Dr. J. E. Rayas Sánchez

Simulación de Circuitos Electrónicos Utilizando SPICE

Este curso/taller se imparte generalmente de manera extracurricular, como actividad de educación continuada.  Ha sido impartido a grupos de investigación y desarrollo de la industria regional, tales como Lucent Technologies, Siemens y Continental, así como a otras organizaciones (IEEE, CETI, UTM, etc.).

En este curso/taller se hace una introducción general a las herramientas de CAD para circuitos electrónicos, se estudian y ejercitan las técnicas básicas y avanzadas de simulación de circuitos electrónicos utilizando PSpice de OrCad, se practican y analizan técnicas de modelado de componentes electrónicos a nivel circuital, y se hace una introducción a la emulación de circuitos mediante modelos de comportamiento. Opcionalmente se estudian técnicas de modelado de sensores y de otros sistemas físicos mediante SPICE. El curso/taller tiene un enfoque teórico-práctico, con ejercitación intensiva en la computadora, a través de la cual se practican los conceptos estudiados conforme éstos se van abordando en cada sesión.

Objetivo General de Aprendizaje

El objetivo general de este curso/taller es que el estudiante desarrolle las habilidades necesarias para modelar y analizar el comportamiento de circuitos electrónicos, tanto analógicos como digitales, utilizando el simulador SPICE.

Objetivos Particulares de Aprendizaje

Al finalizar el taller el estudiante será capaz de:

1. Identificar las aplicaciones típicas de los simuladores de circuitos
2. Ubicar las principales características de desempeño de un sistema electrónico
3. Identificar los principales elementos constitutivos de la simulación de circuitos en la computadora
4. Distinguir las diferencias principales entre las herramientas de CAD para circuitos electrónicos más utilizadas comercialmente
5. Describir la estructura general del simulador SPICE
6. Elaborar e interpretar archivos en lenguaje SPICE
7. Operar las funciones básicas del simulador SPICE
8. Operar las funciones avanzadas del simulador SPICE
9. Reconocer las principales consideraciones para modelar dispositivos electrónicos en lenguaje SPICE
10. Interpretar las principales características de los modelos de componentes utilizados por SPICE
11. Editar modelos de componentes electrónicos y crear nuevos modelos
12. Emular circuitos utilizando modelos a nivel comportamiento (behavioral modeling)
13. Simular sensores y otros sistemas físicos mediante SPICE.

Contenido

1.   Conceptos generales sobre simulación

1.1.         ¿Por qué recurrir a los simuladores?

1.2.         Parámetros de desempeño de un circuito

1.3.         Ejemplos de simulación de circuitos

1.4.         Anatomía de un simulador de circuitos

1.5.         Tipos de análisis

1.6.         Niveles de simulación (lógica, circuital, electromagnética, etc.)

1.7.         Algunos sistemas comerciales para la simulación de circuitos electrónicos

2.   Introducción a PSpice de Orcad

2.1.         Herramientas generales de Cadence – Orcad

2.2.         Herramientas de simulación de Orcad

2.3.         Captura esquemática

2.4.         Simulando circuitos en PSpice de Orcad

3.   Estructura general del lenguaje SPICE

3.1.         Datos

3.2.         Comandos

3.3.         Comentarios

3.4.         Creación de circuitos en lenguaje SPICE

3.5.         Simulación de circuitos desde archivos de texto

4.   Simulación básica en SPICE

4.1.         Respuesta transitoria

4.2.         Estímulos especiales

4.3.         Uso de modelos de dispositivos genéricos

4.4.         Análisis de Fourier

4.5.         Respuesta a la frecuencia (análisis de C.A.)

4.6.         Uso de modelos de dispositivos comerciales

4.7.         Análisis de C.D.

4.8.         Barridos de C.D.

4.9.         Punto de operación

4.10.     Función de transferencia de C.D.

4.11.     Cálculos de impedancias de entrada, de salida, ganancias, etc.

4.12.     Post-procesamiento gráfico

4.13.     Organización de archivos de PSpice

5.   Simulación avanzada en SPICE

5.1.         Simulación en modo mezclado (analógico/digital)

5.2.         Estímulos digitales

5.3.         Simulación paramétrica

5.4.         PSpice como trazador de curvas características

5.5.         Efectos de la temperatura

5.6.         Análisis de sensibilidad

5.7.         Diseños modulares

5.8.         Diseños jerárquicos

5.9.         Interconexiones en diseño modulares y jerárquicos

5.10.     Creación de subcircuitos

5.11.     Configuración de archivos de bibliotecas de modelos

5.12.     Análisis de Monte Carlo

5.13.     Análisis de peor caso

5.14.     Análisis de ruido

5.15.     Estímulos arbitrarios (funciones lineales a trozos)

5.16.     Simulación de histéresis

5.17.     Consideraciones sobre simulación de osciladores y otros circuitos inestables

5.18.     Estímulos especiales no disponibles en PSpice de Orcad

6.   Consideraciones sobre el modelado de circuitos en SPICE

6.1.         Interpretación de modelos de componentes

6.2.         Utilización de bibliotecas de modelos

6.3.         Edición de modelos de partes

6.4.         Modelado de componentes electrónicos comerciales

6.5.         Emulación de filtros usando modelos de comportamiento (introducción a ABM)

7.   Introducción al modelado y simulación de sensores con SPICE

8.   Introducción al modelado lineal por trozos (piece-wise linear), al modelado IBIS, y al modelado con redes neuronales.

La concentración del trabajo durante el curso/taller se distribuye normalmente de la siguiente forma:

            Temas 1 y 2:                5%

            Tema 3:                       15%

            Tema 4, 5, 6 y 7:         80%

Metodología

El curso se desarrolla mediante exposiciones, ejercicios de instrucción programada, estudio complementario de apuntes y mucho trabajo práctico en la computadora (en el salón de clases y fuera del mismo).  La gran mayoría de los ejercicios se realizan dentro del salón de clases, con una computadora asignada por alumno. Se utiliza el software Orcad PSPICE para Windows, de la compañía Cadence Design Systems.