Introducción a la simulación de circuitos

Transcripción

1 Introducción a la simulación de circuitos Microcontroladores Simulación Electrónica Escuela de Ingeniería Industrial Profesor: Dr. Camilo Quintáns Graña Vigo, 0 LA SIMULACIÓN EN LA INGENIERÍA. La simulación dentro del diseño en el proceso de la ingeniería. Diseño y desarrollo de un producto electrónico. Ingeniería de producto asistida por computador. Niveles de abstracción en la especificación y descripción del diseño 4. Diseño electrónico asistido por computador 5. Entorno EDA. Definiciones de términos 6. Entorno EDA. Ejemplo de los resultados 7. Librerías de componentes 8. Captura de esquemáticos 9. Captura de esquemáticos. Tipos de jerarquía 0. Captura de esquemáticos. Ejemplo de jerarquía vertical con tres niveles. Procesado del diseño. Procesado del diseño. Comandos en la herramienta de diseño Orcad

2 LA SIMULACIÓN DENTRO DEL DISEÑO EN EL PROCESO DE LA INGENIERÍA Comunicación con el cliente Análisis de los requisitos Establecimiento de los requisitos del producto Diseño del producto Simulación Desarrollo del producto Fabricación Comunicación con el cliente Validación y Verificación Establecimiento de las especificaciones del producto Implementación de una solución al diseño Evaluación del prototipo Revisión NIVELES DE ABSTRACCIÓN EN LA DESCRIPCIÓN DEL DISEÑO Para cada nivel de abstracción hay un tipo de simulación Subsistema o equipo Dominio de interés Dominio de la aplicación Sistema físico Software Visión global Hardware Visión del dominio Módulo Representación eléctrica Esquema eléctrico biblioteca de componentes Representación física: biblioteca de footprints Visión de los elementos Tarjeta electrónica de circuito impreso o PCB Dispositivos pasivos Dispositivos activos Dispositivos mecánicos Vista detallada 4

3 DISEÑO Y DESARROLLO DE UN PRODUCTO ELECTRÓNICO. INGENIERÍA DE PRODUCTO ASISTIDA POR COMPUTADOR CAEE EDA Diseño electrónico asistido por computador CAM Fabricación asistida por computador Ingeniería electrónica asistida por computador Denominaciones de los Entornos de diseño asistido por computador: CAE: Computer Aided Engineering. CAEE: Computer Aided Electronic Engineering. CAD: Computer Aided Design. EDA: Electronic Design Automation. CAM: Computer Aided Manufacturing. 5 DISEÑO ELECTRÓNICO ASISTIDO POR COMPUTADOR Entorno EDA (Electronic Design Automation): En un entorno EDA se controla el diseño y la producción de circuitos electrónicos desde el PC pudiendo realizarse los cambios necesarios mientras discurre el proceso. Capture CAPTURA DEL ESQUEMA PROCESADO BIBLIOTECAS DE COMPONENTES Creación de un Perfil PSpice PCB Editor OrCAD DEMO 6 SIMULACIÓN DISEÑO DE LA PCB POSTPROCESADO Simulación del diseño Análisis de los resultados BIBLIOTECA DE FOOTPRINTS FABRICACIÓN PCB (Printed Circuit Board) 6

4 ENTORNO EDA. DEFINICIONES DE TÉRMINOS I CAPTURA DE ESQUEMÁS Un esquema es el conjunto de componentes parts y las conexiones entre ellos de forma que constituyen la representación de un circuito. Por tanto representa una de las formas más importantes de comunicación en la ingeniería. La captura de esquemas es el proceso de creación de un esquemático que consiste en la importación de los componentes desde un fichero de librería y su interconexión para crear la topología deseada. 7 ENTORNO EDA. DEFINICIONES DE TÉRMINOS MODELO Un modelo es una representación de un objeto, sistema, o idea, de forma diferente a la de la identidad misma. Habitualmente, su finalidad es ayudar a definir, entender o mejorar un sistema. Un modelo de un objeto puede ser una réplica exacta de éste (en un material diferente y a escala diferente), o puede ser una abstracción de las propiedades dominantes del objeto, esto implica que en la mayoría de los casos la obtención de un modelo obliga a realizar simplificaciones. 8

5 ENTORNO EDA. DEFINICIONES DE TÉRMINOS MODELADO Y SIMULACIÓN Las herramientas de modelado y simulación de sistemas capacitan al ingeniero para probar una especificación. La simulación es el proceso de diseñar un modelo de un sistema real y realizar experimentos con él para entender su comportamiento y evaluar sus especificaciones. 9 ENTORNO EDA. DEFINICIONES DE TÉRMINOS VALIDACIÓN Y VERIFICACIÓN Validación: Conjunto de actividades que aseguran que el sistema construido se ajusta a los requisitos del cliente. Estamos construyendo el producto correcto? Verificación: Conjunto de actividades que aseguran que el sistema implanta correctamente una función especifica. Estamos construyendo el producto correctamente? 0

6 ENTORNO EDA. EJEMPLO DE LOS RESULTADOS vout 0V -vcc UA D DN448 R vin k V VAMPL = 0 FREQ = V+ V- OUT TL084 R k 0V 0 0 +vcc 0-0V 0s ms 4ms 6ms 8ms 0ms V(VIN) V(VOUT) Time Esquema electrónico Simulación del diseño Producto final. Circuito fabricado Diseño asistido de la PCB BIBLIOTECAS DE COMPONENTES EDITOR DE ESQUEMAS COMPONENTE MODELO DE COMPORTAMIENTO BIBLIOTECA DE MODELOS * * Digital Components * * * * 7400 Quadruple -input Positive-Nand Gates * * The TTL Data Book, Vol, 985, TI * tdn 06//89 Update interface and model names.subckt 7400 A B Y + optional: DPWR=$G_DPWR DGND=$G_DGND + params: MNTYMXDLY=0 IO_LEVEL=0 U nand() DPWR DGND + A B Y + D_00 IO_STD MNTYMXDLY={MNTYMXDLY} IO_LEVEL={IO_LEVEL}.ends SÍMBOLO Y ATRIBUTOS LIBRERÍAS DE COMPONENTES BIBLIOTECA DE SÍMBOLOS UA 74LS00 EDITOR DE PCB COMPONENTE FOOTPRINT BIBLIOTECA DE FOOTPRINTS

7 CAPTURA DE ESQUEMÁTICOS El esquemático es el punto de partida de un diseño, en él se situarán todos los componentes del diseño y las conexiones entre ellos, algunos de estos componentes son: Parts: Las partes son los componentes que se obtienen de las librerías tales como dispositivos pasivos o activos, circuitos integrados, fórmulas matemáticas, fuentes de tensión y corriente, etc. Wire: son los hilos de conexión para realizar el cableado entre los componentes. BUS: Son un conjunto de conexiones que guardan cierta relación que se agrupan en una sola. Símbolos de alimentación y tierra: VCC, GND CAPTURA DE ESQUEMÁTICOS. TIPOS DE JERARQUÍA Jerarquía simple de una sola hoja (One-sheet). Jerarquía plana con varias hojas (Flat). Jerarquía Vertical. Método Top-Down. Método Bottom-Up. 4

8 CAPTURA DE ESQUEMÁTICOS. EJEMPLO DE JERARQUÍA VERTICAL CON TRES NIVELES Esquema A Nivel 0 Bloque jerárquico Esquema B Bloque jerárquico Esquema C Esquema B Nivel Bloque jerárquico Bloque jerárquico Bloque jerárquico Esquema D Esquema D Esquema E Esquema D Esquema E Esquema C Nivel UA 7400 R k Componentes UA 7400 R k Componentes UA 7400 R k Componentes 5 PROCESADO DEL DISEÑO En el procesado del diseño se especifican encapsulados, se identifican los componentes y se genera información que se añade al diseño que se utiliza para la simulación y para el diseño de la placa de circuito impreso. IDENTIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES DE FORMA ÚNICA LISTA DE CONEXIONES CHEQUEO DE LAS REGLAS DE DISEÑO LISTA DE CONEXIONES LISTA DE MATERIALES 6

9 PROCESADO DEL DISEÑO. COMANDOS EN LA HERRAMIENTA DE DISEÑO ORCAD Annotate. Asigna una referencia a cada componente de forma que se identifique de forma única. Scope: Alcance de la actualización de las referencias. Action: Qué hace con los componentes que ya tiene asignada una referencia. Incremental reference update: Solo se asignan referencias a los componentes sin referenciar. Unconditional reference update: Se asignan referencias a todos los componentes hayan sido o no referenciados anteriormente. Reset part reference to?: Se referencian todos los componentes con su valor por defecto. Add intersheet references: Añade referencias entre esquemas. Delete intersheet references: elimina las referencias entre esquemas. Mode: Especifica si se cambiarán las instancias o las preferencias. Back Annotate Update Properties Design Rules Check Create Netlist: crea una lista con las conexiones del esquema para poder usar esta información en otro programa como por ejemplo en Layaout Informes Bill of materials: Genera una lista de materiales en un fichero 7 Bibliografía Simulación de Circuitos Electrónicos con OrCAD 6 DEMO MARCOMBO S.L BARCELONA, 008 ISBN: