CAPTURE ya tiene definidos símbolos para amplificadores operacionales, sin embargo, PSPICE MODEL EDITOR no es capaz de asignar este símbolo a los subcircuitos que definen este dispositivo. De manera que tendremos que hacer la asignación manualmente.

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Para cambiar el símbolo seguiremos el siguiente procedimiento: a) Abrir la librería de símbolos “EVAL.OLB” que se encuentra en “C:\.....\OrcadLite\Capture\Library\PSpice”, utilizando el comando “FILE – OPEN – LIBRARY”.

Fig. 106.- Comando de apertura de librerías.

b) Seleccionar el dispositivo LM324, un amplificador operacional de cinco terminales, y después seleccionar la opción “EDIT PART” que aparece al presionar el botón derecho del mouse. Ignorar el mensaje que despliega CAPTURE.

Fig. 107.- Mensaje de error, generado por el número de dispositivos contenidos en la librería “EVAL.OLB”.

c) Utilizar el comando “EDIT – SELECT ALL” para seleccionar todos los elementos que definen al símbolo.

Fig. 108.- Todos los elementos del símbolo LM324 seleccionados.

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d) Utilizar el comando “EDIT – COPY” o presionar “CTRL C” para copiar los elementos que definen al símbolo LM324. e) Utilizar el comando “FILE – CLOSE” para cerrar la ventana de edición del símbolo. f) Utilizar el comando “FILE – CLOSE PROJECT” para cerrar la librería “EVAL.OLB”. g) En la ventana de edición del símbolo TL082, utilizamos el comando “EDIT – PASTE” o presionamos “CTRL V”, con esto aparecerá un mensaje preguntando si queremos sobreimponer los elementos del símbolo. Seleccionamos “SI”.

Fig. 109.- Mensaje de advertencia generado.

Fig. 110.- Símbolo del TL082 modificado.

h) Para completar el cambio generado en el paso anterior, es necesario modificar algunas propiedades del símbolo utilizando el comando “OPTIONS – PART PROPERTIES”. Las propiedades que deben modificarse son: “IMPLEMENTATION” y “VALUE”. Estas propiedades tienen asignado el valor “LM324”, debemos substituirlo por “TL082”.

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Fig. 111.- Ventana de edición de propiedades del símbolo.

Fig. 112.- Símbolo modificado.

i) Utilizar el comando “CTRL S” y cerrar la ventana de edición del TL082 Para modificar el símbolo del PID, dado que CAPTURE no tiene definidos símbolos para esta función, tendremos que hacer la asignación manualmente. Para cambiar el símbolo seguiremos el siguiente procedimiento: a) Eliminamos las terminales 5, 6, 7 y 8. b) Reacomodamos las terminales 2, 3 y 4.

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Fig. 113.- Terminales del símbolo PID modificadas.

c) Aunque no es indispensable, introduciremos en el cuerpo del símbolo, elementos gráficos que permitirán visualizar mejor la función del dispositivo. Para no quedar confinados a colocar los elementos gráficos sobre la cuadrícula de trabajo, utilizaremos el comando “OPTIONS – PREFERENCES” para abrir la ventana de preferencias, seleccionamos la ceja de “GRID DISPLAY” y modificamos la opción “POINTER SNAP TO GRID”, tal como se muestra en la figura 114. Esto hará que podamos colocar los elementos gráficos y de texto en cualquier parte del símbolo.

Fig. 114.- Ventana de configuración de preferencias para edición de esquemáticos y símbolos.

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La figura 115 muestra el símbolo del PID modificado, se utilizaron los elementos gráficos “IEEE SYMBOL – SIGMA”, “ELIPSE”, “RECTANGLE” y “TEXT” que se encuentran en el menú “PLACE”. Para modificar el tipo de llenado de los elementos “ELIPSE” y “RECTANGLE” debe seleccionarse el elemento y utilizar el comando “EDIT – PROPERTIES” o pulsar “CTRL E” para cambiar el campo “FILL STYLE” a “NONE”.

Fig. 115.- Símbolo de PID terminado. Para poder utilizar el símbolo PID de manera adecuada en simulaciones, es necesario agregarle algunas propiedades y modificar otras. Las propiedades que es necesario agregar son las constantes que definen el comportamiento del controlador PID, esto es, Kp, Ki, Kd y N, además de esto es necesario modificar la propiedad de plantilla (TEMPLATE) que controla la relación entre las propiedades del símbolo y el modelo de PSPICE. Para hacer estos cambios, ejecutamos el comando “PART PROPERTIES” del menú “OPTIONS”, la ventana que se abre, ver figura 116, da acceso para crear o modificar parámetros.

Fig. 116.- Ventana de edición de propiedades del símbolo.

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Para agregar las propiedades correspondientes a los parámetros Kp, Ki, Kd y N del PID presionamos el botón “NEW”, esto abre la ventana de nuevas propiedades, donde podemos definir el nombre y el valor por omisión de la nueva propiedad, para nuestro ejemplo utilizaremos Kp = 3, Ki = 14, Kd = 40m, y N = 10. La figura 118 muestra las nuevas propiedades creadas.

Fig. 117.- Ventana de definición de nuevos propiedades.

Fig. 118.- Ventana de edición de propiedades del símbolo PID con las nuevas propiedades agregadas.

Además, es necesario modificar el contenido del campo “PSPICE TEMPLATE”, de manera que sea posible en el esquemático modificar los valores de las propiedades que hemos definido y sean transferidos sus valores al modelo PSPICE al momento de la simulación. El contenido original del campo “PSPICE TEMPLATE” es: X^@REFDES %O+ %O- %R+ %R- %PIDOUT %PARAMS:KP=3 %KD=40M %N=10 %KI=14 @MODEL Este campo debe modificarse de la siguiente manera: X^@REFDES %O+ %O- %R+ %R- %PIDOUT @MODEL PARAMS: Kp=@Kp Ki=@Ki Kd=@Kd N=@N El formato del campo TEMPLATE y su sintaxis se encuentan en el anexo D. Antes de guardar el símbolo del PID, regresaremos la opción “POINTER SNAP TO GRID” a su valor original. d) Utilizar el comando “CTRL S” y cerrar la ventana de edición del PID. Ya teniendo todos los símbolos de la librería modificados guardamos los cambios efectuados con “CTRL S” y cerramos el proyecto.

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Fig. 119.- Símbolos modificados para los dispositivos IRFP460, PID y TL082

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CAPITULO 4.- FUENTES DE SEÑAL Para las simulaciones de PSPICE se requieren fuentes de señal, ya sea de tipo analógico o de tipo digital. En este capítulo se describirán sus características.

FUENTES DE SEÑAL ANALOGICA DE VOLTAJE Y CORRIENTE. Las fuentes de señal analógica disponibles para simulación en PSPICE se pueden dividir en: a) Fuentes dependientes o controladas por señales de voltaje o corriente, y b) Fuentes independientes.

FUENTES DE CORRIENTE Y VOLTAJE DEPENDIENTES En PSPICE se tienen disponibles cuatro tipos de fuentes de corriente o voltaje dependientes: a) Fuente de voltaje controlada por voltaje (E),

D R A FT

b) Fuente de corriente controlada por voltaje (G), c) Fuente de voltaje controlada por corriente (H), y d) Fuente de corriente controlada por corriente (F)

Dadas las similitudes en las opciones disponibles en estas fuentes a continuación se agruparan en función de la señal de salida.

FUENTES CONTROLADAS POR VOLTAJE

PSPICE cuenta con ocho tipos de fuentes de corriente (G) y voltaje (E) controladas por voltaje, las cuales se muestran en la figura 120.

Fig. 120.- Símbolos de las fuentes de corriente y voltaje controladas por voltaje.

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FUENTES DE GANANCIA FIJA Las fuentes tipo E y G, utilizan una ganancia “GAIN” para definir la relación entre el voltaje de control y la señal de salida, por omisión el valor de esta ganancia es 1, para modificar su valor es necesario seleccionar la fuente y presionar “CTRL E” para editar sus propiedades y modificar el campo “GAIN”.

Fig. 121.- Propiedades de la fuente E.

FUENTES DEPENDIENTES DE LA FRECUENCIA Las fuentes tipo EFREQ y GFREQ, permiten definir el comportamiento de la señal de salida en función de una tabla de datos de magnitud y fase dependientes de la frecuencia de la señal de entrada. Para modificar la tabla de valores, las unidades de la magnitud y fase, es necesario seleccionar la fuente y presionar “CTRL E” para editar sus propiedades y modificar los campos requeridos.

Fig. 122.- Propiedades de la fuente EFREQ.

El campo “DELAY” permite definir un retardo al inicio de las fases definidas en la tabla de datos definida en el campo “TABLE”. El campo “MAGUNITS” permite definir el tipo de unidad de las magnitudes utilizadas en la tabla de datos, para interpretar la magnitud de los datos en decibeles se fija el campo en “DB” (valor por omisión), para interpretar la magnitud de los datos “crudamente” se fija el campo en “MAG”. El campo “PHASEUNITS” permite definir el tipo de unidad de las fases utilizadas en la tabla de datos, para interpretar la fase de los datos en grados se fija el campo en “DEG” (valor por omisión), para interpretar la fase de los datos en radianes se fija el campo en “RAD”.

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El campo “TABLE” permite definir el comportamiento de la fuente por medio de tercias de datos en este formato (frecuencia, magnitud, fase), las unidades de magnitud y fase son definidas en los campos “MAGUNITS” y “PHASEUNITS”.

FUENTE LAPLACIANA Las fuentes tipo ELAPLACE y GLAPLACE, permiten definir el comportamiento de la señal de salida en función de una transformación en el plano “S” de la señal de entrada. Para modificar la ecuación de la transformación, es necesario seleccionar la fuente y presionar “CTRL E” para editar sus propiedades y modificar los campos requeridos.

Fig. 123.- Propiedades de la fuente ELAPLACE.

El campo “XFORM” permite definir la ecuación de transformación del voltaje de control. Esta ecuación puede definirse como un cociente de polinomios de “S”.

FUENTE TIPO POLINOMIO Las fuentes tipo EPOLY y GPOLY, permiten definir el comportamiento de la señal de salida en función de una ecuación polinomial de la señal de entrada. Para modificar el grado de ecuación, es necesario seleccionar la fuente y presionar “CTRL E” para editar sus propiedades y modificar los campos requeridos.

Fig. 124.- Propiedades de la fuente EPOLY.

El campo “COEF” define el grado de la ecuación que modifica al voltaje de control, es posible definir los pares de puntos que definen el polinomio. El número de pares de puntos utilizados debe ser igual a COEF + 1.

FUENTE TIPO TABLA Las fuentes tipo ETABLE y GTABLE, permiten definir el comportamiento de la señal de salida en función de una tabla de pares de puntos. Para modificar el grado de ecuación, es necesario seleccionar la fuente y presionar “CTRL E” para editar sus propiedades y modificar los campos requeridos.

Fig. 125.- Propiedades de la fuente ETABLE

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El campo “TABLE” define los pares de datos que definen el comportamiento de la señal de salida. Los puntos en la tabla son unidos por líneas rectas.

FUENTE TIPO VALOR Las fuentes tipo EVALUE y GVALUE, permiten definir el comportamiento de la señal de salida en función de una expresión matemática. Para modificar el grado de ecuación, es necesario seleccionar la fuente y presionar “CTRL E” para editar sus propiedades y modificar los campos requeridos.

Fig. 126.- Propiedades de la fuente EVALUE.

El campo “EXPR” define la ecuación de la función de la señal de salida con respecto al voltaje de entrada.

FUENTES CONTROLADAS POR CORRIENTE PSPICE cuenta con dos tipos de fuentes de corriente (F) y voltaje (H) controladas por voltaje, las cuales se muestran en la figura 127.

Fig. 127.- Símbolos de las fuentes de corriente y voltaje controladas por corriente.

FUENTES DE GANANCIA FIJA Las fuentes tipo F y H, utilizan una ganancia “GAIN” para definir la relación entre el voltaje de control y la señal de salida, por omisión el valor de esta ganancia es 1, para modificar su valor es necesario seleccionar la fuente y presionar “CTRL E” para editar sus propiedades y modificar el campo “GAIN”.

Fig. 128.- Propiedades de la fuente F.

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FUENTE TIPO POLINOMIO Las fuentes tipo FPOLY y HPOLY, permiten definir el comportamiento de la señal de salida en función de una ecuación polinomial de la señal de entrada. Para modificar el grado de ecuación, es necesario seleccionar la fuente y presionar “CTRL E” para editar sus propiedades y modificar los campos requeridos.

Fig. 129.- Propiedades de la fuente FPOLY.

El campo “COEF” define el grado de la ecuación que modifica al voltaje de control, es posible definir los pares de puntos que definen el polinomio. El número de pares de puntos utilizados debe ser igual a COEF + 1.

FUENTES DE VOLTAJE Y CORRIENTE INDEPENDIENTES En PSPICE se tienen disponibles ocho tipos de fuentes de corriente o voltaje independientes: a) De corriente alterna, b) De corriente directa, c) Exponencial, d) De pulsos, e) Definida por segmentos lineales, f) Moduladas en frecuencia, g) Senoidal, y h) Tipo fuente.

FUENTE DE CORRIENTE (IAC) O VOLTAJE (VAC) DE CORRIENTE ALTERNA Este tipo de fuentes se utiliza cuando el análisis de simulación a realizar solo es de tipo barrido de corriente alterna, existen dos parámetros que pueden modificarse: “ACMAG” y “ACPHASE”. El campo “ACMAG” representa la magnitud de la señal, el campo “ACPHASE” representa el defasamiento en grados. Para modificar estos campos, es necesario seleccionar la fuente y presionar “CTRL E” para editar los campos requeridos.

Fig. 130.- Símbolo de VAC y ventana de propiedades.

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FUENTE DE CORRIENTE (IDC) O VOLTAJE (VDC) DE CORRIENTE ALTERNA Este tipo de fuentes se utiliza cuando el análisis de simulación a realizar es de tipo barrido de corriente directa o transitorio, existe un parámetro que puede modificarse: “DC”. El campo “DC” representa la magnitud de la señal de corriente directa. Para modificar este campo, es necesario seleccionar la fuente y presionar “CTRL E” para editar los campo requerido.

Fig. 131.- Símbolo de VDC y ventana de propiedades.

FUENTE DE CORRIENTE (IEXP) O VOLTAJE (VEXP) EXPONENCIAL Las señales exponenciales tienen la forma:

Señal

V2 (I2)

V1 (I1)

TC2

TC1

TD1

TD2 Tiempo

Fig. 132. Forma de onda exponencial.

donde V1 (I1) es el voltaje (corriente) inicial, V2 (I2) es el voltaje (corriente) de pico, TD1 es el retraso del tiempo de subida, TC1 es la constante de tiempo de subida, TD2 es retraso del tiempo de bajada, TC2 es la constante de tiempo de bajada.

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La fuente EXP hace que la salida sea V1 (I1) por los primeros TD1 segundos. Después, la señal crece de V1 (I1) hacia V2 (I2) exponencialmente, con una constante de tiempo de TC1. El crecimiento dura TD2 -TD1 segundos. Entonces, la señal decrece de V2 (I2) nuevamente hacia V1 (I1) con una constante de tiempo de TC2. Para modificar estos parámetros solo es necesario seleccionar cada uno de ellos y seleccionar el comando “EDIT PROPERTIES” del menú “EDIT”.

Fig. 133.- Símbolo de VEXP y ventana de propiedades.

FUENTE DE CORRIENTE (IPULSE) O VOLTAJE (VPULSE) DE PULSOS La fuente PULSE genera un tren de pulsos de la forma:

Señal

V2 (I2)

V1 (I1)

TD

TR

PW PERIOD

TF

Tiempo

Fig. 134.- Forma de onda de pulso. donde V1 (I1) es el voltaje (corriente) inicial, V2 (I2) es el voltaje (corriente) de pico, TD es el retraso de tiempo inicial, TR es el tiempo de subida, TF es el tiempo de bajada del pulso, PW es el ancho del pulso, PER es el periodo de la señal periódica.

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La fuente PULSE hace que la señal inicie en V1 (I1) y permanezca ahí por TD segundos. Después, la señal pasa linealmente de V1 (I1) a V2 (I2) durante los siguientes TR segundos. De ahí, la señal permanece en V2 (I2) durante PW segundos. Entonces, la señal pasa linealmente de V2 (I2) a V1 (I1) durante los siguientes TF segundos, la señal permanece en V1 (I1) durante PER - TR - PW - TF segundos, y después se repite el cielo (excepto por el retraso inicial, TD). Para modificar estos parámetros solo es necesario seleccionar cada uno de ellos y seleccionar el comando “EDIT PROPERTIES” del menú “EDIT”.

Fig. 135.- Símbolo de VPULSE e IPULSE.

FUENTE DE CORRIENTE (IPWL) O VOLTAJE (VPWL) FORMADAS POR SEGMENTOS LINEALES La fuente PWL es apropiada cuando la fuente que puede ser gráficada como una serie de líneas rectas conectadas entre sí. Su forma es

Tn-1, Vn-1 (Tn-1, In-1)

T3, V3 (T3, I3)

Señal

Tn, Vn (Tn, In) T4, V4 (T4, I4)

T1, V1 (T1, I1) T2, V2 (T2, I2)

T3, V3 (T3, I3)

Tiempo

Fig. 136. Forma de onda de una función PWL.

Donde Vn (ó In) representa un vértice de la secuencia de segmentos de línea recta, y los valores de tiempo (Tn) deben estar en una secuencia estrictamente ascendente. PSPICE maneja siete variantes de este tipo de fuente, las cuales pueden clasificarse en dos grupos: puntos definidos en propiedades, y puntos definidos en archivo externo.

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En el primer grupo tenemos: a) IPWL y VPWL, b) IPWL_ENH y VPWL_ENH, c) IPWL_RE_FOREVER y VPWL_RE_FOREVER d) IPWL_RE_N_TIMES y VPWL_RE_N_TIMES En el segundo grupo tenemos: a) IPWL_FILE y VPWL_FILE b) IPWL_F_RE_FOREVER y VPWL_F_RE_FOREVER c) IPWL_F_RE_N_TIMES y VPWL_F_RE_N_TIMES En circuitos eléctricos prácticos, las transiciones no ocurren precisamente en un tiempo cero, y tampoco lo permite PSPICE. En la fuente PWL (y en las otras fuentes), debe permitirse un cierto tiempo finito para que suba o baje de un valor a otro. Esta “corrupción” del pulso ideal se requiere para la simulación de PSPICE y no causa ningún problema si el tiempo de transición es muy pequeño comparado con la constante de tiempo más pequeña del circuito. El hecho de que tenga que estimar la “constante de tiempo más pequeña” para usar la fuente PWL muestra una vez mas que PSPICE no lo releva de la responsabilidad de entender el circuito. Puede estar tentado a usar tiempos de transición ridículamente cortos, digamos 10-50 segundos. Sin embargo, entre mas cortas haga esas transiciones abruptas, PSPICE tardará mas tiempo en calcular los resaltados.

FUENTE DE CORRIENTE (IPWL) O VOLTAJE (VPWL) FORMADAS POR SEGMENTOS LINEALES Las fuentes IPWL y VPWL se definen en base a un máximo de ocho parejas (tiempo, valor_amplitud) tal como se muestra en la figura 137. Para modificar estos valores es necesario seleccionar la fuente y ejecutar el comando “EDIT PROPERTIES” del menú “EDIT”.

Fig. 137.- Símbolo de IPWM y VPWL y ventana de propiedades de VPWL.

La forma de onda generada por esta fuente solo se produce una vez, al desplegarse el último punto (tiempon, valorn) la señal de salida permanece en ese valor.

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FUENTE DE CORRIENTE (IPWL_ENH) O VOLTAJE (VPWL_ENH) FORMADAS POR SEGMENTOS LINEALES EXTENDIDAS Las fuentes IPWL_ENH y VPWL_ENH no tienen el límite de ocho parejas (tiempo, valor_amplitud) de las fuentes IPWL y VPWL, para este tipo de fuentes se permite definir hasta tres grupos de “n” parejas (tiempo, valor_amplitud). Los campos definidos para esto son: “FIRST_NPAIRS”, “SECOND_NPAIRS” y “THIRD_NPAIRS”. Existen otros dos parámetros: “TSF” (siglas en inglés de Time Scale Factor, factor de escala de tiempo) y “VSF” (siglas en inglés de Value Scale Factor, factor de escala de valores), y definen la escala de transformación para las parejas (tiempo, valor_amplitud) que construyen la forma de onda. Para modificar estos valores es necesario seleccionar la fuente y ejecutar el comando “EDIT PROPERTIES” del menú “EDIT”.

Fig. 138.- Símbolo de VPWL_ENH y ventana de propiedades.

La forma de onda generada por esta fuente solo se produce una vez, al desplegarse el último punto (tiempon, valorn) la señal de salida permanece en ese valor.

FUENTE DE CORRIENTE (IPWL_RE_FOREVER) O VOLTAJE (VPWL_RE_FOREVER) FORMADAS POR SEGMENTOS LINEALES, DE REPETICION INFINITA Las fuentes IPWL_RE_FOREVER y VPWL_RE_FOREVER, al igual que las fuentes IPWL_ENH y VPWL_ENH, no tienen el límite de ocho parejas (tiempo, valor_amplitud) de las fuentes IPWL y VPWL, para este tipo de fuentes se permite definir hasta tres grupos de “n” parejas (tiempo, valor_amplitud). Los campos definidos para esto son: “FIRST_NPAIRS”, “SECOND_NPAIRS” y “THIRD_NPAIRS”. Existen otros dos parámetros: “TSF” (siglas en inglés de Time Scale Factor, factor de escala de tiempo) y “VSF” (siglas en inglés de Value Scale Factor, factor de escala de valores), y definen la escala de transformación para las parejas (tiempo, valor_amplitud) que construyen la forma de onda. Para modificar estos valores es necesario seleccionar la fuente y ejecutar el comando “EDIT PROPERTIES” del menú “EDIT”. La forma de onda generada por esta fuente se produce una y otra vez, empezando cada nuevo ciclo al finalizar el anterior, por esta razón, es necesario que la primera y última pareja (tiempo, valor_amplitud) tengan el mismo valor especificado para “valor_amplitud”.

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Fig. 139.- Símbolo de VPWL_RE_FOREVER y ventana de propiedades.

FUENTE DE CORRIENTE (IPWL_RE_FOREVER) O VOLTAJE (VPWL_RE_FOREVER) FORMADAS POR SEGMENTOS LINEALES, DE N REPETICIONES Las fuentes IPWL_RE_N_TIMES y VPWL_RE_N_TIMES, al igual que las fuentes IPWL_ENH y VPWL_ENH, no tienen el límite de ocho parejas (tiempo, valor_amplitud) de las fuentes IPWL y VPWL, para este tipo de fuentes se permite definir hasta tres grupos de “n” parejas (tiempo, valor_amplitud). Los campos definidos para esto son: “FIRST_NPAIRS”, “SECOND_NPAIRS” y “THIRD_NPAIRS”. Existen otros tres parámetros: “TSF” (siglas en inglés

Fig. 140.- Símbolo de VPWL_RE_N_TIMES y ventana de propiedades.

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de Time Scale Factor, factor de escala de tiempo), “VSF” (siglas en inglés de Value Scale Factor, factor de escala de valores) y “REPEAT VALUE”, los dos primeros definen la escala de transformación para las parejas (tiempo, valor_amplitud) que construyen la forma de onda, el tercero define el número de veces que se reproducirá la forma de onda. Para modificar estos valores es necesario seleccionar la fuente y ejecutar el comando “EDIT PROPERTIES” del menú “EDIT”. La forma de onda generada por esta fuente se produce “n” veces, donde “n” es el valor del campo “REPEAT VALUE”, empezando cada nuevo ciclo al finalizar el anterior, por esta razón, es necesario que la primera y última pareja (tiempo, valor_amplitud) tengan el mismo valor especificado para “valor_amplitud”. Al finalizar la última forma de onda y desplegarse el último punto (tiempon, valorn) la señal de salida permanece en ese valor.

FUENTE DE CORRIENTE (IPWL_ENH) O VOLTAJE (VPWL_ENH) FORMADAS POR SEGMENTOS LINEALES, DEFINIDAS EN ARCHIVO Las fuentes IPWL_FILE y VPWL_FILE no tienen el límite de ocho parejas (tiempo, valor_amplitud) de las fuentes IPWL y VPWL, para este tipo de fuentes se permite definir “n” parejas (tiempo, valor_amplitud) en un archivo externo de tipo ASCII, las parejas deben expresarse de la forma (t1, v1) (t2, v2) ..... Existen tres parámetros que requieren definirse: “TSF” (siglas en inglés de Time Scale Factor, factor de escala de tiempo), “VSF” (siglas en inglés de Value Scale Factor, factor de escala de valores) y “FILE”, los primeros dos definen la escala de transformación para las parejas (tiempo, valor_amplitud) que construyen la forma de onda, y el tercero define el nombre y la ubicación del archivo donde se encuentran definidas las parejas (tiempo, valor_amplitud). Para modificar estos valores es necesario seleccionar la fuente y ejecutar el comando “EDIT PROPERTIES” del menú “EDIT”.

Fig. 141.- Símbolo de VPWL_FILE y ventana de propiedades.

La forma de onda generada por esta fuente solo se produce una vez, al desplegarse el último punto (tiempon, valorn) la señal de salida permanece en ese valor.

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FUENTE DE CORRIENTE (IPWL_F_RE_FOREVER) O VOLTAJE (VPWL_F_RE_FOREVER) FORMADAS POR SEGMENTOS LINEALES, DEFINIDAS EN ARCHIVO, DE REPETICION INFINITA Las fuentes IPWL_F_RE_FOREVER y VPWL_F_RE_FOREVER no tienen el límite de ocho parejas (tiempo, valor_amplitud) de las fuentes IPWL y VPWL, para este tipo de fuentes se permite definir “n” parejas (tiempo, valor_amplitud) en un archivo externo de tipo ASCII, las parejas deben expresarse de la forma (t1, v1) (t2, v2) ..... Existen tres parámetros que requieren definirse: “TSF” (siglas en inglés de Time Scale Factor, factor de escala de tiempo), “VSF” (siglas en inglés de Value Scale Factor, factor de escala de valores) y “FILE”, los primeros dos definen la escala de transformación para las parejas (tiempo, valor_amplitud) que construyen la forma de onda, y el tercero define el nombre y la ubicación del archivo donde se encuentran definidas las parejas (tiempo, valor_amplitud). Para modificar estos valores es necesario seleccionar la fuente y ejecutar el comando “EDIT PROPERTIES” del menú “EDIT”.

Fig. 142.- Símbolo de VPWL_F_RE_FOREVER y ventana de propiedades.

La forma de onda generada por esta fuente se produce una y otra vez, empezando cada nuevo ciclo al finalizar el anterior, por esta razón, es necesario que la primera y última pareja (tiempo, valor_amplitud) tengan el mismo valor especificado para “valor_amplitud”.

FUENTE DE CORRIENTE (IPWL_F_RE_FOREVER) O VOLTAJE (VPWL_F_RE_FOREVER) FORMADAS POR SEGMENTOS LINEALES, DE N REPETICIONES Las fuentes IPWL_RE_N_TIMES y VPWL_RE_N_TIMES no tienen el límite de ocho parejas (tiempo, valor_amplitud) de las fuentes IPWL y VPWL, para este tipo de fuentes se permite definir “n” parejas (tiempo, valor_amplitud) en un archivo externo de tipo ASCII, las parejas deben expresarse de la forma (t1, v1) (t2, v2) ..... Existen cuatro parámetros que requieren definirse: “TSF” (siglas en inglés de Time Scale Factor, factor de escala de tiempo), “VSF” (siglas en inglés de Value Scale Factor, factor de escala de valores), “REPEAT VALUE” y “FILE”, los primeros dos definen la escala de transformación para las parejas (tiempo, valor_amplitud) que construyen la forma de onda, el tercero el número de veces que se generará la señal, y el último define el nombre y la ubicación del archivo donde se encuentran definidas las parejas (tiempo, valor_amplitud). Para modificar estos valores es necesario seleccionar la fuente y ejecutar el comando “EDIT PROPERTIES” del menú “EDIT”.

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Fig. 143.- Símbolo de VPWL_RE_N_TIMES y ventana de propiedades.

La forma de onda generada por esta fuente se produce “n” veces, donde “n” es el valor del campo “REPEAT VALUE”, empezando cada nuevo ciclo al finalizar el anterior, por esta razón, es necesario que la primera y última pareja (tiempo, valor_amplitud) tengan el mismo valor especificado para “valor_amplitud”. Al finalizar la última forma de onda y desplegarse el último punto (tiempon, valorn) la señal de salida permanece en ese valor.

FUENTE DE CORRIENTE (ISFFM) O VOLTAJE (VSFFM) MODULADA EN FRECUENCIA La fuente SFFM genera una señal de la forma: 1 FC

1 FM VAMPL (IAMPL)

VOFF (IOFF)

0

TIEMPO

Fig. 144. Forma de onda señal SFFM.

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donde VOFF (IOFF) es el nivel de desplazamiento en CD de la señal alterna VAMPL (IAMPL) es el valor pico de la señal alterna, FC es la frecuencia de la señal portadora, MOD es el índice de modulación y FM es la frecuencia de la señal a modular. La fuente SFFM (siglas en inglés de Single Frequency FM, frecuencia modulada en frecuencia única) hace que el voltaje cumpla la formula: VOFF + VAMPL × Sen( × 2× p

FC × tiempo + MOD × Sen × × ( 2p ×

FS tiempo) )

Fig. 145.- Símbolos de ISFFM y VSFFM.

FUENTE DE CORRIENTE (ISIN) O VOLTAJE (VSIN) SINUSOIDAL AMORTIGUADA La fuente SIN es apropiada cuando la fuente es sinusoidal. Su forma es

DF

VAMPL (IAMPL)

TD VOFF (IOFF)

0

1 FREQ TIEMPO

Fig. 146. Forma de onda senoidal con amortiguamiento.

donde: VOFF (IOFF) es el nivel de desplazamiento de la señal, VAMPL (IAMPL) es el valor de la amplitud de la señal, FREQ es el valor de la frecuencia de la señal,

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TD es el valor del tiempo de retraso de la señal, DF es el factor de amortiguamiento de la señal, PHASE es el valor del desfasamiento de la señal. DC valor de la fuente para análisis de barrido de CD y AC valor de la fuente para análisis de barrido de CA. La fuente SIN hace que la señal empiece en VOFF + VAMPL*Sen(PHASE*p /180) y permanezca en ese valor por TD segundos. Entonces, el voltaje se convierte en una onda senoidal exponencialmente amortiguada descrita por la formula

(

VOFF + VAMPL × Sen × 2× p

(

( tiempo FREQ × + TD)

PAHSE ×

))

360

e- (

tiempo - TD) ×

DF

Nota: La forma de onda SIN solo es para análisis transitorio. No tiene efecto durante análisis de pequeña señal (AC Sweep).

Fig. 147.- Símbolo de VSIN e ISIN y ventana de propiedades.

FUENTE DE CORRIENTE (ISRC) O VOLTAJE (VSRC) Este tipo de fuentes se utiliza en análisis de simulación tanto del tipo barrido de corriente directa, del tipo de barrido de corriente alterna o del tipo transitorio. Esta fuente tiene tres parámetros que pueden modificarse: “DC”, “AC” y “TRAN”. El campo “DC” representa la magnitud de la señal para análisis de barrido de corriente directa. El campo “AC” representa la magnitud de la señal para análisis de barrido de corriente alterna. El campo “TRAN” representa la magnitud de la señal para análisis transitorio. Para modificar estos campos, es necesario seleccionar la fuente y presionar “CTRL E” para editar los campo requerido, o seleccionar el parámetro y presionar “CTRL E” para editar su valor.

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Fig. 148.- Símbolo de VSRC e ISRC y ventana de propiedades.

FUENTES DE SEÑAL DIGITAL En simulaciones digitales, muchas veces se requiere conocer el funcionamiento de un circuito o sistema digital ante una señal que cambia en el tiempo, ya sea de manera regular o aleatoria. Para poder generar este tipo de señales se pueden utilizar dos tipos de fuentes: a) Reloj digital, y b) Fuente de estímulos.

RELOJ DIGITAL La fuente “DIGCLOK” – reloj digital, se encuentra en la librería “SOURCE” -, proporciona una señal cuadrada, esta señal está definida por su tiempo en estado alto (ONTIME), su tiempo en estado bajo (OFFTIME), el retardo en el inicio del ciclo inicial (DELAY) y su valor inicial (STARTVAL). El periodo de la señal es igual a la suma de “ONTIME” y “OFFTIME”. Existe otro parámetro que define hacia que estado será la transición cuando la señal está en estado bajo (OPPVAL), por lo general este campo se fija en 1. Para modificar estos campos, es necesario seleccionar la fuente y

Fig. 149.- Símbolo de DIGCLOCK y ventana de propiedades.

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presionar “CTRL E” para editar los campo requerido, o seleccionar el parámetro y presionar “CTRL E” para editar su valor.

ESTIMULO La fuente “STIMn” – estimulo de “n” bits – donde “n” puede ser 1, 4, 8 o 16 -, se encuentra en la librería “SOURCE” -, proporciona pulsos de “n” bits cuya duración está definida en los campos “COMMANDm” – donde “m” varia de 1 a 16 – con el siguiente formato (tiempo, número_binario), el campo “FORMAT” permite definir la base con la que se describe el número binario, se utiliza 1 para definir los números en base binaria, para base hexadecimal se utiliza 4, el campo “WIDTH” define el número de bits utilizados. El campo “TIMESTEP” define la duración en segundos del ciclo de reloj. Para modificar estos campos, es necesario seleccionar la fuente y presionar “CTRL E” para editar los campo requerido.

Fig. 150.- Símbolo de STIMn y ventana de propiedades de STIM1.

Cuando el número de señales digitales de salida es mayor de 1, la terminal de salida es de tipo “BUS” por lo tanto la conexión al circuito será utilizando líneas tipo BUS, para conectar líneas individuales del BUS a otros dispositivos se utilizan partes llamadas “BUS ENTRY” que se encuentran disponibles en el menú “PARTS”.

ESTIMULO DEFINIDO EN ARCHIVO La fuente “FILESTIMn” – estimulo de “n” bits – donde “n” puede ser 1, 2, 4, 8, 16 o 32 -, se encuentra en la librería “SOURCE” -, proporciona pulsos de “n” bits cuya duración está definida en un archivo externo. La fuente define sus parámetros con dos campos: “FILENAME” y “SIGNAME”. “FILENAME” define el nombre del archivo que contiene la definición de las transiciones de las señales binarias. El archivo puede contener la definición de varias señales binarias, por eso el campo “SIGNAME” contiene el nombre de la señal a utilizar que se encuentra definida en el archivo. Para modificar estos campos, es necesario seleccionar la fuente y presionar “CTRL E” para editar los campo requerido, o seleccionar el parámetro y presionar “CTRL E” para editar su valor. Cuando el número de señales digitales de salida es mayor de 1, la terminal de salida es de tipo “BUS” por lo tanto la conexión al circuito será utilizando líneas tipo BUS, para conectar líneas individuales del BUS a otros dispositivos se utilizan partes llamadas “BUS ENTRY” que se encuentran disponibles en el menú “PARTS”.

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Fig. 151.- Símbolo de FILESTIMn y ventana de propiedades de FILESTIM4.

El archivo de definición de las señales digitales es el siguiente: * ENCABEZADO, contiene el nombre de las señales nombre1, nombre2 .... * Inicio de la definición de transiciones. (NOTE QUE EXISTE UNA LINEA EN BLANCO) tiempo

valor digital

Por ejemplo: Clock, reset, in1, in2 ; nombres de cuatro señales 0 0000 ; valores en base binaria 10ns 1100 20ns 0101 30ns 1110 40ns 0111 El encabezado tiene el siguiente formato: [TIMESCALE=valor] nombre1 ... nombren OCT(nombre(bit3) ... nombre(bit lsb))... HEX(nombre(bit4) ... nombre(bit lsb))..

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Por ejemplo: Clock Reset In1 In2 HEX(Addr7 Addr6 Addr5 Addr4) HEX(Addr3 Addr2 Addr1 Addr0) ReadWrite 0

0000 00 0; se pueden usar espacios para agrupar valores

10n 1100 4e 0 20n 0101 4e 1 30n 1110 4e 1 40n 0111 ff 0 Otro ejemplo: TIMESCALE=10ns; debe aparecer en una línea individual Clock Reset In1 In2 HEX(Addr7 Addr6 Addr5 Addr4) HEX(Addr3 Addr2 Addr1 Addr0) ReadWrite 0

0000 00 0; se pueden usar espacios para agrupar valores

1

110R 4e 0; ver la tabla 1 para el significado de R

2

0101 4e 1

+ 3 1111 4e 1; la transición ocurre a los 50ns 7

011F c3 0; la transición ocurre a los 70ns

11X0 c3 1 TIMESCALE define la duración entre los pulsos digitales en segundos.

TABLA VIII Valores permitidos para los números digitales binario

octal

hexadecimal

Nivel lógico/numérico

0,1

0,7

0-f

Desconocido

X

X

X

Alta impedancia

Z

Z

Z

Subida

R

R

Bajada

F

F

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ESTIMULO DEFINIDO EN ARCHIVO DE ESTIMULO La fuente “DIGSTIMn” – estimulo de “n” bits – donde “n” puede ser 1, 2, 4, 8, 16 o 32 -, se encuentra en la librería “SOURCSTM” -, proporciona pulsos de “n” bits cuya duración está definida en un archivo externo generado por PSPICE STIMULUS EDITOR. La fuente requiere de la definición del parámetro “IMPLEMENTATION”, que contiene el nombre de la señal a utilizar que se encuentra definida en el archivo. Para modificar este campo, es necesario seleccionar la fuente y presionar “CTRL E” para editar los campo requerido, o seleccionar el parámetro y presionar “CTRL E” para editar su valor.

Fig. 152.- Símbolo de DIGSTIMn y ventana de propiedades de DIGSTIM2.

Cuando el número de señales digitales de salida es mayor de 1, la terminal de salida es de tipo “BUS” por lo tanto la conexión al circuito será utilizando líneas tipo BUS, para conectar líneas individuales del BUS a otros dispositivos se utilizan partes llamadas “BUS ENTRY” que se encuentran disponibles en el menú “PARTS”. El archivo de estímulos debe incluirse dentro del perfil de simulación en la ceja “STIMULUS”, tal como se muestra en la figura 153.

Fig. 153.- Ventana de inclusión de archivo de estímulos.

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PROGRAMA PSPICE STIMULUS EDITOR El programa PSPICE STIMULUS EDITOR está limitado en la versión LITE de OrCAD rel. 9.2 a generar archivos de estímulos con señales senoidales y de reloj digital.

Fig. 154.- Programa PSPICE STIMULUS EDITOR.

Para generar un nuevo archivo de estímulos se siguen los siguientes pasos: 1) Ejecutar el comando “NEW” del menú “FILE”. 2) Ejecutar el comando “NEW” del menú “STIMULUS” o presionar “ALT N”. 3) Dar nombre a la nueva señal de estímulo. 4) Seleccionar el tipo de estímulo (señal senoidal o de reloj digital), 5) Repetir los pasos 2 a 4 hasta terminar de definir las señales de estímulo necesarias. 6) Guardar el archivo de estímulos ejecutando el comando “SAVE” del menú “FILE” o presionar “SHIFT F12”. Los archivos generados en PSPICE STIMULUS EDITOR son utilizados por PSPICE A/D LITE a través de los siguientes dispositivos: a) VSTIM, de la librería “SOURCSTM”, para utilizar como voltajes las señales senoidales generadas. b) ISTIM, de la librería “SOURCSTM”, para utilizar como corrientes las señales senoidales generadas. c) DIGSTIMn, de la librería “SOURCSTM”, para utilizar las señales digitales generadas.

GENERACION DE ESTIMULO TIPO SENOIDAL Para ejemplificar el uso de PSPICE STIMULUS EDITOR como generador de señales de estímulo senoidal crearemos un archivo que contenga dos señales senoidales defasadas 90 grados. Seguiremos los pasos arriba definidos. 1) Ejecutamos el comando “NEW” del menú “FILE”.

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2) Presionamos “ALT N”, y aparece la siguiente ventana

Fig. 155.- Ventana de creación de nuevas señales de estímulo. 3) Escribimos “Va” en el campo “NAME” 4) Como ya se encuentra seleccionada la opción “SIN” presionamos el botón de “OK”. Con esto aparece la ventana de definición de parámetros de la señal senoidal. Los parámetros que aparecen en la ventana son los mismos que se definieron para las fuentes de corriente y voltaje senoidal anteriormente. Para nuestro ejemplo utilizaremos: “Offset value” 0 “Amplitude” 180 “Frequency (Hz)” 60 “Time delay (sec)” 0 “Damping factor (1/sec)” 0 “Phase angle (degrees)” 0

Fig.- 156.- Ventana de definición de parámetros de la señal senoidal Va.

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y presionamos “OK”

Fig. 157.- Forma de onda generada. 5) Presionamos “ALT N” para generar la otra señal senoidal requerida para nuestro ejemplo. Escribimos “Vb” en el campo “NAME” y presionamos “OK”. Para nuestro ejemplo utilizaremos: “Offset value” 0 “Amplitude” 180 “Frequency (Hz)” 60 “Time delay (sec)” 0 “Damping factor (1/sec)” 0 “Phase angle (degrees)” 90

Fig.- 158.- Formas de onda generadas.

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6) Guardamos el archivo de estímulos presionando “SHIFT F12”, y nombramos “senoidal” a nuestro archivo.

GENERACION DE ESTIMULO TIPO DIGITAL Para ejemplificar el uso de PSPICE STIMULUS EDITOR como generador de señales de estímulo digitales, crearemos un archivo que contenga cuatro señales digitales para simular la salida de un contador de 4 bits. Seguiremos los pasos arriba definidos. 1) Ejecutamos el comando “NEW” del menú “FILE”. 2) Presionamos “ALT N” 3) Escribimos “A1” en el campo “NAME” 4) Seleccionamos la opción “CLOCK” y presionamos “OK”. Con esto aparece la ventana de definición de parámetros del reloj digital. Los parámetros del reloj digital pueden definirse en términos de su frecuencia y ciclo de trabajo, o en términos de su período y tiempo en estado alto, para nuestro ejemplo dejaremos seleccionado “Frequency and duty cycle” – esto es, en función de la frecuencia y ciclo de trabajo -. Para nuestro ejemplo utilizaremos: “Frequency (Hz)” 10k “Duty cycle (%)” 0.5 “Initial value” 0 “Time delay (secs)” 0

Fig.- 159.- Ventana de definición de parámetros de la señal de reloj A1.

Presionamos “OK”

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Fig. 160.- Forma de onda generada.

5) Presionamos “ALT N” para generar la segunda señal digital de nuestro ejemplo. Escribimos “A2” en el campo “NAME”, seleccionamos la opción “CLOCK” y presionamos “OK”. Para A2 utilizaremos: “Frequency (Hz)” 5k “Duty cycle (%)” 0.5 “Initial value” 0 “Time delay (secs)” 0 Presionamos “OK” Presionamos “ALT N” para generar la tercer señal digital de nuestro ejemplo. Escribimos “A3” en el campo “NAME”, seleccionamos la opción “CLOCK” y presionamos “OK”. Para A3 utilizaremos: “Frequency (Hz)” 2.5k “Duty cycle (%)” 0.5 “Initial value” 0 “Time delay (secs)” 0 Presionamos “OK” Presionamos “ALT N” para generar la cuarta señal digital de nuestro ejemplo. Escribimos “A4” en el campo “NAME”, seleccionamos la opción “CLOCK” y presionamos “OK”. Para A4 utilizaremos:

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“Frequency (Hz)” 1.25k “Duty cycle (%)” 0.5 “Initial value” 0 “Time delay (secs)” 0 Presionamos “OK”

Fig. 161.- Formas de onda generadas.

6) Guardamos el archivo de estímulos presionando “SHIFT F12” y nombrando “cont4” a nuestro archivo.

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Capitulo 5.- Tipos de análisis de simulación en PSPICE AD INTRODUCCION A LOS TIPOS DE ANALISIS EN PSPICE AD PSPICE AD permite realizar once tipos de simulaciones diferentes, lo cual ofrece un amplio rango de información sobre los circuitos analizados. La figura 162 muestra en forma de árbol los análisis que puede realizar PSPICE AD. PUNTO DE OPERACION

BARRIDO DE AC

RESPUESTA EN FRECUENCIA ANALISIS DE RUIDO

BARRIDO DE CD

BARRIDO DE CD SIMPLE BARRIDO DE CD ANIDADO

TIEMPO FOURIER

TRANSITORIO

EN CA MONTE CARLO EN CD TRANSITORIO

D R A FT

Tipos de análisis en PSPICE AD

PUNTO DE OPERACION EN CD SENSIBILIDAD FUNCION DE TRANSFERENCIA

PEOR CASO

EN CA EN CD TRANSITORIO

PARAMETRICO

EN CA EN CD TRANSITORIO

TEMPERATURA

PUNTO DE OPERACION EN CD EN CD EN CA TRANSITORIO

Fig. 162.- Tipos de análisis en PSPICE AD.

A continuación se describen brevemente cada uno de estos análisis. 1.- PUNTO DE OPERACIÓN (EN CD).- Realiza un análisis de nodos para encontrar los voltajes de polarización o de punto de operación de un circuito, ya sea dispositivos pasivos o activos. 2.- SENSIBILIDAD.- Calcula la sensibilidad de un nodo de voltaje a variaciones de parámetros de ciertos dispositivos. 3.- FUNCION DE TRANSFERENCIA.- Calcula la función de transferencia de pequeña señal de un circuito, el circuito se linealiza alrededor del punto de operación. 4.- RESPUESTA EN FRECUENCIA.- Realiza un análisis de respuesta en frecuencia del circuito. 5.- ANALISIS DE RUIDO.- Realiza un análisis de la respuesta del circuito a frecuencias especificas de ruido en los dispositivos.

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6.- BARRIDO EN CD.- Realiza un análisis de la respuesta del circuito ante variaciones de una fuente, parámetro global o parámetro de modelo dentro de un rango especificado. Es posible realizar análisis anidando otro parámetro de barrido. 7.- TRANSITORIO EN TIEMPO.- Realiza un análisis de la respuesta en el tiempo del circuito, desde un valor de tiempo igual a cero hasta un tiempo máximo especificado. 8.- TRANSITORIO EN FRECUENCIA (FOURIER).- Realiza un análisis utilizando la FFT de un voltaje o corriente del circuito para encontrar su espectro de frecuencias. 9.- MONTE CARLO.- Realiza el cálculo de la respuesta del circuito ante cambios de los valores de ciertos parámetros de los dispositivos. Estos cambios se realizan de manera aleatoria dentro de un rango de tolerancia definido. 10.- PEOR CASO.- Este análisis encuentra la pero salida probable de un circuito dada la varianza de sus parámetros. 11.- PARAMETRICO.- Realiza varias iteraciones de un análisis estándar definido mientras se varía un parámetro del circuito o de un dispositivo. 12.- TEMPERATURA.- Realiza un análisis estándar a temperaturas diferentes de la de base (27°C).

VENTANA DE CONFIGURACION DE PSPICE Para utilizar estos análisis anteriormente descritos es necesario configurar sus parámetros y opciones particulares, además las opciones generales. Para configurar los análisis es necesario accesar al perfil de simulación, este perfil está disponible a través de las opciones “NEW SIMULATION PROFILE” y “EDIT SIMULATION PROFILE” del menú “PSPICE” (ver figura 163), del programa CAPTURE. La opción “NEW SIMULATION PROFILE” permite crear un nuevo perfil de simulación, al seleccionar esta opción aparece la ventana de la figura 164.

Fig. 163.- Opciones del menú “PSPICE”.

El campo “NAME” nos permite dar un nombre al perfil de simulación, esto es útil, dado que es posible tener varios perfiles de simulación para un mismo proyecto. El campo “INHERIT FROM” nos permite copiar como si fuera una plantilla los parámetros desde otro perfil de simulación. Al presionar el botón “CREATE” aparece la ventana de configuración mostrada en la figura 165.

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Fig. 164.- Ventana de creación de perfil de simulación.

Fig. 165.- Ventana de configuración del perfil de simulación.

La ventana cuenta con varias cejas, a continuación se describirá el uso de cada una de ellas.

OPCION “GENERAL” La ceja “GENERAL”, figura 166, permite especificar cuales son los archivo de entrada y salida del proyecto, guardar una descripción del perfil de simulación y crear nuevos perfiles. El campo “PROFILE NAME” muestra el nombre del perfil activo, al modificar este campo se puede crear un nuevo perfil o simplemente cambiar el perfil usado.

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El campo “INPUT SETTINGS” contiene los nombre de los archivos de proyecto (.OPJ), de diseño (.DSN) y de esquemático. El campo “OUTPUT SETTINGS” contiene el nombre del archivo de salida tipo ASCII (.OUT) y del archivo de salida binario (.DAT). El campo “NOTES” permite tener una descripción del diseño o del perfil de simulación.

Fig. 166.- Ventana de configuración de perfil de simulación, opción “GENERAL”.

OPCION “ANALYSIS” La ceja “ANALYSIS”, ver figura 165, permite especificar el tipo de análisis a realizar y sus opciones básicas y avanzadas. El campo “ANALYSIS TYPES” contiene una lista de los tipos de análisis de simulación disponibles en PSPICE AD, en las siguientes secciones se verá como asignar las opciones de cada uno de los tipos de simulación. El campo “OPTIONS” permite seleccionar opciones avanzadas del tipo de simulación utilizado.

OPCION “INCLUDE FILES” La ceja “INCLUDE FILES”, figura 167, permite agregar archivos que contienen comandos de PSPICE AD. Estos archivos son leídos por PSPICE AD antes de procesar el listado de red o el perfil de simulación.

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Fig. 167.- Ventana de configuración de perfil de simulación, opción “INCLUDE FILES”.

El campo “FILENAME” permite definir el nombre y ruta de acceso para el archivo a incluir, puede llenarse este campo utilizando el botón “BROWSE”, el botón de “BROWSE” permite buscar la ruta de acceso y el archivo. El campo “INCLUDE FILES” contiene el listado de los archivos incluidos en el proyecto. Además de estos campos, se cuenta con seis botones de control: “ADD AS GLOBAL”, “ADD TO DESIGN”, “EDIT”, “REMOVE”, “MOVE UP” y “MOVE DOWN”. El botón “ADD AS GLOBAL” permite que el archivo se agregue y quede disponible para todos los proyectos. El botón “ADD TO DESIGN” permite que el archivo se agregue y quede disponible para el proyecto en uso. El botón “EDIT” abre el archivo seleccionado para ser editado. El botón “REMOVE” – marcado con una X – quita el archivo de la lista de archivos incluidos, pero no lo borra de la computadora. El botón “MOVE UP” – marcado con una flecha hacia arriba – permite mover el archivo seleccionado un espacio hacia arriba en la lista de archivos. El botón “MOVE DOWN” – marcado con una flecha hacia abajo – permite mover el archivo seleccionado un espacio hacia abajo en la lista de archivos.

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OPCION “LIBRARIES” La ceja “LIBRARIES”, figura 168, permite agregar archivos que contienen definiciones de modelos o de subcircuitos.

Fig. 168.- Ventana de configuración de perfil de simulación, opción “LIBRARIES”.

El campo “FILENAME” permite definir el nombre y ruta de acceso para el archivo a incluir, puede llenarse este campo utilizando el botón “BROWSE”, el botón de “BROWSE” permite buscar la ruta de acceso y el archivo. El campo “LIBRARY FILES” contiene el listado de los archivos de librería incluidos en el proyecto. El campo “LIBRARY PATH” permite definir la ruta de acceso para el archivo de librería a incluir, puede llenarse este campo utilizando el botón “BROWSE”, el botón de “BROWSE” permite buscar la ruta de acceso y el archivo. Además de estos campos, se cuenta con seis botones de control: “ADD AS GLOBAL”, “ADD TO DESIGN”, “EDIT”, “REMOVE”, “MOVE UP” y “MOVE DOWN”. El botón “ADD AS GLOBAL” permite que el archivo se agregue y quede disponible para todos los proyectos. El botón “ADD TO DESIGN” permite que el archivo se agregue y quede disponible para el proyecto en uso. El botón “EDIT” abre el archivo seleccionado para ser editado. El botón “REMOVE” – marcado con una X – quita el archivo de la lista de archivos incluidos, pero no lo borra de la computadora.

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El botón “MOVE UP” – marcado con una flecha hacia arriba – permite mover el archivo seleccionado un espacio hacia arriba en la lista de archivos. El botón “MOVE DOWN” – marcado con una flecha hacia abajo – permite mover el archivo seleccionado un espacio hacia abajo en la lista de archivos.

OPCION “STIMULUS” La ceja “STIMULUS”, figura 169, permite agregar archivos de señales de estimulo en formato ASCII, tanto generados por PSPICE STIMULUS EDITOR, como generados en “BLOC DE NOTAS” o “NOTEPAD”.

Fig. 169.- Ventana de configuración de perfil de simulación, opción “STIMULUS”.

El campo “FILENAME” permite definir el nombre y ruta de acceso para el archivo de estimulo a incluir, puede llenarse este campo utilizando el botón “BROWSE”, el botón de “BROWSE” permite buscar la ruta de acceso y el archivo. El campo “STIMULUS FILES” contiene el listado de los archivos de estimulo incluidos en el proyecto. Además de estos campos, se cuenta con seis botones de control: “ADD AS GLOBAL”, “ADD TO DESIGN”, “EDIT”, “REMOVE”, “MOVE UP” y “MOVE DOWN”. El botón “ADD AS GLOBAL” permite que el archivo se agregue y quede disponible para todos los proyectos. El botón “ADD TO DESIGN” permite que el archivo se agregue y quede disponible para el proyecto en uso. El botón “EDIT” abre el archivo seleccionado para ser editado.

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El botón “REMOVE” – marcado con una X – quita el archivo de la lista de archivos incluidos, pero no lo borra de la computadora. El botón “MOVE UP” – marcado con una flecha hacia arriba – permite mover el archivo seleccionado un espacio hacia arriba en la lista de archivos. El botón “MOVE DOWN” – marcado con una flecha hacia abajo – permite mover el archivo seleccionado un espacio hacia abajo en la lista de archivos.

OPCION “OPTIONS” La ceja “OPTIONS”, figura 170, permite afinar el mecanismo utilizado por PSPICE para realizar los cálculos de las simulaciones, así como también definir que información se guardará en el archivo de salida de texto (.OUT)

Fig. 170.- Ventana de configuración de perfil de simulación, opción “OPTIONS”.

El campo “CATEGORIES” presenta tres opciones: “ANALOG SIMULATION”, “GATE-LEVEL SIMULATION” y “OUTPUT FILE”. Al seleccionar “ANALOG SIMULATION”, es cual se selecciona por omisión, se puede afinar la precisión de la simulación analógica, fijar limites de iteración, temperatura de operación y definir ciertos parámetros de MOSFETs. Los campos listados en la parte derecha de la ventana corresponden a los nombres de las opciones utilizadas en el comando .OPTIONS de PSPICE, una descripción completa del comando .OPTIONS se encuentra en el anexo G. El botón “MOSFET OPTIONS” permite modificar los valores de área de dren, área de fuente, longitud y ancho que se utiliza por omisión en los modelos de MOSFET. El botón de “ADVANCED OPTIONS” permite modificar el límite de iteraciones para análisis transitorio, y la magnitud relativa y absoluta de la matriz pivote.

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Fig. 171.- Ventana de configuración de las opciones “MOSFET OPTIONS” y “ADVANCED OPTIONS” para “ANALOG SIMULATION”. Al seleccionar “GATE-LEVEL SIMULATION”, figura 172, se fijan tiempos de propagación, niveles de interfaz analógica digital, características de salida de las compuertas y limites de mensajes de error. Los campos listados en la parte derecha de la ventana permiten fijar el tipo de tiempo de propagación utilizado para la simulación digital, y el estado inicial de Flip-flops e interfaces analógica digital. El botón “ADVANCED OPTIONS” permite fijar los valores de las resistencias de salida de las compuertas digitales, los valores de los tiempos de retardo y límite de mensajes de error.

Fig. 172.- Ventana de configuración de perfil de simulación, opción “GATE-LEVEL SIMUALTION” para “OPTIONS”.

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Fig. 173.- Ventana de configuración de la opción “ADVANCED OPTIONS” para “GATE-LEVEL SIMULATION”.

Al seleccionar “OUTPUT FILE”, se fija el tipo de información que PSPICE guarda en el archivo de salida de simulación.

Fig. 174.- Ventana de configuración de perfil de simulación, opción “OUTPUT FILE” para “OPTIONS”.

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OPCION “DATA COLLECTION” La ceja “DATA COLLECTION”, figura 175, permite restringir el número de datos guardados en el archivo de salida binario.

Fig. 175.- Ventana de configuración de perfil de simulación, opción “DATA COLLECTION”.

Estas restricciones se pueden aplicar a voltajes, corrientes, potencias, señales digitales y de ruido. Las opciones disponibles para los campos VOLTAGES, CURRENTS, POWER, DIGITAL y NOISE son ALL – Guarda los datos generados en todos los nodos y dispositivos del circuito. ALL BUT INTERNAL SUBCIRCUITS – Guarda los datos generados en todos los nodos y dispositivos del circuito, con excepción de los circuitos internos de los diseños jerárquicos. AT MARKERS ONLY – Solo se guarda información de los nodos y dispositivos donde se encuentren marcadores. NONE – No se guarda ningún dato. También es posible guardar el archivo de datos en formato CSDF – siglas en inglés de COMMON SIMULATION DATA FORMAT, formato de datos de simulación común- (.CSD).

OPCION “PROBE WINDOW” La ceja “PROBE WINDOW”, figura 176, permite definir la forma en que PSPICE AD desplegará los datos generados en la simulación fijada en un perfil de simulación.

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Fig. 176.- Ventana de configuración de perfil de simulación, opción “PROBE WINDOW”.

Al seleccionar “DISPLAY PROBE WINDOW WHEN PROFILE IS OPENED” se despliega la ventana de PSPICE AD que fue utilizada la última ves que el perfil fue abierto. Al seleccionar “DISPLAY PROBE WINDOW” se define el momento en el cual se desplegará el resultado de la simulación, se cuenta con dos opciones: 1.- DURING SIMULATION.- Los resultados de la simulación se desplegarán al irse generando en la simulación. 2.- AFTER SIMULATION IS FINISHED.- Los resultados de la simulación se desplegarán al terminarse la simulación. La opción “SHOW” permite definir que información se desplegará, se cuenta con tres alternativas: 1.- ALL MARKERS ON OPEN SCHEMATIC.- Despliega la información generada de todos los puntos del circuito en los cuales se colocaron marcadores. 2.- LAST PLOT.- Despliega las formas de onda que se desplegaron en la sesión anterior. 3.- NOTHING.- No despliega ninguna forma de onda.

ANALISIS DE PUNTO DE OPERACIÓN La opción “BIAS POINT” de simulación, nos permite realizar análisis estáticos en CD. Estos análisis permiten encontrar las condiciones de operación estáticas de un circuito, la sensibilidad de uno o varios voltajes del circuito con

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respecto a resistencias y fuentes ó la ganancia en pequeña señal del circuito. A continuación se ejemplificará el uso de estas tres opciones de análisis.

PUNTO DE OPERACIÓN EN CD El análisis de punto de operación (BIAS POINT) nos proporciona información sobre los voltajes, corrientes y potencias en un circuito en condiciones estáticas de operación en CD. Este tipo de análisis se utiliza en circuitos con transistores, circuitos resistivos, etc. Los capacitores e inductancias se suponen en circuito abierto y corto circuito, respectivamente, para este análisis. Las fuentes utilizadas para este tipo de análisis deben fijar el valor del campo “DC” en algún valor. Los resultados de este análisis se podrán desplegar en la pantalla del esquemático en CAPTURE. Para ejemplificar este análisis utilizaremos el circuito mostrado en la figura 177, al cual llamaremos “ejemplo05”.

Fig. 177.- Circuito integrador no inversor utilizando un amplificador operacional.

Una vez creado el circuito, crearemos el perfil de simulación utilizando el comando “NEW SIMULATION PROFILE” del menú “PSPICE”, ver figura 178, y seleccionamos “BIAS POINT” en el campo “ANALYSIS TYPE” de la ventana de edición de perfil y presionamos el botón “ACEPTAR”, ver figura 179.

Fig. 178.- Ventana de asignación de nombre para nuevo perfil.

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Fig. 179.- Ventana de configuración de tipo de análisis.

Para ejecutar el análisis seleccionado se utiliza el comando “RUN” del menú “PSPICE”, o se presiona la tecla de F11, esto activa el programa PSPICE AD, en PSPICE AD se realizará la simulación pero no desplegará ningún resultado, como se mencionó anteriormente los resultados de este tipo de simulación se visualizarán en CAPTURE.

Fig. 180.- Programa PSPICE AD ejecutado.

Para visualizar los resultados de la simulación en CAPTURE es necesario la opción “ENABLE” del comando “BIAS POINT” del menú “PSPICE”.

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Fig. 181.- Habilitación de la opción de desplegado de los datos de punto de operación.

El comando “BIAS POINT” cuenta con siete opciones adicionales a “ENABLE”, las cuales se explican a continuación: 1.- ENABLE BIAS CURRENT DISPLAY.- Permite visualizar los valores de las corrientes que circulan a través de los componentes del circuito. 2.- TOGGLE SELECTED BIAS CURRENT.- Permite visualizar u ocultar la corriente que entra a una terminal de un dispositivo en particular. 3.- ENABLE BIAS VOLTAGE DISPLAY.- Permite visualizar los valores de los voltajes que existen en los nodos del circuito. 4.- TOGGLE SELECTED BIAS VOLTAGE.- Permite visualizar u ocultar el voltaje que existe en un nodo del circuito en particular. 5.- ENABLE BIAS POWER DISPLAY.- Permite visualizar los valores de las potencias que se disipan en los componentes del circuito. 6.- TOGGLE SELECTED BIAS POWER.- Permite visualizar u ocultar la potencia que se disipan en un dispositivo en particular. 7.- PREFERENCE.- Permite modificar el número de dígitos utilizados para desplegar el valor de voltaje, corriente y potencia obtenidos en el análisis. Además de poder modificar los atributos de texto de estos valores.

Fig. 182.- Ventana de configuración de preferencias.

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Una vez ejecutada la simulación, primero visualizaremos los valores de voltaje en los nodos del circuito, para esto, seleccionaremos la opción “ENABLE BIAS VOLTAGE DISPLAY” para desplegar los valores de voltaje en todos los nodos del circuito.

Fig. 183.- Voltajes de punto de operación en CD para el circuito integrador no inversor.

Para ocultar (o desplegar si está oculto) el valor de un nodo, por ejemplo el nodo de referencia de la fuente V1, se siguen los siguientes pasos: 1.- Seleccionar el nodo a ocultar (o desplegar). 2.- Seleccionar la opción “TOGGLE SELECTED BIAS VOLTAGE”. El circuito después de esta operación se muestra en la figura 184. En algunas ocasiones, el valor de voltaje de nodo se despliega sobre otra información que es importante visualizar, para evitar estos problemas es necesario mover de lugar este valor. Para mover de lugar el valor de voltaje de un nodo es necesario primero seleccionarlo con el mouse, después sosteniendo presionado el botón izquierdo del mouse se puede mover el valor seleccionado, al hacer esto aparece una línea punteada que une el valor de voltaje con su nodo generador. La figura 185 muestra los valores de voltajes separados de los nodos. Para visualizar los valores de corriente a través de los dispositivos del circuito, se selecciona la opción “ENABLE BIAS CURRENT DISPLAY”.

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Fig. 184.- Valor del nodo de referencia de V1 no desplegado.

Fig. 185.- Valores de voltaje separados de los nodos.

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Fig. 186.- Corrientes de punto de operación en CD para el circuito integrador no inversor.

Fig. 187.- Valor de las corrientes de las terminales de polarización del amplificador operacional no desplegadas.

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Para ocultar (o desplegar si está oculto) el valor de una corriente, por ejemplo las corrientes que entran a las terminales de polarización del amplificador operacional, se siguen los siguientes pasos: 1.- Seleccionar la terminal de la cual se quiere ocultar (o desplegar) el valor de la corriente que entra. 2.- Seleccionar la opción “TOGGLE SELECTED BIAS CURRENT”. El circuito después de esta operación se muestra en la figura 187. En algunas ocasiones, el valor de corriente de la terminal del dispositivo se despliega sobre otra información que es importante visualizar, para evitar estos problemas es necesario mover de lugar este valor. Para mover de lugar el valor de corriente se sigue el mismo procedimiento utilizado para el voltaje en los nodos: primero seleccionarlo con el mouse, después sosteniendo presionado el botón izquierdo del mouse se puede mover el valor seleccionado, al hacer esto aparece una línea punteada que une el valor de corriente con su terminal de entrada.

Fig. 188.- Valores de corriente separados de las terminales. Para visualizar los valores de potencia disipada por los dispositivos del circuito, se selecciona la opción “ENABLE BIAS POWER DISPLAY”, ver figura 189. Para ocultar (o desplegar si está oculto) el valor de una potencia, por ejemplo la potencia entregada por la fuente V1, se siguen los siguientes pasos: 1.- Seleccionar el dispositivo del cual se quiere ocultar (o desplegar) el valor de la potencia disipada o entregada. 2.- Seleccionar la opción “TOGGLE SELECTED BIAS POWER”. El circuito después de esta operación se muestra en la figura 190.

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Fig. 189.- Potencias de punto de operación en CD para el circuito integrador no inversor.

Fig. 190.- Valor de la potencia de la fuente V1 no desplegada.

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En algunas ocasiones, el valor de potencia del dispositivo se despliega sobre otra información que es importante visualizar, para evitar estos problemas es necesario mover de lugar este valor. Para mover de lugar el valor de potencia se sigue el mismo procedimiento utilizado tanto para el voltaje en los nodos como para la corriente en las terminales de los dispositivos.

Fig. 191.- Valores de potencia separados de los dispositivos.

ANALISIS DE SENSIBILIDAD EN CD Una vez que se ha realizado el análisis de punto de operación en CD, PSPICE AD puede calcular la sensibilidad de cada salida, de manera individual, con respecto a los valores de parámetros de los dispositivos del circuito. Los resultados de este análisis se guardan en el archivo de salida ASCII (.OUT) y puede ser visualizado utilizando el comando “VIEW OUTPUT FILE” del menú “PSPICE”. El análisis de sensibilidad realizado es equivalente a encontrar la derivada parcial de la variable de salida con respecto a un parámetro en particular. Al circuito del ejemplo anterior, circuito integrador no inversor, es posible realizarle un análisis de sensibilidad del voltaje de salida (v(out)) con respecto a variaciones en los valores de resistencia y de los parámetros del amplificador operacional. Para seleccionar el análisis de sensibilidad ejecutamos el comando “EDIT SIMULATION PROFILE” del menú “PSPICE”, se marca la opción “PERFORM SENSITIVITY ANALYSIS” y se escribe V(OUT) en el campo “OUTPUT_VARIABLE(S)”, tal como se muestra en la figura 192, y por último, se presiona el botón “ACEPTAR”. Para ejecutar la simulación se presiona F11.

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Fig. 192.- Configuración del análisis de sensibilidad. Para ver los resultados de la simulación, se ejecuta el comando “VIEW OUTPUT FILE” del menú “PSPICE”, CAPTURE abre la siguiente ventana de edición de texto:

Fig. 193.- Ventana de edición del archivo “ejemplo05-schematic1-bias point.out”.

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Dentro de esa ventana de edición de texto, hay que buscar la sección marcada “DC SENSITIVITY ANALYSIS”, en esta sección se muestra la variación de la variable de salida ante variaciones de los componentes del circuito. El formato de esta sección es el siguiente: DC SENSITIVITIES OF OUTPUT “nombre de la variable de salida” ELEMENT ELEMENT NAME VALUE

R_R1

1.000E+04

ELEMENT SENSITIVITY (”uvs”/UNIT) -4.995E-04

NORMALIZED SENSITIVITY (“uvs”/PERCENT) -4.995E-02

*uvs representa el nombre de la unidad de la variable de salida, puede ser VOLTS o AMPS Fig. 194.- Formato de la sección de análisis de sensibilidad de CD.

La primer columna presenta el nombre del dispositivo sobre el cual se efectúa la derivada parcial de la variable de salida, la segunda columna representa el valor nominal del dispositivo, la tercer columna representa la variación de la variable de salida ante variaciones por unidad del dispositivo, en el caso de que la variable de salida sea voltaje y el dispositivo sea una resistencia se tendría la variación en voltios por cada ohm de variación en la resistencia. Por último, la cuarta columna presenta esta variación como porcentaje, y se obtiene de la multiplicación de la segunda y tercer columna, el resultado es entonces dividido entre 100. Para nuestro ejemplo, R1 y R2 son los que afectan en mayor medida el valor de V(out), tal como se muestra en la figura 195.

Fig. 195.- Sección de análisis de sensibilidad del archivo “ejemplo05-schematic1-bias point.out”.

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FUNCION DE TRANSFERENCIA DE PEQUEÑA SEÑAL EN CD El análisis de función de transferencia de pequeña señal en CD realiza cálculos de los efectos que tienen señales de excitación cercanas a cero sobre el funcionamiento del circuito. El análisis da información sobre como variará la señal de salida, si la señal de entrada se aleja ligeramente de su punto de operación. Esta análisis también ofrece el valor de las resistencias de entrada y de salida del circuito en CD. Para seleccionar el análisis de función de transferencia ejecutamos el comando “EDIT SIMULATION PROFILE” del menú “PSPICE”, se marca la opción “CALCULATE SMALL-SIGNAL DC GAIN”, escribimos “V1” en el campo “FROM INPUT SOURCE NAME” y V(OUT) en el campo “TO OUTPUT_VARIABLE”, tal como se muestra en la figura 196, y por último, se presiona el botón “ACEPTAR”. Para ejecutar la simulación se presiona F11.

Fig. 196.- Configuración del análisis de función de transferencia de pequeña señal en CD.

Para ver los resultados de la simulación, se ejecuta el comando “VIEW OUTPUT FILE” del menú “PSPICE”, CAPTURE abre la ventana de edición de texto mostrada en al figura 197. Dentro de esa ventana de edición de texto, hay que buscar la sección marcada “SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS”, en esta sección se muestra la ganancia del circuito ante excitación de pequeña señal en CD, la resistencia de entrada en CD y la resistencia de salida en CD. El formato de esta sección se ejemplifica con el archivo “ejemplo05-schematic1-bias point.out” mostrado en la figura 198.

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Fig. 197.- Ventana de edición del archivo “ejemplo05-schematic1-bias point.out”.

Fig. 198.- Formato de la sección de análisis de función de transferencia de pequeña señal de CD.

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ANALISIS TRANSITORIO El análisis transitorio, o en el dominio del tiempo, es sin duda, uno de los más usados en PSPICE. Este análisis pretende representar la operación del circuito al transcurrir el tiempo, de manera que toma en cuenta cambios en las entradas del circuito y/o cambios en las condiciones de carga del mismo. En este análisis, se tiene además la posibilidad de realizar del espectro de frecuencias que componen a un voltaje o corriente en particular utilizando FFT (siglas en inglés de Fast Fourier Transform, transformada rápida de Fourier), con la opción de guardar estos resultados en el archivo de salida de simulación o solo desplegar en pantalla el espectro de frecuencias. Los resultados de este análisis se despliegan en la pantalla de formas de onda de PSPICE AD (en el capítulo 6 se describen los comandos y opciones del programa PSPICE AD). Para ejemplificar este análisis utilizaremos el circuito mostrado en la figura 199, al cual llamaremos “ejemplo06”.

Fig. 199.- Circuito rectificador de onda completa monofásico.

Una vez creado el circuito, crearemos el perfil de simulación utilizando el comando “NEW SIMULATION PROFILE” del menú “PSPICE”, y seleccionamos “TIME DOMAIN (TRANSIENT)” en el campo “ANALYSIS TYPE” de la ventana de edición de perfil. Para fijar el tiempo de simulación escribimos 50ms en el campo “RUN TO TIME”, para evitar que se realice un análisis de punto de operación en CD seleccionamos “SKIP INICIAL TRANSIENT BIAS POINT CALCULATION”, ver figura 200. Antes de presionar el botón “ACEPTAR”, configuraremos la forma de desplegar las formas de onda en PSPICE AD, para esto seleccionamos la ceja “PROBE WINDOW”, y activamos las opciones “DISPLAY PROBE WINDOW – DURING SIMULATION” y “SHOW – ALL MARKERS ON OPEN SCHEMATICS”.

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Fig. 200.- Ventana de configuración del análisis transitorio para “ejemplo06”.

Fig. 201.- Ventana de configuración de desplegado de señales en PSPICE AD.

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Para ejecutar el análisis seleccionado se utiliza el comando “RUN” del menú “PSPICE”, o se presiona la tecla de F11, esto activa el programa PSPICE AD, en PSPICE AD se realizará la simulación y se desplegarán las formas de onda seleccionadas con los marcadores utilizados en el esquemático.

Fig. 202.- Programa PSPICE AD ejecutado.

Las formas de onda de voltaje, de salida y de entrada, y de potencia, de la carga y de la fuente de alimentación, están todas sobre un mismo eje y es difícil distinguirlas. Para poder visualizar mejor las formas de onda utilizaremos el comando “ADD PLOT TO WINDOW” del menú “PLOT”, figura 203, esto abrirá otra área de desplegado de formas de onda, tal como se muestra en la figura 204.

Fig. 203.- Comando para agregar área de desplegado de formas de onda.

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Fig. 204.- Area de desplegado de formas de onda agregada.

En el área de desplegado superior copiaremos las formas de onda de potencia de R1 y V1, para esto seleccionamos W(R1) con el botón izquierdo del mouse, ejecutamos el comando “CUT” del menú “EDIT” o presionamos “CTRL X”. El área de desplegado agregada tiene en su parte inferior derecha una etiqueta “SEL>>”, esta etiqueta significa que el área está seleccionada para agregar trazos, de manera que podemos ejecutar el comando “PASTE” del menú “EDIT” o presionar “CTRL V” para agregar la forma de onda de W(R1) que cortamos anteriormente. Repetimos estas operaciones para W(V1), esto hará que nuestra área de desplegado de formas de onda se vea de la siguiente manera:

Fig. 205.- Las formas de onda de potencia y voltaje separadas en áreas de desplegado diferentes.

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Si queremos agregar por ejemplo la forma de onda de corriente de entrada al área de desplegado inferior, es necesario utilizar una escala en el eje Y diferente para poder visualizar adecuadamente todas las formas de onda. Es posible agregar escalas diferentes en el eje Y, para esto es necesario primero seleccionar el área de desplegado donde se quiere agregar el eje Y, para esto es necesario presionar el botón izquierdo del mouse sobre el área deseada y ejecutar el comando “ADD Y AXIS” del menú “PLOT” o pulsar “CTRL Y”.

Fig. 206.- Eje Y agregado. Para agregar la forma de onda de la corriente de entrada se ejecuta el comando “ADD TRACE” del menú “TRACE” o se pulsa “INS”. Esto abre la ventana “ADD TRACES” donde aparecen listados todos los nombres de las formas de onda de corriente, voltaje y potencia disponibles. Para nuestro ejemplo, escribimos “-I(V1)“ en el campo “TRACE EXPRESSION” y presionamos el botón “OK”. El signo “-“ hace que el trazo de la corriente de entrada esté en fase con el voltaje de entrada.

Fig. 207.- Ventana para agregar trazos al área de desplegado.

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Fig. 208.- Forma de onda de la corriente de entrada agregada.

En ocasiones es necesario modificar alguno de los trazos desplegados, en nuestro ejemplo, en lugar de desplegar la potencia instantánea se quiere desplegar la potencia promedio tanto de la carga como de la fuente de alimentación. Para modificar un trazo es necesario ejecutar el comando “MODIFY OBJECT” del menú “EDIT” o pulsar dos veces el botón izquierdo del mouse sobre el nombre del trazo a modificar. Esto abre al ventana de “MODIFY TRACE”, para nuestro ejemplo, modificaremos primero el trazo W(R1), cambiando el texto que aparece en el campo “TRACE EXPRESSION” de W(R1) por avg(W(R1)), y después para W(V1) cambiaremos este campo por avg(-W(V1)).

Fig. 209.- Ventana de modificación de trazos del área de desplegado.

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Fig. 210.- Formas de onda de potencia modificadas.

Otras veces, es necesario realizar operaciones con los trazos, por ejemplo, encontrar la eficiencia de un circuito dividiendo la potencia de salida promedio entre la potencia de entrada promedio. Para hacer esto en nuestro ejemplo, seleccionaremos el área de desplegado superior y agregaremos un eje Y pulsando “CTRL Y”, y agregaremos un nuevo trazo pulsando “INS”. En el campo “TRACE EXPRESSION” escribimos avg(W(R1))/avg(-W(V1)), note el signo menos en W(V1), y presionamos el botón “OK”.

Fig. 211.- Ventana para agregar trazos al área de desplegado.

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Fig. 212.- Forma de onda de eficiencia agregada.

ANALISIS DE FOURIER DE FORMAS DE ONDA GENERADAS EN ANALISIS TRANSITORIO Un tipo de análisis espectral, utilizado en unión con el análisis transitorio, es el llamado análisis de Fourier. Este análisis permite descomponer una forma de onda periódica en una serie de funciones senoidales. OrCAD Rel. 9.2 cuenta con dos formas de realizar un análisis de Fourier para formas de onda obtenidas mediante una simulación de análisis transitorio. En la primera el análisis se obtiene en PSPICE AD en el área de desplegado de formas de onda, la segunda el resultado del análisis se guarda en el archivo texto de salida de la simulación. A continuación se muestran las dos formas.

ANALISIS DE FOURIER EN PSPICE AD PSPICE AD permite, como se mencionó anteriormente, realizar un análisis de Fourier de una o varias señales, este análisis se realiza aplicando la transformada rápida de Fourier (FFT por sus siglas en inglés) a las señales que se quiere analizar. Para ejemplificar su uso, utilizaremos el resultado de la simulación del ejemplo anterior. Primero dejaremos solo un área de desplegado de formas de onda, y solo una forma de onda: I(V1), tal como se muestra en la figura 213. Para aplicar la FFT a esta forma de onda es necesario ejecutar el comando “FOURIER” del menú “TRACE” o presionar el botón “FFT” que está en la barra de herramientas, ver figura 214.

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Fig. 213.- Forma de onda de la corriente de entrada.

Fig. 214.- Menú de selección para FFT.

La forma de onda desplegada en la figura 215 no está muy bien definida en términos de los componentes de frecuencia, para mejorar la resolución de la forma de onda, es necesario ampliar el tiempo de simulación. Para ampliar el tiempo de simulación ejecutamos el comando “EDIT PROFILE” del menú “SIMULATION” o presionamos el botón “EDIT SIMULATION SETTINGS”, figura 216, y escribimos 200ms en el campo “RUN TO TIME”, figura 217, por último presionamos el botón “ACEPTAR”. Para volver a ejecutar la simulación ejecutamos el comando “RUN” del menú “SIMULATION” o presionamos el botón “RUN”, al terminar la simulación vuelven a aparecer las formas de onda marcadas en el esquemático, figura 218, para volver a visualizar el análisis de Fourier presionamos la tecla F12. F12 restablece las formas de onda desplegadas en la sesión anterior. Al hacer la forma de onda del espectro de frecuencias de la corriente de entrada se transforma, tal como se muestra en la figura 219.

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Fig. 215.- FFT de la corriente de entrada.

Fig. 216.- Comando de edición de perfil de simulación.

Fig. 217.- Ventana de edición de perfiles de simulación.

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Fig. 218.- Comando de ejecución de simulación.

Fig. 219.- Forma de onda del espectro de frecuencias de la corriente de entrada.

ANALISIS DE FOURIER EN EL ARCHIVO DE SALIDA DE SIMULACION OrCAD Rel. 9.2 permite, como se mencionó anteriormente, realizar la FFT de una señal y guardar el resultado en el archivo de salida de simulación (.OUT), para activar esta función es necesario modificar el perfil de simulación. Esta modificación puede realizarse desde CAPTURE o bien desde PSPICE AD, para nuestro ejemplo, haremos la modificación desde CAPTURE ejecutando del comando “EDIT SIMULATION PROFILE” del menú “PSPICE” o presionando el botón “EDIT SIMULATION SETTINGS” de la barra de herramientas. Al abrir la ventana de edición de perfil de simulación presionamos el botón “OUTPUT FILE OPTIONS”, esto abre la ventana mostrada en la figura 220. Es necesario seleccionar “PERFORM FOURIER ANALYSIS” para habilitar el análisis de Fourier, el hacer esto abre los campos “CENTER FREQUENCY”, “NUMBER OF HARMONICS” y “OUTPUT VARIABLES”. El campo “CENTER FREQUENCY” representa el valor de la frecuencia de la componente fundamental de la señal a analizar, para nuestro ejemplo su valor es 60Hz. El campo “NUMBER OF HARMONICS” representa el número de componentes armónicos que se desea encontrar en el análisis, para nuestro ejemplo su valor es de 11. El campo “OUTPUT VARIBLE” debe contener el nombre de la(s) variable(s) que se desea analizar, para nuestro ejemplo, la variable a analizar es I(V1).

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Fig. 220.- Ventana de edición de opciones del archivo de salida.

Una vez terminado de configurar el perfil de simulación, ejecutamos el comando “RUN”, PSPICE AD ejecuta la simulación de igual manera que lo hizo anteriormente, y visualiza en pantalla las formas de onda marcadas en el esquemático. Para ver el resultado del análisis de Fourier realizado, es necesario abrir el archivo “ejemplo06-schematic1-transitorio.out”. El archivo puede ser abierto tanto desde CAPTURE como desde PSPICE AD. Para abrirlo desde PSPICE AD ejecutamos el comando “OUTPUT FILE” del menú “VIEW”, dentro del archivo buscamos la sección “FOURIER ANALYSIS”. Los resultados de este análisis se muestran en la figura 221.

Fig. 221.- Resultados del análisis de Fourier guardados en “ejemplo06-schematic1-transitorio.out”.

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El análisis arroja resultados en seis columnas, la primer define el número del armónico obtenido, la segunda representa su frecuencia en Hertz, la tercer columna representa la magnitud del componente armónico, la cuarta columna muestra el valor del componente armónico normalizado al valor del componente fundamental, la quinta columna muestra el valor de la fase del componente fundamental, y por último, la sexta columna muestra el valor de la fase del componente fundamental normalizado al valor de fase del componente fundamental. Además de estos datos, el análisis proporciona el valor de distorsión armónica total de la señal analizada y su componente de CD.

ANALISIS DE BARRIDO DE CD El análisis de barrido de CD, es similar al análisis de punto de operación, en el sentido de que encuentra los valores de voltaje, corriente y potencia en CD de un circuito, sin embargo, tiene una mayor flexibilidad debido a que permite variar de manera controlada el valor de las fuentes de señal. Existen dos opciones para realizar este tipo de análisis, barrido simple (utilizando solo una fuente de señal para hacer el barrido), y barrido anidado (utilizando dos fuentes de señal de manera anidada). A continuación se ejemplificará el uso de cada una de estas opciones.

ANALISIS DE BARRIDO DE CD SIMPLE. Para ejemplificar el uso del análisis de barrido de CD simple, utilizaremos el circuito de la figura 222, al cual llamaremos “ejemplo07”, para obtener la curva V-I del diodo 1N4002.

Fig. 222.- Circuito de prueba para obtener la curva V-I de polarización directa del diodo 1N4002.

Una vez creado el circuito, crearemos el perfil de simulación utilizando el comando “NEW SIMULATION PROFILE” del menú “PSPICE”, al nuevo perfil le llamaremos “BARRIDO SIMPLE”. En la ventana de edición de perfil seleccionamos “DC SWEEP” en el campo “ANALYSIS TYPE” de la lista disponible. En el campo “OPTIONS” aparece seleccionado “PRIMARY SWEEP”, con esta opción se realiza un barrido de CD simple. Para completar la configuración del análisis es necesario definir cual es la fuente de señal o parámetro con el cual se realizará el barrido, y además debe definirse de que manera se variará esta señal o parámetro. En la sección “SWEEP VARIABLE” se define cual será la variable a barrer, las opciones disponibles son: 1.- Fuente de voltaje (“VOLTAGE SOURCE”), requiere fijar el nombre de la fuente de voltaje que se utilizará en el barrido de CD.

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2.- Fuente de corriente (“CURRENT SOURCE”), requiere fijar el nombre de la fuente de corriente que se utilizará en el barrido de CD. 3.- Parámetro global (“GLOBAL PARAMETER”), requiere fijar el nombre del parámetro global, definido en la parte “PARAM” del esquemático, que se utilizará para el barrido de CD. 4.- Parámetro de modelo (“MODEL PARAMETER”), requiere fijar tres elementos del modelo de un dispositivo, primero el tipo de modelo que se utilizará, segundo el nombre del modelo, y por último el nombre del parámetro del modelo que se utilizará para el barrido de CD, y 5.- Temperatura (“TEMPERATURE”), En la sección “SWEEP TYPE” se define la forma en que se realizará el barrido, ya sea de manera lineal o logarítmica definiendo el rango del barrido y el incremento de valor para el barrido, o utilizando valores definidos en una tabla. Para nuestro ejemplo, fijaremos “VOLTAGE SOURCE” como la fuente para barrido, y V1 como el nombre de la fuente a utilizar. Además, utilizaremos un barrido linear, con valor inicial de –2, valor final de 3 e incrementos de 0.2, ver figura 223, al terminar de definir esto parámetros presionamos el botón “ACEPTAR”.

Fig. 223.- Ventana de configuración del análisis de barrido de CD para “ejemplo07”.

Para ejecutar el análisis seleccionado se utiliza el comando “RUN” del menú “PSPICE”, o se presiona la tecla de F11, esto activa el programa PSPICE AD, en PSPICE AD se realizará la simulación y abrirá un área para desplegado de formas de onda, ver figura 224.

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Fig. 224.- Programa PSPICE AD ejecutado. Para agregar la forma de onda de la corriente del diodo se ejecuta el comando “ADD TRACE” del menú “TRACE” o se pulsa “INS”. Esto abre la ventana “ADD TRACES” donde aparecen listados todos los nombres de las formas de onda de corriente, voltaje y potencia disponibles. Para nuestro ejemplo, seleccionamos “I(D1)“ de la lista de formas de onda disponibles y presionamos el botón “OK”.

Fig. 225.- Ventana para agregar trazos al área de desplegado.

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Fig. 226.- Curva voltaje contra corriente del diodo 1N4002.

ANALISIS DE BARRIDO DE CD ANIDADO. Para ejemplificar el uso del análisis de barrido de CD anidado, utilizaremos el circuito de la figura 227, al cual llamaremos “ejemplo08”, para obtener la curva V-I del FET 2N3819.

Fig. 227.- Circuito de prueba para obtener la curva V-I de polarización directa del FET 2N3819.

Una vez creado el circuito, crearemos el perfil de simulación utilizando el comando “NEW SIMULATION PROFILE” del menú “PSPICE”, al nuevo perfil le llamaremos “BARRIDO ANIDADO”. En la ventana de edición de perfil seleccionamos “DC SWEEP” en el campo “ANALYSIS TYPE” de la lista disponible. En el campo “OPTIONS” aparece seleccionado “PRIMARY SWEEP”, para nuestro ejemplo, fijaremos “VOLTAGE SOURCE” como la fuente para barrido primaria, y Vds como el nombre de la fuente a utilizar. Además, utilizaremos un barrido linear, con valor inicial de 0, valor final de 16 e incrementos de 1, ver figura 228, al terminar de definir esto parámetros presionamos el botón “ACEPTAR”.

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Fig. 228.- Ventana de configuración del análisis de barrido primario para “ejemplo08”. Para agregar el barrido anidado, seleccionamos “SECONDARY SWEEP” de la lista de “OPTIONS”, las opciones de fuentes de barrido y tipo de barrido son idénticas a las de “PRIMARY SWEEP”, para nuestro ejemplo, fijaremos “VOLTAGE SOURCE” como la fuente para barrido anidado, y Vgs como el nombre de la fuente a utilizar. Además, utilizaremos un barrido linear, con valor inicial de 0, valor final de -3 e incrementos de -1, ver figura 229,

Fig. 229.- Ventana de configuración del análisis de barrido anidado para “ejemplo08”.

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Para ejecutar el análisis seleccionado se utiliza el comando “RUN” del menú “PSPICE”, o se presiona la tecla de F11, esto activa el programa PSPICE AD, en PSPICE AD se realizará la simulación y abrirá un área para desplegado de formas de onda, ver figura 230.

Fig. 230.- Programa PSPICE AD ejecutado.

Para agregar la forma de onda de la corriente del FET se ejecuta el comando “ADD TRACE” del menú “TRACE” o se pulsa “INS”. Esto abre la ventana “ADD TRACES” donde aparecen listados todos los nombres de las formas de onda de corriente, voltaje y potencia disponibles. Para nuestro ejemplo, seleccionamos “ID(J1)“ de la lista de formas de onda disponibles y presionamos el botón “OK”.

Fig. 231.- Curva voltaje contra corriente del FET 2N3819.

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Ahora se requiere delimitar el área segura de operación del FET con los siguientes límites de trabajo máximos: a) Potencia máxima permitida 100 mW b) Corriente de dren máxima 14 mA Además se quiere trazar la recta de carga cuyos extremos están definidos por una corriente de dren de 13 mA y un voltaje de polarización de 14 V. Para trazar la curva de máxima disipación y de corriente máxima, utilizaremos el comando “MACROS” del menú “TRACE” para definir las siguientes ecuaciones: Pmax = 100mW/(V_Vds+1m), e Imax = 14mA El comando “MACROS” abre la siguiente ventana:

Fig. 232.- Ventana de edición de “MACROS”.

Fig. 233.- Ventana de edición de “MACROS” con las definiciones de Pmax e Imax.

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En el campo “DEFINITION” escribimos “Pmax=100mW/(V_Vds+1m)” y presionamos “ENTER” o el botón “SAVE”, con esto la expresión que acabamos de escribir se agrega a la lista de macros disponibles para nuestro perfil de simulación, además nos permite agregar nuevas definiciones. Ahora escribimos “Imax=14mA” presionamos “ENTER”, ver figura 233, y después presionamos el botón “CLOSE”. Para agregar los trazos definidos por estas “MACROS”, se ejecuta el comando “ADD TRACE” del menú “TRACE” o se pulsa “INS”. Esto abre la ventana “ADD TRACES”, de la lista disponible en el campo “FUNCTIONS OR MACROS” seleccionamos la opción “MACROS”, con esto aparecen, debajo de esta opción, listados todos los nombres de las “MACROS” disponibles. Para nuestro ejemplo, seleccionamos “Pmax“ e “Imax” de la lista de “MACROS” disponibles y presionamos el botón “OK”. Los trazos agregados se muestran en la figura 235.

Fig. 234.- Ventana para agregar trazos al área de desplegado.

Para visualizar mejor las formas de onda desplegadas, es necesario ajustar los límites del eje Y, para esto ejecutamos el comando “AXIS SETTINGS” del menú “PLOT”, seleccionamos la ceja “Y AXIS”, figura 236, y activamos la opción “USER DEFINED” de “DATA RANGE” fijamos los campos en 0 y 15 mA, y presionamos el botón “OK”. Los trazos con el eje Y modificado se meustran en la figura 237. Para agregar la recta de carga, ejecutaremos el comando “ADD TRACE” del menú “TRACE” o pulsamos “INS”. En el campo “TRACE EXPRESSION” escribimos “(14v – V_Vds)/1077”, ver figura 238, y presionamos el botón “OK”. Para identificar los trazos agregados utilizaremos los comandos “TEXT” y “ARROW” del menú “PLOT”. Estos comandos nos permiten agregar texto y flechas al área de desplegado de trazos. Los textos que agregaremos son “Maxima Potencia”, “Maxima Corriente” y “Recta de Carga”, note que las palabras “Maxima” se escribieron sin acentos, esto es por el hecho de que PSPICE AD no reconoce los símbolos ASCII extendidos. La figura 239 muestra la ventana de edición de texto.

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Fig. 235.- Curva voltaje contra corriente del FET 2N3819, con los límites de potencia y corriente desplegados.

Fig. 236.- Ventana de edición de parámetros del eje Y.

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Fig. 237.- Curva voltaje contra corriente del FET 2N3819, con los límites de potencia y corriente desplegados y el límite del eje Y ajustado.

Fig. 238.- Curva voltaje contra corriente del FET 2N3819, con los límites de potencia y corriente desplegados, la recta de carga y el límite del eje Y ajustado.

Fig. 239.- Ventana de edición de texto.

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Al ejecutar el comando “ARROW” el cursor cambia de forma y aparece como un lápiz, para iniciar el trazo de la flecha es necesario posicionar el cursor en el punto que queremos sea el inicio y presionamos el botón izquierdo del mouse. Para fijar el punto de finalización de la flecha, posicionamos el cursor en el punto deseado y volvemos a presionar el botón izquierdo del mouse.

Fig. 240.- Curva voltaje contra corriente del FET 2N3819, con los límites de potencia y corriente desplegados, la recta de carga, el límite del eje Y ajustado, y textos de identificación de trazos.

ANALISIS DE BARRIDO DE CA Supongamos que se está interesado en una corriente o voltaje en particular en un circuito que es excitado por una fuente sinusoidal, Cos(w t), de amplitud unitaria y ángulo de fase cero. Si w , la frecuencia de la señal, es una constante, se puede utilizar el análisis fasorial para determinar la magnitud y la fase de la respuesta. Es solo un pequeño paso conceptual pensar en w como una variable y utilizarla en los cálculos fasoriales como tal, obteniendo la respuesta fasorial como una función de w . Puesto que la fuente fasorial es 1/0 = 1, la salida fasorial entonces representa la razón compleja de respuesta fasorial a fuente fasorial, como una función de w . Esta razón es llamada de varias maneras: función del sistema, función de red, o función de transferencia, aunque algunos autores reservan el último termino para el caso en el cual la respuesta es medida en terminales diferentes a las de la fuente. Generalmente se denota H(jw). En sistemas lineales, H(jw ) juega un papel extremadamente importante, puesto que puede ser usada para determinar la respuesta del sistema a cualquier fuente de entrada razonable, no solamente una sinusoidal pura, y puede ser usada para estudiar la forma en que el sistema responde ante entradas irregulares tales como la voz humana y las señales de transmisión de TV. H(jw ) caracteriza la forma en que responde un circuito a diferentes frecuencias omega cuando Cos(w t) es la entrada y por lo tanto se dice que caracteriza la “respuesta a las frecuencias” del circuito. En un laboratorio eléctrico o electrónico, H(jw ) puede ser medido directamente conectando como fuente un oscilador de frecuencia variable al circuito, manteniendo su magnitud constante al ir variando la frecuencia del oscilador sobre un rango de frecuencias, y midiendo la magnitud y ángulo de fase de la salida. El análisis de CA en PSPICE AD hace esto; para un conjunto de frecuencias en un rango especificado calcula la magnitud y ángulo de la(s) salida(s). A menos que el circuito sea extremadamente sencillo, el cálculo manual de H(jw ) es complejo (literalmente), tedioso y propenso a errores, y una vez que se obtiene, la construcción de gráficas de magnitud y fase de H(jw ) a mano es un trabajo lento.

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PSPICE AD puede realizar además análisis de la contribución del ruido de los componentes al valor total de la salida.

ANALISIS DE RESPUESTA EN FRECUENCIA Para ejemplificar el uso del análisis de respuesta en frecuencia con barrido de CA, utilizaremos el circuito de la figura 241, al cual llamaremos “ejemplo09”, para obtener las gráficas de Bode.

Fig. 241.- Circuito de filtro pasa bajos.

Una vez creado el circuito, crearemos el perfil de simulación utilizando el comando “NEW SIMULATION PROFILE” del menú “PSPICE”, al nuevo perfil le llamaremos “RESPUESTA EN FRECUENCIA”. En la ventana de edición de perfil seleccionamos “AC SWEEP/NOISE” en el campo “ANALYSIS TYPE” de la lista disponible. En la sección “AC SWEEP VARIABLE” se define cual será la variable a barrer, las opciones disponibles son: 1.- LINEAR.- Indica que se hará un barrido lineal en el rango de frecuencia Los otros dos tipos de barrido realizan un barrido logarítmico por el rango de frecuencias. 2.- OCTAVE.- Indica que se hará un barrido en octavas en el rango de frecuencia. El termino “octava” se refiere a una relación 2 a 1 y tiene el mismo significado de una octava en música; si una nota está una octava “arriba” de otra, su frecuencia es el doble de la segunda. El número de octavas en un rango de frecuencias puede calcularse de

æ final ö÷ = è inicio ø

octavas = log 2 ç

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æ final ö÷ è inicio ø décadas = ln( 2) log 10 ( 2)

ln ç

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3.- DECADE.- Indica que se hará un barrido en décadas en el rango de frecuencia. El termino “década” se refiere a una relación 10 a 1, como las décadas de resistencias y capacitancias del laboratorio. El número de décadas en un rango de frecuencias puede calcularse de

æ final ö÷ décadas = log 10 ç = è inicio ø 4.-

æ final ö÷ è inicio ø ln( 10)

ln ç

TOTAL POINTS (barrido lineal), POINTS/DECADE (barrido logarítmico por décadas), POINTS/OCTAVE (barrido logarítmico por octavas). Determina el número de puntos a evaluar en el rango de frecuencias para el análisis.

5.- START FREQUENCY.- Frecuencia inicial para el análisis, puede ser cualquier valor mayor que cero. 6.- END FREQUENCY.- FRECUENCIA FINAL PARA EL ANÁLISIS. En esta sección se define la forma en que se realizará el barrido, ya sea de manera lineal o logarítmica por décadas o por octavas definiendo el rango del barrido y el número de puntos por década o por octava. Para nuestro ejemplo, fijaremos un barrido logarítmico por décadas con los siguientes valores START FREQUENCY 10, END FREQUENCY 1k, POINTS/DECADE 101, ver figura 242, al terminar de definir esto parámetros presionamos el botón “ACEPTAR”.

Fig. 242.- Ventana de configuración del análisis de barrido de CA para “ejemplo09”.

Para ejecutar el análisis seleccionado se utiliza el comando “RUN” del menú “PSPICE”, o se presiona la tecla de F11, esto activa el programa PSPICE AD, en PSPICE AD se realizará la simulación y abrirá un área para desplegado de formas de onda, ver figura 243.

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Fig. 243.- Programa PSPICE AD ejecutado.

Para agregar la forma de onda del voltaje de salida, se ejecuta el comando “ADD TRACE” del menú “TRACE” o se pulsa “INS”. Esto abre la ventana “ADD TRACES” donde aparecen listados todos los nombres de las formas de onda de corriente, voltaje y potencia disponibles. Para nuestro ejemplo, seleccionamos “V(out)“ y “V(m)” de la lista de formas de onda disponibles y presionamos el botón “OK”.

Fig. 244.- Respuesta en frecuencia del circuito pasa bajos.

Un problema con este tipo de gráficas es que muchas veces la diferencia en amplitud de las señales a analizar es grande, y esto hace difícil su correcta visualización en la pantalla. Para corregir este problema, se suele utilizar una escala

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logarítmica en el eje Y. Esto no solo resuelve el problema de la diferencia en los trazos, sino que muchos tramos de los trazos son líneas rectas. Esta observación es una de las razones de porque las características de los amplificadores (así como la de los filtros y otros circuitos) se expresan generalmente en decibeles (dB). La especificación de valores en términos de dB convierte las magnitudes directamente a unidades logarítmicas

Fig. 245. Ventana de modificación de ejes, opción eje Y.

Fig. 246.- Gráfica con escala del eje Y tipo logarítmico.

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PSPICE AD puede realizar esta conversión de magnitud a dB directamente, así como otras funciones de desplegado estándar, como son R( ), IMG( ) entre otras. Deje la escala del eje Y como logarítmica, y agregue una gráfica ejecutando “ADD PLOT TO WINDOW” del menú “PLOT”. En esta segunda gráfica, agregue los trazos DB(V(m)), y DB(V(out)) para gráficar las versiones en dB de los dos trazos. Lo que verá será idéntico a la gráfica inferior, excepto que los números en el eje Y superior son lineales (-20 a +20) en vez de logarítmico (0.1 a 10). La escala lineal es más fácil de usar, por lo cual las descripciones en términos de dB son comunes, casi universales.

Fig. 247.- Gráfica con valores de voltaje en dB. La conversión de un número a su representación en dB se realiza con la formula

(

N expresado en dB) = 20 × log 10 ( N)

Por ejemplo, si N es 100, entonces NdB es 40 dB, y si N es 1, Ndb es cero. Un caso importante es N= 1/Ö 2, puesto que es usado en la definición de las frecuencias de corte, entediendose como la frecuencia a la cual la magnitud de una señal baja 3 dB con respecto a su valor constante. Elimine la gráfica inferior, seleccionándola con el botón izquierdo el mouse y ejecutando el comando “DELTE PLOT” del menú “PLOT”, de manera que queden desplegadas las gráficas de DB(V(m)), y DB(V(out)). Para encontrar la frecuencia de corte utilizaremos la función “CURSOR — DISPLAY” del menú “TRACE” o el botón “TOGGLE CURSOR” que se encuentra en la barra de herramientas, ver figura 248. La función “CURSOR” permite realizar mediciones puntuales en dos trazos, y despliega la diferencia entre estas mediciones, la figura 249 muestra la ventana de medición.

Fig. 248.- Menú de activación de la función “CURSOR”.

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Fig. 249.- Ventana de medición de la función “CURSOR”.

Para asignar el cursor a un trazo en particular, y moverlo, se sigue el siguiente procedimiento: 1.- Para el cursor del trazo 1, presionar el botón izquierdo del mouse sobre el símbolo que aparece a la izquierda del nombre del trazo. 2.- Para el cursor del trazo 2, presionar el botón derecho del mouse sobre el símbolo que aparece a la izquierda del nombre del trazo. 3.- Para mover el cursor 1, solo es necesario presionar el botón izquierdo del mouse y mover el apuntador sobre el trazo, automáticamente se actualiza la lectura de la ventana de medición. 4.- Para mover el cursor 2, solo es necesario presionar el botón derecho del mouse y mover el apuntador sobre el trazo, automáticamente se actualiza la lectura de la ventana de medición. Para nuestro ejemplo, es necesario que los dos cursores estén asignados a DB(V(out)). Una vez hecha esta asignación se mueve el cursor 1, utilizando el botón izquierdo del mouse hasta encontrar el punto donde la diferencia del eje Y es aproximadamente –3. Este punto se encuentra cercano a los 317.8 Hz, tal como se puede ver en la figura 250. El valor del voltaje de salida a bajas frecuencias es de 6.37 dB, aproximadamente 2 V.

Fig. 250.- Medición de la frecuencia de corte utilizando la función “CURSOR”.

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Este análisis se utiliza para generar gráficas de Bode, una gráfica de Bode está compuesta por dos trazos: magnitud y fase de la función de transferencia. Para nuestro ejemplo, la función de transferencia puede representarse como V(out)/V(in). Para construir la gráfica de Bode completa del filtro pasa bajos y encontrar el margen de fase y de ganancia eliminaremos los trazos de DB(V(m)), y DB(V(out)), agregaremos el trazo DB(V(out)/V(in)), agregaremos otro eje Y para desplegar el trazo P(V(out)/V(in)), la función P( x ) encuentra el valor de la fase de x en grados. La gráfica resultante se muestra en la figura 251.

Fig. 251.- Gráfica de Bode del filtro pasa bajos. Dado que el filtro pasa bajos es de primer orden, la fase del filtro nunca cruzará los 180° y por tanto el margen de ganancia se considera infinito. Para el margen de fase necesitamos conocer en que punto la ganancia del filtro es 0 dB, dado que el margen de fase se define como MF = 180 – Fase0db. Para nuestro circuito la ganancia es cero a los 582.45Hz, la fase en esa frecuencia es –61.52°, con esto el margen de fase es MF=180°-61.52°=118.48°

Fig. 252.- Medición de la fase en la cual la ganancia del filtro es 0dB.

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ANALISIS DE RUIDO En cualquier medición o amplificación de señales pequeñas, existe un límite mínimo, en el cual la señal es distinguible por sus características, por debajo de ese límite la señal muestra variaciones espontáneas diferentes a las mostradas por señales mayores. Estas variaciones espontáneas dependen del equipo utilizado para realizar las mediciones y es llamado “ruido”. Este tipo de variaciones se extiende por todo el espectro de frecuencias. Para el análisis de ruido, PSPICE AD calcula tanto los componentes individuales del ruido generado por los dispositivos como su equivalente total. Para ejemplificar el uso del análisis de ruido, utilizaremos el circuito de la figura 253, al cual llamaremos “ejemplo10”.

Fig. 253.- Circuito amplificador diferencial.

Una vez creado el circuito, crearemos el perfil de simulación utilizando el comando “NEW SIMULATION PROFILE” del menú “PSPICE”, al nuevo perfil le llamaremos “ANALISIS DE RUIDO”. En la ventana de edición de perfil seleccionamos “AC SWEEP/NOISE” en el campo “ANALYSIS TYPE” de la lista disponible. En la sección “AC SWEEP VARIABLE” fijaremos un barrido logarítmico por décadas con los siguientes valores “START FREQUENCY” 100k, “END FREQUENCY” 10G, “POINTS/DECADE” 10. En la sección “NOISE ANALYSIS” seleccionamos la opción “ENABLE” y fijamos los valores de “OUTPUT VOLTAGE” en “V(o1)”, “I/V SOURCE” en “V1” e “INTERVAL” en 30, ver figura 254, al terminar de definir esto parámetros presionamos el botón “ACEPTAR”. El campo “OUTPUT VOLTAGE” define el nombre del voltaje sobre el que se quiere saber el efecto de una señal de ruido. El campo “I/V SOURCE” define el nombre de la fuente de voltaje o corriente con la que será calculada la entrada de ruido, en si no es un generador de ruido, pero será utilizado como tal. Los dispositivos generadores de ruido para análisis de pequeña señal son las resistencias y los dispositivos semiconductores. Para cada frecuencia del análisis de pequeña señal, se calcula la contribución de cada generador de ruido y se propaga al nodo de salida. Ahí, se suman en RMS todos los valores de los ruidos. La ganancia de la señal de entrada a la salida también se calcula, la cual con el total de ruido de salida se calcula una entrada de ruido equivalente. Si la fuente de ruido es de corriente las unidades del ruido son amperios/Hertioz1/2, para voltaje las unidades son voltios/Hertios1/2. Las unidades de salida del ruido siempre serán voltios/ Hertioz1/2. El campo “INTERVAL” es un parámetro es opcional, y especifica el intervalo de impresión. Cada n-síma frecuencia, donde “n” es el intervalo de impresión, se imprime una tabla detallada mostrando las contribuciones individuales de todos los generadores de ruido del circuito al ruido de salida.

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Fig. 254. Ventana de configuración del análisis de ruido.

Para ejecutar el análisis seleccionado se utiliza el comando “RUN” del menú “PSPICE”, o se presiona la tecla de F11, esto activa el programa PSPICE AD, en PSPICE AD se realizará la simulación y abrirá un área para desplegado de formas de onda. Para el circuito se quiere conocer cual es la relación señal a ruido (signal to noise o S/N en inglés) con respecto a la fuente de señal V1. La relación S/N se define como: æ

señal ö ÷ è ruido total ø

S / N = 20 × log ç

El análisis de ruido genera varias funciones que contienen información de las señales de ruido del circuito, la tabla IX muestra las funciones disponibles en PSPICE AD. TABLA IX Funciones de ruido disponibles. Tipo de Ruido Ruido de parpadeo de un dispositivo

Función utilizada NFID(nombre del dispositivo) NFIB(nombre del dispositivo) NSID(nombre del dispositivo)

Ruido de disparo de un dispositivo

NSIB(nombre del dispositivo) NSIC(nombre del dispositivo)

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Ecuación que define al tipo de ruido a

ruido µ k× f

I f fb

Para diodos y BJTs: ruido µ × 2 × q I Para FETs: ruido µ × 4 × k× T ×

dI dV

2 3

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cenidet TABLA IX Cont. Tipo de Ruido

Función utilizada

Ecuación que define al tipo de ruido

NRB(nombre del dispositivo) NRC(nombre del dispositivo) Ruido térmico para los parámetros RB, RC, RD, RE, RG y RS de un dispositivo

NRD(nombre del dispositivo) NRE(nombre del dispositivo)

ruido µ

4 × k× T R

ruido µ

4 × k× T R

NRG(nombre del dispositivo) NRS(nombre del dispositivo) Ruido térmico generado por las resistencias equivalentes en la salida de un dispositivo digital

NRLO(nombre del dispositivo)

Ruido total de un dispositivo

NTOT(nombre del dispositivo)

Ruido total de salida del circuito

NTOT(ONOISE)

Valor RMS del ruido total del circuito

V(ONOISE)

Ruido equivalente de entrada para el circuito

V(INOISE)

NRHI(nombre del dispositivo)

Suma de todos los componentes de ruido en “nombre del dispositivo”

å

NTOT ( dispositivo)

dispositivo

NTOT ( ONOISE) V ( ONOISE) ganancia

Para obtener la relación S/N utilizaremos la función V(ONOISE) para generar la siguiente “MACRO”: SN(signal) = db((signal)/sqrt(s(V(onoise)*V(onoise))))

Fig. 255.- Ventana de modificación de límites del eje Y.

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Para desplegar el valor de la relación señal a ruido de la fuente V1, ejecutamos el comando “ADD TRACE”, y escribimos en el campo “TRACE EXPRESSION” “SN(V(V1:+))”, presionamos el botón “OK”. Dado que el denominador de nuestra función SN( ) tiene un valor inicial de cero, la escala del eje Y tiene límite muy grandes, cambiamos los límites del eje Y a 65 y 85 ejecutando el comando “AXIS SETTINGS” del menú “PLOT” tal como se muestra en la figura 255. La figura 256 muestra la forma de SN obtenida.

Fig. 256.- Gráfica de la función señal a ruido del amplificador diferencial.

ANALISIS PARAMETRICO El análisis paramétrico permite realizar una serie cálculos para la resolución de un circuito variando el valor de un parámetro externo a los elementos del circuito. Este análisis puede realizarse en el tiempo, en respuesta a la frecuencia o en condiciones estáticas de CD.

ANALISIS PARAMETRICO EN EL TIEMPO En el análisis paramétrico en el tiempo es posible obtener la respuesta de un circuito ante cambios de la resistencia de carga, del valor de una de las constantes de un controlador, etc. Para ejemplificar el uso del análisis paramétrico en el tiempo, utilizaremos el circuito de un convertidor elevador mostrado en la figura 257, al cual llamaremos “ejemplo11”, para obtener la gráfica de ganancia contra ciclo de trabajo. Una vez creado el circuito, crearemos el perfil de simulación utilizando el comando “NEW SIMULATION PROFILE” del menú “PSPICE”, al nuevo perfil le llamaremos “PARAMETRICO”. En la ventana de edición de perfil seleccionamos “TIME DOMAIN (TRANSIENT)” en el campo “ANALYSIS TYPE” de la lista disponible. En el campo “RUN TO TIME” escribimos 10ms, ver figura 258. El análisis consistirá en ver la evolución de la ganancia del circuito (V(out)/V(in)), al variar el valor del parámetro “d” (ciclo de trabajo del convertidor), para esto, es necesario seleccionar la opción “PARAMETRIC SWEEP” del campo “OPTIONS”, seleccionamos “GLOBAL PARAMETER” como nuestra variable de barrido (“SWEEP VARIABLE”) y escribimos “d” en el campo “PARAMETER NAME”. Seleccionamos un barrido lineal, con los siguientes valores: “START VALUE” igual a 0.1, “END VALUE” igual a 0.9 e “INCREMENT” igual a 0.1, ver figura 259.

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Fig. 257.- Circuito de un convertidor reductor elevador.

Fig. 258.- Configuración del análisis transitorio.

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Fig. 259.- Configuración del análisis paramétrico.

Para ejecutar el análisis seleccionado se utiliza el comando “RUN” del menú “PSPICE”, o se presiona la tecla de F11, esto activa el programa PSPICE AD, en PSPICE AD se realizará la simulación y abrirá un área para desplegado de formas de onda. Al terminar la simulación aparecerá la ventana mostrada en la figura 260, donde se tiene la opción de visualizar una, varias o todas las simulaciones realizadas para los valores del parámetro “d”. Para muestro ejemplo pulsamos los botones “ALL” y “OK”.

Fig. 260.- Ventana de selección de resultados de simulación paramétrica.

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Para obtener la gráfica de ganancia contra ciclo de trabajo, es necesario realizar en PSPICE AD un análisis de desempeño. Este análisis se define a través del comando “PERFORMANCE ANALYSIS” del menú “TRACE”. Al activar este comando aparece una ventana que muestra el número de trazos que se utilizarán en el análisis, la variable que se utilizará en el eje X y su rango de valores, además nos permite configurar manualmente el análisis de desempeño o hacerlo a través de un auxiliar (“WIZARD”), ver figura 261, para nuestro ejemplo utilizaremos el auxiliar, al presionar el botón “WIZARD” aparece la primera de cuatro ventanas que nos ayudarán a configurar el análisis. Esta primer ventana, figura 262, nos informa que al presionar el botón “FINISH” tendremos que configurar manualmente el análisis, para configurar con el auxiliar se debe presionar el botón “NEXT”. La segunda ventana, figura 263, nos permite seleccionar la función

Fig. 261.- Ventana de configuración del análisis de desempeño.

Fig. 262.- Primer ventana de configuración de la función objetivo.

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objetivo que será utilizada para realizar el análisis de desempeño, en el siguiente capítulo se describen mas ampliamente las funciones objetivo, para nuestro ejemplo, utilizaremos la función “MAXr” y presionaremos el botón “NEXT”. La tercer ventana, figura 264, permite introducir los datos con los cuales se calculará la función objetivo de nuestro análisis de desempeño, para nuestro ejemplo el campo “NAME OF TRACE TO SEARCH” escribimos V(out)/V(in), en el campo “X RANGE BEGIN VALUE” escribimos 9.8ms, por último en el campo “X RANGE END VALUE” escribimos 10ms. La cuarta ventana, figura 265, muestra el resultado del análisis de desempeño para el primer trazo seleccionado, presionamos el botón “NEXT” para que aparezca la gráfica de ganancia contra ciclo de trabajo de nuestro circuito, ver figura 266.

Fig. 263.- Segunda ventana de configuración de la función objetivo.

Fig. 264.- Tercer ventana de configuración de la función objetivo.

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Fig. 265.- Cuarta ventana de configuración de la función objetivo.

Fig. 266.- Gráfica de ganancia contra ciclo de trabajo.

ANALISIS PARAMETRICO EN CONDICIONES ESTATICAS DE CD En el análisis paramétrico en condiciones estáticas de CD, es posible obtener las curvas características de un transistor teniendo la posibilidad de distinguir de manera fácil cada una de las curvas generadas, entre otras aplicaciones. Para ejemplificar el uso del análisis paramétrico en condiciones estáticas de CD, utilizaremos el circuito de polarización mostrado en la figura 267, al cual llamaremos “ejemplo12”, para obtener la gráfica de voltaje colector emisor contra corriente de colector.

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Fig. 267.- Circuito de polarización para obtención de las curvas características del 2N2222. Una vez creado el circuito, crearemos el perfil de simulación utilizando el comando “NEW SIMULATION PROFILE” del menú “PSPICE”, al nuevo perfil le llamaremos “PARAMETRICO CD”. En la ventana de edición de perfil seleccionamos “DC SWEEP” en el campo “ANALYSIS TYPE” de la lista disponible. Como variable de barrido seleccionamos “VOLTAGE SOURCE” y escribimos “V1” en el campo “NAME”. El tipo de barrido lo seleccionamos como lineal en el rango de 0 a 15 con incrementos de 0.1, ver figura 268. Para realizar el barrido de la corriente de base, seleccionamos la opción “PARAMETRIC SWEEP” del campo “OPTIONS”, seleccionamos “CURRENT SOURCE” como nuestra variable de barrido (“SWEEP VARIABLE”) y escribimos “I1” en el campo “NAME”. Seleccionamos un barrido lineal en el rango de 10uA hasta 110uA con incrementos de 50uA, ver figura 269.

Fig. 268.- Configuración del análisis de barrido de CD.

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Fig. 269.- Configuración del análisis paramétrico.

Para ejecutar el análisis seleccionado se utiliza el comando “RUN” del menú “PSPICE”, o se presiona la tecla de F11, esto activa el programa PSPICE AD, en PSPICE AD se realizará la simulación y abrirá un área para desplegado de formas de onda. Al terminar la simulación aparecerá la ventana mostrada en la figura 270, donde se tiene la opción de visualizar una, varias o todas las simulaciones realizadas para los valores de la fuente de corriente “I1”. Para muestro ejemplo pulsamos los botones “ALL” y “OK”.

Fig. 270.- Ventana de selección de resultados de simulación paramétrica.

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Para visualizar el resultado de la simulación agregamos IC(Q1) al área de desplegado, se puede apreciar en la figura 271 que los trazos debidos a las corrientes de base de 10uA, 60uA y 110uA aparecen con colores diferentes, lo cual permite diferenciarlas fácilmente.

Fig. 271.- Curvas características el 2N2222.

ANALISIS PARAMETRICO EN RESPUESTA A LA FRECUENCIA En el análisis paramétrico en respuesta a la frecuencia, es posible obtener la respuesta de filtros ante cambios en uno de sus parámetros, entre otras aplicaciones. Para ejemplificar el uso del análisis paramétrico en respuesta a la frecuencia, utilizaremos el circuito filtro pasa bandas mostrado en la figura 272, al cual llamaremos “ejemplo13”, para obtener la gráfica de voltaje colector emisor contra corriente de colector.

Fig. 272.- Circuito filtro pasa banda.

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Una vez creado el circuito, crearemos el perfil de simulación utilizando el comando “NEW SIMULATION PROFILE” del menú “PSPICE”, al nuevo perfil le llamaremos “PARAMETRICO CA”. En la ventana de edición de perfil seleccionamos “AC SWEEP/NOISE” en el campo “ANALYSIS TYPE” de la lista disponible. Seleccionamos un barrido logarítmico en el rango de 10 a 100kHz con 101 puntos por década, ver figura 273.

Fig. 273.- Configuración del análisis de barrido de CA.

Fig. 274.- Configuración del análisis paramétrico.

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Para realizar el barrido de la corriente de base, seleccionamos la opción “PARAMETRIC SWEEP” del campo “OPTIONS”, seleccionamos “GLOBAL PARAMETER” como nuestra variable de barrido (”SWEEP VARIABLE”) y escribimos “N” en el campo “NAME”. Seleccionamos un barrido lineal en el rango de 0.8 hasta 10 con incrementos de 0.1, ver figura 274. Para ejecutar el análisis seleccionado se utiliza el comando “RUN” del menú “PSPICE”, o se presiona la tecla de F11, esto activa el programa PSPICE AD, en PSPICE AD se realizará la simulación y abrirá un área para desplegado de formas de onda. Al terminar la simulación aparecerá la ventana mostrada en la figura 275, donde se tiene la opción de visualizar una, varias o todas las simulaciones realizadas para los valores del parámetro “N”. Para muestro ejemplo pulsamos los botones “ALL” y “OK”.

Fig. 275.- Ventana de selección de resultados de simulación paramétrica. Para visualizar el resultado, dado el intervalo de N entre 0.8 y 10 contiene 93 valores, agregaremos al área de desplegado solo 5 trazos, los trazos que agregaremos serán el 1, 24, 48, 72 y 93 del voltaje de salida, el operador “@” selecciona el trazo a desplegar, figura 276 muestra los trazos seleccionados.

Fig. 276.- Respuesta en frecuencia del filtro pasa bandas.

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De este análisis paramétrico es posible encontrar los valores de resistencias y capacitores para un determinado ancho de banda. Para esto, es necesario realizar un análisis de desempeño utilizando la función objetivo ancho de banda. Para nuestro ejemplo, se quiere encontrar los valores de R1, R2, R3, C1 y C2 que proporcionan un ancho de banda de 500 Hz. Borramos del área de desplegado los cinco trazos de V(out) y presionamos el botón de “PERFORMANCE ANALYSIS” que se encuentra en la barra de herramientas, ver figura 277. La variable del eje X cambia de “TIME” a “N”, para agregar la función objetivo ejecutamos el comando “ADD TRACE”, seleccionamos la función “BANDWIDTH(1,db_level)” sustituyendo “1” por V(out) y “db_level” por 3, ver figura 278, esto indica que se buscará el ancho de banda del trazo V(out) teniéndose como frecuencias de corte aquellas donde la magnitud del trazo sea menor en 3 dB del valor máximo.

Fig. 277.- Botón de selección de análisis de desempeño.

Fig. 278.- Ventana para agregar la función objetivo configurada manualmente.

Para visualizar mejor el trazo agregado, hay que modificar la escala del eje Y, para este ejemplo fijaremos una escala logarítmica con límites en 100 y 35k, tal como se muestra en la figura 279. El resultado de esta modificación se muestra en la figura 280.

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Fig. 279.- Ventana de configuración del eje Y.

Fig. 280.- Gráfica del ancho de banda del filtro pasa banda en función del parámetro “N”.

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Utilizando la función “CURSOR” buscamos el valor de “N” para el cual se tiene un ancho de banda de 500Hz, para nuestro ejemplo el valor encontrado es 6.6811, tal como se muestra en la figura 281, de ahí los valores de R1, R2, R3, C1 y C2 se encuentran de: R1 = 4.42kW

* 6.6811 = 29.53kW

R2 = 8.84kW

* 6.6811 = 59.06kW

R3 = 222W

/ 6.6811 = 33.22W

C1 = 0.1nF * 6.6811 = 0.66nF C2 = 10m F * 6.6811 = 66.81m F

Fig. 281.- Gráfica del ancho de banda del filtro pasa banda en función del parámetro “N” con el cursor mostrando el valor de “N” para obtener un ancho de banda de 500 Hz.

ANALISIS DE MONTE CARLO Y PEOR CASO Los análisis de Monte Carlo y de Peor de los Casos realizan varias corridas de un análisis (transitorio, barrido de CD o barrido de CA) variando tolerancias de diversos parámetros de dispositivos. El análisis de Monte Carlo realiza un análisis estadístico del circuito. El análisis de Peor de los Casos realiza un análisis de sensibilidad del circuito. Los análisis de Monte Carlo y Peor de los Casos difieren en que el primero utiliza números aleatorios para su análisis mientras que el segundo utiliza datos de sensibilidad del circuito. Estos análisis no pueden ser ejecutados de manera simultanea. Las corridas de estos análisis se realizan variando los parámetros definidos de los dispositivos y solo pueden realizarse para un tipo de análisis principal, ya sea transitorio, barrido de CD o barrido de CA. El análisis seleccionado se repite en cada una de las corridas. En las siguientes secciones se mostrará la forma de configurar estos análisis. Los análisis de Monta Carlo y de Peor de los Casos utilizan funciones de distribución para realizar el análisis estadístico del comportamiento del circuito. Por omisión, PSPICE AD utiliza una distribución uniforme, sin embargo, se tiene disponible la distribución Gauss y es posible generar distribuciones de probabilidad diferentes, en el anexo C se explica el uso de las distribuciones. El formato de asignación de los valores de tolerancia es el siguiente

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nombre_del_parámetro = valor_central [dev = tolerancia] [lot = tolerancia] El valor central (normalizado) se obtiene del promedio de los valores mínimo y máximo del parámetro, por ejemplo, se tiene una resistencia cuyos valores de tolerancia van de +25% a –15%, el valor central de la resistencia se obtiene de: R = (1.25 + 0.85)/2 = 1.05 El valor de tolerancia para el análisis estadístico se obtiene de cualquiera de las siguientes expresiones: Máximo = valor_central * (1 + tolerancia), o Mínimo = valor_central * (1 – tolerancia) Para el ejemplo anterior, el valor de tolerancia se puede obtener de: 1.25 = 1.05 * (1 + tolerancia), y el valor de tolerancia es de 19.04%. De manera que en el modelo de la resistencia debe aparecer: .model Nombre_modelo RES (R=1.05 [DEV=19.04%] [LOT=19.04%]) Hay que recordar que los parámetros que aparecen entre corchetes son opcionales, sin embargo, para el análisis de Monte Carlo y Peor de los Casos debe aparecer al menos uno de los dos.

ANALISIS DE MONTE CARLO El análisis de Monte Carlo se utiliza para calcular la respuesta de un circuito ante cambios aleatorios en los valores de sus componentes o de alguno de los parámetros de los dispositivos dentro de un rango de tolerancia especificado. Este análisis proporciona información estadística del impacto de la variación de un parámetro de un dispositivo. En el análisis de Monte Carlo se definen tolerancias de ciertos parámetros de los dispositivos y el análisis principal (transitorio, barrido de CD o barrido de CA) se realiza en varias corridas usando estas tolerancias.

ANALISIS TRANSITORIO Al diseñar circuitos digitales o de conmutación, una de las preocupaciones principales es la variación de los tiempos de subida y bajada de las señales debida a la tolerancia de los dispositivos que componen el circuito. Para ejemplificar este caso, utilizaremos el circuito inversor implementado con un BJT que se muestra en la figura 282, el cual guardaremos en el proyecto “ejemplo14”. Las resistencias utilizadas tienen una tolerancia de 5%, el transistor varía su Hfe desde 50 hasta 350. El modelo de las resistencias Rb y Rc, y del transistor deben cambiarse por el siguiente: .model Rgauss RES(R=1 dev/gauss 5%) .model Q2N3904 NPN(Is=6.734f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=74.03 +

Bf=200 dev/uniform 150

+

Ne=1.259 Ise=6.734f Ikf=66.78m Xtb=1.5 Br=.7371 Nc=2 Isc=0 Ikr=0 Rc=1

+

Cjc=3.638p Mjc=.3085 Vjc=.75 Fc=.5 Cje=4.493p Mje=.2593 Vje=.75

+

Tr=239.5n Tf=301.2p Itf=.4 Vtf=4 Xtf=2 Rb=10)

*

National pid=23

*

88-09-08 bam

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case=TO92 creation

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Fig. 282.- Circuito inversor con BJT.

Una vez creado el circuito, y realizados estos cambios a los modelos de los dispositivos, el circuito resultante se muestra en la figura 283, crearemos el perfil de simulación utilizando el comando “NEW SIMULATION PROFILE” del menú “PSPICE”, al nuevo perfil le llamaremos “MONTE CARLO TRANSITORIO”. En la ventana de edición de perfil seleccionamos “TIME DOMAIN (TRANSIENT)” en el campo “ANALYSIS TYPE” de la lista disponible. En el campo “RUN TO TIME” escribimos 10us, ver figura 284. El análisis consistirá en ver la evolución del voltaje de salida (V(out)), al variar el valor de los parámetros del circuito, para esto, es necesario seleccionar la opción “MONTE CARLO/WORST CASE” del campo “OPTIONS”. La ventana de configuración del análisis de Monte Carlo, figura 285, tiene las siguientes opciones: 1.- “OUTPUT VARIABLE”.- Nombre de la variable de salida sobre la cual se realizará el análisis de Monte Carlo. 2.- “MONTE CARLO OPTIONS”.- Campo que contiene los parámetros de configuración del análisis de Monte Carlo. Los parámetros que contiene son los siguientes: a.- “NUMBER OF RUNS”.- Representa el número de corridas del análisis a ejecutar. b.- “USE DISTRIBUTIONS”.- Define el tipo de distribución que será utilizada por omisión al ejecutar la simulación. c.- “RANDOM NUMBER SEED”.- Define el número que será utilizado como semilla por el generador de números aleatorios, el número utilizado debe ser un entero en el rango de 1 a 32767, por omisión, el número utilizado es 17533. d.- “SAVE DATA FROM”.- Define cuales corridas de la simulación serán guardadas en los archivos de salida. Cuenta con cinco opciones: aa.- “”.- Solo guarda el resultado de la simulación con valores nominales. bb.- “ALL”.- Genera resultados en todas las corridas incluyendo la de valor nominal. cc.- “FIRST”.- Genera resultados solo con las primeras “n” corridas. El valor “n” se define en el campo “RUNS”.

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dd.- “EVERY”.- Genera resultados cada “n” corridas. ee.- “RUNS (LIST).- Realiza el análisis y genera la salida solo para las corridas listadas en el campo “RUNS”. Para nuestro ejemplo, configuraremos el análisis para que V(out) sea la variable de salida, el total de corridas de la simulación sea 1000 con distribución uniforme y se guarden todos los resultados del análisis, tal como se muestra en la figura 285. 3.- “MORE SETTINGS”.- Permite definir opciones del archivo de salida. La ventana que abre, figura 286, permite especificar la función que se quiere evaluar en el análisis estadístico, las funciones disponibles son: a.- “YMAX”.- Encuentra la mayor diferencia de la variable de salida a valores nominales y con valores modificados por la distribución utilizada. b.- “MAX”.- Encuentra el valor máximo de la variable de salida para cada corrida. c.- “MIN”.- Encuentra el valor mínimo de la variable de salida para cada corrida. d.- “RISE EDGE”.- Encuentra la primer ocurrencia de cruce, hacia arriba, de la variable de salida con el valor de umbral definido en el campo “THRESHOLD VALUE”. La variable de salida debe tener uno o varios puntos por debajo de este umbral seguido de uno por encima. e.- “FALL EDGE”.- Encuentra la primer ocurrencia de cruce, hacia abajo, de la variable de salida con el valor de umbral definido en el campo “THRESHOLD VALUE”. La variable de salida debe tener uno o varios puntos por encima de este umbral seguido de uno por abajo. f.- “EVALUATE ONLY WHEN THE SWEEP VARIABLE IS IN THE RANGE”.- Restringe el rango en el cual se evaluará la función. Para nuestro ejemplo dejaremos los valores que tiene por omisión, esto es, utilizar la función “YMAX”.

Fig. 283.- Circuito con cambio de modelos.

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Fig. 284.- Configuración del análisis transitorio.

Fig. 285.- Configuración del análisis de Monte Carlo.

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Fig. 286.- Configuración de las opciones de salida del análisis de Monte Carlo.

Para ejecutar el análisis seleccionado se utiliza el comando “RUN” del menú “PSPICE”, o se presiona la tecla de F11, esto activa el programa PSPICE AD, en PSPICE AD se realizará la simulación y abrirá un área para desplegado de formas de onda. Al terminar la simulación aparecerá la ventana mostrada en la figura 287, donde se tiene la opción de visualizar una, varias o todas las corridas realizadas. Para muestro ejemplo pulsamos los botones “ALL” y “OK”.

Fig. 287.- Ventana de selección de resultados del análisis de Monte Carlo.

Para nuestro ejemplo, se quiere conocer el comportamiento del tiempo de subida y del tiempo de bajada. Primero desplegaremos el comportamiento del tiempo de subida en función del análisis estadístico, para esto utilizaremos la función objetivo “RISETIME()” del análisis de desempeño aplicada al voltaje de salida, ver figura 288.

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Fig. 288.- Ventana para agregar una función objetivo al área de desplegado.

Fig. 289.- Histograma de la función RISETIME(v(out)).

El tiempo promedio de subida debido a las variaciones en los parámetros del circuito es de 2.2 m S con una variación estándar (sigma) de 0.11 m S. Otros valores estadísticos que se proporcionan son los valores máximo y mínimo, la mediana y los valores de los percentiles 10 y 90.

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Para ver el comportamiento del tiempo de bajada reemplazaremos el histograma de la función RISETIME(v(out)) por el de la función FALLTIME(v(out)) utilizaremos la tecla “INS”, ver figura 290.

Fig. 290.- Ventana para agregar una función objetivo al área de desplegado.

Fig. 291.- Histograma de la función FALLTIME(v(out)).

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El tiempo promedio de bajada debido a las variaciones en los parámetros del circuito es de 0.15 m S con una variación estándar (sigma) de 47.1nS. Otros valores estadísticos que se proporcionan son los valores máximo y mínimo, la mediana y los valores de los percentiles 10 y 90.

ANALISIS DE BARRIDO DE CD Al diseñar circuitos con sensores tipo puente resistivo, una de las preocupaciones principales es la variación en la medición del voltaje o corriente de salida debida a la tolerancia de los dispositivos que componen el circuito. Para ejemplificar este caso, utilizaremos el circuito sensor de presión implementado con un puente resistivo que se muestra en la figura 292, el cual guardaremos en el proyecto “ejemplo15”. Las resistencias utilizadas tienen tolerancias de 2% y 5%. El parámetro global “P” representa la presión aplicada al sensor.

Fig. 292.- Circuito sensor de presión con puente resistivo.

El modelo de las resistencias R1, R2, R3 y R4 deben cambiarse por los siguientes: .model RMC RES R=1 dev=2% lot=10% .model RTerm RES R=1 dev=5% Una vez creado el circuito, y realizados estos cambios a los modelos de los dispositivos, el circuito resultante se muestra en la figura 293, crearemos el perfil de simulación utilizando el comando “NEW SIMULATION PROFILE” del menú “PSPICE”, al nuevo perfil le llamaremos “MONTE CARLO CD”. En la ventana de edición de perfil seleccionamos “DC SWEEP” en el campo “ANALYSIS TYPE” de la lista disponible. Seleccionamos “GLOBAL PARAMETER” como variable de barrido y escribimos “P” en el campo “PARAMETER NAME”. El tipo de barrido a utilizar será lineal de 0 a 5 con incrementos de 0.1, ver figura 294. El análisis consistirá en ver la evolución de la corriente en el medidor (I(medidor)), al variar el valor de los parámetros del circuito, para esto, es necesario seleccionar la opción “MONTE CARLO/WORST CASE” del campo “OPTIONS”. Para nuestro ejemplo, configuraremos el análisis para que I(medidor) sea la variable de salida, el total de corridas de la simulación sea 10 con distribución uniforme y se guarden todos los resultados del análisis, tal como se muestra en la figura 295. Los valores de “MORE SETTINGS” para nuestro ejemplo los dejaremos en los valores que tiene por omisión.

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Fig. 293.- Circuito con cambio de modelos.

Fig. 294.- Configuración del análisis de barrido en CD.

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Fig. 295.- Configuración del análisis de Monte Carlo. Para ejecutar el análisis seleccionado se utiliza el comando “RUN” del menú “PSPICE”, o se presiona la tecla de F11, esto activa el programa PSPICE AD, en PSPICE AD se realizará la simulación y abrirá un área para desplegado de formas de onda. Al terminar la simulación aparecerá la ventana mostrada en la figura 296, donde se tiene la opción de visualizar una, varias o todas las corridas realizadas. Para muestro ejemplo pulsamos los botones “ALL” y “OK”.

Fig. 296.- Ventana de selección de resultados del análisis de Monte Carlo.

Para nuestro ejemplo, se quiere conocer la banda que define la variación máxima de la corriente del medidor. Para esto, utilizaremos la información que nos proporciona el archivo de salida ASCII. En la figura 297 se muestra el resumen del análisis de Monte Carlo generado en la simulación, las corridas 7 y 9 tienen los mayores valores de desviación hacia abajo y

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arriba de las corridas, de manera que utilizaremos estas corridas como los límites de variación de la corriente del sensor. Recordando que la primer corrida del análisis se realiza con los valores nominales, agregaremos al área de desplegado los trazos “I(medidor)@1”, “I(medidor)@7” y “I(medidor)@9”. Los trazos desplegados se muestran en la figura 298.

Fig. 297.- Resumen del análisis de Monte Carlo del archivo de salida ASCII.

Fig. 298.- Gráfico de la variación de la corriente del medidor.

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ANALISIS DE BARRIDO EN CA Al diseñar circuitos de filtros activos, una de las preocupaciones principales es la variación en las frecuencias de corte, frecuencia central, ancho de banda, etc., debida a la tolerancia de los dispositivos que componen el circuito. Para ejemplificar este caso, utilizaremos el circuito filtro pasa banda tipo Chebychev de cuarto orden implementado con amplificadores operacionales que se muestra en la figura 299, al cual llamaremos “ejemplo16”. Las resistencias utilizadas tienen tolerancias de 1% y los capacitores de 5%. La frecuencia central del filtro es de 10 kHz.

Fig. 299.- Circuito de filtro pasa banda tipo Chebychev de cuarto orden.

El modelo de las resistencias R1, R2, R3, R4, R5 y R6, y de los capacitores C1, C2, C3 y C4, deben cambiarse por los siguientes: .model Rmod RES R=1 dev=1% .model Cmod CAP C=1 dev=5% Una vez creado el circuito, y realizados estos cambios a los modelos de los dispositivos, el circuito resultante se muestra en la figura 300, crearemos el perfil de simulación utilizando el comando “NEW SIMULATION PROFILE” del menú “PSPICE”, al nuevo perfil le llamaremos “MONTE CARLO CA”. En la ventana de edición de perfil seleccionamos “AC SWEEP/NOISE” en el campo “ANALYSIS TYPE” de la lista disponible. El tipo de barrido a utilizar será logarítmico de 10 Hz a 100 kHz calculando 101 puntos por década, ver figura 301. El análisis consistirá en ver la evolución del voltaje de salida del filtro al variar el valor de los parámetros del circuito, para esto, es necesario seleccionar la opción “MONTE CARLO/WORST CASE” del campo “OPTIONS”, ver figura 302. Para nuestro ejemplo, configuraremos el análisis para que V(out) sea la variable de salida, el total de corridas de la simulación sea 100 con distribución triangular. Para crear la función de distribución triangular se presiona el botón “DISTRIBUTIONS..”, con esto aparece la ventana mostrada en la figura 303, para definir la distribución escribimos en el campo “DISTRIBUTION NAME” el nombre de la distribución, para nuestro ejemplo “triangular”. En el campo “DISTRIBUTION CURVE VALUES” se escriben las parejas (“valor de desviación”, “probabilidad”), se permite un máximo de 100 parejas. Los valores de desviación deben estar comprendidos en el rango de –1 a 1, y siempre deben escribirse en orden ascendente. Los valores de probabilidad deben estar dentro del rango de 0 a 1. Los valores que definen a

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la función de distribución triangular son: (-1,0) (0,1) (1,0). Para guardar la definición de la función de distribución se presiona el botón “SAVE” y para salir de la ventana de edición de funciones de distribución se presiona el botón “OK”. Por último se presiona el botón “ACEPTAR” para salir de la ventana de edición de perfil de simulación.

Fig. 300.- Circuito con cambio de modelos.

Fig. 301.- Configuración del análisis de barrido en CA.

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Fig. 302.- Configuración del análisis de Monte Carlo.

Fig. 303.- Configuración de nuevas funciones de distribución.

Para ejecutar el análisis seleccionado se utiliza el comando “RUN” del menú “PSPICE”, o se presiona la tecla de F11, esto activa el programa PSPICE AD, en PSPICE AD se realizará la simulación y abrirá un área para desplegado de formas de onda. Al terminar la simulación aparecerá la ventana mostrada en la figura 304, donde se tiene la opción de visualizar una, varias o todas las corridas realizadas. Para muestro ejemplo pulsamos los botones “ALL” y “OK”.

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Fig. 304.- Ventana de selección de resultados del análisis de Monte Carlo.

Para nuestro ejemplo, se quiere conocer la banda que define la variación máxima del comportamiento del circuito. Para esto, utilizaremos la información que nos proporciona el archivo de salida ASCII. En la figura 305 se muestra el resumen del análisis de Monte Carlo generado en la simulación, las corridas 30 y 62 tienen los mayores valores de desviación hacia abajo y arriba de las corridas, de manera que utilizaremos estas corridas como los límites de variación del comportamiento del circuito. Recordando que la primer corrida del análisis se realiza con los valores nominales, agregaremos al área de desplegado los trazos “DB(V(out)@1)”, “DB(V(out)@30)” y “DB(V(out)@62)”. Los trazos desplegados se muestran en la figura 306.

Fig. 305.- Resumen del análisis de Monte Carlo del archivo de salida ASCII.

Para nuestro ejemplo, se quiere conocer el corrimiento de la frecuencia central del filtro ante las variaciones de las resistencias y capacitores. Este análisis se hace por medio de la función objetivo “CENTERFREQ(trazo, nivel)”. Borramos los trazos del área de desplegado, ejecutamos el comando “OPTIONS” del menú “TOOLS” y modificamos el campo “NUMBER OF HISTOGRAM DIVISIONS” de 10 a 50 y presionamos el botón “OK”, ver figura 307.

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Fig. 306.- Gráfico de la variación del voltaje de salida del filtro pasa banda tipo Chebychev de cuarto orden.

Fig. 307.- Ventana de configuración del área de desplegado de trazos.

Presionamos el botón “PERFORMANCE ANALYSIS” de la barra de herramientas y agregamos la función objetivo “CenterFreq(V(out),1)”, tal como se muestra en la figura 308. La figura 309 muestra el histograma del comportamiento de la frecuencia central para el análisis de Monte Carlo realizado. La frecuencia central promedio es de 10.47 kHz, con una variación estándar (sigma) de 186.2 Hz. Otros valores estadísticos que se proporcionan son los valores máximo y mínimo, la mediana y los valores de los percentiles 10 y 90.

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Fig. 308.- Ventana para agregar trazos al área de desplegado.

Fig. 309.- Histograma de la función CENTRALFREQ(v(out)).

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PEOR CASO El análisis de Peor de los Casos se utiliza para determinar cual es la peor salida probable del circuito ante la variación restringida de sus parámetros. El análisis de Peor de los Casos pretende encontrar la combinación de valores de los parámetros que generan la peor salida simulada del circuito. El análisis de Peor de los Casos no pretende ser un proceso de optimización, no busca la combinación de parámetros que proporcionan la peor salida, solo supone que el peor de los casos ocurre cuando cada parámetro se encuentra en uno de sus límites o es dejado en su valor nominal tal como se indicó en el análisis de sensibilidad.

ANALISIS TRANSITORIO Como se mencionó anteriormente, al diseñar circuitos digitales o de conmutación, una de las preocupaciones principales es la variación de los tiempos de subida y bajada de las señales debida a la tolerancia de los dispositivos que componen el circuito. Con el análisis de Peor de los Casos podemos encontrar el peor desempeño hacia arribo o abajo del valor nominal. Para ejemplificar este caso, utilizaremos el circuito del “ejemplo14”.

Fig. 310.- Circuito inversor con BJT.

Para el análisis de Peor de los Casos crearemos el perfil de simulación utilizando el comando “NEW SIMULATION PROFILE” del menú “PSPICE”, al nuevo perfil le llamaremos “PEOR CASO ALTO”. En la ventana de edición de perfil seleccionamos “TIME DOMAIN (TRANSIENT)” en el campo “ANALYSIS TYPE” de la lista disponible. En el campo “RUN TO TIME” escribimos 10us, ver figura 311. El análisis consistirá en ver la evolución del voltaje de salida (V(out)), al variar el valor de los parámetros del circuito, para esto, es necesario seleccionar la opción “MONTE CARLO/WORST CASE” del campo “OPTIONS”. En la ventana de configuración del análisis de Monte Carlo y Peor de los Casos seleccionamos “WORST CASE/SENSITIVITY”, figura 312, tiene las siguientes opciones: 1.- “VARY DEVICES THAT HAVE”.- Permite definir cuales son los dispositivos que se utilizaran en el análisis de Peor de los casos. Las opciones disponibles son: a.- “BOTH DEV AND LOT”.- Limita el tipo de dispositivos utilizados en el análisis solo a los que tienen definidos tanto DEV como LOT en la definición de los parámetros del modelo.

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b.- “ONLY DEV”.- Limita el tipo de dispositivos utilizados en el análisis solo a los que tienen asignado DEV en la definición de los parámetros del modelo. c.- “ONLY LOT”.- Limita el tipo de dispositivos utilizados en el análisis solo a los que tienen asignado LOT en la definición de los parámetros del modelo. 2.- “LIMIT DEVICES TO TYPE(S)”.- Permite definir una lista de los dispositivos incluidos en el análisis. La lista es una cadena de caracteres con las letras iniciales de las primitivas de PSPICE. Para nuestro ejemplo, configuraremos el análisis para que V(out) sea la variable de salida, y se incluyan en el análisis tanto DEV como LOT, tal como se muestra en la figura 312. En la opción de “MORE SETTINGS” seleccionaremos la dirección de la variación del peor caso hacia arriba, tal como se muestra en la figura 313.

Fig. 311.- Configuración del análisis transitorio.

Para ejecutar el análisis seleccionado se utiliza el comando “RUN” del menú “PSPICE”, o se presiona la tecla de F11, esto activa el programa PSPICE AD, en PSPICE AD se realizará la simulación y abrirá un área para desplegado de formas de onda. Al terminar la simulación aparecerá la ventana mostrada en la figura 314, donde se tiene la opción de visualizar una, varias o todas las corridas realizadas. Para muestro ejemplo pulsamos los botones “ALL” y “OK”. Para nuestro ejemplo, se quiere conocer el comportamiento del tiempo de subida y del tiempo de bajada. Primero desplegaremos el comportamiento del voltaje de salida en función del tiempo, para esto agregamos el trazo V(out) al área de desplegado, ver figura 315.

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Fig. 312.- Configuración del análisis de Peor de los casos.

Fig. 313.- Configuración de las opciones de salida del análisis de Peor de los casos.

Para ver la variación del tiempo de subida y de bajada en este análisis. Borraremos el trazo de V(out) para agregar las funciones objetivo “RISETIME()” y “FALLTIME()”, figura 316, en el área de desplegado del análisis de desempeño. Los puntos correspondientes a la sección 1 representan los valores de los tiempos de subida y bajada del inversor con los dispositivos en su valor nominal. Los puntos de la sección 2 corresponden a los valores obtenidos con el análisis de peor de los casos, ver figura 317.

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Fig. 314.- Ventana de selección de resultados del análisis de Peor de los Casos.

Fig. 315.- Trazos del voltaje de salida del inversor con BJT.

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Fig. 316.- Ventana para agregar trazos al área de desplegado.

Fig. 317.- Gráfica de las funciones objetivo en el análisis de desempeño del inversor con BJT.

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ANALISIS DE BARRIDO DE CD Para ejemplificar el análisis de Peor de los Casos para barrido de CD, utilizaremos el circuito sensor de presión implementado con un puente resistivo utilizado en “ejemplo15”.

Fig. 318.- Circuito sensor de presión con puente resistivo

Para el análisis de Peor de los Caos crearemos el perfil de simulación utilizando el comando “NEW SIMULATION PROFILE” del menú “PSPICE”, al nuevo perfil le llamaremos “PEOR CASO CD”. En la ventana de edición de perfil seleccionamos “DC SWEEP” en el campo “ANALYSIS TYPE” de la lista disponible. Seleccionamos “GLOBAL PARAMETER” como variable de barrido y escribimos “P” en el campo “PARAMETER NAME”. El tipo de barrido a utilizar será lineal de 0 a 5 con incrementos de 0.1, ver figura 319. El análisis consistirá en ver la evolución de la corriente en el medidor (I(medidor)), al variar el valor de los parámetros del circuito, para esto, es necesario seleccionar la opción “MONTE CARLO/WORST CASE” del campo “OPTIONS”. Para nuestro ejemplo, seleccionamos “WORST CASE/SENSITIVITY”, y configuraremos el análisis para que I(medidor) sea la variable de salida, tal como se muestra en la figura 320. En la ventana de “MORE SETTINGS” se cambia la dirección del análisis de “HI” a “LOW”, figura 321. Para ejecutar el análisis seleccionado se utiliza el comando “RUN” del menú “PSPICE”, o se presiona la tecla de F11, esto activa el programa PSPICE AD, en PSPICE AD se realizará la simulación y abrirá un área para desplegado de formas de onda. Al terminar la simulación aparecerá la ventana mostrada en la figura 296, donde se tiene la opción de visualizar una, varias o todas las corridas realizadas. Para muestro ejemplo pulsamos los botones “ALL” y “OK”. Para nuestro ejemplo, se quiere conocer el error que se genera en la medición cuando las variaciones en los dispositivos hacen que la corriente sea menor a la nominal. Para visualizar la diferencia en el comportamiento de la corriente del medidor agregamos al área de desplegado “I(medidor)”, y para ver el porcentaje de error agregamos un eje Y y un nuevo trazo llamado 100*(I(medidor)@2-I(medidor)@1)/I(medidor)@1. El rango del segundo eje Y se fija en –2800 a –45, de manera que se tienen los trazos mostrados en la figura 323.

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Fig. 319.- Configuración del análisis de barrido en CD.

Fig. 320.- Configuración del análisis de Peor de los Casos.

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Fig. 321.- Configuración de la dirección del análisis de Pero de los Casos.

Fig. 322.- Ventana de selección de resultados del análisis de Peor de los Casos.

Fig. 323.- Gráfica de corriente en el medidor contra presión y curva de error.

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De la curva de error se observa una reducción en la corriente medida al ir aumentando la presión, la tolerancia en las resistencias de 2% y 5% producen un error mínimo de –48%.

ANALISIS DE BARRIDO EN CA Para ejemplificar el uso del análisis de Peor de los casos en CA, utilizaremos el circuito filtro pasa banda tipo Chebychev de cuarto orden implementado en “ejemplo16”.

Fig. 324.- Circuito de filtro pasa banda tipo Chebychev de cuarto orden.

Para el análisis de Peor de los Casos, crearemos el perfil de simulación utilizando el comando “NEW SIMULATION PROFILE” del menú “PSPICE”, al nuevo perfil le llamaremos “PEOR CASO CA”. En la ventana de edición de perfil seleccionamos “AC SWEEP/NOISE” en el campo “ANALYSIS TYPE” de la lista disponible. El tipo de barrido a utilizar será logarítmico de 1 kHz a 100 kHz calculando 101 puntos por década, ver figura 325. El análisis consistirá en ver la evolución del voltaje de salida del filtro al variar el valor de los parámetros del circuito, para esto, es necesario seleccionar la opción “MONTE CARLO/WORST CASE” del campo “OPTIONS”, ver figura 326, para nuestro ejemplo, seleccionamos “WORST CASE/SENSITIVITY” y configuraremos el análisis para que V(out) sea la variable de salida y que solo se utilicen los dispositivos que tienen definido el parámetro “DEV”. En la ventana de “MORE SETTINGS” se cambia la dirección del análisis de “HI” a “LOW”, figura 327. Para ejecutar el análisis seleccionado se utiliza el comando “RUN” del menú “PSPICE”, o se presiona la tecla de F11, esto activa el programa PSPICE AD, en PSPICE AD se realizará la simulación y abrirá un área para desplegado de formas de onda. Al terminar la simulación aparecerá la ventana mostrada en la figura 328, donde se tiene la opción de visualizar una, varias o todas las corridas realizadas. Para muestro ejemplo pulsamos los botones “ALL” y “OK”. Para nuestro ejemplo, se quiere conocer la banda que define la variación máxima del comportamiento del circuito. Para esto, crearemos un nuevo perfil de simulación llamado “PEOR CASO CA 02” con los mismos parámetros que el

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Fig. 325.- Configuración del análisis de barrido en CA.

Fig. 326.- Configuración del análisis de Peor de los Casos.

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Fig. 327.- Configuración de la dirección del análisis de Pero de los Casos.

Fig. 328.- Ventana de selección de resultados del análisis de Monte Carlo.

perfil “PEOR CASO CA” con excepción de la dirección del análisis de Peor Caso, que se fijará en “HI”, ejecutamos de nueva cuenta el comando “RUN”. En el área de desplegado de trazos agregamos “DB(V(out)@1)” y “DB(V(out)@2)”; ejecutamos el comando “APPEND WAVEFORM (.DAT)” del menú “FILE”, y agregamos el resultado de la simulación con el perfil “PEOR CASO CA” que se encuentra en el archivo “ejemplo16-SCHEMATIC1-PEOR CASO CA.DAT”. Para terminar el desplegado de señales agregamos el trazo “DB(V(out)@4)”, ver figura 329. El trazo 1 representa la respuesta del filtro con los valores nominales de los dispositivos, el trazo 2 representa la respuesta del filtro cuando los valores varían hacia arriba, y el trazo 4 representa la respuesta del filtro cuando los valores varían hacia abajo. Las mediciones de variación de frecuencia central y ancho de banda pueden realizarse por medio del uso del cursor o de análisis de desempeño.

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Fig. 329.- Gráficas de la respuesta del filtro pasa banda tipo Chebychev de cuarto orden utilizando análisis de peor de los casos.

ANALISIS DE BARRIDO DE TEMPERATURA En análisis de temperatura se realiza en conjunción con los análisis estándar de PSPICE AD. Es posible especificar diferentes temperaturas a las cuales se analizará el comportamiento de un circuito o dispositivo. La temperatura utilizada por omisión para la ejecución de los análisis es de 27°C.

ANALISIS TRANSITORIO Para ver el efecto de la temperatura en el funcionamiento transitorio de un circuito, utilizaremos un circuito regulador de voltaje de tipo lineal, al cual llamaremos “ejemplo17” y que es mostrado en la figura 330. Los dispositivos semiconductores D1, D2, D3, D4, D5 y Q1 se verán afectados por la temperatura de operación. Para que a temperatura nominal (27°C) el regulador proporcione 5V a la carga Rcarga, es necesario modificar el valor del voltaje de ruptura del modelo del diodo Zener, de Bv=4.7 a Bv=6.3. Para el análisis de temperatura crearemos el perfil de simulación utilizando el comando “NEW SIMULATION PROFILE” del menú “PSPICE”, al nuevo perfil le llamaremos “TEMPERATURA TRANSITORIA”. En la ventana de edición de perfil seleccionamos “TIME DOMAIN (TRANSIENT)” en el campo “ANALYSIS TYPE” de la lista disponible. En el campo “RUN TO TIME” escribimos 50us, ver figura 331. El análisis consistirá en ver la evolución del voltaje de salida (V(out)), al variar el valor de la temperatura de operación, para esto, es necesario seleccionar la opción “TEMPERATURE (SWEEP)” del campo “OPTIONS”. En la ventana de configuración del análisis de temperatura, figura 332, tiene las siguientes opciones: 1.- “RUN SIMUALTION AT TEMPERATURE”.- Permite definir la temperatura a la cual se realizará la simulación. 2.- “REPEAT THE SIMULATION FOR EACH OF THE TEMPERATURES”.- Permite definir una lista de temperaturas a las cuales se realizarán las simulaciones. Para nuestro ejemplo, configuraremos el análisis para repetir la simulación a las siguientes temperaturas: -27, 27 y 150 grados centígrados

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Fig. 330.- Circuito regulador de voltaje de tipo lineal.

Fig. 331.- Configuración del análisis transitorio.

Para ejecutar el análisis seleccionado se utiliza el comando “RUN” del menú “PSPICE”, o se presiona la tecla de F11, esto activa el programa PSPICE AD, en PSPICE AD se realizará la simulación y abrirá un área para desplegado de formas de onda.

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Fig. 332.- Configuración del análisis de temperatura.

Al terminar la simulación aparecerá la ventana mostrada en la figura 333, donde se tiene la opción de visualizar una, varias o todas las corridas realizadas. Para muestro ejemplo pulsamos los botones “ALL” y “OK”.

Fig. 333.- Ventana de selección de resultados del análisis de temperatura.

Para nuestro ejemplo, se quiere conocer el comportamiento del voltaje de salida, para esto agregamos el trazo V(out) al área de desplegado, ver figura 334.

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Fig. 334.- Trazos del voltaje de salida de regulador de voltaje de tipo lineal.

Para ver la variación del voltaje de salida con respecto al tiempo utilizaremos el análisis de desempeño. Borraremos el trazo de V(out) ejecutaremos el comando “PERFORMANCE ANALYSIS” y agregaremos la función objetivo “MAX(V(out))” en el área de desplegado, figura 335

Fig. 335.- Gráfica de voltaje de salida contra temperatura del regulador de voltaje tipo lineal.

De la gráfica de la figura 335 se puede determinar la variación del voltaje de salida por grado centígrado de temperatura. El valor de esta variación es de 3.59 mV/°C.

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ANALISIS DE BARRIDO DE CD Para ver el efecto de la temperatura en el funcionamiento en CD de un circuito o dispositivo, utilizaremos un circuito de polarización directa de un diodo, al cual llamaremos “ejemplo18” y que es mostrado en la figura 336. Se pretende visualizar las variaciones en la curva voltaje contra corriente en polarización directa del diodo 1N4002

Fig. 336.- Circuito de polarización directa para el diodo 1N4002. Para el análisis de temperatura crearemos el perfil de simulación utilizando el comando “NEW SIMULATION PROFILE” del menú “PSPICE”, al nuevo perfil le llamaremos “TEMPERATURA CD”. En la ventana de edición de perfil seleccionamos “DC SWEEP” en el campo “ANALYSIS TYPE” de la lista disponible. Seleccionamos V1 como la fuente de voltaje utilizada para el barrido de CD, con un barrido lineal en el rango de 0 a 2 con incrementos de 0.05, ver figura 337. El análisis consistirá en ver la evolución de la curva voltaje contra corriente del diodo al variar el valor de la temperatura de operación, para esto, es necesario seleccionar la opción “TEMPERATURE (SWEEP)” del campo “OPTIONS”. En la ventana de configuración del análisis de temperatura, figura 338, configuraremos el análisis para repetir la simulación a las siguientes temperaturas: -25, 25 y 150 grados centígrados

Fig. 337.- Configuración del análisis de barrido de CD.

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Fig. 338.- Configuración del análisis de temperatura.

Para ejecutar el análisis seleccionado se utiliza el comando “RUN” del menú “PSPICE”, o se presiona la tecla de F11, esto activa el programa PSPICE AD, en PSPICE AD se realizará la simulación y abrirá un área para desplegado de formas de onda. Al terminar la simulación aparecerá la ventana mostrada en la figura 339, donde se tiene la opción de visualizar una, varias o todas las corridas realizadas. Para muestro ejemplo pulsamos los botones “ALL” y “OK”.

Fig. 339.- Ventana de selección de resultados del análisis de temperatura.

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Para nuestro ejemplo, se quiere conocer el comportamiento de la corriente en el diodo, para esto agregamos el trazo I(D1) al área de desplegado, ver figura 340.

Fig. 340.- Trazos de la corriente del diodo. De la gráfica de la figura 340 se puede ver la variación del punto de inflexión o “codo” de la curva. Esto es, a mayor temperatura el diodo empezará a conducir ante condiciones de polarización menores.

ANALISIS DE BARRIDO EN CA Para ver el efecto de la temperatura en el funcionamiento en CA de un circuito, utilizaremos un circuito filtro pasa bajos, al cual llamaremos “ejemplo19” y que es mostrado en la figura 341. Se pretende visualizar las variaciones en la curva repuesta del filtro ante variaciones en el valor de una resistencia por efectos de la temperatura.

Fig. 341.- Circuito filtro pasa bajos.

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Para este ejemplo, la resistencia R2 es de tipo Rbreak y su modelo se define como: .model Rtemp RES R=1 TC1=0.005 Una vez modificado el modelo de la resistencia R2, crearemos el perfil de simulación utilizando el comando “NEW SIMULATION PROFILE” del menú “PSPICE”, al nuevo perfil le llamaremos “TEMPERATURA CA”. En la ventana de edición de perfil seleccionamos “AC SWEEP/NOISE” en el campo “ANALYSIS TYPE” de la lista disponible. Seleccionamos un barrido logarítmico en el rango de 10Hz a 1kHz utilizando 101 puntos por década, ver figura 342. El análisis consistirá en ver la evolución del voltaje de salida y de la frecuencia de corte al variar el valor de la resistencia R2 por efectos de la temperatura de operación, para esto, es necesario seleccionar la opción “TEMPERATURE (SWEEP)” del campo “OPTIONS”. En la ventana de configuración del análisis de temperatura, figura 343, configuraremos el análisis para repetir la simulación a las siguientes temperaturas: -25, 25, 50 y 150 grados centígrados

Fig. 342.- Configuración del análisis de barrido de CA.

Para ejecutar el análisis seleccionado se utiliza el comando “RUN” del menú “PSPICE”, o se presiona la tecla de F11, esto activa el programa PSPICE AD, en PSPICE AD se realizará la simulación y abrirá un área para desplegado de formas de onda. Al terminar la simulación aparecerá la ventana mostrada en la figura 344, donde se tiene la opción de visualizar una, varias o todas las corridas realizadas. Para muestro ejemplo pulsamos los botones “ALL” y “OK”. Para nuestro ejemplo, agregamos el trazo db(V(out)) al área de desplegado, ver figura 345. Para ver la variación del voltaje de salida con respecto a la temperatura utilizaremos el análisis de desempeño. Borraremos el trazo de db(V(out)) ejecutaremos el comando “PERFORMANCE ANALYSIS”, agregaremos la función objetivo “LPBW(V(OUT),3)” y en un eje Y diferente agregamos la función “Max(db(V(OUT)))” en el área de desplegado, figura 346.

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Fig. 343.- Configuración del análisis de temperatura.

Fig. 344.- Ventana de selección de resultados del análisis de temperatura.

De la gráfica de la figura 346 se puede determinar la variación de la frecuencia de corte del filtro debido a los cambios en el valor de la resistencia R2, esta variación es de 232.2 Hz en el intervalo de –25°C a 150°C. El voltaje de salida antes de la frecuencia de corte vario 6.72dB en el mismo rango de temperatura.

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Fig. 345.- Trazos del voltaje de salida.

Fig. 346.- Gráfica del análisis de desempeño del filtro pasa bajas.

ANALISIS DIGITAL El análisis de circuitos digitales muestra el comportamiento lógico y temporal de dispositivos digitales. PSPICE AD realiza este análisis utilizando la opción de análisis transitorio. El análisis realizado a los dispositivos digitales se apega a las restricciones de tiempo especificadas para los dispositivos digitales.

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La versión Lite de OrCAD ver. 9.2 tiene las siguientes limitaciones para simulaciones digitales: 1.- El número de dispositivos o compuertas que se pueden utilizar en una hoja de esquemático está limitado a 60. 2.- El número de dispositivos o compuertas en una red de listado para PSPICE está limitado a 65 definiciones primitivas digitales. Al realizar simulaciones de circuitos analógicos/digitales, PSPICE AD agrega circuitos de interfaz entre los componentes analógicos y digitales. Estas interfaces aumentan el número de dispositivos en la red del circuito y pueden hacer que se alcance el máximo permitido en la versión rápidamente. Para realizar una simulación digital se requieren de seis pasos: 1.- Crear el esquemático. 2.- Definir los estímulos del circuito. 3.- Fijar el tiempo de simulación. 4.- Ajustar los parámetros de simulación. 5.- Iniciar la simulación. 6.- Analizar los resultados. Cuando el circuito digital entra en operación, los posibles valores o estados lógicos que se pueden tener en los nodos del circuito son los mostrados en la tabla VIII (página 103). A continuación, se realizarán dos ejemplos de circuitos digitales, el primero totalmente digital, y el segundo parte digital y parte analógico. El circuito de la figura 347 es un contador de décadas de cuatro bits, al cual llamaremos “ejemplo20”, implementado con flip-flops tipo JK, la fuente de señal es un reloj digital (“DigClock” de la librería “SOURCE”).

Fig. 347.- Circuito contador de décadas de cuatro bits.

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Para realizar la simulación del circuito, se requiere crear un perfil de simulación, a este perfil le llamaremos “DIGITAL”, en la ventana de configuración seleccionamos “TIME DOMAIN (TRANSIENT)” en el campo “ANALYSIS TYPE” de la ventana de edición de perfil. Para fijar el tiempo de simulación escribimos 20ms en el campo “RUN TO TIME”, ver figura 348. Antes de presionar el botón “ACEPTAR”, configuraremos la forma de desplegar las formas de onda en PSPICE AD, en la ceja “PROBE WINDOW” activamos las opciones “DISPLAY PROBE WINDOW – DURING SIMULATION” y “SHOW – ALL MARKERS ON OPEN SCHEMATICS”.

Fig. 348.- Ventana de configuración del análisis transitorio para “ejemplo20”.

Fig. 349.- Ventana de configuración de desplegado de señales en PSPICE AD.

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Para ejecutar el análisis se presiona la tecla de F11, en PSPICE AD se realizará la simulación y se desplegarán las formas de onda seleccionadas con los marcadores utilizados en el esquemático.

Fig. 350.- Programa PSPICE AD ejecutado.

Las formas de onda de Q1, Q2, Q3 y Q4 aparecen como dos líneas paralelas; estas líneas representan un estado lógico desconocido, esto es debido a que no se fijo cual era el estado inicial de las salidas de los flip-flops. Para fijar el estado inicial de los flip-flops, es necesario modificar el perfil de simulación. En la ceja “OPTIONS” seleccionamos “GATE-LEVEL SIMULATION” en la ventana “CATEGORY”, ver figura 351. En la barra de valores de “INITIALIZE ALL FLIP-FLOP TO” seleccionamos “0” y presionamos “ACEPTAR”.

Fig. 351.- Ventana de configuración de opciones digitales en PSPICE AD.

Volvemos a presionar F11 para simular el circuito, con lo cual aparecerá la siguiente pantalla de desplegado de formas de onda.

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Fig. 352.- Resultados de la simulación del contador de décadas de cuatro bits.

Al activar el cursor, y moverlo en el eje X, enseguida del nombre de las señales desplegadas aparece su valor lógico. El circuito de la figura 353, es un generador de señal senoidal implementado por medio de una memoria ROM – parte “ROM32KX8break” de la librería “BREAKOUT”-, un convertidor tipo DAC de 8 bits –“ DAC8break” de la librería “BREAKOUT”- y 9 señales de estimulo digital tipo “DigStim1” de la librería “SOURCSTM”. Estas señales de estímulos se generan utilizando el programa “PSPICE STIMULUS EDITOR”, tal como se describe en las páginas 108 a 110 del capítulo 4.

Fig. 353.- Circuito generador de señal senoidal.

El modelo de la memoria ROM debe modificarse, de manera que se incluya el nombre del archivo “512_8.HEX”, el cual se encuentra en formato hexadecimal de “Intel” (HEX), tal como se muestra en la figura 354.

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Fig. 354.- Modelo modificado de la ROM.

Para definir las señales de estimulo en el programa PSPICE STIMULUS EDITOR, las frecuencias de las señales D0 a D8 son las mostradas en la tabla IX. Tabla IX.- Frecuencias de programación de las señales de estímulos para el archivo “ejemplo21”.

SEÑAL

FRECUENCIA (CICLO DE TRABAJO 50%)

A0

12800

A1

6400

A2

3200

A3

1600

A4

800

A5

400

A6

200

A7

100

A8

50

Las señales de estímulo generadas, figura 355, se guardarán en el archivo “ejemplo21.stl”. Para poder utilizar estas señales de estímulo en la simulación, es necesario configurar el perfil de simulación al cual llamaremos “TRANSITORIO”, en la ventana de configuración seleccionamos “TIME DOMAIN (TRANSIENT)” en el campo “ANALYSIS TYPE”. Para fijamos el tiempo de simulación en 70ms –figura 356-, para tener disponibles las señales de

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estímulo generadas en PSPICE STIMULUS EDITOR, dentro de la ceja de “STIMULUS” – figura 357- agregamos el archivo “ejemplo21.stl” al proyecto (“ADD TO DESIGN”).

Fig. 355.- Señales de estímulo generadas en PSPICE STIMULUS EDITOR.

Fig. 356.- Ventana de configuración de perfil de simulación.

Al terminar de editar el perfil de simulación, y presionar el botón “ACEPTAR”, simulamos el circuito presionando F11. Al terminar de ejecutarse la simulación, se agregarán los siguientes trazos: D7, D6, D5, D4, D3, D2, D1, D0 y V(out). El resultado de la simulación y el desplegado de los trazos seleccionados se muestran en la figura 358.

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Fig. 357.- Ventana para agregar archivos con señales de estímulo al proyecto.

Fig. 358.- Formas de onda digitales y analógica del generador de onda senoidal.

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Capitulo 6.- Postprocesamiento de análisis de simulación en PSPICE AD PSPICE AD El programa PSPICE AD, llamado PROBE en versiones anteriores de PSPICE, permite al usuario desplegar las formas de onda resultantes de la simulación de un circuito. También, las formas de onda resultantes pueden ser fácilmente incorporadas a otras aplicaciones de Windows.

D

R

A

FT

PSPICE AD se ejecuta al irse simulando el circuito, pero puede ejecutarse solo usando el archivo de datos de un circuito previamente simulado, o ejecutándolo después de que la simulación se ha terminado (Ver la sección previa de configuración del programa PSPICE AD).

Fig. 359.- Ventana de PSPICE AD.

PSPICE AD cuenta con tres áreas de desplegado de información: 1.- Area de desplegado de trazos. En esta área se despliegan las formas de onda resultantes de los análisis realizados en la simulación. 2.- Area de salida. En esta área aparecen mensajes que indican el avance en el análisis de simulación, así como los mensajes de error que pudieran aparecer durante el análisis. 3.- Area de estado de simulación.- En esta área aparecen datos referentes al estado de avance de la simulación.

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PSPICE AD tiene las siguientes características: 1.- Calcula la Transformada Rápida de Fourier (FFT) de una forma de onda. 2.- Suma, resta y hace operaciones matemáticas complejas en formas de ondas o grupos de ondas. 3.- Agrega texto y apuntadores a las gráficas resultantes. 4.- Despliega amplitudes, frecuencias, escalas de tiempo, etc. con el uso del cursor de prueba. 5.- Muestra resultados de simulaciones múltiples. 6.- Agrega archivos de datos de pruebas.

USO DE PSPICE AD La introducción al uso de PSPICE AD puede dividirse en las siguientes secciones: 1.- Manejo de archivos e impresión. 2.- Manejo de resultados de simulación. 3.- Configuración de las opciones de desplegado de trazos. 4.- Manejo de ventanas. Cada una de estas secciones se desglosarán a continuación.

MANEJO DE ARCHIVOS E IMPRESIÓN En esta sección se encuentran los comandos para abrir, agregar y cerrar archivos de resultados de simulación, así como para configurar la impresora y las características de la impresión de gráficos en papel. Para ejemplificar el uso de algunos de los comandos disponibles en esta sección, haremos uso del resultado de simulación del “ejemplo14” – circuito inversor con BJT -. Los comando que utilizaremos serán Abrir archivo, Agregar archivo de formas de onda, Configurar página de impresión, Vista preliminar de la impresión, e Imprimir.

ABRIR ARCHIVO Para abrir un archivo binario de resultados de simulación, se ejecuta el comando “OPEN” que se encuentra en el menú “FILE”, o se presiona la secuencia de teclas “CTRL O”, o se presiona el botón de “OPEN” que se encuentra en la barra de herramientas de PSPICE AD, ver figura 360. Este comando abre la ventana de selección de archivo que se muestra en la figura 361, para nuestro ejemplo seleccionaremos el archivo “ejemplo14-SCHEMATIC1-PEOR CASO ALTO.dat” y presionamos el botón “ACEPTAR”. Ya que el análisis seleccionado para el “ejemplo14” es un análisis de Peor de los Casos, se abre una ventana para seleccionar el resultado de la simulación que se quiere desplegar, para nuestro ejemplo seleccionaremos el resultado no nominal, tal como se muestra en la figura 362. Para agregar un trazo al área de desplegado presionamos la tecla “INS”, esto abre la ventana de selección de trazos mostrada en la figura 363, en esta ventana seleccionamos el trazo V(out) y presionamos “OK”

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Fig. 360.- Comandos de manejo de archivos.

Fig. 361.- Ventana de selección de archivo a abrir.

Fig. 362.- Ventana de selección de resultados de simulación.

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Fig. 363.- Ventana de selección de trazos a desplegar.

El trazo agregado se muestra en la figura 364.

Fig. 364.- Trazo agregado al área de desplegado.

AGREGAR ARCHIVO DE FORMAS DE ONDA Algunas veces es necesario agregar el resultado de otras simulaciones al área de desplegado para poder realizar un análisis comparativo de los resultados. En el área de desplegado de trazos utilizada en la sección anterior agregaremos un archivo binario de resultados. Para agregar un archivo binario de resultados de simulación a un área de desplegado activa, se ejecuta el comando “APPEND WAVEFORM (.DAT)” del menú “FILE”, o se presiona el botón “APPEND FILE” que se

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encuentra en la barra de herramientas, ver figura 360. Este comando abre la ventana de selección de archivo que se muestra en la figura 365, para nuestro ejemplo seleccionaremos el archivo “ejemplo14-SCHEMATIC1-PEOR CASO BAJO.dat” y presionamos el botón “ACEPTAR”.

Fig. 365.- Ventana de selección de archivo a abrir.

Se abre una ventana para seleccionar el resultado de la simulación que se quiere desplegar, para nuestro ejemplo, de nuevo, seleccionaremos el resultado no nominal, tal como se muestra en la figura 366.

Fig. 366.- Ventana de selección de resultados de simulación.

Al presionar el botón “OK”, se agrega al área de desplegado un segundo trazo que corresponde a V(out) del archivo agregado, ver figura 367.

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Fig. 367.- Trazo agregado al área de desplegado.

CONFIGURACION E IMPRESIÓN DE RESULTADOS GRAFICOS DE SIMULACION Para imprimir los resultados gráficos de la(s) simulación(es) realizada(s) a un circuito se requiere de configurar la página de impresión, seleccionar la impresora a utilizar y por último imprimir los resultados. Un paso intermedio en este proceso, y que es opcional, es el visualizar el formato de la página antes de imprimirla.

CONFIGURACION DE PAGINA Para configurar la página de impresión, se ejecuta el comando “PAGE SETUP” del menú “FILE”, ver figura 368. Este comando abre la ventana de configuración de la página de impresión, figura 369. En esta ventana se pueden definir los

Fig. 368.- Comandos de configuración e impresión de resultados gráficos

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Fig. 369.- Ventana de configuración de la página de impresión.

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márgenes de la página, el número de gráficas por página, la orientación de la página, posición de la información del cursor, encabezados y pie de página, tipo de letra, borde y titulo de la página. La sección “MARGIN” permite definir los márgenes superior, inferior, izquierdo y derecho de la página de impresión, los valores utilizados en esta sección se toman en pulgadas. La sección “PLOTS PER PAGE” permite definir el número de áreas de desplegado de trazos que se imprimirán por página, las opciones disponibles son: 1, 2, 3, 4, 6, y 9. La sección “ORIENTATION” permite definir la posición de las gráficas en la página, la orientación “LANDSCAPE” permite utilizar la hoja a lo ancho, mientras que la orientación “PORTRAIT” permite hacerlo a lo largo. La sección “CURSOR INFORMATION” permite definir la posición en la hoja, en la cual se desplegará la información obtenida con la función “CURSOR”, las opciones disponibles son: arriba (TOP), abajo (BOTTOM), izquierda (LEFT), derecha (RIGHT) y no mostrar (NONE). La opción “DRAW BORDER” permite dibujar un cuadro de borde en la página de impresión. La opción “DRAW PLOT TITLE” permite imprimir el nombre o titulo de la simulación, el nombre o titulo puede ser modificado con el comando “TITTLE” del menú “WINDOW” Tabla X.- Variables disponibles en las secciones “HEADER” y “FOOTER”. VARIABLE

SIGNIFICADO

D

Fecha actual del sistema

T

Hora actual del sistema

N

Número de la página a imprimir

A

Fecha de simulación del archivo a imprimir

M

Hora de simulación del archivo a imprimir

I

Titulo del archivo a imprimir

E

Temperatura a la que se realizo la simulación

P

Parámetro o valor cambiante entre secciones de datos

Las secciones “HEADER” y “FOOTER”, figuras 370 y 371, permiten personalizar la información desplegada en el encabezado y pie de página de la impresión. El programa permite introducir ocho variables definidas por él, estas variables se muestran en la tabla X. La sección “SELECT FONT” permite seleccionar el tipo de letra que será utilizada en la impresión, figura 372. El botón “SET DEFAULT” permite definir una configuración de las secciones anteriores como la utilizada por omisión. El botón “RESET DEFAULT” permite regresar los cambios realizados a las secciones anteriores a los definidos en la configuración por omisión.

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Fig. 370.- Ventana de configuración del encabezado de página.

Fig. 371.- Ventana de configuración del pie de página.

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Fig. 372.- Ventana de definición de tipo de letra para impresión.

CONFIGURACION DE IMPRESORA La opción de configuración de impresora disponible en PSPICE AD, “PRINTER SETUP” en la figura 368, es idéntica a las opciones disponibles en otras aplicaciones de WINDOWS, en ella podemos especificar a que impresora se va a imprimir, cual es la orientación del papel en la impresora, y cambiar algunas otras propiedades de la impresora, tal como calidad de impresión, resolución, etc.

Fig. 373.- Ventana de configuración de impresora.

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VISUALIZACION PREVIA DE LA IMPRESION PSPICE AD permite la visualización previa de la página a imprimir, “PRINT PREVIEW”, del menú mostrado en la figura 368, permite ver una versión en pantalla de la hoja impresa que se tendría al imprimir los trazos desplegados en pantalla. En la ventana de visualización previa, se tienen disponibles siete botones. Estos botones activan diferentes acciones, a continuación se describen las acciones realizadas por cada uno de estos botones. “IMPRIMIR” manda el comando de impresión, de manera que la página visualizada en pantalla es enviada a la impresora y cierra la ventana de visualización. “SIGUIENTE” despliega la siguiente página a visualizar, este botón solo está disponible cuando la impresión se realizará en varias páginas. “ANTERIOR” despliega la página anterior a la visualizada, este botón solo está disponible cuando la impresión se realizará en varias páginas. “DOS PAGINAS” despliega dos páginas al mismo tiempo, este botón solo está disponible cuando la impresión se realizará en varias páginas. “ACERCAR” permite realizar acercamientos a la página. “ALEJAR” realiza la acción contraria a “ACERCAR”. “CERRAR” cierra la ventana de visualización sin mandar a imprimir.

Fig. 374.- Ventana de visualización previa.

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IMRESION DE GRAFICAS El comando “PRINT”, ver figura 368, permite imprimir los archivos desplegados en PSPICE AD, la ventana de impresión, figura 375, permite seleccionar cual de los archivos desplegados en PSPICE AD se quiere imprimir, el número de copias de la impresión, el número de colores, la configuración de la página y de la impresora.

Fig. 375.- Ventana de impresión.

MANEJO DE RESULTADOS DE SIMULACION En esta sección se encuentran los comandos para agregar, copiar, pegar y borrar trazos en el área de desplegado, así como los comandos para realizar acercamientos y definición de funciones tipo “MACRO”. Para ejemplificar el uso de los comandos disponibles en esta sección, haremos uso del resultado de simulación del “ejemplo09” – circuito filtro pasa bajos -. Los comando que utilizaremos serán agregar trazos, borrar todos los trazos, cortar, copiar, pegar, borrar, seleccionar todo, acercamiento, instrucción MACRO.

AGREGAR TRAZOS Para agregar trazos al área de desplegado PSPICE AD tiene disponible el comando “ADD TRACE” del menú “TRACE”, también se puede accesar por medio de la tecla “INS” o del botón “ADD TRACE” de la barra de herramientas, figura 376. Al ejecutar el comando aparecerá la ventana mostrada en la figura 377. Esta ventana despliega los nodos del circuito y los valores correspondientes que se pueden obtener de cada nodo. Simplemente use dos veces el botón izquierdo del mouse sobre la corriente, voltaje, o potencia que se quiere desplegar en la ventana de PSPICE AD.

Fig. 376.- Comandos para agregar trazo.

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Fig. 377.- Ventana de agregar trazo.

En PSPICE AD es posible realizar operaciones o funciones analógicas sobre las señales obtenidas en la simulación. Las funciones y operaciones analógicas disponibles en PSPICE AD se describen en la tabla XI Tabla XI.- Funciones y operaciones analógicas. NOMBRE DE LA FUNCION U OPERACIÓN ANALOGICA

DESCRIPCION

()

Agrupación.

+

Suma de señales.

-

Resta de señales.

*

Multiplicación de señales.

/

División de señales.

|x|

Función valor absoluto de x.

ARCTAN ( x )

Función arco tangente de x.

ATAN( x )

Función arco tangente de x.

AVG( x ) AVGX( x , d ) COS( x )

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Promedio de la señal o función x en el rango definido de la variable del eje X. Promedio de la señal o función x en el rango definido por Máximo valor del eje X – d hasta Máximo valor del eje X. Función coseno de x, x debe estar en radianes.

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Tabla XI.- Funciones y operaciones analógicas. (continuación). NOMBRE DE LA FUNCION U OPERACIÓN ANALOGICA D( x ) DB( x )

DESCRIPCION Derivada de la función o señal x con respecto a la variable del eje X. Magnitud de la señal o función x expresada en decibeles.

ENVMAX( x , d )

Envolvente de la señal o función x. Los picos seleccionados tienen un mínimo de “d” puntos consecutivos.

ENVMIN( x , d )

Envolvente de la señal o función x. Los valles seleccionados tienen un mínimo de “d” puntos consecutivos.

EXP( x ) G( x )

Función ex. Retardo de grupo de x (en segundos).

IMG( x )

Parte imaginaria de la señal o función x.

LOG( x )

Función logaritmo natural de x.

LOG10( x )

Función logaritmo base 10 de x.

M( x )

Magnitud de la señal o función x.

MAX( x )

Valor máximo de la señal o función x.

MIN( x )

Valor mínimo de la señal o función x.

P( x )

Valor de la fase de la señal o función x (en grados).

PWR( x , y )

Valor de x elevado a la potencia y.

R( x )

Parte real de la señal o función x.

RMS( x ) S( x )

Promedio RMS de la señal o función x en el rango definido de la variable del eje X. Integral de la señal o función x en el rango definido de la variable del eje X.

SGN( x )

Signo de la señal o función x. Toma el valor de 1 sí x0, 0 sí x=0, y –1 sí x.

SIN( x )

Función seno de x, x debe estar en radianes.

SQRT( x )

Valor de la raíz cuadrada de la señal o función x.

TAN( x )

Función tangente de x, x debe estar en radianes.

Existe otra manera de agregar trazos en PSPICE AD utilizando los marcadores de señal disponibles en CAPTURE. Para esto es necesario cambiar la ventana activa hacia el esquemático en CAPTURE, escoger en el menú “PSPICE” el submenú “Markers” y seleccionar el tipo de marcador requerido, figura 378. Esos marcadores son “Voltage Level”, “Voltage Difference”, “Current Into A Pin”, y “Advanced”. Una vez que el marcador apropiado se ha seleccionado, se coloca en el punto de prueba deseado en el esquemático. La forma de onda deseada en este punto será desplegarla en la ventana de trazos de PSPICE AD.

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Fig. 378.- Menú de selección de marcadores de trazos en CAPTURE.

BORRAR TODOS LOS TRAZOS El comando “DELETE ALL TRACES”, figura 379, permite borrar todos los trazos existentes en el área de desplegado activa, un área de desplegado activa tiene a la izquierda de su eje Y los caracteres “SEL>>”. Para revertir la operación de borrar todos los trazos se cuenta con el comando “UNDELETE TRACES”.

Fig. 379.- Menú de selección de los comandos “DELETE ALL TRACES” y “UNDELETE TRACES”.

BORRAR UN TRAZO Como con la operación de agregar un trazo hay varias maneras de borrar un trazo. 1.- El modo más simple de quitar un trazo de una gráfica es resaltar del dato de PSPICE AD con el botón izquierdo del mouse (se verá rojo) y después presionando la tecla “borrar” o “delete” o con la secuencia “CTRL D”. 2.- Para borrar varios trazos a la vez, presione la tecla “shift” al seleccionar las etiquetas de los datos, y permanecerán seleccionadas y en color rojo, después solo presión la tecla “borrar”. 3.- De manera alternativa puede seleccionar el marcador en el esquemático con el mouse (se pondrá rojo) y después ejecute el comando “DELETE” del menú “EDIT”. Cualquiera de estos procedimientos borrará el trazo seleccionado, después de lo cual PSPICE AD volverá a dibujar los trazos restantes en la pantalla.

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Fig. 380.- Comando para borrar del menú “EDIT”.

CORTAR UNO O VARIOS TRAZOS En ocasiones es necesario eliminar trazos de un área de desplegado para incluirlos en otra. Para cortar uno o varios trazos se seleccionan los trazos de la misma manera que se describe en la sección anterior. Una vez seleccionado el o los trazos a cortar se ejecuta el comando “CUT” del menú “EDIT”, los trazos cortados serán eliminados del área de desplegado en los que se encontraban. La diferencia entre el comando cortar y borrar está en que al cortar uno o varios trazos estos se guardan en el porta papeles y pueden ser agregados o pegados en otras áreas de desplegado o en otras aplicaciones, a diferencia de borrar que solamente se eliminan del área de desplegado. El comando cortar puede ejecutarse desde el menú de “EDIT”, presionando la secuencia de teclas “MAYUS SUPR”, ver figura 380, presionando “CTRL X”, o presionando del botón “CUT” de la barra de herramientas.

COPIAR UNO O VARIOS TRAZOS Para copiar uno o varios trazos de un área de desplegado para ser utilizados en otra, es necesario seleccionar el o los trazos utilizando el procedimiento descrito en la sección de borrar trazos. Una vez seleccionado el o los trazos a copiar se ejecuta el comando “COPY” del menú “EDIT”, los trazos copiados se enviarán al porta papeles. El comando copiar puede ejecutarse desde el menú de “EDIT”, presionando la secuencia de teclas “CTRL C”, ver figura 380, o presionando el botón “COPY” de la barra de herramientas.

PEGAR UNO O VARIOS TRAZOS Cuando se cortan o copean uno o varios trazos para ser agregados a otras áreas de desplegado o ejes “Y” es necesario seleccionar el área de desplegado y/o el eje “Y” a donde se quieren agregar los trazos. Una vez que se ha seleccionado esta área se ejecuta el comando pegar. Este comando puede ejecutarse al seleccionar “PASTE” del menú “EDIT”, presionando la secuencia de teclas “CTRL V”, figura 380, o presionando el botón “PASTE” de la barra de herramientas.

SELECCIONAR TODOS LOS TRAZOS DE UN AREA DE DESPLEGADO ACTIVA En ocasiones se quiere borrar o copiar todos los trazos desplegados en un área de PSPICE AD, para esto es necesario seleccionar el área de desplegado, una vez seleccionada se ejecuta el comando “SELECT ALL” del menú “EDIT”, figura 380, esto hace que el nombre de todos los trazos en el área seleccionada se vean de color rojo.

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DEFINICION DE FUNCIONES MACROS Una función MACRO es una expresión que define un trazo. Esta expresión tiene un nombre y argumentos, los cuales pueden ser transferidos a la expresión del trazo. Los MACROS se guardan en los archivos PRB y pueden ser utilizados varias veces en el diseño donde fueron definidos y en otros diseños. Las MACROS pueden contener constantes, funciones, expresiones o combinaciones de las anteriores. Las funciones MACROS pueden hacer referencia a otras funciones MACROS, sin embargo, no se permiten definiciones recursivas. El formato general de una función MACRO es el siguiente: Nombre de MACRO[(argumento[,argumento])] = La ventana de edición de MACROS, figura 381, permite la creación, modificación, eliminación y transferencia de MACROS entre archivos PRB. A continuación se describe cada una de estas opciones.

Fig. 381.- Ventana de edición de MACROS.

CREACION DE MACROS Para ejemplificar el proceso de creación de MACROS utilizaremos el archivo binario de salida producido por el “ejemplo06”, circuito rectificador de onda completa monofásico. En PSPICE AD se abre el archivo binario de salida. Antes de desplegar alguna señal crearemos las siguientes MACROS: Vin=V(in1,in2), Iin=-I(V1) Pin=agv(Vin*Iin) En el campo “DEFINITION” se escribe la definición de la MACRO, al terminar la definición de cada una de las MACROS debe presionarse el botón “SAVE” para que la macro se agregue a la lista de definiciones disponibles, figura 382. Para verificar que las definiciones se han creado de manera correcta, agregaremos dos trazos al área de desplegado: Pin y AVG(-W(V1)), si la definición de las MACRO es correcta, ambos trazos deben coincidir, figura 383. Para cerrar la ventana de edición de MACROS debe presionarse el botón “CLOSE”.

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Fig. 382.- Ventana de edición de MACROS con tres nuevas definiciones agregadas.

Fig. 383.- Ventana de desplegado de trazos, Pin y AVG(-W(V1)) desplegados.

MODIFICACION DE MACROS Para modificar la definición de una MACRO, es necesario desde la ventana de edición de MACROS seleccionar la función a modificar para que esta aparezca en el campo “DEFINITION”. La selección se realiza por medio del apuntador y el botón izquierdo del mouse. La MACRO que se encuentra en el campo “DEFINITION” puede ser modificada, para guardar los cambios realizados a la función es necesario presionar el botón “SAVE”. Para ejemplificar esto, modificaremos la definición de Pin, en lugar de estar definida como AVG(Vin*Iin) la definiremos como AVG(-W(V1)), figura 384. Los trazos desplegados no se modifican, ya que las dos definiciones de Pin dan el mismo resultado, en caso de no ser iguales las definiciones al cerrar la ventana de edición de MACROS, las diferencias en los trazos se visualizaría de manera inmediata.

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Fig. 384.- Modificación de la función MACRO Pin.

Fig. 385.- Ventana de desplegado de trazos, Pin y AVG(-W(V1)) desplegados.

SB3 ELIMINACION DE MACROS Para eliminar la definición de una MACRO de la lista de funciones disponibles, es necesario seleccionar la MACRO con el mouse de la misma forma que para modificarla. Una vez seleccionada se presiona el botón “DELETE”, esto eliminará la definición de la macro de la lista de MACROS disponibles. Para ejemplificar esto, eliminaremos las MACROS Vin e Iin. La figura 386 muestra el listado de MACROS disponibles antes y después de eliminar las funciones Vin e Iin.

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Fig. 386.- Ventana de edición de MACROS antes y después de eliminar las funciones Vin e Iin.

CARGAR FUNCIONES MACRO DE OTRO ARCHIVO PRB PSPICE AD permite cargar definiciones de funciones MACRO generadas en otras simulaciones y guardadas en un archivo tipo PRB. Para cargar estas definiciones se presiona el botón “LOAD”, esto abre una ventana de selección de archivos PRB, figura 387. Al seleccionar el archivo y presionar el botón “ABRIR” aparecen en la ventana de edición de MACROS las definiciones contenidas en el archivo abierto, las definiciones que se tenían no son eliminadas.

Fig. 387.- Ventana para cargar los archivos de definición de MACROS.

GUARDAR FUNCIONES MACRO EN OTRO ARCHIVO PRB PSPICE AD permite guardar definiciones de funciones MACRO generadas en simulación actual en un archivo tipo PRB diferente. Para guardar estas definiciones es necesario seleccionarlas de la lista disponible, figura 388, y presionar el botón “SAVE TO”, esto abre una ventana de selección de archivos PRB, figura 389. PSPICE AD permite tres a opciones para guardar estas definiciones:

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1.- En el archivo actual generado por la simulación (“LOCAL FILE”). 2.- En un archivo global, esto hará que la función esté disponible para todas las simulaciones (“GLOBAL FILE”), y 3.- En un archivo particular, para buscar la carpeta donde se encuentra el archivo, se utiliza el botón con el icono de carpeta, esto abre la ventana mostrada en la figura 390. Una vez seleccionado el archivo se presiona el botón “ABRIR” se regresa a la ventana mostrada en la figura 389. Para terminar el proceso de guardado con cualquiera de las opciones disponibles es necesario presionar el botón “OK”.

Fig. 388.- Ventana para seleccionar la función a guardar en un archivo de definición de MACROS.

Fig. 389.- Ventana de selección del tipo de archivo donde se guardará la definición de la función MACRO.

Fig. 390.- Ventana de selección del archivo donde se guardará la definición de la función MACRO.

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FUNCION DE ACERCAMIENTO El comando “ZOOM” del menú “VIEW” permite agrandar o reducir el área de desplegado de trazos, de manera que es posible visualizar de una manera más apropiada secciones de los trazos. Las opciones disponibles en “ZOOM” se muestran en la figura 391, y son: 1.- “ZOOM FIT”, permite cambiar la escala de visualización para permitir que todos los puntos de los trazos puedan ser vistos en la pantalla. Esta opción puede ser utilizada por medio de la secuencia de teclas “CTRL Z” o por el botón “ZOOM FIT” que se encuentra en la barra de herramientas. 2.- “ZOOM IN”, permite realizar cambiar la escala de visualización realizando un acercamiento con un factor de 2 alrededor del punto seleccionado. Esta opción puede ser utilizada por medio de la secuencia de teclas “CTRL I” o por el botón “ZOOM IN” que se encuentra en la barra de herramientas. 3.- “ZOOM OUT”, permite realizar cambiar la escala de visualización realizando un alejamiento con un factor de 2 alrededor del punto seleccionado. Esta opción puede ser utilizada por medio del botón “ZOOM IN” que se encuentra en la barra de herramientas. 4.- “ZOOM AREA”, permite realizar acercamientos de escala variable a una determinada área definida por el usuario. Existen dos formas de utilizar esta opción de acercamiento: a.- Con el cursor, presionando el botón izquierdo y moviendo el mouse se forma un “cuadro” sobre el área a ser ampliada. Una vez definida el área se selecciona “ZOOM AREA”, se presiona “CTRL A” o el botón “ZOOM AREA” que se encuentra en la barra de herramientas, y b.- El segundo método selecciona primero la opción “ZOOM AREA” del submenú “ZOOM”, presiona “CTRL A” o el botón “ZOOM AREA” de la barra de herramientas, y después genera el cuadro sobre el área a ampliar utilizando el apuntador de mouse y su botón izquierdo. 5.- “PREVIOUS”, permite redibujar la vista anterior de los trazos, antes de utilizar alguna de las opciones de acercamiento anteriores. 6.- “REDRAW”, permite redibujar los trazos desplegados en pantalla. 7.- “PAN – NEW CENTER”, permite fijar el nuevo centro de la pantalla de desplegado.

Fig. 391.- Opciones del menú “ZOOM”.

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CONFIGURACION DE LAS OPCIONES DE DESPLEGADO DE TRAZOS Al desplegar los trazos en la pantalla, es posible que sea necesario modificar los rangos de los ejes “X” y “Y”, agregar nuevas áreas de desplegado, nuevos ejes “Y”, etiquetar trazos o realizar mediciones sobre los trazos. PSPICE AD proporciona varios comandos en los menús “PLOT” y “TRACE”, figura 392. A continuación se describirá su uso.

Fig. 392.- Comandos disponibles (a) menú “PLOT”, (b) menú “TRACE”, (c) comando “LABEL”.

CONFIGURACION DE EJES Aunque PSPICE AD intenta escalar los ejes “X” y “Y” a valores apropiados, el programa ofrece la posibilidad de cambiar manualmente estos valores. Para poder cambiar la escala de los ejes “X” y “Y”, se selecciona el comando “AXIS SETTINGS” del menú “PLOT”, la ventana que se abre permite modificar los atributos y configuración de ambos ejes, ver figura 393.

Fig. 393.- Ventana de configuración de ejes.

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CONFIGURACION DEL EJE “X” La ceja “X AXIS”, figura 393 permite modificar la escala y el rango de valores utilizados en el eje “X”, así como cambiar la variable utilizada para el eje “X”. En el campo “DATA RANGE” hay dos botones, “AUTO RANGE” y “USER DEFINED” (Rango automático y Definido por el usuario). “AUTO RANGE” permite a PSPICE AD seleccionar de manera automática los límites de desplegado del eje “X”. “USER DEFINED” permite al usuario definir los límites de desplegado del eje “X”. Para regresar a rango automático, simplemente seleccione el botón “AUTO RANGE”. El campo “USE DATA” permite restringir el rango de datos utilizable (esto permite eliminar la información transitoria cuando se realiza un análisis FFT y funciones matemáticas) seleccionando “RESTRICTED (ANALOG)” y llenando los extremos del rango de datos a utilizar, la opción “FULL DATA” utiliza todos los valores de los datos generados en la simulación. El campo “SCALE” permite cambiar de una escala lineal (“LINEAR”) a una escala logarítmica (“LOG”) seleccionando el botón apropiado; el campo “PROCESSING OPTIONS” permite cambiar las unidades del área de trabajo para ser utilizadas en una FFT seleccionando “FOURIER” o para realizar un análisis de desempeño al seleccionar “PERFORMANCE ANALYSIS”. El botón “AXIS VARIABLE” permite cambiar la variable utilizada para variar los valores del eje “X”, al presionar el botón se abre la ventana mostrada en la figura 394. Es posible substituir la variable utilizada o simplemente modificarla por medio de operaciones analógicas.

Fig. 394.- Ventana de modificación de la variable del eje “X”.

La ceja “X GRID”, figura 395, permite modificar las características de las líneas de división verticales del área de desplegado de trazos. Se tienen dos tipos de líneas de división: las principales (“MAJOR”), y las auxiliares (“MINOR”). Para las líneas de división se tienen dos opciones, una generación automática del espaciado y frecuencia de las líneas, y otra definida por el usuario, para la primera opción es necesario que el campo “AUTOMATIC” se encuentre seleccionado.

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Fig. 395.- Ventana de modificación de la cuadrícula del eje “X”.

El campo “SPACING” permite, cuando el campo “AUTOMATIC” se encuentra no seleccionado, definir el espaciado existente entre las líneas de división principales. El espaciado entre estas líneas se fija tanto para cuando el eje “X” se utiliza con escala lineal (“LINEAR”) como cuando se utiliza con escala logarítmica (“LOG (# OF DECADES)”) El campo “INTERVALS BETWEEN MAJOR” permite, cuando el campo “AUTOMATIC” se encuentra no seleccionado, seleccionar el número de divisiones auxiliares que se desplegarán entre dos líneas de división principal, las opciones disponibles son: 2, 4, 5 y 10. El campo “GRID” permite definir el tipo de líneas, tanto principales como auxiliares, que se utilizarán en las áreas de desplegado de trazos, las opciones disponibles son: líneas (“LINES”), puntos (“DOTS”), cruces (“+”) y ningún tipo de línea (“NONE”). Al seleccionar puntos o cruces solo se mostrarán estos elementos en las intersecciones con las líneas principales y/o auxiliares del eje “Y” si se seleccionan los campos “WITH OTHER MAJOR” y/o “WITH OTHER MINOR”. La opción “NONE” no despliega ningún tipo de símbolo para indicar las líneas. La opción “TRICS INSIDE PLOT EDGE” se generan pequeñas marcas en el inicio de las líneas de división. Normalmente estas marcas no son visibles debido a que las líneas de división principales y auxiliares son líneas. La opción “NUMBERS OUTSIDE PLOT EDGE” permite desplegar los valores del eje “X” ubicados en las líneas principales de división.

CONFIGURACION DEL EJE “Y” La ceja “X AXIS”, figura 396 permite modificar la escala y el rango de valores utilizados en el eje “Y”, así como cambiar la variable utilizada para el eje “Y”. En el campo “DATA RANGE” hay dos botones, “AUTO RANGE” y “USER DEFINED” (Rango automático y Definido por el usuario). “AUTO RANGE” permite a PSPICE AD seleccionar de manera automática los límites de desplegado del eje “Y”. “USER DEFINED” permite al usuario definir los límites de desplegado del eje “Y”. Para regresar a rango automático, simplemente seleccione el botón “AUTO RANGE”.

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Fig. 396.- Ventana de modificación de atributos del eje “Y”.

El campo “SCALE” permite cambiar de una escala lineal (“LINEAR”) a una escala logarítmica (“LOG”) seleccionando el botón apropiado. El campo “Y AXIS NUMBER” permite seleccionar el eje “Y” al cual se le aplicarán los cambios de rango, escala y nombre. El campo “AXIS TITLE” permite asignar nombre al eje “Y” seleccionado, en caso de existir mas de un eje “Y”. La ceja “Y GRID”, figura 397, permite modificar las características de las líneas de división verticales del área de desplegado de trazos. Se tienen dos tipos de líneas de división: las principales (“MAJOR”), y las auxiliares (“MINOR”). Para las líneas de división se tienen dos opciones, una generación automática del espaciado y frecuencia de las líneas, y otra definida por el usuario, para la primera opción es necesario que el campo “AUTOMATIC” se encuentre seleccionado. El campo “Y AXIS NUMBER” permite seleccionar el eje “Y” para el cual se modificarán las características de la cuadrícula. El campo “SPACING” permite, cuando el campo “AUTOMATIC” se encuentra no seleccionado, definir el espaciado existente entre las líneas de división principales. El espaciado entre estas líneas se fija tanto para cuando el eje “Y” se utiliza con escala lineal (“LINEAR”) como cuando se utiliza con escala logarítmica (“LOG (# OF DECADES)”) El campo “INTERVALS BETWEEN MAJOR” permite, cuando el campo “AUTOMATIC” se encuentra no seleccionado, seleccionar el número de divisiones auxiliares que se desplegarán entre dos líneas de división principal, las opciones disponibles son: 2, 4, 5 y 10. El campo “GRID” permite definir el tipo de líneas, tanto principales como auxiliares, que se utilizarán en las áreas de desplegado de trazos, las opciones disponibles son: líneas (“LINES”), puntos (“DOTS”), cruces (“+”) y ningún tipo de línea (“NONE”). Al seleccionar puntos o cruces solo se mostrarán estos elementos en las intersecciones con las líneas principales y/o auxiliares del eje “Y” si se seleccionan los campos “WITH OTHER MAJOR” y/o “WITH OTHER MINOR”. La opción “NONE” no despliega ningún tipo de símbolo para indicar las líneas.

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La opción “TRICS INSIDE PLOT EDGE” se generan pequeñas marcas en el inicio de las líneas de división. Normalmente estas marcas no son visibles debido a que las líneas de división principales y auxiliares son líneas. La opción “NUMBERS OUTSIDE PLOT EDGE” permite desplegar los valores del eje “Y” ubicados en las líneas principales de división.

Fig. 397.- Ventana de modificación de la cuadrícula del eje “Y”.

AGREGAR Y ELIMINAR EJE Y En algunos casos es deseable ver dos o hasta tres trazos que tienen amplitudes diferentes. En esta situación es posible agregar ejes “Y” separados en una gráfica y después asignar trazos a estos ejes. PSPICE AD permite agregar hasta tres ejes “Y” en cada área de desplegado de trazos. Para agregar un eje “Y” se utiliza el comando “ADD Y AXIS” o se presiona “CTRL Y”, ver figura 392b. Un segundo eje “Y” aparecerá, y un indicador de eje “»” apuntara al eje “Y” actual. Para seleccionar un eje “Y” diferente, simplemente presione el botón izquierdo del mouse sobre el eje deseado. Cualquier trazo agregado a la gráfica estará referido al eje “Y” seleccionado. En el área de desplegado de trazos del “ejemplo06” agregaremos un eje “Y” para desplegar el voltaje de salida en la misma área que la potencia de salida, utilizando “CTRL Y” para agregar el nuevo eje “Y” e “INS” para agregar V(out) se obtiene el área de desplegado mostrada en la figura 398. Para eliminar un eje “Y”, es necesario seleccionarlo con el apuntador y botón izquierdo del mouse, y ejecutar el comando “DELETE Y AXIS” o presionar “CTRL SHIFT Y”, ver figura 392b. Al eliminar un eje “Y” se eliminan también los trazos asociados a él.

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Fig. 398.- Area de desplegado con dos eje “Y”, uno para potencia y otro para voltaje.

AGREGAR AREA DE DESPLEGADO En algunos casos puede desearse ver varias áreas de desplegado en una misma ventana de PSPICE AD. Esto provee la ventaja de ver trazos con valores diferentes de ejes, rangos, etc. Para agregar un área de desplegado adicional a la ventana de PSPICE AD se utiliza el comando “ADD PLOT TO WINDOW”, figura 392b. Una pequeña etiqueta y una doble flecha (“SEL>>”) indicará cual es el área de desplegado activa. Se pueden agregar trazos al área de desplegado seleccionada de la misma manera que se ha realizado con anterioridad y pueden realizarse todas las funciones o cambios sobre los ejes, los cuales solo tendrán efecto sobre la gráfica seleccionada. (Nota: Para tener escalas de tiempo diferentes en los ejes “X”, necesita ejecutarse el comando “UNSYNCHORNIZE X AXIS”). Continuamos trabajando con el “ejemplo06”, al cual agregaremos una nueva área de desplegado para visualizar en un eje “Y” el voltaje de entrada V(in1,in2) y en otro la corriente de entrada –I(V1), el resultado se muestra en la figura 399.

Fig. 399.- Dos áreas de desplegado con varios ejes “Y”.

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Para seleccionar una gráfica, solo utilice el botón izquierdo del mouse sobre la gráfica deseada y el indicador de selección “SEL >>” se cambiara a la gráfica seleccionada.

ELIMINAR AREA DE DESPLEGADO Para eliminar un área de desplegado de la pantalla de PSPICE AD se requiere seguir dos pasos: 1.- Seleccionar el área a eliminar utilizando el cursor y el botón izquierdo del mouse, y 2.- Ejecutar el comando “DELETE PLOT”. Todos los trazos contenidos en el área de desplegado seleccionada serán eliminados al ejecutarse este comando.

QUITAR SINCRONIA A AREAS DE DESPLEGADO En ocasiones, es necesario visualizar áreas de desplegado utilizando diferentes escalas de la variable del eje “X”, para hacer esto, se requiere eliminar la sincronía existente entre las áreas de desplegado. El comando “UNSYNCHRONIZE X AXIS” elimina la sincronía del eje “X” de las áreas de desplegado. El área de desplegado seleccionada para estar fuera de sincronía se coloca en la parte superior de la pantalla de PSPICE AD. Una vez eliminada la sincronía de un área de desplegado ya no es posible resincronizarla, debe ser eliminada y vuelta a agregar. En el “ejemplo06” agregaremos otra área de desplegado para visualizar I(D3), ver figura 400, el área que contiene los trazos V(in1,in2) e –I(V1) se le quitará la sincronía con las otras dos áreas, y su eje “X” estará en el rango de 50 a 100mS, tal como se muestra en la figura 401.

Fig. 400.- Pantalla con tres áreas de desplegado de trazos.

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Fig. 401.- Area de desplegado fuera de sincronía.

USO DE ETIQUETAS Siempre es ventajoso agregar alguna forma de texto o algún tipo de dato al área de desplegado para ayudar a explicar el significado del trazo. PSPICE AD tiene la capacidad de agregar este tipo de información con el comando “LABEL”, figura 392b y 392c. Con el comando “LABEL” puede agregarse texto, líneas, flechas, cuadros, etc. Simplemente seleccione la función deseada y agregue la información necesaria. Las etiquetas (“LABELS”) pueden colocarse en cualquier parte del área de desplegado. Las etiquetas disponibles en PSPICE son: 1.- “TEXT”, permite agregar una texto de una longitud máxima de 124 caracteres, incluidos espacios, al seleccionar esta opción en el comando “LABEL” o al presionar el botón “TEXT LABEL” se abre la ventana de edición de texto mostrada en la figura 402. Al terminar de editar el texto y presionar el botón “OK”, el texto editado aparece junto al apuntador del mouse, para fijarlo al área de desplegado es necesario colocar el apuntador de mouse en el área deseada y presionar el botón izquierdo.

Fig. 402.- Ventana de edición de texto.

2.- “LINE”, permite agregar una línea recta. Al seleccionar la opción, la forma del cursor cambia de una flecha a un lápiz. Para iniciar el trazo de la línea se presiona el botón izquierdo del mouse, para terminar el trazo se

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mueve le cursor a la posición deseada y se vuelve a presionar el botón izquierdo. Para cancelar el proceso de trazado de línea se presiona la tecla “ESC”. 3.- “POLY-LINE”, permite agregar un grupo de líneas rectas unidas entre sí. Al seleccionar la opción, la forma del cursor cambia de una flecha a un lápiz. Para iniciar el trazo de la línea se presiona el botón izquierdo del mouse, cada vez que se presiona el botón izquierdo del mouse se genera un nuevo punto de inicio para otra línea recta, para terminar el proceso de trazado de línea se presiona la tecla “ESC”. 4.- “ARROW”, permite agregar una línea recta con punta de flecha en su extremo terminal. Al seleccionar la opción, la forma del cursor cambia de una flecha a un lápiz. Para iniciar el trazo de la línea se presiona el botón izquierdo del mouse, para terminar el trazo se mueve le cursor a la posición deseada y se vuelve a presionar el botón izquierdo. Para cancelar el proceso de trazado de línea se presiona la tecla “ESC”. 5.- “BOX”, permite dibujar un cuadro en el área de desplegado de trazos. Al seleccionar la opción, la forma del cursor cambia de una flecha a un lápiz. Para iniciar el trazo del cuadro se presiona el botón izquierdo del mouse, para terminar el trazo se mueve le cursor a la posición deseada y se vuelve a presionar el botón izquierdo. Para cancelar el proceso de trazado del cuadro se presiona la tecla “ESC”. 6.- “CIRCLE”, permite dibujar un círculo en el área de desplegado de trazos. Al seleccionar la opción, la forma del cursor cambia de una flecha a un lápiz. Para iniciar el trazo del círculo se coloca el cursor en el punto que se utilizará como centro y se presiona el botón izquierdo del mouse, al mover el cursor se mueve el radio del círculo, para terminar el trazo se mueve le cursor a la posición deseada y se vuelve a presionar el botón izquierdo. Para cancelar el proceso de trazado del cuadro se presiona la tecla “ESC”. 7.- “ELLIPSE”, permite dibujar una elipse en el área de desplegado de trazos. Al seleccionar la opción, se abre una ventana para fijar el ángulo al que se encuentran los focos de la elipse, figura 403, al fijar este valor y presionar el botón “OK” la forma del cursor cambia de una flecha a un lápiz. Para iniciar el trazo de la elipse se coloca el cursor en el punto que se utilizará como centro y se presiona el botón izquierdo del mouse, al mover el cursor se cambia el tamaño y forma de la elipse, para terminar el trazo se mueve le cursor a la posición deseada y se vuelve a presionar el botón izquierdo. Para cancelar el proceso de trazado del cuadro se presiona la tecla “ESC”.

Fig. 403.- Ventana de edición de la inclinación de la elipse.

8.- “MARK”, coloca una etiqueta en la posición del cursor que se ha movido mas recientemente. La etiqueta está formada por una cadena de texto con las coordenadas del cursor y una línea uniendo esta cadena de texto con la posición del cursor en el trazo. La opción “MARK” solo puede ser utilizada si se encuentra activada la opción “CURSOR” del menú “TRACE”.

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Fig. 404.- Area de trazos con etiquetas.

USO DE CURSOR La función “CURSOR” de PSPICE AD es una herramienta útil para determinar datos específicos de los trazos de una gráfica. El comando “DISPLAY” del submenú de “CURSOR”, figura 405b, o el presionar el botón “TOGGLE CURSOR” abrirá una ventana pequeña en el área de desplegado de trazos. Aparecerán dos “líneas punteadas” en la gráfica y estas líneas marcaran los puntos de donde se toman los datos del cursor.

Fig. 405.- Menú de selección de opciones para el comando “CURSOR”.

Los datos desplegados en la ventana de “CURSOR” son la amplitud y la posición de cada cursor Al y A2. La diferencia entre Al y A2 se muestra en el renglón “dif =”. Los cursores están atados al trazo seleccionado, y se usa el mouse para moverlos. Para cambiar la posición del cursor A1, solo presione y sostenga el botón izquierdo del mouse mientras lo mueve, y el cursor se moverá. Para mover el

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Fig. 406. Cursor de Probe.

cursor A2 presione el botón derecho del mouse y mueva el cursor. Los cursores pueden ser movidos utilizando las teclas de “flechas”, las flechas “derecha“, e “izquierda” mueven el cursor A1, para mover el cursor A2 se utiliza la tecla “SHIFT” al mismo tiempo que las flechas “derecha” e “izquierda”. La función “CURSOR” cuenta con diez opciones adicionales: 1.- “FREEZE”, fija los cursores a su posición actual, impidiendo su movimiento al utilizar el teclado o el mouse. Para quitar esta opción, se requiere volver a seleccionar la opción en el submenú “CURSOR”. 2.- “PEAK”, mueve el cursor hacia el siguiente pico del trazo sobre el que se encuentra el cursor activo. 3.- “TROUGH”, mueve el cursor hacia el siguiente valle del trazo sobre el que se encuentra el cursor activo. 4.- “SLOPE”, mueve el cursor hacia el siguiente punto donde se tiene un cambio en la pendiente del trazo. 5.- “MIN”, mueve el cursor hacia el punto de valor mínimo del trazo sobre el cual se encuentra el cursor activo. 6.- “MAX”, mueve el cursor hacia el punto de valor máximo del trazo sobre el cual se encuentra el cursor activo. 7.- “POINT”, mueve el cursor hacia el siguiente punto que forma el trazo. 8.- “SEARCH COMMANDS”, mueve el cursor hacia un punto especifico del trazo. 9.- “NEXT TRANSITION”, mueve el cursor hacia la siguiente transición digital del trazo. 10.- “PREVIOUS TRANSITION”, mueve el cursor hacia la transición digital anterior del trazo. También, si hay dos trazos en una gráfica, un cursor puede colocarse en un trazo y el otro en el segundo trazo. Para asignar el cursor A1, solo seleccione el símbolo antes del dato de PSPICE AD utilizando el botón izquierdo del mouse. Un cuadro de color aparecerá alrededor del símbolo para mostrar que un cursor está atado al conjunto de datos. Para asignar el cursor A2, el proceso es idéntico al anterior, solo que en vez de utilizar el botón izquierdo del mouse se utiliza el derecho.

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Fig. 407.- Uso del cursor en dos trazos.

TRANSFORMADA RAPIDA DE FOURIER Una herramienta muy valiosa que viene con PSPICE AD es la capacidad de crear FFT (siglas en inglés de Fast Fourier Transform, Transformada Rápida de Fourier) de un trazo. El procedimiento para crear y ver la FFT de un trazo es muy simple, y puede seleccionarse una escala lineal o logarítmica del eje “X”. Para crear una FFT, coloque el trazo de la señal deseada en una gráfica. Utilice el comando “X Axis Settings” del menú “PLOT” y seleccione “Fourier” debajo de “Process Options”. Probe hará todos los cálculos necesarios para crear la FFT de la señal.

Fig. 408.- Trazo de la corriente del rectificador completo monofásico.

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Fig. 409.- FFT de la corriente del rectificador completo monofásico.

Puesto que PSPICE AD resuelve la FFT en base al número de puntos de datos obtenidos, a veces es necesario correr una simulación por un tiempo mayor para obtener una FFT limpia. También, puesto que la información transitoria puede distorsionar una FFT es una buena practica usar el comando “RESTRICTED” en el campo de “USE DATA” en la configuración del eje “X” para eliminar los puntos de datos transitorios del calculo de la FFT.

Fig. 410.- Ventana de restricción de datos en el eje “X”. Como con todo trazo de datos, las funciones de cursor, ajuste de ejes y de acercamiento trabajaran con la función FFT.

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Fig. 411.- FFT de la corriente con restricción de datos.

ANALISIS DE DESEMPEÑO El análisis de desempeño es una característica avanzada de PSPICE AD que permite comparar a una familia de formas de onda. El análisis de desempeño utiliza una serie de comandos de búsqueda para definir funciones que detectan puntos definidos en cada curva de la familia de formas de onda. Estas funciones utilizadas por el análisis de desempeño son llamadas “Función Objetivo”. La tabla XII muestra las funciones objetivo incluidas en PSPICE AD. Tabla XII.- Funciones objetivo incluidas en PSPICE AD para el análisis de desempeño. FUNCION OBJETIVO

DESCRIPCION Y USO DE LA FUNCION

Bandwidth(Nombre_del_trazo, nivel_en_dB)

Encuentra la diferencia en los valores del eje “X” donde el trazo cruza por primera vez su nivel máximo menos el nivel_en_dB, el primer punto debe tener una pendiente positiva, y el segundo una pendiente negativa.

BPBW(Nombre_del_trazo, nivel_en_dB)

Encuentra el ancho de banda de un filtro pasa banda, idéntico a Bandwidth(,)

CenterFreq(Nombre_del_trazo, nivel_en_dB)

Encuentra el punto medio entre los valores del eje “X” donde el trazo cruza por primera vez su valor máximo menos el nivel_en_dB con una pendiente positiva y después con pendiente negativa.

Falltime(Nombre_del_trazo)

Encuentra el tiempo de bajada de una señal como la diferencia en los valores del eje “X” donde el trazo cruza los puntos de 90% y 10% de su valor máximo al tener una pendiente negativa. Para utilizar esta función es necesario que la señal no tenga sobretiros.

GainMargin(trazo_1, trazo_2)

Encuentra el valor de la magnitud en decibeles del segundo trazo en el punto del eje “X” donde la fase del primer trazo cruza por –180 grados.

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Tabla XII.- Funciones objetivo incluidas en PSPICE AD para el análisis de desempeño. (continuación). FUNCION OBJETIVO

DESCRIPCION Y USO DE LA FUNCION

GenFall(Nombre_del_trazo)

Encuentra los valores inicial y final de un trazo en el eje “Y”. Entonces encuentra la diferencia en los valores del eje “X” donde el trazo cruza los puntos de 90% y 10% de su valor máximo al tener una pendiente negativa.

GenRise(Nombre_del_trazo)

Encuentra los valores inicial y final de un trazo en el eje “Y”. Entonces encuentra la diferencia en los valores del eje “X” donde el trazo cruza los puntos de 10% y 90% de su valor máximo al tener una pendiente positiva.

HPBW(Nombre_del_trazo, nivel_en_dB)

Ancho de banda de filtro pasa altos. Encuentra el valor del eje “X” donde el trazo cruza por primera vez el punto definido por el valor máximo menos el nivel_en_dB con una pendiente positiva.

LPBW(Nombre_del_trazo, nivel_en_dB)

Ancho de banda de filtro pasa bajos. Encuentra el valor del eje “X” donde el trazo cruza por primera vez el punto definido por el valor máximo menos el nivel_en_dB con una pendiente negativa.

Max(Nombre_del_trazo)

Encuentra el valor máximo de un trazo.

MAXr(Nombre_del_trazo, inicio_x, final_x)

Encuentra el valor máximo de un trazo dentro del rango del eje “X” especificado por inicio_x y final_x.

Min(Nombre_del_trazo)

Encuentra el valor mínimo de un trazo.

MINr(Nombre_del_trazo, inicio_x, final_x)

Encuentra el valor mínimo de un trazo dentro del rango del eje “X” especificado por inicio_x y final_x.

Overshoot(Nombre_del_trazo)

Encuentra la diferencia entre el valor máximo y el valor final en el eje “Y” de un trazo.

Peak(Nombre_del_trazo, n_ocurrencia)

Encuentra el valor del trazo en su n-símo pico. (El pico se define como el punto donde existen tres puntos antes y después con un valor en el eje “Y” menor).

Period(Nombre_del_trazo)

Encuentra la diferencia entre el primer y segundo valor del eje “X” donde el trazo cruza el punto medio de su rango en el eje “Y” con una pendiente positiva.

PhaseMargin(trazo_1, trazo_2)

Encuentra el valor de la fase en grados del segundo trazo en el punto del eje “X” donde la magnitud del primer trazo cruza por 0 dB.

Pulsewidth(Nombre_del_trazo)

Encuentra la diferencia entre los valores del eje “X” donde el trazo cruza por primera vez el punto medio de su rango en el eje “Y” con pendiente primero positiva y después negativa.

Risetime(Nombre_del_trazo)

Encuentra el tiempo de subida de una señal como la diferencia en los valores del eje “X” donde el trazo cruza los puntos de 10% y 90% de su valor máximo al tener una pendiente positiva. Para utilizar esta función es necesario que la señal no tenga sobretiros.

SWINGr(Nombre_del_trazo, inicio_x, final_x)

Encuentra la diferencia entre los valores máximo y mínimo de un trazo en el rango del eje “X” especificado por inicio_x y final_x.

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Tabla XII.- Funciones objetivo incluidas en PSPICE AD para el análisis de desempeño. (continuación). FUNCION OBJETIVO

DESCRIPCION Y USO DE LA FUNCION

TPmW2(Nombre_del_trazo, Período)

Disipación de potencia en mW durante el final del tiempo definido por Período. Encuentra la diferencia entre el valor final del trazo en el eje “Y” y el valor final en el eje “Y” en un período anterior.

XatNthY(Nombre_del_trazo, valor_Y, n_ocurrencia)

Encuentra el valor del eje “X” correspondiente a la n-síma ocurrencia del valor_Y especificado, para el trazo analizado.

XatNthYn(Nombre_del_trazo, valor_Y, n_ocurrencia)

Encuentra el valor del eje “X” correspondiente al n-símo cruce de pendiente negativa del valor_Y especificado, para el trazo analizado.

XatNthYp(Nombre_del_trazo, valor_Y, n_ocurrencia)

Encuentra el valor del eje “X” correspondiente al n-símo cruce de pendiente positiva del valor_Y especificado, para el trazo analizado.

XatNthYpct(Nombre_del_trazo, pct_Y, n_ocurrencia)

Encuentra el valor del eje “X” correspondiente al n-símo cruce por el porcentaje del valor máximo del eje “Y” especificado por pct_Y.

YatX(Nombre_del_trazo, valor_X)

Encuentra el valor del trazo en el valor del eje “X” especificado en valor_X.

YatXpct(Nombre_del_trazo, pct_X)

Encuentra el valor del trazo en el porcentaje del rango especificado del eje “X

El análisis de desempeño se utiliza en conjunción con los análisis de barrido en CD, barrido en CA, paramétricos, de temperatura, Monte Carlo y Peor de los Casos. Para seleccionar este análisis deben tenerse varias secciones o corridas de simulación.

MODIFICAR LOS COLORES Y TIPOS DE LINEAS DE LOS TRAZOS PSPICE AD permite cambiar atributos de color, forma y grosor de los trazos desplegados en pantalla. Para cambiar estos atributos es necesario posicionar el cursor sobre el trazo a modificar y presionar el botón derecho de mouse, esto abrirá la ventana mostrada en la figura 412. La opción “INFORMATION” despliega una ventana con información sobre las condiciones de simulación que produjeron el trazo, figura 413. La opción “PROPERTIES” por otra parte permite modificar el color, forma y grosor del trazo, la ventana mostrada en la figura 414a presenta cinco campos: 1.- “COLOR”, permite escoger de entre 12 colores el asignado al trazo seleccionado. 2.- “PATTERN”, figura 414b, permite definir el tipo de patrón de línea que asignará al trazo seleccionado. 3.- “WIDTH”, figura 414c, permite definir el grosor de línea que se asignará al trazo seleccionado. 4.- “SYMBOL”, figura 414d, permite definir el símbolo que se agregará a la línea del trazo seleccionado. 5.- “SHOW SYMBOL”, permite habilitar o inhabilitar el desplegado del símbolo asignado al trazo seleccionado.

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Fig. 412.- Ventana de edición de propiedades de trazo.

Fig. 413.- Ventana de información de trazo.

(a)

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(b)

(c)

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(d) Fig. 414.- Venana de propiedades de trazo.

Al terminar de cambiar estos atributos debe presionarse el botón “OK” para que los cambios tomen efecto. Si los cambios no se visualizan inmediatamente, ejecute el comando “REDRAW” del menú “VIEW”. Para modificar los colores de fondo y cuadrícula desplegados en PSPICE AD es necesario modificar el archivo “PSPICE.INI” que se encuentra en la carpeta ”c:\..\OrcadLite\Pspice”. Este archivo puede ser abierto con el Bloque de Notas o NOTEPAD. En la sección [Probe Display Colors] se puede modificar los colores asignados al fondo, cuadrícula y trazos. El formato utilizado para la asignación de colores es: = Los nombres de propiedad validos en esta sección del archivo son: “BACKGROUND” (fondo), “FOREGROUND” (usado para la cuadrícula) y TRACE_1 a TRACE_12 (trazos del 1 al 12). Los colores pueden ser asignados por medio de nombres de color válidos o especificando una combinación de colores R (rojo), G (verde), B (azul) en los rangos de 0 a 255 para cada color. Los nombres válidos para colores son: BLACK (negro), BLUE (azul), GREEN (verde), CYAN (azul – verde), RED (rojo), MAGENTA (magenta), YELLOW (amarillo), BRIGTHWHITE (blanco brillante), BROWN (café), LIGHTGRAY (gris claro), DARKGRAY (gris oscuro), DARKBLUE (azul oscuro), DARKGREEN (verde oscuro), DARKCYAN (azul – verde oscuro), DARKRED (rojo oscuro) y DARKMAGENTA (magenta oscuro), entre otros. Después de realizar las modificaciones es necesario guardar los cambios en el archivo. La nueva asignación de colores tomará efecto la siguiente vez que se ejecute el programa PSPCIE AD.

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[PROBE DISPLAY COLORS] NUMTRACECOLORS=12 BACKGROUND= 255 255 255 FOREGROUND=BLACK TRACE_1=DARKGREEN TRACE_2=BRIGHTRED TRACE_3=BRIGHTBLUE TRACE_4=BRIGHTYELLOW TRACE_5=BRIGHTMAGENTA TRACE_6=BRIGHTCYAN TRACE_7=MUSTARD TRACE_8=PINK TRACE_9=LIGHTGREEN TRACE_10=DARKPINK TRACE_11=LIGHTBLUE TRACE_12=PURPLE select=BRIGHTRED Fig. 415.- Ejemplo de la sección “PROBE DISPLAY COLORS”.

CONFIGURACION DE PSPICE AD PSPICE AD permite configurar las barras de herramientas visibles, los comando contenidos en estas barras de herramientas, secuencia de teclas para ejecutar comandos, características de desplegado de las áreas, modificación del nombre asignado al desplegado de la simulación y el control o forma de desplegar los trazos en pantalla. Para configurar las barras de herramientas y las secuencias de teclas asignadas a los comandos de PSPICE AD, se utiliza el comando “CUSTOMIZE” del menú “TOOLS”, esto abre la ventana mostrada en la figura 416. Esta ventana cuenta con tres secciones: “TOOLBARS”, “COMMANDS” y “KEYBOARD”. La sección “TOOLBARS” permite seleccionar las barras de herramientas que estarán visibles en PSPICE AD, definir las características de desplegado de estas barras, y definir esquemas de desplegado de estar barras de herramientas. El campo “TOOLBARS” permite seleccionar cuales de las diez barras de herramientas se desplegarán, para seleccionar una barra es necesario marcar el cuadro de selección que se encuentra a la izquierda de su nombre. La opción “SHOW TOOLTIPS” permite que se despliegue un mensaje en la barra de estado de PSPICE con la descripción del comando que ejecuta cada botón de las barras de herramientas cuando se posiciona el cursor sobre el botón. La opción “COOL LOOK” permite que las barras de herramientas aparezcan como un conjunto de iconos continuos, cuando esta opción está deseleccionada, los iconos en las barras de herramientas aparecen encerrados en cuadros. La opción “LARGE BUTTONS” hace que los iconos de las barras de herramientas aparezcan de mayor tamaño. Por último, la opción “SCHEME” permite definir el nombre con el cual se guardará en el disco duro la configuración de desplegado de barra de herramientas, comandos y secuencia de teclas para ejecución de comandos.

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Fig. 416.- Ventana de configuración de barra de herramientas y secuencia de teclas para ejecución de

Fig. 417.- Ventana de configuración de iconos en barra de herramientas.

Fig. 419.- Ventana de configuración de opciones de desplegado. Fig. 418.- Ventana de configuración de secuencia de teclas para ejecución de comandos de PSPICE AD.

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La sección “COMMANDS” permite agregar iconos a las barras de herramientas desplegadas en PSPICE AD. La sección “KEYBOARD” permite asignar, quitar y modificar la secuencia de teclas utilizadas para ejecutar los comandos de PSPICE AD. El comando “OPTIONS” del menú “TOOLS”, permite configurar el modo en que se despliegan las barras de corrimiento (“scroll bars”), los símbolos y los colores de los trazos, además define el intervalo de actualización de pantalla y el número de divisiones de los histogramas. Al ejecutar este comando, se abre la ventana mostrada en la figura 419. En esta ventana, se tienen diez campos de configuración, los cuales se describen a continuación. El campo “USE SYMBOLS” permite definir en que condiciones se utilizarán símbolos para diferenciar trazos, se cuenta con tres opciones: 1.- “ATTRIBUTES”, muestra los símbolos solo sí en la ventana de propiedades se seleccionó la opción “SHOW SYMBOL”, 2.- “NEVER”, no muestra nunca los símbolos asignados a los trazos, y 3.- “ALWAYS”, siempre muestra los símbolos asignados a los trazos. El campo “TRACE COLOR SCHEME” permite definir la secuencia de colores asignada a los trazos mostrados en pantalla, se cuenta con cuatro opciones: 1.- “NORMAL”, usa un color diferente para cada trazo, si el número de trazos es mayor a 12, vuelve a asignar estos colores, 2.- “MATCH AXIS”, usa el mismo color para todos los trazos que pertenecen a un mismo eje “Y”, 3.- “SEQUENTIAL PER AXIS”, usa los colores disponibles de manera secuencial en los trazos de cada eje “Y”, 4.- “UNIQUE BY FILE”, usa el mismo color para todos los trazos que pertenecen a un mismo archivo, y solo se aplica a trazos analógicos. El campo “USE SCROLLBARS” permite definir la forma en que se desplegarán las barras de corrimiento al realizar acercamientos en las áreas de desplegado de trazos, se cuenta con tres opciones: 1.- “AUTO”, usa las barras de corrimiento cuando se realiza un acercamiento sobre uno de los ejes, 2.- “NEVER”, nunca usa las barras de corrimiento, y 3.- “ALWAYS”, siempre usa las barras de corrimiento. El campo “AUTO UPDATE INTERVAL”, permite definir el intervalo de tiempo en el cual se realizarán las actualizaciones de los trazos en pantalla, se cuenta con tres opciones: 1.- “AUTO”, actualiza la pantalla de desplegado cada vez que el simulador genera nuevos datos, 2.- “EVERY ‘n’ SEC”, actualiza la pantalla a intervalos regulares, el intervalo está definido por ‘n’ y está expresado en segundos, 3.- “EVERY ‘n’ %”, actualiza la pantalla basado en el avance de la simulación, cada ‘n’ por ciento avance.

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El campo “NUMBER OF HISTOGRAM DIVISIONS” define el número de divisiones de histograma que se utilizarán al desplegar un análisis de desempeño para una simulación de Monte Carlo. El campo “NUMBER OF CURSOR DIGITS” define el número de dígitos que se desplegarán en la ventana de cursor para definir la posición de este. El campo “MARK DATA POINT” permite visualizar los puntos obtenidos en la simulación sobre el trazo mostrado en pantalla. El campo “DISPLAY EVALUATION” permite desplegar los trazos y los puntos marcados al evaluar una función objetivo. El campo “DISPLAY STATISTICS” permite desplegar los datos estadísticos asociados a los histogramas de los análisis de Monte Carlo. El campo “HIGHLIGHT ERROR STATES” permite resaltar automáticamente los estados de error generados al desplegar un trazo. Para que los cambios efectuados tomen lugar es necesario presionar el botón “OK”. En el menú “WINDOW” se encuentran dos comandos importantes para la configuración de la ventana de desplegado de trazos: “TITLE” y “DISPLAY CONTROL”, figura 420.

Fig. 420.- Menú “WINDOW”. El comando “TITLE” permite cambiar el nombre o titulo que aparece en la barra superior de la ventana de PSPICE AD, por omisión despliega el nombre del perfil de simulación utilizado para generar los datos desplegados. Al ejecutar este comando se abre la ventana mostrada en la figura 421, en esta ventana se edita el nuevo nombre o titulo de la simulación. El cambio efectuado solo es valido en la sesión actual de desplegado.

Fig. 421.- Ventana de edición del nombre o titulo de la pantalla de desplegado.

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Utilizando el resultado de la simulación del “ejemplo06”, la figura 422 muestra la parte superior de la ventana de PSPICE AD antes y después de cambiado su titulo (el nuevo titulo utilizado es “TRANSITORIO DE CORRIENTE”.

Fig. 422.- (a) Titulo asignado por omisión a la pantalla de PSPICE AD, (b) Titulo asignado utilizando el comando “TITTLE”. Por otra parte, el comando “DISPLAY CONTROL” permite guardar y cargar, hacia y desde archivos en disco duro, perfiles de desplegado de trazos. Además de los perfiles de desplegado diseñados por el usuario PSPICE AD proporciona una serie de “plantillas” predefinidas. La figura 423 muestra la ventana de edición de perfiles de desplegados del usuario y las plantillas proporcionadas por PSPICE AD.

(a)

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(b)

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(c)

(d)

Fig. 423.- Ventana de edición de perfiles de desplegado de trazos. (a) perfiles definidos por el usuario, (b) plantillas para análisis transitorio, (c) plantillas para análisis de barrido en CD, (d) plantillas para análisis de barrido en CA.

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CAPITULO

7.- DISEÑO DE CIRCUITOS IMPRESOS UTILIZANDO ORCAD CAPTURE Y ORCAD LAYOUT

PROCESO DE DISEÑO DE UN CIRCUITO IMPRESO EN OrCAD LAYOUT El proceso de diseño de un circuito impreso en OrCAD LAYOUT se muestran en la figura 424. El proceso inicia a partir de una red de conexiones, esta red de conexiones es generada en CAPTURE a partir de un diagrama esquemático, o es traducida de un diseño en AutoCAD a red de conexiones por medio del programa VISUAL CADD. Con la red de conexiones disponible, en OrCAD LAYOUT se asignan las “huellas” o “footprints” a cada uno de los componentes del circuito impreso, después se distribuyen los componentes en el área del circuito impreso, y por último se trazan las vías de conexión entre las terminales de los dispositivos.

OrCAD CAPTURE

EDIF

ANOTACION INVERSA

ANOTACION DIRECTA

OrCAD LAYOUT

DIBUJOS GERBER Y PLOTS

GERBTool

VER, GRAFICAR, CONVERTIR, Y LIMPIAR

D R A FT

LIBRERIAS DE SIMBOLOS

ARCHIVOS GERBER Y DE PERFORACION

VISUAL CADD

DXF a MAX

MAX a DXF

LIBRERIAS DE"FOOTPRINTS"

VISUAL CADD

DIBUJOS AutoCAD

REPORTES

DOCUMETOS IMPRESOS

Fig. 424.- Diagrama a bloques del proceso de diseño de un circuito impreso.

El proceso de diseño de un circuito impreso, es un proceso complicado, donde se requiere intuición, experiencia y “buena suerte” para obtener un buen resultado. Estas habilidades solo pueden ser adquiridas por medio de varias horas de práctica y la guía o consejos de gente con mayor experiencia. A continuación se describen brevemente cada uno de los pasos anteriormente mencionados.

CREACION DE REDES DE CONEXIONES A PARTIR DE UN DIAGRAMA ESQUEMATICO DE OrCAD CAPTURE Los diagramas esquemáticos generados en OrCAD CAPTURE pueden ser utilizados para generar archivos de red de conexiones. Estos archivos, con extensión MNL, se generan en el administrador de proyectos de OrCAD CAPTURE, si el esquemático no tiene ninguna violación a las reglas de diseño, contenidas en la matriz de reglas de diseño, el archivo de red de conexiones es creado o modificado. Para crear la red de conexiones se requiere ejecutar los siguientes pasos: 1.- Abrir un proyecto de OrCAD CAPTURE, 2.- Seleccionar el diseño en el administrador del proyecto y ejecutar el comando “CREATE NETLIST” del menú “TOOLS”. Este comando abre una ventana de configuración para la creación de la red de conexiones,

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3.- Seleccionar la ceja “LAYOUT” de la ventana de configuración, 4.- En el campo “PCB FOOTPRINT”, asegurarse de que la cadena “{PCB Footprint}” esté en el recuadro, 5.- En el campo “NETLIST FILE”, asegurarse de que la ruta del archivo de red de conexiones sea la correcta. La red de conexiones toma el nombre del proyecto de OrCAD CAPTURE y le agrega la extensión MNL. 6.- Presionar el botón “OK”. OrCAD CAPTURE procesa la red de conexiones y la guarda en el archivo especificado en el paso 5. En caso de existir alguna violación en las reglas de diseño, estas violaciones aparecerán listadas en la bitácora de sesión. Para ejemplificar este proceso, crearemos un proyecto para simulación en PSPICE AD llamado “ejemplo_pcb”, el circuito generado es el filtro pasa bajas mostrado en la figura 425. El circuito tal como se muestra en la figura, puede ser utilizado para realizar análisis de barrido en CA o análisis transitorio. Las partes “JUMP2” de la librería “EVAL” que se conectan en paralelo con las fuentes V3, VCC, y VEE son para proporcionar puntos de conexión en el circuito impreso.

Fig. 425.- Circuito de filtro pasa bajos.

Para accesar al administrador de proyectos, en el menú “WINDOW” seleccionamos “2 ejemplo_pcb”, o presionamos el botón “PROJECT MANAGER” de la barra de herramientas, figura 426. La ventana del administrador de proyectos para “ejemplo_pcb” se muestra en la figura 427. Para crear la red de conexiones ejecutamos el comando “CREATE NETLIST” o presionamos el botón “CREATE NETLIST” de la barra de herramientas, figura 428, esto abre la ventana de creación de red de conexiones, figura 429, seleccionamos la ceja “LAYOUT” tal como se indica en el punto 3, y nos aseguramos que los campos “PCB FOOTPRINT” y “NETLIST FILE” contengan el texto correcto, además, para asegurar que cada vez que se actualice la red de conexiones se envié la información al programa OrCAD LAYOUT, activamos el campo “RUN ECO TO LAYOUT” y seleccionamos “USER PROPERTIES ARE IN INCHES” para que las dimensiones de los dispositivos se

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Fig. 426.- Comandos para accesar al administrador de proyectos.

Fig. 427.- Ventana del administrador de proyectos para “ejemplo_pcb”.

expresen en pulgadas, figura 430. Una vez realizada esta configuración, presionamos el botón “OK”. En la ventana del administrador de proyectos aparece el nombre del nuevo archivo agregado al proyecto, figura 431.

Fig. 428.- Comandos para crear la red de conexiones.

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Fig. 429.- Ventana de configuración para crear la red de conexiones.

Fig. 430.- Ventana de configuración para crear la red de conexiones utilizando la ceja “LAYOUT”.

Fig. 431.- Ventana del administrador de proyectos para “ejemplo_pcb” con el archivo de red de conexiones creado.

CREACION DE CIRCUITO IMPRESO Ya con el archivo de red de conexiones creado, se puede crear el archivo de circuito impreso (MAX) en OrCAD LAYOUT, al abrir el programa aparece tal como se muestra en la figura 432. Para crear un nuevo archivo de circuito impreso se ejecuta el comando “NEW” del menú “FILE” o se presiona el botón “OPEN NEW BOARD” de la barra de herramientas, figura 433.

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Fig. 432.- Programa OrCAD LAYOUT.

Fig. 433.- Comandos de creación de un nuevo archivo de circuito impreso.

Al crear el nuevo archivo de circuito impreso, se abre una ventana de selección de plantilla de tecnología, figura 434. Estas plantillas contienen información relacionada a las cuadrículas, vías de conexión entre capas, número de capas, características de los trazos de conexión, entre otros atributos.

Fig. 434.- Ventana de selección de plantilla de tecnología.

OrCAD LAYOUT LITE EDITION cuenta con doce plantillas disponibles: 1.- “1BET_ANY.TCH”, utilizada para circuitos impresos de montaje superficial o de perforación, solo se permite una pista entre las terminales de un circuito integrado. 2.- “2BET_SMT.TCH”, utilizada para circuitos impresos de montaje superficial o de tecnología mixta, se permite tener dos pistas entre las terminales de un circuito integrado. 3.- “2BET_THR.TCH”, utilizada para circuito impresos de perforación, se permiten dos pistas entre las terminales de un circuito integrado. 4.- “3BET_ANY.TCH”, utilizada para circuito impresos de montaje superficial o de perforación, se permite tener tres pistas entre las terminales de un circuito integrado.

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5.- “DEFAULT.TCH”, utilizada como la plantilla por omisión para la traducción de programas de diseño de circuito impresos. 6.- “386LIB.TCH”, utilizada para realizar la importación de archivos generados en PCB386. 7.- “HYBRID.TCH”, utilizada para circuito integrados híbridos. 8.- “MCM.TCH”, utilizada para módulos de circuitos integrados múltiples. 9.- “METRIC.TCH”, utilizada para circuitos impresos en sistema métrico. 10.- “PADS.TCH”, utilizada para realizar la importación de archivos generados en el programa PADS. 11.- “PROTEL.TCH”, utilizada para realizar la importación de archivos generados en el programa PROTEL. 12.- “TUTOR.TCH”, utilizada por el programa tutorial de OrCAD LAYOUT LITE. Para nuestro ejemplo, seleccionamos la plantilla “1BET_ANY.TCH” y presionamos el botón “ABRIR”. Esto abre la ventana de selección del archivo de red de conexiones, para nuestro ejemplo, buscamos la carpeta en la cual se encuentra el archivo “ejemplo_pcb.mnl”, lo seleccionamos, figura 435, y presionamos el botón “ABRIR”.

Fig. 435.- Ventana de selección del archivo de red de conexiones.

La ventana que aparece a continuación, figura 436, permite definir en que carpeta y con cual nombre se guardará el archivo de circuito impreso generado por OrCAD LAYOUT. Presionar el botón “GUARDAR”, y dado que se seleccionó la opción “RUN ECO TO LAYOUT” en la configuración de creación de red de conexiones, se abre una ventana que procesa la red de conexiones y trata de asignarle una “huella” para circuito impreso, en caso de no encontrar en sus librerías las “huellas” asignadas a los dispositivos, figura 437, despliega una ventana que permite agregar librerías a la lista de LAYOUT, crear nuevas librerías de “huellas” o simplemente diferir el momento de asignación de “huellas”. En nuestro ejemplo agregamos la librería “curso.llb” al directorio “c:\..\orcadlite\layout_plus\library”. Para utilizar las “huellas” disponibles en esta librería presionamos el botón “LINK EXISTING FOOTPRINT TO COMPONENT”, esto abre la ventana de asignación de “huellas”, figura 438, para agregar la librería “curso.llb” se presiona el botón “ADD” que se encuentra en el campo “LIBRARIES”. Esto abre la ventana de selección de librerías mostrada en la figura 439. Una vez seleccionada la librería, sus componentes quedan disponibles en el campo “FOOTPRINT”, seleccionamos la “huella” “DIP.100/14/W.300/L.800”, esta terminología define la “huella” como de

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Fig. 436.- Ventana de asignación de carpeta y nombre del archivo de circuito impreso.

Fig. 437.- Ventana de ejecución de la función ECO de asignación de “huellas”.

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Fig. 438.- Ventana de asignación de “huellas”.

Fig. 439.- Ventana de selección de librerías de “huellas”.

circuito integrado de montaje tipo perforación, con separación entre terminales de 100 mils, distancia entre filas de terminales de 300 mils y largo del circuito integrado de 800 mils, presionamos el botón “OK” para que la función ECO siga asignando “huellas” a los dispositivos restantes del circuito. Al terminar la asignación de “huellas” a los dispositivos que forman el circuito impreso, estos aparecen en el área de trabajo agrupados por tipo de dispositivo, tal como se muestra en la figura 441.

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Fig. 440.- Asignación de la “huella” “DIP.100/14/W.300/L.800” al circuito integrado U1.

Fig. 441.- Distribución inicial de los dispositivos en el circuito impreso.

DISTRIBUCION DE COMPONENTES EN EL CIRCUITO IMPRESO La distribución de los componentes en el área del circuito impreso es muy importante, tiene influencia sobre la longitud de las pistas, los elementos parásitos y el tamaño en general del circuito impreso. La distribución óptima de dispositivos es indispensable para reducir los atributos anteriores, y solo es posible aproximarse a esta distribución por medio de experiencia, guía de otra persona con mayor experiencia y en algunos casos buena suerte. Para poder realizar la distribución de los componentes en el circuito impreso, es necesario definir primero cual es el área máxima que se quiere para el circuito impreso.

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Para definir el área ocupada por el circuito impreso, en OrCAD LAYOUT se utiliza la definición de un “obstáculo”, este obstáculo se genera por medio de la opción “NEW” del comando “OBSTACLE” del menú “TOOLS” o presionado el botón “OBSTACLE TOOL” que se encuentra en la barra de herramientas, figura 442, una vez seleccionada esta herramienta, para empezar a definir el área del circuito impreso se presiona el botón izquierdo de mouse, esto hace que unido al apuntador del mouse aparezca una línea gruesa de color amarillo, para iniciar un nuevo lado para la definición del área se presiona el botón izquierdo del mouse, figura 443. Una vez terminado de definir el área del circuito impreso, se presiona la tecla “ESC” o se selecciona la opción “END COMMAND” de la ventana que aparece al presionar el botón derecho del mouse, figura 444.

Fig. 442.- Comandos de selección de la herramienta de obstáculos.

Fig. 443.- Línea de definición de obstáculos.

Fig. 444.- Ventana de selección de comandos, opción terminar comando.

OrCAD LAYOUT cuenta con un comando de distribución automática de componentes, para utilizar este comando es necesario que se encuentre definido el obstáculo que define el área del circuito impreso. Este comando,

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“PLACE”, se encuentra en el menú “AUTO”, figura 446. Este comando busca la distribución que considera óptima dado el tipo de huellas de los dispositivos y el área disponible en el circuito impreso.

Fig. 445.- Obstáculo de definición de área del circuito impreso.

Fig. 446.- Menú “AUTO”, seleccionando comando “PLACE”.

Fig. 447.- Circuito impreso con los dispositivos distribuidos automáticamente por OrCAD LAYOUT.

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Los dispositivos de la figura 447 no muestran las líneas de conexión entre dispositivos que se tenían en la figura 445. Para hacer que las líneas de conexión entre dispositivos generada por la red de conexiones sea de nuevo visible se presiona el botón “RECONECT MODE”, figura 448, con esto las líneas guía se vuelven a desplegar en pantalla, figura 449.

Fig. 448.- Botón “RECONECT MODE” de la barra de herramientas.

Fig. 449.- Circuito impreso con los dispositivos distribuidos automáticamente y mostrando las líneas guía de conexión.

En muchas ocasiones esta distribución no es adecuada desde el punto de vista del usuario, y es necesario mover manualmente la posición de algunos dispositivos. Para seleccionar y mover los dispositivos del circuito impreso se selecciona la opción “SELECT TOOL” del comando “COMPONENT”, o se presiona el botón “COMPONENT TOOL”, figura 450.

Fig. 450.- Selección de la opción “COMPONENT TOOL”.

Para seleccionar un dispositivo que se quiere mover se requiere posicionar el cursor en el dispositivo y presionar el botón izquierdo del mouse, figura 451, una vez seleccionado el dispositivo puede ser girado presionando la tecla “r” o “R”,

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para posicionar el dispositivo en el área del circuito impreso se presiona el botón izquierdo del mouse. Para nuestro ejemplo moveremos todos los dispositivos a las posiciones que se muestran en la figura 452.

Fig. 451.- Dispositivos seleccionado para ser reposicionado en el área del circuito impreso.

Fig. 452.- Nueva distribución de los dispositivos en el área del circuito impreso.

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Para redibujar las líneas de la red de conexiones, de manera que se muestren en pantalla las trayectorias más cortas que unen las terminales de los dispositivos en el circuito, se presiona el botón “REFRESH ALL” que se encuentra en la barra de herramientas, figura 453, el resultado de la ejecución de este comando se muestra en la figura 454.

Fig. 453.- Botón de ejecución del comando “REFRESH ALL”.

Fig. 454.- Líneas de la red de conexiones actualizadas.

CAMBIOS EN LAS FORMAS DE LAS HUELLAS ASIGNADAS A LOS DISPOSITIVOS Antes de generar las pistas que unirán las terminales de los dispositivos en el circuito impreso, es una buena estrategia cambiar la forma y/o tamaño que tienen algunas huellas de las terminales de los dispositivos. Para cambiar estas huellas se requiere cambiar las propiedades que se encuentra en la tabla de huellas de terminales, el acceso a esta tabla se realiza por medio la opción “PADSTACK” que se encuentra en la ventana que abre el botón “VIEW SPREADSHEET”, figura 455.

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Fig. 455.- Selección de la tabla de huellas de terminales.

Fig. 456.- Tabla de huellas de terminales de los dispositivos utilizados en el circuito impreso.

Para nuestro circuito, cambiaremos el tamaño y forma de las huellas de las terminales del circuito integrado y de las resistencias y capacitores, las huellas que se quieren modificar son las siguientes: 1.- Para el circuito integrado: “DIP100T.llb_pad4”, “DIP100T.llb_pad3” y “DIP100T.llb_pad5”, 2.- Para las resistencias: “TM_AXIAL.llb_pad2”, 3.- Para el potenciómetro: “VRES.llb_pad24_1” y “VRES.llb_pad17_1”,

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4.- Para los capacitores: “TM_RAD.llb_pad1”, y 5.- Para los conectores: “J1”. Para encontrar estas huellas, se utiliza la barra de desplazamiento que se encuentra en la parte derecha de la ventana de desplegado de la tabla. Una vez encontrada, por ejemplo la primer huella, se seleccionan los renglones que corresponden a las capas donde se quiere modificar la forma y tamaño de las huellas. Para seleccionar las capas donde se realizarán las modificaciones se presiona la tecla “SHIFT” de manera simultánea al botón izquierdo del mouse cuando el cursor se encuentra sobre el cuadro que contiene el nombre de la capa a seleccionar, para nuestro ejemplo, modificaremos la forma y tamaño de las huellas de las terminales en las capas TOP (superior) y BOTTOM (inferior), figura 457.

Fig. 457.- Capas superior e inferior seleccionadas para modificar la huella “DIP100T.llb_pad4”.

Una vez seleccionadas las capas a modificar, se presiona “CTRL E” para abrir la ventana de edición de huellas de terminales, figura 458. El campo “PAD SHAPE” permite definir la forma de la huella de la terminal, las opciones disponibles son: 1.- “ROUND”, huella de forma redonda, 2.- “SQUARE”, huella de forma cuadrada, 3.- “OVAL”, huella de forma ovalada, 4.- “ANNULAR”, huella de forma de anillo, 5.- “OBLONG”, huella en forma de cuadrilátero con las esquinas redondeadas, 6.- “RECTANGLE”, huella en forma de rectángulo,

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7.- “THERMAL RELIEF”, huella en forma redonda, con una mayor cantidad de área para servir como disipador de calor, y 8.- “UNDEFINED”, cuando se tienen dispositivos de montaje superficial, las capas donde no se encuentre conectado el dispositivo no deben tener definida una huella. En los campos “PAD WIDTH” y “PAD HEIGHT” se define el ancho y largo de la huella en mils. Para la huella que se tiene seleccionada, correspondiente a la terminal 1 del circuito impreso, se quiere una forma rectangular de 110 por 70 mils, figura 459, el resultado de este cambio se muestra en la figura 460.

Fig. 458.- Ventana de modificación de propiedades de las huellas de terminales.

Fig. 459.- Ventana con las modificaciones de forma y tamaño para la huella “DIP100T.llb_pad4”.

Fig. 460.- Acercamiento del área del circuito impreso donde se ve la modificación efectuada a la huella.

Para las otras huellas que se quieren modificar, las formas y los tamaños seleccionados son: 1.- “DIP100T.llb_pad3”, “PADSTACK” tipo “OBLONG”, de 110 por 70 mils, 2.- “DIP100T.llb_pad5”, “PADSTACK” tipo “OBLONG”, de 110 por 70 mils,

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3.- “TM_AXIAL.llb_pad2”, “PADSTACK” tipo “ROUND”, de 80 por 80mils, 4.- “VRES.llb_pad24_1”, “PADSTACK” tipo “RECTANGLE”, de 110 por 70 mils, 5.- “VRES.llb_pad17_1”, “PADSTACK” tipo “OBLONG”, de 70 por 110 mils, 6.- “TM_RAD.llb_pad1”, “PADSTACK” tipo “ROUND”, de 80 por 80 mils. 7.- “J1”, “PADSTACK” tipo “ROUND”, de 80 por 80 mils. Una vez realizados los cambios, cerramos la ventana de desplegado de la tabla de huellas de terminales, y guardamos los cambios realizados al circuito presionando las teclas “CTRL S”. El circuito con las modificaciones a las huellas de sus terminales se muestra en la figura 461.

Fig. 461.- Dispositivos con las huellas de sus terminales modificadas.

GENERACION DE LAS PISTAS DE CONEXION Una vez que ya se tiene la distribución de los dispositivos en el circuito impreso y que se han modificado las huellas de las terminales es tiempo de trazar las pistas que unen a estas terminales. Antes de empezar a trazar las pistas en el circuito impreso, asignaremos características de anchura especificas a cada uno de los grupos de pistas. Para modificar estas características es necesario abrir la tabla de características de red, seleccionando la opción “NETS” que se encuentra en la ventana que abre el botón “VIEW SPREADSHEET”, figura 462. Para nuestro circuito, cambiaremos el ancho de las pistas que llevan alimentación y de señal. Para seleccionar las capas donde se realizarán las modificaciones se presiona la tecla “SHIFT” de manera simultánea al botón izquierdo del

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Fig. 462.- Selección de la tabla de características de red.

Fig. 463.- Tabla de características de red.

mouse cuando el cursor se encuentra sobre el cuadro que contiene el nombre de la conexión de red que se quiere modificar, para nuestro ejemplo empezaremos con las redes “0”, “VCC” y “VEE” que son las conexiones de red de alimentación, figura 464.

Fig. 464.- Tabla de características de red con las conexiones de red de alimentación seleccionadas.

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Una vez seleccionadas las redes a modificar, se presiona “CTRL E” para abrir la ventana de edición de características o propiedades de red, figura 465. El campo “MIN WIDTH” permite definir la anchura mínima que se puede asignar a una pista; el campo “CONN WIDTH” define la anchura que normalmente será utilizada al trazar pistas, y por último el campo “MAX WIDTH” define la anchura máxima que se puede asignar a una pista. Para nuestro ejemplo, asignaremos anchuras de 20, 40 y 80 mils a estos tres campos. Para las redes “IN”, “N00397”, “N00451”, “N00505”, “OUT”, “X1” y “X2” asignaremos anchuras de 12, 20 y 80 mils. La tabla de características de red con los nuevos valores de anchura asignados se muestra en la figura 467.

Fig. 465.- Ventana de edición de características de las redes de conexión.

Fig. 466.- Tabla de características de red con los valores de anchura de pistas de alimentación modificados.

Fig. 467.- Tabla de características de red con todos los valores de anchura de pista modificados.

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OrCAD LAYOUT permite quitar parte de la tarea de trazar las pistas que unen a las terminales de los dispositivos por medio de la función “AUTOROUTE” (trazado automático de pistas) del menú “AUTO”, figura 468. Esta función puede ser aplicada a todo el circuito impreso, al cuadro que delimita la sección DRC o a un componente en particular.

Fig. 468.- Menú de selección función “AUTOROUTE”.

El resultado de aplicar la función “AUTOROUTE” con la opción “BOARD” en nuestro circuito impreso se muestra en la figura 469. Los trazos de las pistas que aparecen en la figura están agrupados por caras o capas en el circuito impreso, cada capa tiene asignado un color específico. La figura 469 muestra trazos de cuatro colores diferentes, de manera que la función “AUTOROUTE” genero trazos de pistas en cuatro capas diferentes del circuito impreso.

Fig. 469.- Circuito impreso con las pistas generadas con la función “AUTOROUTE”.

Este número de capas puede ser ampliado o reducido según sean las necesidades particulares de un diseño de circuito impreso. Para nuestro ejemplo, limitaremos el número de capas disponibles a dos: una capa superior (TOP) y otra

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inferior (BOTTOM). Para establecer este límite, modificaremos la tabla de capas, para esto es necesario seleccionar la opción “LAYERS” que se encuentra en la ventana que abre el botón “VIEW SPREADSHEET”, figuras 470 y 471. La figura 471 muestra la tabla con todas las capas que reconoce OrCAD LAYOUT, para nuestro ejemplo debemos cambiar el tipo de capa que tienen asignadas las capas “INNER1” e “INNER2” de “ROUTING” a “UNUSED”, de manera que solo las capas “TOP” y “BOTTOM” puedan ser utilizadas para el trazado de pistas.

Fig. 470.- Ventana de selección de la opción “LAYERS”.

Fig. 471.- Tabla de características de las capas utilizadas en OrCAD LAYOUT.

Para seleccionar las capas donde se realizarán las modificaciones se presiona la tecla “SHIFT” de manera simultánea al botón izquierdo del mouse cuando el cursor se encuentra sobre el cuadro que contiene el nombre de la capa que se quiere modificar, para nuestro seleccionaremos las capas “INNER1” y “INNER2”, figura 472.

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Fig. 472.- Tabla de capas con las capas a modificar seleccionadas.

Una vez seleccionadas las capas a modificar, se presiona “CTRL E” para abrir la ventana de edición de características o propiedades de las capas, figura 473. En el campo “LAYER TYPE” seleccionamos la opción “UNUSED ROUTING”. La tabla de capas con los nuevos valores asignados se muestra en la figura 474.

Fig. 473.- Ventana de edición de características de las capas.

Fig. 474.- Tabla de capas con las características modificadas.

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Una vez realizados los cambios, cerramos la ventana de desplegado de la tabla de huellas de terminales, y guardamos los cambios realizados al circuito presionando las teclas “CTRL S”. De nuevo utilizamos la función “AUTOROUTE” en su opción “BOARD”, el circuito con las nuevas pistas generadas se muestra en la figura 475. La capa superior tiene ocho trazos, en caso de querer reducir el número de trazos que se encuentran en la capa superior, se requiere modificar el “costo” de las pistas que se generan en dicha cara. El “costo” define la prioridad que se le dará a cada capa para el trazo de pistas, en cuanto mayor sea el costo asociado a una capa en particular, LAYOUT tratará de reducir el número de pistas que genera en dicha capa. Para modificar el costo asociado a la capa superior se selecciona la opción “ROUTE LAYERS” del comando “ROUTE STRATEGIES” que se encuentra en el menú “OPTIONS”, figura 476.

Fig. 475.- Circuito impreso con las pistas generadas solo en las capas superior e inferior.

Fig. 476.- Menú de selección de la opción “ROUTE LAYERS”.

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La opción “ROUTE LAYERS” abre la ventana mostrada en la figura 477. Para modificar el costo de trazar pistas en la cara superior (TOP), seleccionamos todas las capas TOP que aparecen en la figura 477 con el mismo procedimiento utilizado para las tablas de redes y capas, ver figura 478. Una vez seleccionadas las capas a modificar, se presiona “CTRL E” para abrir la ventana de edición costos de las capas, figura 479. La figura 479a muestra la ventana antes de las modificaciones. En el campo “LAYER COST” movemos el cursor de selección hasta que en el recuadro aparezca el valor de 100, por omisión el valor asignado a la capa superior es de 50 al igual que a la inferior. Una vez asignado el nuevo costo presionamos el botón “OK” para cerrar la ventana de edición.

Fig. 477.- Tabla de estrategias de capas.

Fig. 478.- Tabla de estrategias con las capas a modificar seleccionadas.

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(a)

(b) Fig. 479.- Ventana de edición de costos.

Una vez realizados los cambios, cerramos la ventana de desplegado de la tabla de huellas de terminales, y guardamos los cambios realizados al circuito presionando las teclas “CTRL S”. Para poder aplicar estos cambios en los costos de trazado de pistas es necesario borrar las rutas antes generadas utilizando la opción “BOARD” de la función “UNROUTE” y volver a utilizar la función “BOARD” de la función “AUTOROUTE”, el resultado se muestra en la figura 480. El número de trazos en la capa superior se redujo a seis; observando detenidamente se puede apreciar que algunas pistas de la capa inferior pueden ser trazadas de otra manera, esto sin embargo, deberá realizarse de manera manual.

Fig. 480.- Circuito impreso con los nuevos costos para pistas en la capa superior.

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Para realizar una edición manual del trazado de pistas se debe activar el botón “ADD/EDIT ROUTE MODE” que se encuentra en la barra de herramientas, figura 481. Para seleccionar el trazo a modificar, es necesario utilizar el botón izquierdo del mouse cuando el apuntador del mouse se encuentra sobre el trazo a modificar. El trazo seleccionado volverá a desplegar la línea delgada que se tenía antes de generar la pista, figura 482b.

Fig. 481.- Botón de selección de herramienta de modificación de pistas.

(a)

(a)

Fig. 482.- (a) Pista a modificar, (b) pista seleccionada para modificación.

La figura 483 muestra el circuito impreso terminado con algunas modificaciones en la forma de los trazos de la cara inferior.

Fig. 483.- Circuito impreso terminado.

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DELIMITADO Y LLANADO DE ESPACIOS EN EL CIRCUITO IMPRESO Para reducir el tiempo de fabricación relacionado con la eliminación de exceso de cobre, y para mejorar los planos de tierra de un circuito impreso, en muchas ocasiones se requiere llenar el espacio libre que se encuentra en un diseño de circuito impreso con áreas de cobre. Además, también es necesario en algunas ocasiones colocar etiquetas que ayuden a identificar conectores o fechas de fabricación, OrCAD LAYOUT permite realizar estas tareas de manera sencilla. A nuestro circuito impreso le agregaremos los siguientes textos: “ENTRADA”, “SALIDA”, “VCC”, “VEE” y “GND” en la capa inferior, además, se tratará de que el espacio vacío de la cara inferior sea ocupado por un plano de tierra. Para agregar los textos es necesario utilizar la herramienta “TEXT TOOL” que se encuentra en la barra de herramientas, figura 484. Para iniciar la edición de texto, presionamos el botón derecho del mouse y seleccionamos “NEW” en la ventana que se abre, figura 485. Esto abre la ventana mostrada en la figura 486, el texto se introduce en el campo “TEXT STRING”. Los campos “TEXT WIDTH” y “TEXT HEIGHT” definen el ancho y alto de las letras utilizadas, los valores por omisión son 10 y 75, para nuestro ejemplo los cambiaremos por 20 y 150. Dado la perspectiva del diseñador de circuitos impresos en OrCAD LAYOUT es desde la capa superior, cualquier texto que se quiera colocar en la inferior debe verse al revés desde dicha perspectiva, para lograr este efecto, se selecciona la opción “MIRRORER”, y por último se selecciona la capa donde se colocará el texto, en nuestro caso “BOTTOM”, y se presiona el botón “OK”. El texto generado aparece pegado al cursor, para posicionarlo en el circuito impreso es necesario presionar el botón izquierdo del mouse.

Fig. 484.- Botón de selección de la herramienta “TEXT TOOL”.

Fig. 485.- Ventana de selección de opciones de “TEXT TOOL”.

Fig. 486.- Ventana de edición de texto.

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Fig. 487.- Circuito impreso con el texto “ENTRADA” colocado en la cara inferior. Para los textos “VCC” y “VEE”, además de modificar los valores por omisión del ancho y alto de las letras, se modificará el campo “ROTATION”, el valor asignado por omisión es 0, el cual será cambiado por –90. La figura 488 muestra los textos colocados en el circuito impreso.

Fig. 488.- Circuito impreso con los textos agregados.

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Para llenar los espacios vacíos del circuito impreso y utilizarlo como plano de tierra, se requiere modificar las características del obstáculo que se utilizó para definir el tamaño del circuito impreso. Para poder realizar esta operación es necesario presionar el botón “OBSTACLE TOOL” de la barra de herramientas, figura 489. Para seleccionar el obstáculo se posicona el cursor sobre él y se presiona el botón izquierdo del mouse. Con el obstáculo seleccionado se presiona la secuencia de teclas “CTRL E” para abrir la ventana de edición de propiedades del obstáculo, figura 490.

Fig. 489.- Botón de selección de herramienta “OBSTACLE TOOL”.

Fig. 490.- Ventana de edición de propiedades del obstáculo.

Los campos que se requieren modificar para crear un plano de tierra en el espacio libre del circuito impreso son: 1.- “OBSTACLE TYPE”, debe cambiarse de “BOARD OUTLINE” a “COUPER POUR”, 2.- “OBSTACLE LAYER”, debe cambiarse de “GLOBAL LAYER” a “BOTTOM”, 3.- “CLEARENCE”, define el espacio entre el plano de tierra que se quiere generar y las pistas del circuito impreso, para nuestro ejemplo, utilizaremos un espacio de 30 mils. 4.- “NET ATTACHMENT”, debe cambiarse de “-“ a “0”, “0” define la tierra utilizada en el diagrama esquemático de CAPTURE.

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Los cambios efectuados se muestran en la figura 491. Al presionar el botón “OK” y cerrarse la ventana de edición, el cursor está en posición de modificar la forma del obstáculo, para evitar modificar la forma del obstáculo y ver el efecto de los cambios realizados en la ventana de propiedades es necesario presionar la tecla “ESC”, el circuito con el plano de tierra generado se muestra en la figura 492.

Fig. 491.- Ventana de edición de propiedades con los nuevos valores.

Fig. 492.- Circuito impreso con el plano de tierra generado.

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IMPRESIÓN DE LAS CAPAS DEL CIRCUITO IMPRESO Una vez terminado el diseño del circuito impreso, es necesario realizar impresiones de las capas que lo componen. De manera adicional a las capas en las que se encuentran las pistas, en los procesos de producción se utilizan las impresiones de las capas de ensamble (ASSEMBLY) y de malla (SIKLSCREEN) para ayudar a la localización de los dispositivos en el circuito impreso. Para imprimir por capas el circuito impreso, es necesario entrar en el modo de post procesamiento, esto se hace seleccionando la opción “POST PROCESS” del menú “WINDOW”, figura 493. En la ventana de post procesamiento se muestra la tabla con las veinticinco capas que maneja OrCAD LAYOUT, figura 494.

Fig. 493.- Ventana de selección de post procesamiento.

Fig. 494.- Tabla de selección de capas para post procesamiento.

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El post procesamiento básico, necesario para imprimir las capas del circuito impreso se realiza en cuatro pasos: 1.- Selección de la capa a imprimir, 2.- Edición de sus propiedades para impresión, 3.- Visualización previa, e 4.- Impresión de la capa en la impresora seleccionada. A continuación utilizaremos el circuito impreso que acabamos de diseñar para ejemplificar estos pasos, las capas que se imprimirán son la superior (TOP LAYER), inferior (BOTTOM LAYER) y de ensamble superior (ASSEMBLY TOP). Para seleccionar la capa superior en la tabla de capas se utiliza el botón izquierdo del mouse, los campos de propiedades de la capa se resaltan tal como se muestra en la figura 495.

Fig. 495.- Capa superior seleccionada.

Fig. 496.- Ventana de edición de propiedades de las capas. Para modificar las propiedades de la capa, es necesario presionar la secuencia de teclas “CTRL E”, esto abre la ventana de edición de propiedades que se muestra en la figura 496. La ventana cuenta con varios campos, que permiten modificar las características de impresión de la capa. El campo “FORMAT” define las características del archivo de salida (impresión), en la mayoría de los casos la opción por omisión es la seleccionada, para exportar la impresión de la capa hacia AutoCAD se selecciona el formato “DXF”, para nuestro ejemplo, dejaremos la opción por omisión. En el campo “OPTIONS” agregaremos la selección “KEEP DRILL HOLES OPEN” para permitir que en la impresión de la capa se mantengan despejadas las marcas de perforación para las terminales de los dispositivos. El campo “PLOT TITTLE” permite cambiar el nombre o titulo de la impresión de la capa. El campo “CENTER ON PAGE” permite centrar la impresión de la capa en el centro de la hoja de impresión. El campo “MIRROR” permite imprimir en forma de “negativo” la

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capa sobre la hoja de impresión. El campo “SCALE RATIO” permite imprimir en escalas diferentes a 1, esto se utiliza cuando el proceso de fabricación del circuito impreso utiliza métodos fotográficos. Por último, el campo “ROTATION (CCW)” permite asignar una rotación o giro de la hoja de impresión en sentido contrario a las manecillas del reloj, esto se utiliza para utilizar mejor el área de la hoja de impresión. Al terminar de modificar las propiedades de la capa se presiona el botón “OK”. Con estas nuevos valores de propiedades asignados, y con la capa aun seleccionada, presionamos el botón derecho del mouse, esto abre una ventana de selección de opciones, figura 497; seleccionamos la opción “PREVIEW”, esto hace que los colores de los trazos desplegados en pantalla cambien, y solo se visualicen los correspondientes a la capa seleccionada, figura 498.

Fig. 497.- Ventana de selección de opciones de edición de capas.

Fig. 498.- Capa superior vista con la opción de visualización previa.

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Para imprimir esta capa se requiere abrir nuevamente la ventana de selección de opciones con el botón derecho del mouse, en esta ocasión se requiere seleccionar la opción “PLOT TO PRINT MANAGER”, esto abre la ventana de impresión típica de WINDOWS, figura 499, en caso de querer imprimir a una impresora que no sea la predeterminada por el sistema, se puede realizar la selección a través del menú de selección que aparece en el campo “NOMBRE”.

Fig. 499.- Ventana de impresión de WINDOWS.

Este proceso se repite para las capas inferior y de ensamble superior, el resultado de estas impresiones se muestra en las figuras 500a, 500b y 500c, las figuras se muestran con acercamiento y no a escala 1:1.

(a)

(b)

(c)

Fig. 500.- Impresión de las capas superior (a), inferior (b) y de ensamble superior (c).

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CAPITULO 8.- GENERACION DE REPORTES E INTERFAZ CON APLICACIONES MS OFFICE. INTRODUCCION OrCAD rel. 9.2 permite generar reportes tales como lista de materiales, lista de referencias cruzadas. Además, el transferir diagramas esquemáticos de CAPTURE, y gráficas de señales de PSPICE AD, hacia aplicaciones de MS OFFICE tales como WORD y POWERPOINT es una tarea sencilla y rápida, también es posible transferir los datos que definen a un trazo de PSPICE AD hacia EXCEL. A continuación se describirán los métodos necesarios para realizar estas acciones.

GENERACION DE REPORTES EN CAPTURE

D R A FT

Como se mencionó anteriormente, se pueden generar reportes de lista de materiales y de referencias cruzadas de componentes, estos reportes se generan en el administrador de proyectos del programa CAPTURE. Para generar el reporte de lista de materiales, se ejecuta el comando “BILL OF MATERIALS...” del menú “TOOLS”, figura 501. La ventana que aparece, figura 502, permite configurar algunas características del reporte.

Fig. 501.- Menú de selección “TOOLS” para la creación del listado de material.

Fig. 502.- Ventana de configuración para la lista de materiales.

Esta ventana permite definir el alcance de generación de la lista de materiales, el campo “SCOPE” contiene dos opciones: “PROCESS ENTIRE DESIGN”, esta opción genera la lista de materiales del diseño completo; y “PROCESS SELECTION”, esta opción genera la lista de materiales del esquemático o carpeta de esquemáticos seleccionada.

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El campo “MODE” permite incluir casos u ocurrencias, por omisión, CAPTURE asigna el valor de este campo basado en el tipo de proyecto que se tiene, para proyectos de PSPICE y FPGA el valor por omisión es casos (“USE INSTANCES (PREFERED)”), para proyectos de circuito impresos y esquemáticos simples se fija en ocurrencias (“OCURRENCES”). El campo “LINE ITEM DEFINITION” permite definir el formato de las líneas del reporte. La opción “HEADER” permite definir el encabezado que CAPTURE agregará en cada página del reporte, si no se especifica ninguna cadena de caracteres, CAPTURE asume que las páginas no llevan encabezado. Por omisión, el encabezado es: “Item\tQuantity\tReference\tPart”, este encabezado despliega cuatro columnas, una para el número de componente, otra para la cantidad de componentes, una tercera para la referencia del componente y por último el nombre del componente. La opción “COMBINED PROPERTY STRING” define las propiedades que debe buscar CAPTURE para agrupar los dispositivos en la lista de materiales. Por omisión, el campo tiene definida la siguiente cadena de caracteres: “{Item}\t{Quantity}\t{Reference}\t{Value}”, esta cadena imprime los valores de número de componente, un espacio de tabulador, la cantidad de componentes, un espacio tabulador, la referencia del componente, un espacio tabulador, y el valor del componente. Para imprimir cada uno de los componentes en líneas separadas es necesario seleccionar la opción “PLACE EACH PART ON A SEPARATE LINE”. El campo “INCLUDE FILE” define si se agrega un archivo al reporte. La cadena de propiedades combinadas (“COMBINED PROPERTY STRING”) define la cadena de caracteres que se buscarán en el archivo a agregar. La opción “INCLUDE FILE” define la carpeta y el nombre del archivo a agregar. El campo “REPORT” define el nombre y carpeta donde se guardará el reporte, la opción “VIEW OUTPUT” permite abrir de manera automática la lista de materiales al terminar su generación. Para aceptar las modificaciones a esta ventana es necesario presionar el botón “OK”. La figura 503 muestra el administrador de proyectos con el nuevo archivo generado en la sección “OUTPUTS”.

Fig. 503.- Administrador de proyectos con el nuevo archivo generado. Para ver la lista de materiales generada, se selecciona el archivo “ejemplo_pcb.bom” con el cursor y botón izquierdo del mouse, después se presiona el botón derecho del mouse, esto para abrir la ventana de selección de comandos que se muestra en la figura 504, y se selecciona la opción “EDIT”. La lista de materiales del “ejemplo_pcb” se muestra en la figura 505.

Fig. 504.- Ventana de selección de opciones para el archivo “ejemplo_pcb.bom”. Para generar el reporte de referencias cruzadas, se ejecuta el comando “CROSS REFERENCE...” del menú “TOOLS”, figura 506. La ventana que aparece, figura 507, permite configurar algunas características del reporte.

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Fig. 505.- Lista de materiales generada.

Fig. 506.- Menú de selección “TOOLS” para la creación del listado de referencia cruzada.

Fig. 507.- Ventana de configuración para la lista de referencia cruzada.

Esta ventana permite definir el alcance de generación de la lista de referencia cruzada, el campo “SCOPE” contiene dos opciones: “CROSS REFERENCE ENTIRE DESIGN”, esta opción genera la lista de referencias cruzadas del diseño completo; y “CROSS REFERENCE SELECTION”, esta opción genera la lista de referencia cruzada del esquemático o carpeta de esquemáticos seleccionada. El campo “MODE” permite incluir casos u ocurrencias, por omisión, CAPTURE asigna el valor de este campo basado en el tipo de proyecto que se tiene, para proyectos de PSPICE y FPGA el valor por omisión es casos (“USE INSTANCES (PREFERED)”), para proyectos de circuito impresos y esquemáticos simples se fija en ocurrencias (“OCURRENCES”).

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El campo “SORTING” permite fijar el tipo de ordenamiento que se realizará sobre la lista generada, las opciones disponibles son: ordenar primero por valor de componente y después por referencia de componente (“SORT OUTPUT BY PART VALUE, THEN BY REFERENCE DESIGNATOR”), y ordenar primero referencia de componente y después por valor de componente (“SORT OUTPUT BY REFERENCE DESIGNATOR, THEN BY PART VALUE”). El campo “REPORT” permite agregar al reporte las coordenadas “X” e “Y” donde se encuentra la terminal “1” del componente (“REPORT THE X AND Y COORDINATES OF ALL PARTS”), las partes no utilizadas de un circuito integrado (“REPORT UNUSED OF MULTIPLE PARTS PACKAGES”). Además, se puede definir el nombre y carpeta donde se guardará el reporte, la opción “VIEW OUTPUT” permite abrir de manera automática la lista de materiales al terminar su generación. Para aceptar las modificaciones a esta ventana es necesario presionar el botón “OK”. La figura 508 muestra el administrador de proyectos con el nuevo archivo generado en la sección “OUTPUTS”.

Fig. 508.- Administrador de proyectos con el nuevo archivo generado. Para ver la lista de referencias cruzadas generada, se selecciona el archivo “ejemplo_pcb.xrf” con el cursor y botón izquierdo del mouse, después se presiona el botón derecho del mouse, esto para abrir la ventana de selección de comandos que se muestra en la figura 504, y se selecciona la opción “EDIT”. La lista de materiales del “ejemplo_pcb” se muestra en la figura 509.

Fig. 509.- Lista de referencias cruzadas generada.

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COPIAR DIAGRAMAS Y GRAFICOS HACIA APLICACIONES DE MS OFFICE En muchas ocasiones, es necesario agregar diagramas esquemáticos en reportes o en presentaciones técnicas. Para agregar un diagrama esquemático a un documento de MS WORD o a una presentación de MS POWERPOINT, es necesario, en CAPTURE, seleccionar los dispositivos a copiar; para seleccionar varios dispositivos al mismo tiempo se hace un cuadro desplazando el cursor del mouse al mismo tiempo que se presiona su botón izquierdo, al soltar el botón los componentes seleccionados cambiarán de color, tal como se muestra en la figura 510.

Fig. 510.- Componentes del “ejemplo_pcb” seleccionados. Para copiar estos componentes hacia el pisa papeles de WINDOWS se puede hacer de dos maneras: ejecutando el comando “COPY” del menú “EDIT”, o presionando la secuencia de teclas “CTRL C”, para pegar el esquemático en el documento de MS WORD o en la presentación de MS POWERPOINT, es necesario cambiar la aplicación activa hacia MS WORD (para nuestro ejemplo), colocar el cursor en la posición donde se quiere pegar el esquemático, ejecutar el comando “PEGAR” del menú “EDICION” o presionar la secuencia de teclas “CTRL V”, la figura 511 muestra el resultado de este procedimiento. El tamaño en que se despliega el diagrama esquemático puede manipularse en MS WORD o en MS POWERPOINT para que se ajuste a las necesidades del documento o de la presentación. Para ejemplificar el procedimiento para copiar gráficos de trazos generados en PSPICE AD hacia MS WORD o MS POWERPOINT utilizaremos el resultado de simular en barrido de CA el filtro pasa bajos de “ejemplo_pcb” desde una frecuencia de 1Hz a 1 MHz. En pantalla se despliega la ganancia del filtro en dB, tal como se muestra en la figura 512. Para copiar este trazo hacia el pisa papeles, es necesario ejecutar el comando “COPY TO CLIPBOARD” del menú “WINDOW”, figura 513. La ejecución de este comando abre la ventana mostrada en la figura 514, en esta ventana se pueden fijar algunas características de la figura que se va a copiar hacia el porta papeles.

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(a)

(b)

Fig. 511.- Diagrama esquemático agregado a un documento de MS WORD.

Fig. 512.- Resultado de la simulación del filtro pasa bajos de “ejemplo_pcb”.

Fig. 513.- Comando de copiar hacia el porta papeles del menú “WINDOW”. Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

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Fig. 514.- Ventana de configuración del copiado hacia el porta papeles.

Esta ventana cuenta con dos campos: “BACKGROUND” y “FOREGROUND”, el primer campo permite hacer transparentes el color de fondo del área de desplegado que se está copiando al pisa papeles, el segundo campo, permite definir el esquema de colores con el cual se copiarán los trazos que se están copiando, las opciones disponibles son: “USE SCREEN COLORS”, permite copiar los trazos con los colores asignados por PSPICE AD para su desplegado en pantalla; “CHANGE WHITE TO BLACK”, convierte los trazos en color blanco a color negro; “CHANGE ALL COLORS TO BLACK”, convierte el color de todos los trazos a negro. Para nuestro ejemplo, dejaremos los valores que aparecen por omisión. Para pegar esta gráfica en MS WORD o MS POWERPOINT se sigue el mismo procedimiento que se utilizó para los diagramas esquemáticos. La figura 515 muestra el resultado de agregar el trazo de la figura 512 a una presentación de MS POWERPOINT.

(a)

(a)

Fig. 515.- Trazo de PSPICE AD agregado a una presentación de MS POWER POINT.

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COPIAR LOS DATOS DE UN TRAZO En ocasiones, es necesario comparar los resultados de simulación con los obtenidos experimentalmente, estas comparaciones pueden realizarse en programas como MS EXCEL. Para copiar los datos obtenidos en simulación de un trazo es necesario seleccionar el nombre del trazo a copiar de entre los desplegados en pantalla utilizando el apuntador del mouse. Al seleccionar el nombre de un trazo, este cambia de color a rojo, figura 516.

Fig. 516.- Trazo seleccionado en PSPICE AD.

Para copiar los datos de este trazo se puede hacer de dos maneras: ejecutando el comando “COPY” del menú “EDIT”, o presionando la secuencia de teclas “CTRL C”, para pegar el esquemático en el área de trabajo de MS EXCEL, es necesario cambiar la aplicación activa hacia MS EXCEL, colocar el cursor en la celda donde se quieren pegar los datos del trazo, ejecutar el comando “PEGAR” del menú “EDICION” o presionar la secuencia de teclas “CTRL V”, la figura 517 muestra el resultado de este procedimiento.

(a)

(b)

Fig. 517.- Datos del trazo “DB(V(OUT)/ V(IN))” agregado a un documento de MS EXCEL. La figura 518 muestra el resultado de gráficar en MS EXCEL los datos copiados desde PSPICE AD.

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Fig. 518.- Gráfica obtenida en MS EXCEL a partir de los datos copiados de PSPICE AD.

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Anexo A.- Hojas de datos

D R A FT

Diodo HFA15TB60

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Anexo B.- Parámetros de los modelos para PSPICE. DIODO PARAMETRO

SIGNIFICADO

IS

Corriente de saturación

N

Coeficiente de emisión

UNIDADES

VALOR POR OMISION

Amperios

1e-14 1

ISR

Parámetro de recombinación de corriente

Amperios

0

NR

Coeficiente de emisión para ISR

IKF

“Codo” de corriente de alta inyección

Amperios

Infinito

BV

“Codo” de voltaje de ruptura inverso

Voltios

Infinito

IBV

“Codo” de corriente de ruptura inversa

Amperios

1e-10

NBV

Factor de ruptura inversa ideal

IBVL

“Codo” de corriente de ruptura inversa de bajo nivel

NBVL

Factor de ruptura inversa de bajo nivel

2

1 Amperios

0 1

RS

Resistencia parásita

Ohms

0

TT

Tiempo de transito

Segundos

0

CJ0

Capacitancia de la unión sin polarización

Faradios

0

VJ

Potencial NP

Voltios

1

M

Coeficiente de grado NP

0.5

FC

Coeficiente de capacitancia de deplexión de polarización directa

0.5

EG

Voltaje de banda (altura de la barrera)

XTI

Exponente de temperatura de IS

eV

1.11 3

-1

0

TIKF

Coeficiente de temperatura de IKF (lineal)

ºC

TBV1

Coeficiente de temperatura de BV (lineal)

ºC-1

0

ºC

-2

0

ºC

-1

0

ºC

-2

0

TBV2 TRS1 TRS2

Coeficiente de temperatura de BV (cuadrático) Coeficiente de temperatura de RS (lineal) Coeficiente de temperatura de RS (cuadrático)

KF

Coeficiente de variación de ruido

0

AF

Exponente de variación de ruido

1

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

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BJT PARAMETROS

SIGNIFICADO

IS

Corriente de saturación

BF

Beta máxima ideal directa

NF

Coeficiente de emisión de corriente directa

VAF o VA

Voltaje Early directo

UNIDADES

VALOR POR OMISION

Amperios

1e-16 100 1

Voltios

Infinito

IKF o IK

”Codo” de corriente de beta directa en alta Corriente

Amperios

Infinito

ISE o C2

Corriente de fuga en saturación base-emisor

Amperios

0

NE

Coeficiente de emisión de fuga base-emisor

BR

Beta máxima ideal inversa

1

NR

Coeficiente de emisión de corriente inversa

1

VAR o VB

Voltaje Early inverso

1.51

Voltios

Infinito

IKR

Esquina para la beta inversa en alta corriente

Amperios

Infinito

ISC o C4

Corriente de fuga en saturación base-colector

Amperios

0

NC

Coeficiente de emisión de fuga base-colector

NK

Coeficiente de carrera en alta corriente

ISS

Corriente de saturación de substrato NP

NS

Coeficiente de emisión de substrato NP

RE

Resistencia ohmica de emisor

Ohms

0

RB

Resistencia (máxima) de base sin polarización

Ohms

0

RBM

Resistencia de base mínima

Ohms

RB

IRB

Corriente a la cual RB cae a la mitad hacia RBM

Amperios

Infinito

RC

Resistencia ohmica de colector

Ohms

0

CJE

Capacitancia base-emisor sin polarización

Faradios

0

VJE o PE

Potencial generado base-emisor

Voltios

0.75

MJE o ME

Factor de grado base-emisor

2 0.5 Amperios

0 1

0.33

XCJC

Fracción de CBC conectada internamente a RB

CJS o CCS

Capacitancia de substrato NP sin polarización

Faradios

0

VJS o PS

Potencial generado en el substrato NP

Voltios

0.75

MJS o MS

Factor de grado del substrato NP

FC

Coeficiente del capacitor de deplexión en polarización directa

TF

Tiempo de transito directo ideal

XTF

Coeficiente de tiempo de transito dependiente de polarización

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1

0 0.5 Segundos

0 0

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PARAMETROS

SIGNIFICADO

UNIDADES

VALOR POR OMISION

Voltios

Infinito

Amperios

0

VTF

VBC dependiente del tiempo de transito

ITF

IC dependiente del tiempo de transito

PTF

Exceso de fase en 1/(2p TF) Hz

Grados

0

TR

Tiempo de transito inverso ideal

Segundos

0

QCO

Factor de carga región epitaxial

Coulombios

0

RCO

Resistencia región epitaxial

Ohms

0

“Codo” de voltaje de movilidad de portadores

Voltios

10

VO GAMMA

Factor de dopado de la región epitaxial

EG

Voltaje de banda (ancho de la barrera)

XTB XTI o PT TRE1

1e-11 eV

Coeficiente de temperatura para beta directa e inversa

0

Exponente de efecto de temperatura de IS Coeficiente de temperatura de RE (ideal)

1.11

3 ªC

-1

0

-2

0

TRE2

Coeficiente de temperatura de RE (cuadrático)

ªC

TRB1

Coeficiente de temperatura de RB (ideal)

ªC-1

0

-2

0

TRB2

Coeficiente de temperatura de RB (cuadrático)

ªC

TRM1

Coeficiente de temperatura de RBM (ideal)

ªC-1

0

ªC

-2

0

ªC

-1

0

ªC

-2

0

TRM2 TRC1 TRC2

Coeficiente de temperatura de RBM (cuadrático) Coeficiente de temperatura de RC (ideal) Coeficiente de temperatura de RC (cuadrático)

KF

Coeficiente de variación de ruido

1

AF

Exponente de variación de ruido

CN

Coeficiente de temperatura de cuasi-saturación para movilidad de huecos

2.42 NPN

D

Coeficiente de temperatura de cuasi-saturación para velocidad de portadores de huecos limitados

0.87 NPN

2.20 PNP 0.52 PNP

Bandera del modelo de cuasi-saturación para dependencia con la temperatura. QUASIMOD

Si QUASIMOD = 0, no incluye GAMMA, RCO, VO en dependencia de temperatura. Si QUASIMOD = 1, incluye GAMMA, RCO, VO en dependencia de temperatura.

VG VJC (PC) XCJC2

Voltaje de cuasi-saturación extrapolado a 0°K

Voltios

1.206

Potencial generado base-colector

Voltios

0.75

Fracción de CJC conectada internamente a Rb

XCJS

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

1.0

Fracción de CJS conectada internamente a Rc

325

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JFET PARAMETRO VTO BETA

SIGNIFICADO Voltaje de umbral

UNIDADES

VALOR POR OMISION

Voltios

-2 2

Coeficiente de transconductancia

Amp/Volt

Modulación de longitud del canal

Voltios

-1

IS

Corriente de saturación NP en compuerta

Amperios

N

Coeficiente de emisión NP en compuerta

LAMBDA

ISR

Parámetro de recombinación NP de corriente de compuerta

NR

Coeficiente de emisión para ISR

ALPHA

1e-4 0 1e-14 1

Amperios

0 2

-1

0

Coeficiente de ionización

Voltios

VK

“Codo” del voltaje de ionización

Voltios

0

RD

Resistencia ohmica del dren

Ohms

0

RS

Resistencia ohmica de la fuente

Ohms

0

CGD

Capacitancia NP de compuerta-dren sin polarización

Faradios

0

CGS

Capacitancia NP de compuerta-fuente sin polarización

Faradios

0

M

Coeficiente de grado NP en compuerta

PB

Potencial NP en Compuerta

FC

Coeficiente de deplexión de capacitancia en polarización directa

VTOTC BETATCE

Coeficiente de temperatura para VTO Coeficiente exponencial de temperatura BETA

0.5 Voltios

1 0.5

Voltios/ºC

0

%/ºC

0

XT1

Coeficiente de temperatura para IS

3

KF

Coeficiente de variación de ruido

0

AF

Exponente de variación de ruido

1

MOSFET PARAMETRO AF

DESCRIPCION

UNIDADES

Exponente de variación de ruido

VALORES POR OMISION 1

CBD

Capacitancia NP de dren – cuerpo sin polarización

Faradios

0

CBS

Capacitancia NP de fuente – cuerpo sin polarización

Faradios

0

F/m

0

CGBO

Capacitancia de traslape compuerta – cuerpo por unidad de longitud de canal

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

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PARAMETRO

DESCRIPCION

UNIDADES

VALORES POR OMISION

CGDO

Capacitancia de traslape compuerta – dren por unidad de longitud de canal

F/m

0

CGSO

Capacitancia de traslape compuerta – fuente por unidad de longitud de canal

F/m

0

CJ

Capacitancia de cuerpo inferior sin polarización por unidad de área

F/m2

0

CJSW

Capacitancia de cuerpo lateral sin polarización por unidad de longitud

F/m

0

FC

Coeficiente de capacitancia de cuerpo en polarización directa

GDSNOI IS JS JSSW KF

0.5

Coeficiente de ruido de canal (usar con NLEV=3) Corriente de saturación NP de cuerpo

1 Amperios

1e-14

Corriente de saturación NP de cuerpo por unidad de área

A/m

2

0

Corriente de saturación NP de cuerpo lateral por unidad de longitud

A/m

0

Coeficiente de variación de ruido

L

Longitud del canal

LEVEL

Indice de modelos

0 Metros

DEFL 1

MJ

Coeficiente de grado NP de cuerpo inferior

0.5

MJSW

Coeficiente de grado NP de cuerpo lateral

0.33

N NLEV

Coeficiente de emisión NP de cuerpo

1

Selector de ecuación de ruido

2

PB

Potencial NP de cuerpo inferior

Voltios

0.8

PBSW

Potencial NP de cuerpo lateral

Voltios

PB

RB

Resistencia ohmica de cuerpo

Ohm

0

RD

Resistencia ohmica de dren

Ohm

0

RDS

Resistencia dren fuente

Ohm

Infinito

RG

Resistencia ohmica de compuerta

Ohm

0

RS

Resistencia ohmica de fuente

Ohm

0

Ohm/cuadrado

0

Segundo

0

Metros

DEFW

RSH

Resistencia de difusión dren, fuente

TT

Tiempo de transito NP de cuerpo

W

Ancho del canal

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

327

cenidet

PARAMETROS PARA LOS MODELOS DE NIVEL 1, 2 Y 3 PARAMETRO DELTA ETA GAMMA KP KAPPA LAMBDA LD NEFF

DESCRIPCION

UNIDADES

Efecto del ancho en el umbral

0

Realimentación estática (Nivel 3)

0

Parámetro de umbral de cuerpo Coeficiente de transconductancia

Voltios1/2 A/V

2

Modulación de longitud del canal (Nivel 1 y 2) Difusión lateral (longitud)

0.2 -1

Voltios

0

Metros

0

Coeficiente de carga del canal (Nivel 2)

1 2

Densidad de estado de superficie rápida

1/cm

NSS

Densidad de estado de superficie

1/cm2

Densidad de impurezas de substrato

1/cm3

PHI THETA TOX

Potencial de superficie Modulación de movilidad (Nivel 3) Espesor de óxido

* 2.0e-5

Factor de saturación de campo (Nivel 3)

NFS

NSUB

VALORES POR OMISION

0

Voltios Voltios

-1

Metros

0.6 0 *

Tipo de material de compuerta TPG

+1 = Opuesto al substrato

+1

-1 = Mismo que el substrato 0 = Aluminio

UCRIT

Campo crítico de degradación de movilidad (Nivel 2)

UEXP

Exponente de degradación de movilidad (Nivel 2)

Voltios/cm

1.0e4 0

(No usado) UTRA

0

Coeficiente de campo transversal de degradación de movilidad cm2/(V s)

600

m/s

0

Voltaje de umbral sin polarización

Voltios

0

WD

Difusión lateral (ancho)

Metros

0

XJ

Profundidad de la unión metalúrgica (Niveles 2 y 3)

Metros

0

UO VMAX VTO

XQC

Movilidad de superficie Máxima velocidad de desviación

Fracción de la carga del canal atribuido al dren

1

* Ver la página 176 del Manual de Referencia de PSPICE

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

328

cenidet

PARAMETROS PARA EL MODELO DE NIVEL 4 PARAMETRO

DESCRIPCION

UNIDADES

DL

Acortamiento del canal

mu-m (1e-6*m)

DW

Estrechamiento del canal

mu-m (1e-6*m)

ETA

Coeficiente sin polarización de barrera inducida por el dren Voltios1/2

K1

Coeficiente de efecto de cuerpo

K2

Coeficiente de carga de deplexión compartida dren/fuente

MUS

Movilidad con polarización de substrato cero y Vds = Vdd

cm2/(V s)

MUZ

Movilidad sin polarización

cm2/(V s)

N0

Coeficiente de pendiente de subumbral sin polarización

NB

Sensibilidad de la pendiente de subumbral de polarización de substrato

ND

Sensibilidad de la pendiente de subumbral de polarización de dren

PHI

Potencial de inversión de superficie

TEMP TOX

Temperatura a la que se miden los parámetros Espesor de compuerta - óxido

Voltios oC mu-m (1e-6*m)

U0

Degradación de la movilidad de campo transversal sin polarización

Voltios-1

U1

Velocidad de saturación sin polarización

m/Voltio

VDD

Rango de medición de polarización

Voltios

VFB

Voltaje de banda plana

Voltios

WDF

Ancho de unión dren – fuente por omisión

Metros

X2E

Sensibilidad de la disminución de la barrera inducida por el dren a la polarización de substrato

Voltios-1

X2MS

Sensibilidad de la movilidad a la polarización de substrato @ Vds =0

cm2/Voltios2*se gundo

X2MZ

Sensibilidad de la movilidad a la polarización de substrato @ Vds =0

cm2/(V2 s)

X2U0

Sensibilidad del efecto de degradación de movilidad de campo transversal a la polarización de substrato

Voltios-2

X2U1

Sensibilidad del efecto de velocidad de saturación a la polarización de substrato

m/V2

X3E X3U1

Sensibilidad del efecto de disminución de barrera inducido por el dren a la polarización de dren @ Vds = Vdd Sensibilidad del efecto de velocidad de saturación en el dren

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

VALORES POR OMISION

Voltios-1 m/V2

329

cenidet

PARAMETRO

DESCRIPCION

UNIDADES

VALORES POR OMISION

UNIDADES

VALORES POR OMISION

F/m2

0.7e-3

Bandera del modelo para la carga de la capacitancia compuerta óxido. XPART

XPART =0, selecciona una partición 40/60 de carga dren/fuente en saturación. XPART =1, selecciona una partición 0/100.

PARAMETROS PARA EL MODELO DE NIVEL 5 PARAMETRO

DESCRIPCION PARMETROS DE PROCESO

COX

Capacitancia compuerta óxido por unidad de área

XJ

Profundidad de unión

Metros

0.1e-6

DW

Corrección del ancho del canal

Metros

0 **

DL

Corrección del largo del canal

Metros

0 **

Longitud del contacto de compuerta de difusión de impurezas altas

Metros

0 **

Voltios

0.5 **

HDIF

PARAMETROS BASICOS INTRINSECOS VTO

Voltaje de umbral de canal largo

GAMMA

Parámetro de efecto de cuerpo

PHI

Potencial Fermi de cuerpo (2)

KP E0 UCRIT

Voltios

1/2

1

Voltios

0.7

Parámetro de transconductancia

A/V2

50e-6

Coeficiente de reducción de movilidad

V/m

1e12 **

Campo longitudinal crítico

V/m

2e6

PARAMETROS DE MODULACION DEL LARGO DEL CANAL Y DE CARGA COMPARTIDA

LAMBDA

Coeficiente de longitud de deplexión

0.5

WETA

Coeficiente de efecto de canal estrecho

0.25

LETA

Coeficiente de efecto de canal corto

0.1

PARAMETROS RELACIONADOS AL IMPACTO DE LA IONIZACION

IBA

Coeficiente de ionización de primer impacto

IBB

Coeficiente de ionización de segundo impacto

IBN

Factor de voltaje de saturación para el impacto de ionización

1/metros

0

V/m

3e8 1

PARAMETROS INTRINSECOS DE TEMPERATURA

TVC

Coeficiente de temperatura para voltaje de umbral

BEX

Exponente de temperatura para movilidad

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

V/K

1e-3 -1.5

330

cenidet

PARAMETRO

DESCRIPCION

UCEX

Exponente de temperatura para campo crítico longitudinal

IBBT

Coeficiente de temperatura para IBB

UNIDADES

VALORES POR OMISION 0.8

1/K

9e-4

V*m

1e-6 **

Parámetro de desacoplamiento de ganancia relacionado con el área

Metros

1e-6 **

Parámetro de desacoplamiento de efecto de cuerpo relacionado con el área

V1/2*m

1e-6 **

Ohm

0

Ohm/Cuadro

0

PARAMETROS DE ACOPLAMIENTO

AVTO AKP AGAMMA

Coeficiente de temperatura para voltaje de umbral relacionado con el área

PARAMETROS DE RESISTENCIA

RBC

Resistencia de contacto de cuerpo

RBSH

Resistencia de capa de hoja del cuerpo

RDC

Resistencia de contacto de dren

Ohm

0

RGC

Resistencia de contacto de compuerta

Ohm

0

Ohm/Cuadro

0 ***

Ohm

0

RGSH RSC

Resistencia de capa de hoja de la compuerta Resistencia de contacto de fuente PARAMETRO DE TEMPERATURA

TR1

Coeficiente de temperatura de primer orden para las resistencias serie de dren y fuente

TR2

Coeficiente de temperatura de segundo orden para las resistencias serie de dren y fuente

TRB

Coeficiente de temperatura para la resistencia serie de cuerpo

TRG

Coeficiente de temperatura para la resistencia serie de compuerta

XTI

Exponente de temperatura para la corriente de unión de dren, fuente

o

C-1

0

o

C-2

0

o

C-1

0

o

C-1

0 0

PARAMETROS OPCIONALES

NSUB THETA TOX

Impurezas del canal

Metros

Coeficiente de reducción de movilidad Espesor del óxido

Voltios

-1

Metros 2

*** *** ***

cm /(V s)

***

Voltaje de banda plana

Voltios

***

Velocidad de saturación

m/s

***

UO

Movilidad de campo bajo

VFB VMAX

FIJACION DE PARAMETROS

SATLIM

Radio que define el límite de saturación If/Ir

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

54.6

331

cenidet

** Ver la página 177 del Manual de Referencia de PSPICE *** Ver la página 178 del Manual de Referencia de PSPICE

PARAMETROS PARA EL MODELO DE NIVEL 6 PARAMETRO

DESCRIPCION

UNIDADES

VALORES POR OMISION

BASICO

A0 A1 A2 AT

Coeficiente de efecto de carga de cuerpo NMOS

1.0

Coeficiente de efecto de carga de cuerpo PMOS

4.4

Primer coeficiente de no saturación NMOS Primer coeficiente de no saturación PMOS

1/Voltios

0.00 0.23

Segundo coeficiente de no saturación NMOS

1.00

Segundo coeficiente de no saturación PMOS

0.08

Coeficiente de temperatura para velocidad de saturación

m/s

3.3e4

Selector de modelo de carga para cuerpo: BULKMOD CDSC CDSCB DL DROUT

NMOS

1

PMOS

2

Capacitancia de acoplamiento dren/fuente y canal Sensibilidad a la polarización de cuerpo de CDSC Reducción de la longitud del canal en un lado

F/m2

2.4e-4 2

F/(V*m )

0

Metros

0

Coeficiente dependiente de la longitud de canal del efecto DIBL en Rout

0.56

DSUB

Exponente del exponente de subumbral de DIBL

DVT0

Primer coeficiente del efecto de canal corto en el voltaje de umbral

2.2

DVT1

Segundo coeficiente del efecto de canal corto en el voltaje de umbral

0.53

DVT2

Coeficiente de polarización de cuerpo del efecto de canal corto en el voltaje de umbral

DW

Reducción del ancho del canal en un lado

DROUT

1/Votlios

-0.032

Metros

0

ETA0

Coeficiente DIBL en la región de subumbral

ETAB

Coeficiente de polarización de cuerpo para el coeficiente DIBL de subumbral

1/Voltios

-0.07

K1

Coeficiente de primer orden de efecto de cuerpo

Voltios1/2

****

K2

Coeficiente de primer orden de efecto de cuerpo

K3

Coeficiente de efecto de ancho estrecho

K3B

Coeficiente de efecto de cuerpo de K3

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

0.08

**** 80 1/Voltios

0

332

cenidet

PARAMETRO

DESCRIPCION

UNIDADES

VALORES POR OMISION

KETA

Coeficiente de polarización de cuerpo del efecto de carga de cuerpo

1/Voltios

-0.047

KT1

Coeficiente de temperatura para el voltaje de umbral

Voltios

-0.11

KT1L

Sensibilidad a la longitud del canal del coeficiente de temperatura para el voltaje de umbral

V*m

0

KT2 NFACTOR NGATE NLX NPEAK

Coeficiente de polarización de cuerpo del efecto de temperatura del voltaje de umbral

0.022

Coeficiente de barrido de subumbral

1 3

Concentración de impurezas de compuerta

1/cm

Coeficiente de concentración de impurezas laterales no uniformes

Metros

1.74e-7

Concentración pico de impurezas cerca del interfaz

1/cm3

1.7e17 6e16

NSUB

Concentración de impurezas de substrato

PCLM

Coeficiente de modulación de la longitud de canal

1.3

PDIBL1

Coeficiente del efecto DIBL de primer resistencia de salida

0.39

PDIBL2

Coeficiente del efecto DIBL de segunda resistencia de salida

PSCBE1

Primer coeficiente del efecto de corriente de cuerpo

V/m

4.24e8

PSCBE2

Segundo coeficiente del efecto de corriente de cuerpo

m/V

1e-5

PVAG

Dependencia de compuerta del voltaje Early

RDS0

Resistencia de contacto

RDSW

Resistencia parásita por unidad de longitud

1/cm

3

0.0086

0 Ohm

0

Ohm/mmetros

0

Selector de modelo de saturación SATMOD

1 = salida semi-empírica

2

2= salida física Selector de modelo de subumbral 0 = sin modelo SUBTHMOD

1= BSIM1

2

2= BSIM2 3= BSIM3 TNOM TOX

Temperatura a la que se extraen parámetros Espesor compuerta óxico

o

C

27

Metros

1.5e-8 2.25e-9

UA

Coeficiente de degradación de movilidad de primer orden

m/V

UA1

Coeficiente de temperatura para UA

m/V

UB UB1

Coeficiente de degradación de movilidad de segundo orden Coeficiente de temperatura de UB

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

4.31e-9

(m/V)

2

5.875e-19

(m/V)

2

-7.61e-18

333

cenidet

PARAMETRO

DESCRIPCION

UNIDADES

VALORES POR OMISION

UC

Coeficiente de degradación de movilidad del efecto cuerpo

1/Voltios

0.0465

UC1

Coeficiente de temperatura de UC

1/Voltios

-0.056

UTE

Exponente de movilidad por temperatura

-1.5

VOFF

Voltaje de corrimiento en la región de sub umbral

Voltios

-0.11

VSAT

Velocidad de saturación a temperatura = TNOM

cm/segundo

8e6

VTH0

Voltaje de umbral a Vbs=0 para longitudes grandes de canal

Voltios

****

W0

Parámetro del efecto de ancho estrecho

Metros

2.5e-6

XJ

Profundidad de unión

Metros

1.5e-7

Coeficiente de partición de carga Sin modelo .0 XPART

Partición 40/60 = 0.0

0

Partición 50/50 = 0.5 Partición 0/100 = 1.0 AVANZADO

CIT

Capacitancia debida a carga atrapada en el interfaz

F/m2

0

EM

Campo eléctrico crítico en el canal

V/m

4.1e7

ETA

Coeficiente de reducción del voltaje de dren debido a LDD

GAMMA1 GAMMA2

Coeficiente de efecto cuerpo cerca del interfaz Coeficiente de efecto cuerpo en el bulto

0.3 Voltios

1/2

****

Voltios

1/2

****

LDD

Longitud total de la región LDD

Metros

0

LITL

Longitud característica relacionada con la profundidad de corriente

Metros

****

PHI

Potencial de superficie bajo inversión fuerte

Voltios

****

Movilidad a temperatura = TNOM U0

NMOS PMOS

cm2/(V s)

670 250

VBM

Polarización de cuerpo máxima aplicada

Voltios

-5.0

VBX

Vbs al cual el ancho de deplexión es igual a XT

Voltios

****

VFB

Voltaje de banda plana

Voltios

****

VGHIGH

Corrimiento de voltaje del nivel alto de la región de transición

Voltios

0.12

VGLOW

Corrimiento de voltaje del nivel bajo de la región de transición

Voltios

-0.12

Profundidad de impurezas

metros

1.55e-7

XT

**** Ver la página 179 del Manual de Referencia de PSPICE

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

334

cenidet

PARAMETROS PARA EL MODELO DE NIVEL 7 PARAMETRO

DESCRIPCION

UNIDADES

VALORES POR OMISION

PARAMETROS DE CONTROL

CAPMOD

Bandera para el modelo de capacitancia de canal corto

2

MOBMOD

Selector de modelo de movilidad

1

NOIMOD

Bandera para el modelo de ruido

1

NQSMOD

Bandera para el modelo NQS

0

Bandera para revisión de parámetros del modelo

0

PARAMCHK

PARAMETROS DE AC Y DE CAPACITANCIA

CF CKAPPA

Capacitancia del fleco de campo

F/m

*****

Coeficiente para regiones ligeramente impuras que traslapan la capacitancia del fleco de campo

F/m

0.6

m

0.1e-6

CLC

Término constante para el modelo de canal corto

CLE

Término exponencial para el modelo de canal corto

0.6

CGBO

Capacitancia de traslape compuerta bulto por unidad de longitud de canal

F/m

0

CGDL

Capacitancia de traslape de región de baja impureza dren compuerta

F/m

0

CGDO

Capacitancia de traslape de región dren compuerta no-LDD por unidad de longitud de canal

F/m

******

CGSL

Capacitancia de traslape de región de baja impureza fuente compuerta

F/m

0

CGSO

Capacitancia de traslape de región fuente compuerta no-LDD por unidad de longitud de canal

F/m

******

Capacitancia de la unión inferior por unidad de área

F/m2

5e-4

CJSW

Capacitancia de la unión lateral fuente/dren por unidad de perímetro

F/m

5e-10

CJSWG

Capacitancia de la unión lateral fuente/dren por unidad de área

F/m

CJSW

CJ

DLC

Parámetro de ajuste de corrimiento de longitud de C-V

M

LINT

DWC

Parámetro de ajuste de corrimiento de ancho de C-V

M

WINT

MJ

Coeficiente de grado de la capacitancia de unión inferior

0.5

MJSW

Coeficiente de grado de capacitancia de unión lateral fuente/dren

0.33

MJSWG

Coeficiente de grado de capacitancia de unión lateral fuente/dren

MJSW

PB

Potencial propio inferior

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

Voltios

1

335

cenidet

PARAMETRO

DESCRIPCION

UNIDADES

VALORES POR OMISION

PBSW

Potencial propio de unión lateral fuente/dren

Voltios

1

PBSWG

Potencial propio de unión lateral fuente/dren

Voltios

PBSW

VFBCV

Parámetro de voltaje de banda plana (para CAPMOD=0)

Voltios

-1

XPART

Bandera de razón de partición de carga

0

PARAMETROS DE DESCRIPCION DE DEPOSITO

BINUNIT

Selector de escala de unidades de deposito

1

LMAX

Longitud máxima de canal

Metros

1

LMIN

Longitud mínima de canal

Metros

0

WMAX

Ancho máximo de canal

Metros

1

WMIN

Ancho mínimo de canal

Metros

0

PARAMETROS DE CD

A0

Coeficiente de efecto de carga de bulto por longitud de canal

A1

Primer parámetro de efecto de no saturación

A2

Segundo factor de no saturación

AGS ALPHA0

Coeficiente de polarización de bulto para Abulk Primer parámetro de corriente de impacto de ionización

1 1/Voltios

0 1

1/Voltios

0

m/V

0

B0

Coeficiente del efecto de carga de bulto para la longitud del canal

Metros

0

B1

Corrimiento de anchura por efecto de la carga de bulto

Metros

0

Segundo parámetro de la corriente de impacto de ionización

Voltios

30

BETA0 CDSC CDSCB CDSCD CIT

Capacitancia de acoplamiento de canal a dren/fuente Sensibilidad a la polarización del cuerpo de CDSC Sensibilidad a la polarización del dren de CDSC Capacitancia de red de interfaz

DELTA

Parámetro de Vds efectivo

DROUT

Coeficiente de dependencia L del parámetro de corrección DIBL en Rout

DSUB

Coeficiente exponencial de DIBL en región sub umbral

DVT0

Primer coeficiente del efecto de canal corto en el voltaje de umbral

DVT0W

Primer coeficiente del efecto de anchura estrecha en el voltaje de umbral para longitudes pequeñas de canal

DVT1

Segundo coeficiente del efecto de canal corto en el voltaje de umbral

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

F/m

2

2.4e-4

F/(V m2) 2

F/(V m ) F/m

2

Voltios

0 0 0 0.01 0.56 DROUT 2.2

1/metro

0 0.53

336

cenidet

PARAMETRO

DESCRIPCION

UNIDADES

VALORES POR OMISION

DVT2

Coeficiente de polarización de cuerpo del efecto de canal corto en el voltaje de umbral

1/Voltios

-0.032

DVT1W

Segundo coeficiente del efecto de anchura estrecha en el voltaje de umbral para longitudes pequeñas de canal

1/metro

5.3e6

DVT2W

Coeficiente de polarización de cuerpo del efecto de anchura estrecha en el voltaje de umbral para longitudes pequeñas de canal

1/Voltios

-0.032

DWB

Coeficiente de la dependencia de la polarización de substrato de Weff

m/V1/2

0

DWG

Coeficiente de dependencia de compuerta de Weff

m/V

0

ETA0

Coeficiente de DIBL en región de sub umbral

ETAB

Coeficiente de polarización de cuerpo para el efecto DIBL de sub umbral

1/Voltios

-0.07

JS

Corriente de saturación de unión fuente – dren por unidad de área

A/m2

1e-4

Corriente de saturación de pared lateral por unidad de longitud

A/m

0

K1

Coeficiente de efecto de cuerpo de primer orden

V1/2

0.5 *****

K2

Coeficiente de efecto de cuerpo de segundo orden

K3

Coeficiente de ancho estrecho

JSW

K3B

0.08

0 ***** 80

Coeficiente de efecto de cuerpo de K3

1/Voltios

0

KETA

Coeficiente de polarización de cuerpo del efecto de carga de cuerpo

1/Voltios

-0.047

LINT

Parámetro de ajuste del corrimiento de longitud de I-V sin polarización

m

0

NFACTOR NGATE NLX PCLM

Factor de barrido de sub umbral Concentración de impurezas de compuerta Parámetro de impurezas no uniformes laterales

1 cm

-3

m

0 1.74e-7

Parámetro de modulación del largo de canal

1.3

PDIBLC1

Parámetro de corrección del efecto DIBL de la primera resistencia de salida

0.39

PDIBLC2

Parámetro de corrección del efecto DIBL de la segunda resistencia de salida

0.0086

PDIBLCB

Parámetro de corrección del efecto DIBL del coeficiente de efecto de cuerpo

PRWB

Coeficiente de efecto de cuerpo de RDSW

PRWG

Coeficiente de efecto de polarización de compuerta de RDSW

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

1/Voltios

0

1/V1/2

0

1/Voltios

0

337

cenidet

PARAMETRO

DESCRIPCION

UNIDADES

VALORES POR OMISION

PSCBE1

Primer parámetro del efecto de corriente de cuerpo

V/m

4.24e8

PSCBE2

Segundo parámetro del efecto de corriente de cuerpo

V/m

1e-5

PVAG

Dependencia de la compuerta del voltaje Early

RDSW

Resistencia parásita por unidad de anchura

RSH

Resistencia de hoja fuente - dren

0 W-mmWR

0

Ohm/cuadro

0

Movilidad a temperatura TNOM U0

NMOS

cm2/(V s)

PMOS UA UB

Coeficiente de degradación de movilidad de primer orden Coeficiente de degradación de movilidad de segundo orden

m/V (m/V)

250 2.25e-9

2

m/V2 UC

670

Coeficiente de degradación de movilidad por efecto de cuerpo 1/Voltios

5.87e-19 -4.65e-11 (MOBMOD 1 o 2) -0.046 (MOBMOD 3)

VBM

Máxima polarización aplicada al cuerpo en el cálculo del voltaje de umbral

Voltios

-3

VOFF

Voltaje de corrimiento in la región de sub umbral con valores grandes de L y W

Voltios

-0.08

VSAT

Velocidad de saturación a temperatura TNOM

m/s

8e-4 0.7 (NMOS)

VTH0

Voltaje de umbral @ Vbs = 0 y L grande

Voltios

-0.7 (PMOS) ****

W0 WINT WR

Parámetro de ancho estrecho

Metros

2.5e-6

Parámetro de ajuste de corrimiento de anchura de I-V sin polarización

Metros

0

Corrimiento de anchura de Weff para el cálculo de Rds

1

PARAMETROS DE RUIDO DE PARPADEO

AF

Exponente de frecuencia

1

EF

Exponente de parpadeo

1

EM

Campo de saturación

KF

Parámetro de ruido de parpadeo

NOIA

Parámetro A de ruido

NOIB

Parámetro B de ruido

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

V/m

4.1e7 0 1.0e20(NMOS) 9.9e18 (PMOS) 5.0e4 (NMOS) 2.4e3 (PMOS)

338

cenidet

PARAMETRO NOIC

DESCRIPCION

UNIDADES

VALORES POR OMISION -1.4e-12 (NMOS)

Parámetro C de ruido

1.4e-12 (PMOS) PARAMETRO NQS

ELM

Constante Elmore del canal

5

PARAMETROS DE PROCESO

GAMMA1

Coeficiente de efecto cuerpo cerca de la superficie

GAMMA2

Coeficiente de efecto cuerpo en el bulto

NCH

Concentración de impurezas en el canal

NSUB

V1/2

*****

1/2

*****

V

1/cm3

1.7e17

3

6.0e16

Concentración de impurezas en el substrato

1/cm

TOX

Espesor de compuerta óxido

Metros

1.5e-8

VBX

Valor de Vbs al cual la región de deplexión es XT

Voltios

*****

XJ

Profundidad de unión

Metros

1.5e-7

XT

Profundidad de impurezas

Metros

1.55e-7

m/s

3.3e4

Voltios

-0.11

V*m

0

PARAMETROS DE TEMPERATURA

AT

Coeficiente de temperatura para la velocidad de saturación

KT1

Coeficiente de temperatura para el voltaje de umbral

KT1L

Dependencia de la longitud del canal del coeficiente de temperatura para el voltaje de umbral

KT2

Coeficiente de polarización de cuerpo del efecto de temperatura del voltaje de umbral

NJ

Coeficiente de emisión de unión

PRT

Coeficiente de temperatura para RDSW

TNOM UA1 UB1

Temperatura a la cual se extraen los parámetros Coeficiente de temperatura para UA Coeficiente de temperatura para UB

UC1

Coeficiente de temperatura para UC

UTE

Exponente de temperatura para movilidad

XTI

Coeficiente del exponente de temperatura de la corriente de unión

0.022 1 Ohm-mmetro

0

°C

27

m/V (m/V)

m/V2

4.31e-9 2

-7.61e-18 -5.6e-11 (MOBMOD 1 o 2) -0.056 (MOBMOD 3) -1.5 3

PARAMETROS W Y L

LL

Coeficiente de dependencia de longitud para el corrimiento de longitud

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

mLLN

0

339

cenidet

UNIDADES

VALORES POR OMISION

PARAMETRO

DESCRIPCION

LLN

Potencia de la dependencia de longitud para el corrimiento de longitud

LW

Coeficiente de dependencia de anchura para el corrimiento de longitud

mLWN

0

LWL

Coeficiente de términos cruzados de longitud y anchura para el corrimiento de longitud

mLWN+LLN

0

LWN

Potencia de la dependencia de anchura para el corrimiento de longitud

WL

Coeficiente de dependencia de longitud para el corrimiento de anchura

WLN

Potencia de la dependencia de longitud para el corrimiento de anchura

WW

Coeficiente de dependencia de anchura para el corrimiento de anchura

MWWN

0

WWL

Coeficiente de términos cruzados de longitud y anchura para el corrimiento de anchura

mWWN+WLN

0

WWN

Potencia de la dependencia de anchura para el corrimiento de anchura

1

1 MWLN

0 1

1

***** Ver la página 180 del Manual de Referencia de PSPICE ****** Ver la página 181 del Manual de Referencia de PSPICE

IGBT PARAMETRO

SIGNIFICADO

UNIDADES

VALOR POR OMISION

AGD

Area de traslape compuerta - dren

m2

5.0e-6

AREA

Area del dispositivo

m2

1.0e-5

BVF

Factor de uniformidad de avalancha

1.0

BVN

Exponente de multiplicación de avalancha

4.0

CGS

Capacitancia compuerta – fuente por unidad de área

F/cm2 2

COXD

Capacitancia de óxido compuerta – dren por unidad de área

F/cm

JSNE

Densidad de la corriente de saturación de emisor

A/cm2

KF KP MUN MUP

Factor de región de triodo Transconductancia MOS Movilidad de los electrones Movilidad de los huecos

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

1.24e-8 3.5e-8 6.5e-13 1.0

A/V

2

0.38

2

1.5e3

2

4.5e2

cm /(V s) cm /(V s)

340

cenidet

UNIDADES

VALORES POR OMISION

1/cm3

2.0e14

Tiempo de vida de recombinación ambipolar

Segundos

7.1e-6

Factor de campo transversal

1/Voltios

0.02

Voltaje de umbral

Voltios

4.7

VTD

Umbral de deplexión traslapado compuerta – dren

Voltios

1.0e-3

WB

Anchura de base metalúrgica

m

9.0e-5

PARAMETRO NB TAU THETA VT

DESCRIPCION Impurezas de base

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

341

cenidet

Anexo C.- Comandos de descripción de modelos .MODEL y .SUBCKT Sintaxis comando .MODEL El comando .MODEL define el comportamiento de un dispositivo basado en un conjunto de parámetros que pueden ser referenciados por otros dispositivos en el circuito. La sintaxis del comando es la siguiente: .MODEL [AKO: ] + ([= [especificación de tolerancia]] + [T_MEASURED=] [T_ABS=] o + [T_REL_GLOBAL=] o + [T_REL_LOCAL=]) Los campos encerrados en corchetes ( [] ) son opcionales. Nombre del modelo utilizado como referencia en el campo “IMPLEMENTATION” de los símbolos gráficos. [AKO: ] Permite utilizar los parámetros definidos en el modelo de referencia, a menos que sean redefinidos en el modelo actual. Define el tipo de dispositivo a modelar, a continuación se listan los tipos de modelos utilizados por PSPICE. TIPO DE MODELO

EJEMPLO DE NOMBRE

GASFET

Bxxx

GaAs MESFET DE CANAL N

CAP

Cxxx

CAPACITOR

D

Dxxx

DIODO

NJF

Jxxx

JFET DE CANAL N

PJF

Jxxx

JFET DE CANAL P

CORE

Kxxx

NUCLEO MAGNETICO NO LINEAL (TRANSFORMADOR)

IND

Lxxx

INDUCTOR

NMOS

Mxxx

MOSFET DE CANAL N

PMOS

Mxxx

MOSFET DE CANAL P

DINPUT

Nxxx

DISPOSITIVO DE ENTRADA DIGITAL (RECIVE SEÑAL DIGITAL)

DOUTPUT

Oxxx

DISPOSITIVO DE SALIDA DIGITAL (ENTREGA SEÑAL DIGITAL)

LPNP

Qxxx

BJT TIPO PNP LATERAL

Cadence OrCAD REL. 9.2 LITE

TIPO DE DISPOSITIVO

342

cenidet

TIPO DE MODELO

EJEMPLO DE NOMBRE

TIPO DE DISPOSITIVO

NPN

Qxxx

BJT TIPO NPN

PNP

Qxxx

BJT TIPO PNP

RES

Rxxx

RESISTENCIA

VSWITCH

Sxxx

INTERRUPTOR CONTROLADO POR VOLTAJE

TRN

Txxx

LINEA DE TRANSMISION CON PERDIDAS

UADC

Uxxx

ADC MULTIBIT

UDAC

Uxxx

DAC MULTIBIT

UDLY

Uxxx

LINEA DE RETARDO DIGITAL

UEFF

Uxxx

FLIP FLOP ACTIVADO POR FLANCOS

UGATE

Uxxx

COMPUERTA ESTANDAR

UGFF

Uxxx

FLIP FLOP ACTIVADO POR COMPUERTAS

UIO

Uxxx

MODELO DE E/S DIGITAL

UTGATE

Uxxx

COMPUERTA DE TERCER ESTADO

ISWITCH

Wxxx

INTERRUPTOR CONTROLADO POR CORRIENTE

NIGBT

Zxxx

IGBT DE CANAL N

[