Estudio del proceso de señales complejas en redes de circuitos electrónicos no lineales

Titulació:EnginyeriaenAutomàticaiElectrònicaIndustrial ……………………………………………………………………………………………..   Alumne:AlexDeSanFulgencioLagunas ………………………………………………………………………………………………   TítolPFC:Estudiodelprocesadodeseñalescomplejasen ……………………………………………………………………………………………… redesdecircuitoselectrónicosnolineales ………………………………………………………………………………………………  ………………………………………………………………………………………………  ………………………………………………………………………………………………  ………………………………………………………………………………………………    DirectordelPFC:JordiGarcíaOjalvo ……………………………………………………………………………….…………….    ConvocatòriadelliuramentdelPFC:Setembre2009 ……………………………………………………………………………………………..   Contingutd’aquestvolum: ‐ANEXOS‐      ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  2  ÍNDICE ANEXOI.DISEÑODELAPCBDELOSNODOSDEFINITIVOS................................................3 ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES.................................................................46 ANEXOIII.INFORMACIÓNTÉCNICASOBRELOSCOMPONENTES.....................................71 ANEXOIV.MANUALDEUTILIZACIÓNDELHARDWARE....................................................74   ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  3  ANEXOI.DISEÑODELAPCBDELOSNODOSDEFINITIVOS  LafinalidaddeesteanexoesdetallarelprocedimientodediseñodelasPCBsutilizando comoejemplolaPCBdelosnodosdefinitivos.  INTRODUCCIÓN  EsteanexodetallalametodologíaquesehaseguidoparalageneracióndelasPCBs,sin embargoalrepetirseelmismoprocesoparalastodaslasPCBséstesólosedetallaenel apartado1DISEÑODELAPCBDELOSNODOSDEFINITIVOS.  AdemásesteanexodefinelascaracterísticasgeneralesdelasPCBsquesehandiseñado paraesteestudioqueson:  • PCBdelosnodosdepruebas. • PCBdelosnodosdefinitivos. • PCBdelaplacasoportedepruebas. • PCBdelaplacasoportedelaredde50nodos. • PCBdelestimulador. • PCBdelsumadorderuido.  DISEÑOENPSPICEDELCIRCUITODELOSNODOSDEFINITIVOS  LarealizacióndelasPCBssehautilizadoelprogramadediseñotipoCADdenominado Layout,pertenecientealasuitedesoftwaretipoEDA,llamadoOrcad10.5.Éste programanecesitaparainiciareldiseñoelarchivoNetlist,estearchivocontiene informaciónsobrelasinterconexionesdelosdiferentescomponentesdelesquema,por ellosedebedisponerdelcircuitodelaPCBenCapture.ElprogramaCapturetambién formapartedelasuiteOrcad10.5,enelcasodelnodoelcircuitoaimplementaresel siguiente: ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  4   Esquema1:CircuitoElectrónicodeSimulaciónenCapturedelNodoDefinitivo.  ElcircuitoesnecesarioparagenerarelarchivoNetlistdesdelabarrademenúdel CapturequeapareceenlaFigura1yseleccionarlaherramientaCreateNetlist:   Figura1:DetalledelprogramaCaptureparalaGeneracióndelaNetlist.  TrasseleccionarCreateNetlistapareceráunaventanadeconfiguración,enestecasose configuralapestañaLayout,yaqueestearchivoseránecesarioposteriormente.A continuaciónsemuestralapantalladeconfiguracióndondesepermitecambiarlaruta dealmacenadodelarchivodenominadaNetlistFile,asícomodefinirlasunidades métricasdelmismoenelapartadoOptions,talycomosemuestraenlasiguientefigura:  22k out_1_3 22k out_1_2 R175 22k R176 22k 22k out_1_6 22k out_1_1 U45 TL082 1 1 2 2 3 3 44 55 V46 5Vdc U46 TL082 1 1 2 2 3 3 44 55 V47 10Vdc U47 TL082 1 1 2 2 3 3 44 55 0 V48 10Vdc R144 270 R145 270 R146 220 L16 10mH 1 2 C36 10n C37 1n R147 270 R148 55 R149 22k U48 TL082 1 1 2 2 3 3 44 55 22k St D57 SMDZ4V705W out_2_4 out_2_2 out_2_6 out_2_3 out_2_1 out_2_5 22k out_1_5 22k out_1_4 Createnetlist ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  5                    Figura2:PantalladeConfiguracióndelNetlist.  TrasaceptarlapantallaanterioryasehageneradoelNetlist,porloqueseiniciael procesodediseñodesdeLayout.SeabreelprogramaLayoutdesdeOrCAD10.5/Layouty seseleccionalaopciónNewdelmenúdeFile,talycomosemuestraenlafigura siguiente:   Figura3:PantalladeGeneracióndeunArchivoNuevo.  Trasseleccionarlacreacióndeunarchivonuevo,debemosasociarleunaplantillade trabajo,asícomoelNetlistgeneradoanteriormente:              Unidadesmétricas Rutadealmacenamiento ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  6      Figura4:ConfiguracióndelNuevoDiseñodelprogramaLayout.  Laplantilladebesercompatibleconelesquemáticorealizadoanteriormente,eneste casosehaseleccionadolaplantillametric.tch,yaqueelarchivoNetlistsegeneróen formatométrico,paraobtenermásinformaciónsobrecadaplantillaseencuentraenel apartadohelp,acontinuaciónsemuestralapantalladeseleccióndelasplantillas:   Figura5:DetalledelaSeleccióndelaPlantilla.  ElsiguientepasoesañadirenInputMNLelNetlistgeneradoanteriormente,talycomo semuestraenlasiguientefigura: Nombredelarchivodela PCB AsociarelNetlist anterior Asociarelesquemático anterior ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  7   Figura6:SeleccióndelNetlist.  AlañadirelarchivodelNetlist,segeneraautomáticamenteelnombredelarchivoque contendráeldiseñodeLayout,enéstecasodeejemploelnombreesP1,portantoel archivosedenominaP1.maxestesepuedemodificarenelapartadoOutputLayoutMAX file.AlfinalizardichatareasepuedeejecutarelApplyEchoqueapareceenlaparte inferiordelaFigura6,finalizandolageneracióndenuevoarchivoyiniciándoseasíla primerafasedeldiseño: AplicarECO ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  8   Figura7:PrimeraFasedelDiseñodelaPCBdelNodo.  Laslíneasamarillasindicanlasdiferentesconexionesentreloscomponentesdel esquemático,elrecuadroenlíneadiscontinuaeslaherramientaDesignRuleCheck (DRC)lacualseactivapordefectoalabrirelLayout,estaherramientaseencargade generarlosreportescorrespondientesalasviolacionesdelasreglaseléctricas,estos reportessemodificanenelmenúdeAutoylaopciónDesignRuleCheck:   Figura8:UbicacióndelasOpcionesdelDRC.   DRC OpcionesdelDRC ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  9  Trasclicarapareceránlasopcionesdisponibles,talycomosemuestranacontinuación:   Figura9:OpcionesdelDRC.  AdemásestaherramientaimpidelacolocacióndeelementosfueradelaregióndelDRC, porellopuedesernecesarialadesactivacióndelDRCmediantelabarradeherramientas delLayoutparapodertrabajardeformamáscómoda.   Figura10:BotóndeActivacióndelDRCOnline.  TrasclicarelbotóndelDRC,desapareceráelrecuadroconlíneadiscontinua,quedando elbotónencolorgrisyelmensajeenelDesign‐ObstacleTool(DRCOFF).   Figura11:DRCDesactivado.   DRC DRC ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  16     Figura26:HerramientaObstacleTool.  ParapodersermásprecisoslasteclasOeIpermitenalejaroacercareldiseño respectivamente,unavezrealizadoelcontorno,seseleccionaryclicandoelbotón derechosemodificanlaspropiedadessiguientes:    Figura27:PropiedadesdelosObstáculos.  Finalmenteseguardaelfootprintparaserasignadoalcomponente.  GENERANDOLASPISTAS  Unavezquetodosloscomponentescontienenlosfootprints,seprocedealarealización delaspistas,mediantelaherramientaAdd/EditRouteMode:    Figura28:HerramientaAdd/EditRouteMode.  ObstacleToo l NombredelObstáculo TipodeObstáculo CapadelObstáculo Add/EditRouteMode ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  17  LadistribucióndeloscomponentesSMDseharealizadoennuestrocasoenlamisma capa,ademásnosepodránrealizarcambiosdecapayaquelasegundacapaes únicamenteparacolocacióndelosagujerosmetalizados,estasterminacionesimplican queloscomponentesTHDpodránsoldarseporcualquieradelasdoscaras.  Parapodermodificarlacapadelfootprintseleccioneelcomponentemediantela herramientaComponentyaccedaalaopciónOppositemedianteelmenúdelbotón derechodelratón.     Figura29:HerramientaComponentTool.  AcontinuaciónsemuestraelejemplodelaseleccióndelaopciónOppositesobreun integradotipoTL082:   Figura30:DetalledelaSeleccióndeOpposite.  AntesdeutilizarlaherramientaAdd/EditRouteModesedebeconfigurarelgrosorde laspistasmediantelaherramientaViewSpreadsheetanteriormentedescritayquese muestraenlaFigura22,posteriormenteseleccionarNetsallíajustartodaslaspistasal grosorespecificadoparaello,enestecasolaspistasdealimentaciónsehaseleccionado ComponentTool OpciónOpposite ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  18  elanchode1mm,mientrasqueelrestodepistasde0.6mm,estasespecificacionesde diseñosonlasimpuestasporelDepartamentodeElectrónicadelaUPCenlaEUETIT.Se hanconservadodichasespecificacionesparapodermantenerlaopcióndefabricación encasodequeelDepartamentodeElectrónicadelaUPCmejorelasherramientasde quedisponen.  Sepuedemodificarlacapadelapistaantesderealizarla,paraelloseleccionelacapa porelmenúomarcandoelnúmero1paralacapatop,oelnúmero2paralacapa bottom,paraeliminarlapistasedebeclicarlatecla‘d’,sisedesearealizar modificacionessobreunapista,sedebeseleccionarlaherramientaEditSegmentMode:    Figura31:HerramientaEditSegmentMode.  Sedebeasegurarquelosángulosdelaspistasseande45º,yaquesiseintroducenpor ejemploángulosde90ºlapropiapistaejerceunefectoresistivosobreelcircuito,para minimizarlainfluenciadelaspistasenelcircuitosedebenrealizarlosángulosde45º, enelcasoderealizarángulosmayores,sedeberácolocarlosobstáculospertinentes paraproporcionarunángulofinalde45º,acontinuaciónsemuestraunejemplode cómogenerarunobstáculodeestetipo:   Figura32:EjemplodeZonaProblemáticaconÁngulosde90º.  ZonaProblemática EditSegmentMode ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  19  InicialmenteseleccionarlaherramientaObstacleToolcomosemuestraenlaFigura26y posteriormenteserealizalaformadeseada:   Figura33:DetalledelObstáculorealizadoparasolucionarángulode90º.  Unavezelobstáculoesterealizadoseclicacercadelobstáculoparaseleccionarlo,de estaformaseponeencolorblancoyseclicaalbotónderechoparapoderaccederalas propiedadesdelobstáculo.   Figura34:DetalledelaSeleccióndelasPropiedadesdeunObstáculo.  Formadeseada Propiedades ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  20  Laconfiguracióndelobstáculodeseadoesladeunsólidodecobre,porellose seleccionalaopciónCooperarea,ademássecolocaráenlacapabottom,yaquelapista alaquedebeunirseelobstáculoseencuentraenesacapa.   Figura35:PropiedadesdelObstáculo.  Alconfigurarelobstáculocorrectamenteestedebeaparecerenelcolordelacapa seleccionada,ademásenestecasoalseleccionareltipoCopperarea,lasuperficiedel mismodebesersólida. NombredelObstáculo TipodeObstáculo CapadelObstáculo ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  21   Figura36:ResultadoFinaldelaInsercióndeunObstáculotipoCopperarea.  GENERANDOELPLANODEMASA  Elplanodemasagarantizaunaequipotencialidadentodasusuperficie,ademásdebe haberunplanoporcadamasa,esdecir,sielcircuitoestáformadoporelementos analógicosydigitaleslasmasasdeambossondiferentesydebentenerplanos diferentes,sinembargoestosdebenunirseenelpuntodemasadelbloqueconversor analógicoadigital.Enlaplacadelnodosolamentehayunamasayaquetodoslos elementosquelaformansonanalógicos,portantosólosegeneraráunplanodemasa. Paraellosedebeconocerelnombredelapistademasa,parasaberlapistademasa,se puedeseleccionarlaherramientaPinquesemuestraenlaFigura19ysemarcaunpin queesteunidoalamismapistademasa,estaherramientadaráinformaciónsobreel nombredelapistaunidaalpin:   Figura37:InformacióndelaConexiónentreunpinyunapistamediantelaHerramientaPin.  NombredelaPista alaqueseconecta ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  22  SeharealizadouncuadradoqueocupalasuperficiedelaPCB,enestecasoamodode ejemplosecolocaunaimagendeunaPCBdeprueba:   Figura38:ObstáculoCuadradoparagenerarunPlanodeMasa.  Sedebegenerarotroobstáculo,enestecasoqueocupetodalasuperficieútildelaPCB yseleccionarlacaracterísticaCopperPore,ademásdeseleccionarlaClearence(,este parámetroindicaladistanciaentreplanodemasaycualquierpistaopadquese encuentreensusuperficie)impuestaporelprocesodefabricacióndelaPCB.                 Obstáculo ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  23    Figura39:ConfiguracióndelObstáculocomoPlanodeMasa.  Launiónquerealizapordefectoentreelplanoylapistaseleccionadaenestecaso NET_198esatravésdeunacruzcomosemuestraenlasiguientefigura:   Figura40:EjemplodeUniónencruzentrePinyPlano.  Estemétododeunión,siloquesedeseaesunaunióncompletasedebeaccederenla seccióndeOptionslapartedeThermalReliefSettings:  NombredelObstáculo TipodeObstáculo CapadelObstáculo Clearance Pistaasociadaal planodemasa ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  24   Figura41:DetalledelaUbicacióndelThermalReliefOptions.  AlseleccionardichosajustessedebemodificarelSpokeWidthqueeselparámetrodela anchuradelaspistasqueunenlospinesalplanodemasaenestecaso:   Figura42:ConfiguracióndelThermalReliefSettings.  FinalmentesedebecolocarunobstáculoquelimitetodalaPCB,yaqueesobligatorio parapoderutilizarlasopcionesdeautoruteado,ademásparalafabricaciónautomática delasPCBesobligatorioquecontengandichoobstáculo.Paraconfigurarlosedebe colocarunobstáculoquecontengatodosloselementosdelaPCBensuinterior,amodo deejemplosecolocaunaPCBdeprueba:  ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  25   Figura43:DetalledelObstáculodelLímitedelaPCB.  PosteriormentedebeconfigurarsecomoBoardOutline,esrecomendablequeelancho delaslíneasdelcontornodellímiteseanfinasyaquenormalmentelosprocesos automáticosdefabricaciónutilizanelpuntomediodelanchodelamisma,alafectara todaslascapassedebecolocarenlacapaGlobalLayer:   Figura44:ConfiguracióndelObstáculotipoLímitedelaPCB.  ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  32  DISEÑODELAPCBDELNODODEPRUEBAS  Elprocedimientoquesehaseguidoenestediseñoeselmismoqueenelanterior,sin embargoestediseñoserealizóantesaldescritoanteriormente.Deldiseñodepruebas sefabricaronúnicamentesehanfabricado3prototiposdeprueba,yaquelafinalidadde losmismoseralaconfirmacióndelcorrectofuncionamientodeldiseño,paramás informaciónverelapartadode7.3CAPITULO3:VALIDACIÓNDELDISEÑODELOS NODOSDEPRUEBAS.  Éstediseñosediferencianconeldiseñodefinitivoen:  Tabla1:CaracterísticasquediferencianlosNodosdePruebasdelosNodosDefinitivos. NODODEPRUEBASNODODEFINITIVO Conectordealimentaciónde6pinesy1 fila. Conectordealimentaciónde6pinesy2 filas Larealimentacióndelsumadorinversor condiodozenerydiodorectificador. Larealimentacióndelsumadorinversor constadiodozeneryresistenciade22kΩ. LapuntadetestT1estáubicadaantesde laetapadelseguidordetensión. LapuntadetestT1estáubicadadespués delaetapadelseguidordetensión. Laconfiguracióndelauniónentreelplano demasaylamasamediantecruzdeunión. Laconfiguracióndelauniónentreelplano demasaporsuperficietotal. Eldiseñoserealizoconunacapa.Eldiseñoserealizocondoscapas.  Acontinuaciónsemuestraeldiseñofinaldelosnodosdepruebarealizado:   Figura55:DiseñodelaPCBdelosNodosdePrueba.  Diferencias ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  33  DISEÑODELAPCBSOPORTEDEPRUEBA  EstaPCBestádiseñadaparaalimentarlareddeprueba,lacualconstade3nodos,para ellosehadiseñadounzócalodealimentaciónparacadanodo,loscualesestán interconectadosalbusdealimentación,comosemuestraacontinuación:    Figura56:DiseñodelaPCBSoportedePruebas.  EstaPCBsehafabricadoenelDepartamentodeElectrónicadelaEUETIT,conlas siguientesespecificacionesdediseño:  • Elanchomínimodepistadeseñalde0.6mm. • Elanchomínimodepistadealimentación1mm. • Laseparaciónmínimaentrepistasoclearance0.6mm. • Eldiámetrodelospadsdeberáserde2.5mm. • Eldiámetrodelasperforacionesparalaspatasde3mm. • LasmedidasmáximasdelaPCBsonde200x300mm.  SehaoptimizadoeldiseñodeformaquesepuedacolocarenunPCBmonocapay abaratarasísucosteypermitelainsercióndeetiquetasconinformaciónporlacara libre.  Bornerade Alimentación ConectordelosNodos ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  34  COMPONENTESDELAPCBSOPORTEDEPRUEBA CONECTORESDEALIMENTACIÓNDELOSNODOS Lafuncióndelosconectoresesladealimentaracadanodo,porellodebendisponerde tantosconectorescomoelnodo,lasseñalesnecesariasparalaalimentacióndelnodo son: Tabla2:SeñalesdeAlimentacióndelosNodos. SEÑALESDELOSCONECTORES Tensión–VccdelSumadorInv.yelSeguidor ‐VS GND GND Tensión–VccdelDiododeChua(NIC)‐VNIC Tensión+VccdelDiododeChua(NIC)+VNIC Tensión+VccdelSumadorInv.yelSeguidor+VS GNDGND  LosconectoresdealimentacióndelaPCBsoportedepruebasehandesfasados120º, estadecisiónseharealizadocomopracticapreviaaldiseñodelaPCBsoportedelared completaenlaquesecolocaranlosconectoresdealimentacióndesfasadosformando unacircunferencia.  BORNERADEALIMENTACIÓNDELAPCB  LaborneradealimentacióndelaPCBesde5pines,aunquelosconectoressonde6 pinesporfila,estehechosedebeaquelaseñalGNDestárepetidaendospines,a continuaciónsedetallanlascausasdeesarepetición:  • InicialmentesecolocaronlosdospinesparafacilitareldiseñoinicialdelaPCB, aunqueelplanodemasauneambospuntos.Éstetieneunazonamuycrítica,si sufreuncortesepararíaelplanodemasaendosplanos,comosemuestraa continuación: ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  35   Figura57:PuntoCríticodelPlanodeMasa.  Alunirambospuntosenlaplacasoporteseaseguraqueaunqueseproduzcaunarotura ambosplanosseránequipotenciales.  • Lautilizacióndeconectoresde6pinesestámásextendidayportantolos preciossonmásasequibles,demodoquenosuponeunaumentodelprecioy ademásaportaventajastantoeléctricascomomecánicasalcircuito.    PuntoCrítico ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  36  DISEÑODELAPCBSOPORTEDELAREDDE50NODOS  EldiseñodeestaPCBdebeincluirelzócaloparalainsercióndelos50nodos,trasla utilizacióndelaPCBsoportedepruebassedeterminóquelasujeciónentreelnodoyla PCBsoportenodabalarobustezdeseada,porelloseseleccionólaopcióndedoblarlas filasdelconectordealimentacióndelaPCB,asícomolasdelnodo.Estatipodeunión provocaeldobledefuerzaevitandoasítorsiones,yaquelosnodosvancolocadosde formavertical.Ademásdebeincluirlaborneradealimentación,acontinuaciónse muestralaPCB:   Figura58:TrazadodelaPCBSoportede50Nodos.  EstaPCBsehafabricadoenelDepartamentodeElectrónicadelaEUETIT,portantoestá sujetaalasrestriccionesindicadasenelapartadoanterior,quedandolasiguienteplaca:  Bornera Conectores ESTUDIO D  COMPO N  CONECT O Lafunción señalesqu delasexp e incorporar mismo,e s sucesivam e porlamay nodosde recomend ó conectore s  D ELPROCESAD A Im a N ENTESD E O RESDEALI deloscon esetransm e rimentacio n unafilaext s decir,el p e nte,elben orsujeción, formavert ó desdeeld s : ODESEÑALES A NEXOII.SI M a gen1:Fotog r E LAPCBS O MENTACI Ó ectoreses l itenporlos n esrealizad a radeconex i p in1del a eficioques graciasala ical,yaqu e epartament  COMPLEJASE N M ULACIÓN D  37 r afíadelapl a O PORTED E Ó NDELOS N l amismaq u conectores a ssobrelar i ones,aunq u a fila1est á eobtienea l cualseevit a e lospines olasiguien t N REDESDECIR C D EMODELO S a casoported e E LARED D N ODOS u eenelap a sonlasdes c eddeprue b u eeléctrica m á conectad o l doblarlas a elefectoq u estabanin t t emodificac C UITOSELECT R S REALES e 50Nodos. D E50NO D a rtadoante r c ritasenla T b adetermin a m enteelpin o alpin7d filasesde c u eproduce t erconectad o iónenlose R ÓNICOSNOLI N  D OS r ior,asíco m T abla2,ela n a lanecesi d decadafil a elafila2 c arácterme c lainserción o sentreell nlospines d N EALES m olas n álisis d adde a esel yasí c ánico delos osse d elos ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  38  ANTESDESPUÉS Figura59:ComparacióndelosFootprintsdelConectordeAlimentacióndelosNodos. Realizandoestamodificaciónseobtienemássuperficiedepin,evitandoposiblesroturas delospadsdurantelaperforación,ademásseaseguradesdeelmismofootprintuna uniónentrelospinesquedebencontenerlamismaseñal.  ANÁLISISDELADISTRIBUCIÓNDELOSCONECTORESDEALIMENTACIÓN Laslimitacionesdeladistribucióndelaredeslapropiasuperficiedeésta,yaqueel tamañomáximodelasplacasquesepuedenisolarenelDepartamentodeElectrónica delaUPCenlaEUETITsonde200x300mm,ademáslosnodosdebencumpliruna separaciónlateralde1cm. Seharealizadoelanálisisdediferentesdistribucionesdealimentacióndelaredtales como:  1. Lineal:ladisposiciónlinealdelosconectoresdelaredpermitíaenuna superficierectangularelaprovechamientomáximodelamisma,yaqueconsiste enlacolocacióndelosconectoresalolargodefilasdetantosnodoscomosea posible,acontinuaciónsemuestraunejemplodelmismo:           Figura60:EjemplodeDistribuciónLineal.  …   1cm     5.03mm  .   .   . 15.24mm NODO PCB ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  39  Teniéndoseencuentaquelasuperficieesde200x300mmyqueelanchodelos nodosesde5.03:     300 10  5.03  19   ú    200 5  15.24 9   Medianteestemétodosepuedenalbergarlos50nodos,sinembargodificultael análisisvisualdelaredrealizada.  2. Regular:elmétodoregularconsisteenformarundecágonoregulardemodo queseintroduzcanencadaladodelmismo5nodos,éstemétodoconserva partedelafacilidaddeanálisisdelared,seanalizaeltamañodelmismo:   Figura61:EsquemadeunDecágonoRegular. DelafiguraanteriorseextraelasiguienterelaciónentreAyB:  1√5 2 1.618  TeniendoencuentaqueelvalordeAesde100mm: 200  1√561.80 .  Sicadanodomide5.03mmdeancho,eldecágonoexternocumplelasmedidas inclusolasholguras,sinembargoalcolocarelinteriorpasandoA’aser84.76 mm:   84.76  1√526.19 .  Ladistanciaqueapareceencadavérticeinteriornocumpleconlasseparaciones yaquesolamenteeltamañodelosnodossinholgurasesde25.15mm,por tantoestadistribuciónnocabedentrodelaPCByporellosedesestima.  ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  40  3. Circular:estemétodotienelaventajadepodersecomparardirectamenteconla representacióndelaredcirculardematlab,facilitandolastareasde comprobación.  LadistribucióndelosconectoresdentrodelaPCBdebecumplirlossiguientes requisitos:  • Laseparaciónentrelosnodosdebepermitirlainsercióndelosmismo,ya quecadanodomide1cmdegrosor,laseparaciónmínimaqueseexigeesde 1cm.  Elcálculodelaseparaciónseharealizadomediantelassiguientes ecuaciones,cuyosparámetrosson:  N:númerodeconectoresquehayenlared(50)máslaborneradeconexiones. P:elperímetrodelacircunferenciaexterior. P’:elperímetrodelacircunferenciainterior. R:radioexternodelconectordealimentacióndelosnodos. R’:radiointernodelconectordealimentacióndelosnodos. D:diámetroexternodelconectordealimentacióndelosnodos. D’:diámetrointernodelconectordealimentacióndelosnodos. S:arcocorrespondienteacadasubdivisióndelacircunferenciasuperior. S’:arcocorrespondienteacadasubdivisióndelacircunferenciainterior.                   Ilustración1:RepresentacióndelaPCBsoportede50NodosconlasVariablesdelas Ecuaciones.  S   Conectores 15.03mm S’ R     R’   α ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  41  Conociendoqueelnúmerodeconectoresesde51yqueeldiámetromáximode lacircunferenciaexterioresde200mm,sedeseadeterminarlosvaloresdelos arcosinferiorysuperiordeseparaciónentrelosconectores:   2      2    100   628.32 .  AplicandolasiguienteformulaobtenemoselvalordeseadodelaS:  .    12.32 .  ElvalordelradiointeriorR’esde: 󰆒 100  15.03  84.97.  ElvalordelperímetrointeriorP’esde: 󰆒 2    84.97   533.88 .  ElvalordelarcointeriorS’esde: 󰆒 .    10.46.  Elarcointernocumpleladistanciamínimaestablecidade1cm,sinembargose deberealizareldiseñoconextremaprecisión,yaqueelespaciolibreesmuy reducido.  • Elángulodedesfaseentrelosconectoresdealimentacióndebepermitir ademáslainsercióndelaborneradealimentacióndelapalcasoporte.  Puestoquesehandecolocado51elementos,lassubdivisionesenαserealizan según: 360° 360° 51 7°  Finalmenteseharealizadoladistribucióncircular,yaquefacilitarálosposteriores análisisdelared,asícomolasfuturasmodificacionesenlatopologíadelamisma.  ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  48   Figura68:SeleccióndelArchivozgl41z20.txt.  TrasabrirelmodeloesteapareceenlaModelList,demodoquesepuedenverlosdatos delmismo:   Figura69:CaracterísticasdelModelodeSimulacióndelDiodoZenerzgl41z20.  UnavezelarchivohasidointerpretadoporelModelEditor,seguardaesainterpretación comoelarchivolib,atravésdeFile/Saveas…,comomuestralafigurasiguiente:   Figura70:UbicacióndelaOpciónSaveas…deFile.  Alguardarelarchivoseseleccionalaextensiónlibyautomáticamentesegenerarael archivo,talycomomuestralafigurasiguiente: Mode l Lis t  Característicasdelmodelo ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  49   Figura71:DetalledelaGeneracióndeArchivolib.  Finalmenteunavezseharealizadoelarchivolibesnecesariogenerarelarchivoolbtaly comoindicalasiguientesección.  GENERACIÓNDELARCHIVOOLB  ElarchivoolbgeneralalibreríadelcomponenteparapoderseleccionarsedesdePSpice, porelloesnecesarioutilizarlainformacióndelquecontieneelarchivolib,unavezseha obtenidoestearchivosedebeseleccionarlaopciónFile/ExporttoCapturePartLibrary… talycomosemuestraenlasiguientefigura:   Figura72:DetalledelaSeleccióndelExporttoCapturePartLibrary…deFile.  Trasseleccionarlaopciónnosindicalasrutasdelosarchivos,porunapartelaubicación delarchivolibalquehacereferenciaelarchivoolbyporotrapartelaubicacióndonde seguardaráelarchivoolb.  ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  50   Figura73:RutasdelosArchivoslibyolb.  Alseleccionaroksecompilalalibreríayapareceunreporteconlainformaciónreferente alastareasyproblemasencontrados,sinoaparecenerroreselprocesoconelprograma ModelEditorhafinalizado.Acontinuaciónsemuestralainformaciónsuministradatras lacompilacióndelaslibrerías.   Figura74:DetalledelaInformacióndelaCompilacióndelaLibreríaslibyolb.  AcontinuaciónyasepuedeabrirelsoftwaredesimulaciónCaptureyañadirelmodelo delfabricante.  PROGRAMACAPTURE  SELECCIÓNDELNUEVOCOMPONENTEDESIMULACIÓN  Traslageneracióndelosarchivosanterioressehacreadoelnuevocomponente,parala suutilizaciónsedebeseleccionardesdelaherramientaPartdelmenúdePlace,a continuaciónsemuestralaubicacióndelmismo:   Figura75:DetalledelaUbicacióndelaHerramientaPartdelmenúdePlace.  Sinembargonuestrocomponentenoapareceráhastaquenoañadamoslalibrería,por esoenlaventanadePlacePartsedebeseleccionarlaopciónAddLibrary…talycomose muestraenlasiguientefigura: ErroresyAvisos ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  51   Figura76:SeleccióndelAddLibrary…  Seseleccionaelarchivoolbgeneradoenelapartadoanteriortalycomomuestrala siguientefigura:  Figura77:SeleccióndelaLibreríaZGL41Z20.OLB  TrasseleccionarlalibreríaapareceelcomponenteenlaventanaPlacePartparapoder introducirloenelmodelo:   Figura78:ModelodeSimulacióndelDiodoZenerzgl41z20.  ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  52  Alfinalizarelcircuitodeseadoyantesderealizarlasimulaciónsedebeconfigurarlas libreríasdecapture,talycomoseindicaenelsiguienteapartado.  CONFIGURACIÓNDELASLIBRERIASDECAPTURE  ParapoderrealizarlasimulaciónesnecesarioconfigurarelSimulationProfile,para accederalaconfiguracióndelasimulaciónsedebeseleccionarlaopciónEditSimulation ProfiledelmenúdePSpice,talycomoseindicaenlasiguientefigura:   Figura79:SeleccióndelEditSimulationProfiledelmenúPSpice.  DentrodelSimulationProfilesedebeseleccionarlapestañaConfigurationFilesyallíse debeseleccionarlacategoríadeLibrary,talcomosemuestraacontinuación:   Figura80:SeleccióndelosarchivosdeLibrarydelapestañaConfigurationFiles.  SeseleccionalalibreríalibcorrespondienteatravésdelbotónBrowser…,ennuestro casoeslalibreríazgl41z20.libyposteriormenteseseleccionalaopcióndeadiciónde AddtoProfile.  LlegadosaestepuntoyasepuederealizarlasimulacióndelcircuitodeCapture,la utilizacióndelosmodelosrealespuedeprovocarproblemasdeconvergenciadurantelas simulaciones,porelloacontinuaciónseexponelaguíaquesehautilizadopara resolverlos.  ConfigurationFile Librar y Browse AddtoProfile ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  53  GUIADERESOLUCIÓNDECONVERGENCIASENLASIMULACIÓN   KeySources Thefollowingtechniquesonsolvingconvergenceproblemsare takenfromvarioussourcesincluding: [1] Meares,L.G.,HymowitzC.E.“SIMULATING W ITH SPICE”,Intusoft,1988 [2] Muller,K.H.”ASPICE C OOKBOOK”,Intusoft,199 0 [3] Meares,L.G.,HymowitzC.E.“SPICEAPPLICATIONS HANDBOOK”,Intusoft,199 0 [4 ] IntusoftNewsletters , variousdatesfrom1986to p resent [5] TheDesigner'sGuidetoSPICandSpectre,Kenneth S.Kundert,KluwerAcademicPublishers,1995 [6] TheSPICEBook,AndreiVladimirescu,JohnWiley& SonsInc,,1994 [7] InsideSPICE,RonKielkowski,McGraw‐Hill,Inc. 1994 WhatisConvergence?(orinmycase,Non‐Convergence) Theanswertoanonlinearproblem,suchasthoseintheSPICE DCandTransientanalyses,isfoundviaaniterativesolution. Forexample,ISSPICEmakesaninitialguessatthecircuit’snode voltagesandthen,usingthecircuitconductances,calculates themeshcurrents.Thecurrentsarethenusedtorecalculate thenodevoltages,andthecyclebeginsagain.Thiscontinues SolvingSPICEConvergenceProblems ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  54    untilallofthenodevoltagessettletovalueswhicharewithin specifictolerancelimits.Theselimitscanbealteredusing various.OptionsparameterssuchasReltol,Vntol,andAbstol. Ifthenodevoltagesdonotsettledownwithinacertainnumber ofiterations,theDCanalysiswillissueanerrormessagesuch as“NoconvergenceinDCanalysis”,“SingularMatrix”,or “Gmin/SourceSteppingFailed”.SPICEwillthenterminatethe runbecauseboththeACandtransientanalysesrequirean initialstableoperatingpointinordertoproceed.Duringthe transientanalysis,thisiterativeprocessisrepeatedforeach individualtimestep.Ifthenodevoltagesdonotsettledown,the timestepisreducedandSPICEtriesagaintodeterminethe nodevoltages.Ifthetimestepisreducedbeyondaspecifi c f ractionofthetotalanalysistime,thetransientanalysiswil l issuetheerrormessage,“Timesteptoosmall,”andthe analysiswillbehalted. Problemscomeinallshapes,sizes,anddisguises,butconvergenceproblemsareusuallyrelatedtooneofthefollowing: ∙ CircuitTopology ∙ DeviceModeling ∙ SimulatorSetup TheD C analysismayfailtoconvergebecauseofincorrect initialvoltageestimates,modeldiscontinuities,unstable/bistable operation,orunrealisticcircuitimpedances.Transientanalysis f ailuresareusuallyduetomodeldiscontinuitiesorunrealisti c circuit,source,orparasiticmodeling.Ingeneral,youwillhave p roblemsiftheimpedances,orimpedancechanges,donot remainreasonable.Convergenceproblemswillresultifthe impedancesinyourcircuitaretoohighortoolow. Thevarioussolutionstoconvergenceproblemsfallunderone oftwotypes.Somearesimplyban d ‐aidswhichmerelyattempt tofixthesymptombyadjustingthesimulatoroptions.Other solutionsactuallyaffectthetruecauseoftheconvergence p roblems. ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  55    Thefollowingtechniquescanbeusedtosolve90to95%ofal l convergenceproblems.Whenaconvergenceproblemis encountered,youshouldstartatsolution0andproceedwith thesubsequentsuggestionsuntilconvergenceisachieved. Thesequenceofthesuggestionsisstructuredsothattheycan beincrementallyaddedtothesimulation.Thesequenceisalso definedsothattheinitialsuggestionswillbeofthemostbenefit. Notethatsuggestionswhichinvolvesimulationoptionsmay simplymasktheunderlyingcircuitinstabilities.Invariably,you willfindthatoncethecircuitisproperlymodeled,manyofthe “options”fixeswillnolongerberequired! GeneralDiscussion Manypowerelectronicsconvergenceproblemscanbesolve d withtwooptionparameters,Gminan d Rshunt.TheGminoption isavailableinallSPICE2and3programs.Gministheminimum conductanceacrossallsemiconductorjunctions.Thecondu c ‐ tanceisusedtokeepthematrixwellconditioned.Itsdefault valueis1E‐12mhos.SettingGmintoavaluebetween1nan d 10nwilloftensolveconvergenceproblems.SettingGmintoa valuewhichisgreaterthan10nmaycauseconvergence p roblems. TheRshuntoptioncausesISSPICEtoinsertaresistorfromevery nodeinthecircuittoground.Rshuntisavailable onlyin p rogramssuchasISSPICEthathaveincorporatedtheXSPICE enhancements[36].SettingRshunttoavaluebetween100ME G and1Gwilltypicallyhelp.SettingRshunttoavalueof100K maycauseconvergenceproblems. SPICEdoesnotalwaysconvergewhenrelaxedtolerancesare used.Oneofthemostcommonproblemsistheincorrectuse ofthe.Optionsparameters.Forexample,settingthetolerance option,Reltol,toavaluewhichisgreaterthan.01willoften causeconvergenceproblems. ThedefaultnumericalintegrationmethodistheTrapezoida l method.Somecircuitswillconvergebetterduringthetransien t ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  56    analysiswhentheGearintegrationmethodisused.Youcan invokeGearintegrationbyaddingthestatement,.OPTION S METHOD=GEAR.TheGearmethodworkswellformostpower electronicssimulations. SettingthevalueofAbstolto1uwillhelpinthecaseofcircuits thathavecurrentswhicharelargerthanseveralamps.Again, donotoverdothisoption.SettingAbstoltoavaluewhichis greaterthan1uwillcausemoreconvergenceproblemsthanit willsolve. A fteryou’veperformedanumberofsimulations,youwil l discovertheoptionswhichworkbestforyourcircuits.Youcan savethe.Optionslineinatextfileandusethe“.INCfilename” commandtoreadthetextfile.Thiswillallowyoutosavesevera l .Optionslinesintextfilesandexploretheuseofdifferentsets ofoptions. Ifallelsefails,youcanalmostalwaysgetacircuittosimulate inatransientsimulationifyoubeginwithazerovoltage/zero currentstate.Thismakessenseifyouconsiderthefactthatthe simulationalwaysstartswiththeassumptionthatallvoltages andcurrentsarezero.Thesimulatorcanalmostalwaystrac k thenodesfromazerocondition.Runningthesimulationwil l oftenhelpuncoverthecauseoftheconvergencefailure. Theaboverecommendationisonlytrueifyourcircuitisconstructedproperlyandthenetlistissyntacticallycorrect.Mostof thetime,minormistakesarethecauseofconvergenceproblems.Errormessageswillhelpyoutrackdowntheproblems, however,agoodtechniqueistoscaneachlineofthenetlistan d lookforanomalies.Itmaybetedious,butit’saprovenwayto weedoutmistakes. NotallconvergencefailuresarearesultoftheSPICE software!Convergencefailuresmayidentifymanycircuit p roblems.Checkyourcircuitscarefully,anddon’tbetoo quicktoblamethesoftware. ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  57    Ifyou’vetriedeverythingyoucanthinkof,andyoustillcan’tget yourcircuittoconverge,youmaycontactIntusoft’sTechnica l Supportstaffat[email protected]Wecanalsobereachedon theInternetathttp://www.intusoft.com. ISSPICE‐NewConvergenceAlgorithms Inadditiontoautomaticallyinvokingthetraditionalsource steppingalgorithm, I SSPICEcontainsasuperioralgorithmcalle d “GminStepping”.Thisalgorithmusesaconstantminima l j unctionconductancewhichkeepsthesparsematrixwel l conditioned,andaseparatevariableconductancetogroundat eachnode,whichservesasaDCconvergenceaid.The variableconductancescausethesolutiontoconvergemore quickly.Theyarethenreduced,andthesolutionisre‐com‐ p uted.Thesolutioniseventuallyfoundwithasufficientlysmal l conductance.Thentheconductanceisremovedentirelyin ordertoobtainafinalsolution.Thistechniquehasprovento workverywell,andISSPICEselectsitautomaticallywhenconvergenceproblemsoccur.Thesuggestion(madeinanumbe r oftextbooks)ofincreasingthe.OptionsGminvalueinorderto solveDCandoperatingpointconvergenceproblemsisperf ormedautomaticallybythisnewalgorithm.Gminmaystillbe increased(relaxed)fortheentiresimulationbysettingthe .OptionsGminvalue,butthisshouldonlybedoneasalast resort. Non‐ConvergenceErrorMessages/Indications Thefollowingisalistofthekeyerrormessageswhichindicate thatconvergencehasnotoccurred.Inmostcases,SPICE3wil l alsoindicatetheelementornodethatisthesourceofthe f ailure.ThisisafeaturewhichisnotfoundinmostotherSPICE 2simulators. ∙DCAnalysis(whichincludesthe.OPanalysisandthesmal l signalbiassolutionwhichisperformedpriortotheA C analysisorInitialtransientsolutionwhichiscalcu l atedprio r  ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  64    ThisisespeciallyimportantforRFandpowerdevicessuch asRFBJTsandpowerMOSFETs.Manyvendorscheat andtryto“forcefit”theSPICE.MODELstatementinorder torepresentadevice’sbehavior.Thisisasuresignthatthe vendorhasskimpedonqualityin favorofquantity.Prim i ‐ tive.MODELstatementsCANNOTbeusedtomodelmost devicesabove200MEGHzbecauseoftheeffectofpac k ‐ ageparasitics.And.MODELstatementsCANNOTbe usedtomodelmostpowerdevicesbecauseofeirextreme nonlinearbehavior.Inparticular,ifyourvendorusesa .MODELstatementtomodelapowerMOSFET,throw awaythemodel.It’salmostcertainlyuselessfortransient analysis. 5.Reducetherise/falltimesofthePULSEsources. Example:VCC10PULSE0100 0 becomesVCC10PULSE0101U1U A gain,wearetryingtosmoothstrongnonlinearities.Thepulse timesshouldberealistic,notideal.Ifnoriseorfalltimevalues aregiven,orif0isspecified,theriseandfalltimeswillbeset totheTSTEPvalueinthe.TRANstatement. 6.Usethe.OPTIONSRAMPTIME=xxxstatementtorampup allofthesources. Example:.OPTIONSRAMPTIME=10N S Ramptimecausesalltheindependentsourcestoberampedup f romzerototheirinitialvaluesatthebeginningofthetransient analysis.Thetimeisspecifiedbytheuser.Thismaybequite helpfulifyou’rehavingtroublegettingthetransientanalysisto start.Remembertogiveenoughtimeforthesourcestoramp up.Ifaramptimeistooshort,itmaycaused i sturbancesthat requirealongtimetosettle,ormayevencausefurther convergenceproblems. 7.AddUIC(UseInitialConditions)tothe.TRANline. Example:.TRAN.1N100NUI C Ifyouarehavingtroublegettingthetransientanalysistostart becausetheDCoperatingpointcan’tbecalculated,insertthe UICkeywordinthe.TRANstatement.UICwillcauseSPICEto completelybypasstheDCanalysis.Youshouldaddany ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  65    applicable.ICandIC=initialconditionsstatementstoassistin theinitialstagesofthetransientanalysis.Becarefulwhenyou setinitialconditions,forapoorsettingmaycauseconvergence difficulties.(SeetheAltinitandRamptimeoptionsformorehelp withUICcases). 8.ChangetheintegrationmethodtoGear(SeealsoSpecia l Casesbelow). Example:.OPTIONSMETHOD=GEAR ThisoptioncausesSPICE3touseGearintegrationtosolvethe transientequations,asopposedtothedefaultmethodof trapezoidalintegration.TheuseoftheGearintegrationmetho d shouldbecoupledwithareductionintheReltolvalue.Thiswil l p roduceanswerswhichapproachamorestablenumerica l solution.Trapezoidalintegrationtendstoproducealessstable solutionwhichcanproducespuriousoscillations.Gearintegrationoftenproducessuperiorresultsforpowercircuitrysimulations,duetothefactthathighfrequencyringingandlong simulationperiodsareoftenencountered. Gearintegrationisveryvaluable,especiallyforPowerSupply designers.ItisincludedinallISSPICEversions.Manypopular versionsofSPICE,includingPspice™,Hspice™andElectronicsWorkbench™doNOTletyousetthisvaluableandimportantoption. ModelingTips Devicemodelingisoneofthehardeststepsencounteredinthe circuitsimulationprocess.Itrequiresnotonlyanunderstanding ofthedevice’sphysicalandelectricalproperties,butalsoa detailedknowledgeoftheparticularcircuitapplication.Nevertheless,theproblemsofdevicemodelingarenotinsurmountable.Agoodfirst‐cutmode l canbeobtainedfromdatasheet informationandquickcalculations,sothedesignercanhavean accuratedevicemodelforawiderangeofapplications. ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  66    Datasheetinformationisgenerallyveryconservative,yetit p rovidesagoodfirst‐cutofadevicemodel.Inordertoobtain thebestresultsforcircuitmodeling,followtherule:“Usethe simplestmodelpossible”.Ingeneral,theSPICEcomponent modelshavedefaultvaluesthatproducereasonablefirstorder results.Herearesomehelpfultips: ∙ Don’tmakeyourmodelsanymorecomplicatedthanthey needtobe.Overcomplicatingamodelwillonlycauseitto runmoreslowly,andwillincreasethelikelihoodofanerror. ∙ Remember:modelingisacompromise. ∙ Don’tbeafraidtotestyourmodels,especiallytheonesyou didnotcreate. ∙ Createsubcircuitswhichcanberunanddebuggedindep endently.Simulationisjustlikebeingatthebench.Ifthe simulationoftheentirecircuitfails,youshouldbreakitapart andusesimpletestcircuitstoverifytheoperationofeach componentorsection. ∙ Documentthemodelsasyoucreatethem.Ifyoudon’tuse amodeloften,youmightforgethowtouseit. ∙ Becarefulwhenyoumodelswhichhavebeenproducedby hardwarevendors.Manyhavesyntacticalerrors,an d certainlyDONOTfullyreflectthecharacteristicsoftherea l p art.Checkthedocumentationforalistofcharacteristics whicharesupportedbythemodel. ∙ Semiconductormodelsshouldalwaysincludejunction capacitanceandthetransittime(ACchargestorage) p arameters. ∙ Ifthe.Modeldefinitionforalargegeometrydevicedoesn’t reflectthebehaviorofthedevice,useasubcircuitrepresentation. ∙ Becarefulwhenusingbehavioralmodelsforpowerdevices.ManySPICEvendorstrytopassoffpowersemiconductormodelsusingbehavioralmodelingtechniques.Most SPICEvendorsdonothavetheexpertisetocreatesophisticatedsubcircuitrepresentations.Behavioralmodelshave theirplace,butinthecaseofpowerdevices,theywil l usuallyNOTexhibitmanyimportantsecondordereffects. ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  67    ∙ A ndlastly,thereisnosubstituteforknowingwha t you’redoing!! Intusoftmakesavailableaninexpensivemodelingprogram. Theprogram,calledSPICEMOD,isaneasy‐to‐useutilitythat makessemiconductormodels(Diode,ZenerDiode,BJT,Power BJT,DarlingtonBJT,MOSFET,PowerMOSFET,JFET,Triac, IGBT,SCR)fromdatasheetparameters.Themodelswor k withANYSPICEsimulator.Ithastwodistinctadvantages: 1)ItallowsyoutomakeaSPICEmodelbasedonyourdesign specifications.Forexample,youcanmakeamodelfor1A100 V diode.Youcanthensimulateyourcircuitandrefinetheboun d ‐ ariesforthetypeofpartrequired.Youcanassigntheactualpart numberatalatertime.ThiseliminatestheneedforyourSPICE vendortosupplymodelsforeverypossiblepartnumber. 2)Modelsarecreatedfromdatasheetvalues.Ifyoudonot havealloftheparameters,SpiceModwillestimatethedatayou donothave,basedonthedatayoudohave.Therefore,itnever leaveskeySPICEparameters(capacitance,transittime,etc.) attheirdefaultvalues.Theuseofthesedefaultvaluesisthe simplestwaytomakeagoodmodeluseless. SPICEMODishighlyrecommended. Repeti t iveAndSwitchingSimulations Switchingsimulationsrefertosimulationswhichhaveasignif i ‐ cantnumberofrepetitivecycles,suchasthosefoundinSMP S simulations.Simulationssuchasthesecanexperiencealarge numberofrejectedtimepoints.Rejectedtimepointsaredueto thefactthatSPICEhasadynamicallyvaryingtimestepwhich iscontrolledbyconstanttolerancevalues(Reltol,Abstol, Vntol).Aneventthatoccursduringeachcycle,suchasthe switchingofapowersemiconductor,cantriggerareductionin thetimestepvalue.ThisiscausedbythefactthatSPICE attemptstomaintainaspecificaccuracy,andadjuststhe timestepinordertoaccomplishthistask.Thetimestepis ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  68    increasedaftertheevent,untilthenextcycle,when itisagain reduced.Thistimestephysteresiscancauseanexcessive numberofunnecessarycalculations.Tocorrectthisproblem, wecanregresstoaSPICEversion1methodologyandforcethe simulatortohaveafixedtimestepvalue. Toforcethetimesteptobeafixedvalue,settheTrtolvalueto 100,i.e..OPTIONSTRTOL=100.Thedefaultvalueis7.The TrtolparametercontrolshowfaraheadintimeSPICEtriesto j ump.Thevalueof100causesSPICEtotrytojumpfarahead. ThensettheTmaxvalueinthe.TRANstatementtoavalue whichisbetween1/10and1/100oftheswitchingcycleperio d (.TRANtSteptStoptStartTMAX).Thishastheoppositeeffect; itforcesthetimesteptobelimited.Together,theyeffectively lockthesimulatortimesteptoavaluewhichisbetween1/10an d 1/100oftheswitchingcycleperiod,andeliminatevirtuallyallof therejectedtimepoints.Thesesettingscanresultinovera 100%increaseinspeed! Note:Inordertoverifythenumberofacceptedandreje c te d timepoints,youmayissuethe.OPTIONSACCTparameteran d viewthedataattheendoftheoutputfile. OtherConvergenceHelpers ForthoseuserswhoareusingaversionofSPICEwhichis basedonBerkeleySPICE3,suchas I SSPICE,severalother optionsarealsoavailable: 1.Gminsteps(DCConvergence) Example:.OPTIONSGMINSTEPS=20 0 TheGminstepsoptionadjuststhenumberofGminincrements thatwillbeusedduringtheDCanalysis.Gminsteppingis invokedautomaticallywhenthereisaconvergenceproblem. GminsteppingisanewalgorithminSPICE3thatgreatly improvesDCconvergence. ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  69    2.ALTINITfunction(TransientConvergencewithUIC) Example:.OPTIONALTINIT=1 0 SettingAltinitto1causesanalternate(morelenient)algorithm tobeuse d whentheUICkeywordisissuedinthe.TRAN statement.Normally,thisalternatealgorithmisautomatically invokedwhenthedefaultmethodfails.Anumberotherthan1 referstotheinitialtimestepjumpwhichwillbeusedtodeterminethefirsttimepoint.Thedefaultvalueis1E‐20seconds.It canbevariedfrom1E‐10to1E‐30seconds.Thevalueof1E‐ 10(i.e.Altinit=10)willreducetheaccuracyofthefirsttimepoint, butwillmakeiteasierforISSPICEtostartthetransientsimulation. TheAltinitoptionisuniquetoISSPICE. SpecialCases Mosfets‐ Checktheconnectivity.Connectingtwogatestogether,buttonothingelse,willgiveaPIVTOL/Singularmatri x error.CheckthemodelLevelparameter.SPICE2programsdo notbehaveproperlywhenMosfetsofdifferentlevelsareuse d inthesamesimulation. SPICE3ConvergenceHelpers ForthoseuserswhoarerunningaversionofSPICEbasedon BerkeleySPICE3,severalotheroptionsarealsoavailable. 1.Gminsteps(DCConvergence) ‐SameasITL 6 Example:.OPTIONSGMINSTEPS=20 0 TheGminstepsoptionadjuststhenumberofincrementsthat GminwillbesteppedduringtheDCanalysis.Gminsteppingis invokedautomaticallywhenthereisaconvergenceproblem. Gminsteppingisanewalgorithmin I SSPICE4thatgreatly improvesDCconvergence. 2. A LTINITfunction(TransientConvergence) Example:.OPTIONSALTINIT=1 SettingALTINITtoonecausesthedefaultalgorithmusedwhen theUIC(useinitialcondition)keywordisissuedinthe.TRANto ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOII.SIMULACIÓNDEMODELOSREALES  70   bebypassedinfavorofasecondmorelenientalgorithm. Normally,thesecondalgorithmisautomaticallyinvokedwhen thedefaultmethodfails. ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSELECTRÓNICOSNOLINEALES ANEXOIII.INFORMAICÓNTÉCNICADELOSCOMPONENTES  ANEXOIII.INFORMACIÓNTÉCNICASOBRELOS COMPONENTES INTRODUCCIÓN  Acontinuaciónsepresentanloscomponentesdelasdiferentesplacasrealizadas. COMPONENTESDELOSNODOS  Losnodosdelaredestánformadosporlossiguientescomponentes:     Tabla3:ListadodeComponentesdelosNodos. COMPONENTENÚMERO Resistenciade22kΩ 1 Resistenciade270Ω 2 Condensadorde10nF3 Condensadorde1nF4 Bobinade10mH5 PuntasdeTest6 Pindeestímulo7 Resistenciade220Ω 8 OperacionalTL0829 DiodoZener10 Conectordealimentación11 Pinesdeentradaysalida12  11 12 12 2 5 2 8 1 9 9 9 1 66 3 4 1 7 10 ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSNOLINEALES ANEXOIII.INFORMAICÓNTÉCNICADELOSCOMPONENTES 72  COMPONENTESDELCIRCUITODECHUA RESISTENCIADE22KΩDEMULTICOMPMODELOMCHP05W4F2202T5E RESISTENCIADE270ΩDEVISHAYBCCOMPONENTSMODELO2312142 CONDENSADORDE10nFDEPANASONICMODELOECHU1C103GX5 CONDENSADORDE1nFDEPANASONICMODELOECHU1H102GX5 BOBINADE10mH PUNTASDETEST PINDEESTÍMULODEMULTICOMPMODELO2211S‐03G DIODODECHUA RESISTENCIADE220Ω CIRCUITOOPERACIONALTL082 ZÓCALODELTL082DEMULTICOMPMODELO2227MC‐08‐03‐18F1 COMPONENTESDELAETAPADEADAPTACIÓN DIODOZENERDEMULTICOMPMODELOBZT55C4V7 RESISTENCIA22KΩDEMULTICOMPMODELOMCHP05W4F2202T5E CIRCUITOOPERACIONALTL082 ZÓCALODELTL082DEMULTICOMPMODELO2227MC‐08‐03‐18F1 CONECTORES CONECTORALIMENTACIÓNSAMTECMODELOTLW‐106‐05‐G‐D‐RA CONECTORENTRADAS/SALIDASMULTICOMPMODELO2211R‐06G COMPONENTESDELASPLACASSOPORTE CONECTORDEALIMENTACIÓNSAMTECMODELOTLW‐106‐05‐G‐D BORNERAPLACASOPORTEPHOENIXCONTACTMODELO1729157 ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSNOLINEALES ANEXOIII.INFORMAICÓNTÉCNICADELOSCOMPONENTES 73  CABLEADO TERMINACIONESDELCABLE COMPONENTESDELASIMULACIÓN DIODOS DIODOZENERDEONSEMICONDUCTORMODELO1SMA5918BT3G DIODOZENERDEONSEMICONDUCTORMODELOMMSZ5231BT1 DIODOZENERDEROHMMODELORLZ4.7B DIODOTUNINGDEONSEMICONDUCTORMODELOMMBV105GLT1G  MANUALES OSCILOSCOPIO BORNERABNC2110 GENERADORDEONDASAGILENT33120A GENERADORDEONDASAGILENT33250A 10HINTSFPRGETTINGMOREFROMYOURFUNCTIONGENERATOR MANUALBÁSICODEORCADLAYOUT INTRODUCCIÓNALPSPICE–ORCAD MANUALCOMPLETODEORCAD9.1 MANUALDEORCADPARAGENERARFOOTPRINTS ORCADFLOWTUTORIAL ORCADQUICKREFERENCE TUTORIALDEORCADONLINE    ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSNOLINEALES. ANEXOIV.MANUALDEUTILIZACIÓNDELHARDWARE 80   Ilustración10:CircuitoEstimuladordelaPlacadeTopos.  EJEMPLODECONEXIÓNDELESTIMULADOR  Acontinuaciónseexponeunejemplodeconexión:   Ilustración11:Ejemplodeconexióndelgeneradordefuncionesconelestimulador. ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSNOLINEALES. ANEXOIV.MANUALDEUTILIZACIÓNDELHARDWARE 81  CONEXIONADODELASFUENTESDEALIMENTACIÓN  ParaconseguirlatensiónsimétricaseajustanlasfuentesdetensiónPowerSupplyFAC‐ 662Bdellaboratorioenmodotrackposteriormenteseajustanlosdisplaysparaobservar latensiónylacorrientedelafuente1,posteriormenteserealizalasiguienteconexión:       Figura81:Ajustedelafuentedealimentaciónparael±Vsy±Vnic.  Latensiónde‐5VseconsiguemediantelatercerafuentequecontieneelmodeloFAC‐ 662B,lacualesde5V,peroalconectarel+5V(rojo)aGNDobtenemos‐5Venel terminalde0V(negro)delafuentede5V.  Paralaalimentacióndelsumadorderuidosehaconfiguradoúnicamentelatensión simétricade±10V.  Ajustede Tensión Track S1S1 +Vs,+Vnic,GND,‐Vnic,‐Vs ESTUDIODELPROCESADODESEÑALESCOMPLEJASENREDESDECIRCUITOSNOLINEALES. ANEXOIV.MANUALDEUTILIZACIÓNDELHARDWARE 82  CONCLUSIONES  Acontinuaciónseexponendiferentesconclusionesalasquesehanllegadotrasla experimentación:  Lassondas10073CdelOsciloscopiodeAgilentmodeloDSO6104Anosepuedenutilizar paralasmedicionesmedianteLavbIEWconlaborneraBNC2110,yaquelassondas incorporanunaetapadefiltradoqueafectaalabornera.  Esnecesariorealizarlacomprobacióndelassondasantesdesuutilización,yaquevarios delosproblemasquehansurgidodurantelosexperimentoshansidocausade elementosdemedidadefectuosos,serecomiendalamedicióndelaseñaldepruebadel osciloscopio.  Paralamedicióndelaconductividaddeloscablesserecomiendamedirenla terminacióndesalidayaquedeestemodosecompruebalaseñaltransmitidaasícomo lacontinuidaddelcable.  Elconsumodecorrientedelafuentedealimentaciónconectadaalaborneradelaplaca soporteesdeaproximadamente20.4Amientrasqueelconsumodecorrientedela fuentedealimentacióndelsumadoresdeaproximadamente0.04A,encasode aumentarporencimadelosvaloresindicadosreviseelconexionado.   2Sehaexpuestoelconsumoaproximadodelaplacasoporteconlos50nodosconectados,al reducirelnúmerodenodostambiénsereducesuconsumo.