Configuración y ejecución de una simulación

La Analysis Setup & Run región del Simulation Dashboard se utiliza para configurar y ejecutar los análisis de simulación. Una vez que el circuito haya sido verificado y esté preparado para la simulación, configura el tipo de análisis requerido tal y como se describe en las secciones siguientes.

La Analysis Setup & Run región del Simulation Dashboard panel
La Analysis Setup & Run región del Simulation Dashboard panel

En las siguientes secciones se describe cómo configurar los análisis de simulación habituales y los ajustes de simulación adicionales.

Number formats

Los campos numéricos definidos en la Analysis Setup & Run región del Simulation Dashboard panel pueden introducirse en tres formatos de parámetros: normal, de ingeniería y científico.

En el formato normal, se introduce un número de forma explícita; por ejemplo, «1000000» para un millón.

En el formato de ingeniería, un número se representa como una mantisa (cualquier número real) y un índice de orden introducido con uno o más dígitos según la tabla siguiente. Por ejemplo, un millón en el formato de ingeniería puede representarse como «1meg».

Símbolo prefijo Nombre y valor
f femto, 10⁻¹⁵
p pico, 10⁻¹²
n nano, 10⁻⁹
u micro, 10⁻⁶
m mili, 10⁻³
k kilo,10³
meg mega,10⁶
g giga,10⁹
t Terra,1012

El formato científico permite representar un número en dos partes: la mantisa y el exponente del grado de 10. La separación entre la mantisa y el exponente debe realizarse con la letra latina «e» —por ejemplo, «1e6» para un millón. La mantisa y el exponente se definen como números reales.

Análisis del punto de funcionamiento

El análisis del punto de funcionamiento se utiliza para determinar el punto de funcionamiento en corriente continua de un circuito, con los inductores en cortocircuito y los condensadores abiertos. Este análisis calcula los valores de los puntos de equilibrio de corriente y tensión en el funcionamiento de un circuito en estado estacionario, los coeficientes de transferencia en modo de corriente continua, así como los polos y ceros de la característica de transferencia de corriente alterna que se requieren en otros tipos de cálculos.

El análisis del punto de funcionamiento se configura en la Operating Point región del Simulation Dashboard .

Utilice los Display on schematic para mostrar los valores calculados directamente en el esquema:

  • Voltage – mostrar las tensiones de los nodos en relación con el nodo de referencia
  • Power – mostrar la potencia instantánea consumida (valor positivo) o emitida (valor negativo)
  • Current – mostrar la corriente de salida de los componentes.

Tras ejecutar el análisis, los valores calculados de tensión, potencia y/o corriente se mostrarán como etiquetas en los nodos correspondientes.

  • Las etiquetas se pueden mover por los esquemas haciendo clic, manteniendo pulsado y arrastrando.
  • Los valores calculados también pueden mostrarse en el esquema una vez que se haya ejecutado un análisis de punto de funcionamiento.

El documento de resultados de la simulación incluirá los cálculos de la sonda colocada en el circuito.

Los valores se calculan automáticamente para todos los nodos del circuito. Se pueden añadir valores adicionales a la tabla de resultados desde el Sim Data panel. Más información sobre cómo trabajar con datos textuales.

A continuación se muestra un ejemplo de un análisis de punto de funcionamiento configurado para un circuito y el documento de resultados de la simulación. Tenga en cuenta que las etiquetas de los valores de resultado (para los cálculos de tensión y potencia habilitados) que aparecen tras la ejecución de la simulación se muestran en la hoja del esquema. También se muestra un ejemplo de cómo añadir otro valor calculado al documento de resultados de la simulación.

 

El dispositivo «Node Set» se utiliza para especificar la tensión inicial de un nodo del circuito durante una pasada preliminar del análisis del punto de funcionamiento. Tras esta pasada inicial, la restricción se libera y las iteraciones continúan hasta obtener la solución de polarización real. Para utilizar el dispositivo «Node Set», coloque el .NS componente de la Simulation Generic Components biblioteca y, a continuación, establezca el Initial Voltage valor del componente colocado.

Este dispositivo no suele ser necesario para lograr la convergencia en la mayoría de los circuitos. Sin embargo, puede resultar útil al realizar simulaciones en circuitos biestables o astables.

Análisis de la función de transferencia

El análisis de la función de transferencia (análisis de pequeña señal en CC) calcula la resistencia de entrada en CC, la resistencia de salida en CC y la ganancia en CC en cada nodo de tensión del circuito.

Para realizar el análisis de la función de transferencia, active la Transfer Function opción en la Operating Point región del Simulation Dashboard panel. Una vez activada la opción, estarán disponibles las opciones de análisis correspondientes:

  • Source Name – la fuente de entrada de pequeña señal utilizada como referencia de entrada para los cálculos.
  • Reference Node – el nodo del circuito utilizado como referencia para los cálculos en cada nodo de tensión especificado. «0» es el nodo de referencia (GND por defecto).

A continuación se muestra un ejemplo de un análisis de función de transferencia configurado para un circuito y el documento de resultados de la simulación. En el documento de resultados de la simulación, seleccione el Transfer Function gráfico haciendo clic en la pestaña situada en la parte inferior del espacio de diseño para acceder a los resultados del análisis.

Tenga en cuenta que, inicialmente, el gráfico no mostrará ningún dato. Los valores calculados se pueden añadir a la tabla de resultados desde el Sim Data panel. Más información sobre cómo trabajar con datos textuales.

 

Análisis de polos y ceros

El análisis de polos y ceros permite determinar la estabilidad de un sistema lineal de una sola entrada y una sola salida, mediante el cálculo de los polos y/o ceros en la función de transferencia de CA de pequeña señal del circuito. Se determina el punto de funcionamiento en CC del circuito y, a continuación, se linealiza; después, se determinan los modelos de pequeña señal para todos los dispositivos no lineales del circuito. A continuación, este circuito se utiliza para hallar los polos y ceros que satisfacen la función de transferencia especificada.

El análisis de polos y ceros funciona con resistencias, condensadores, inductores, fuentes controladas linealmente, fuentes independientes, diodos, transistores bipolares de tipo base-junta (BJT), transistores de efecto de campo metal-óxido-semiconductor (MOSFET) y transistores de efecto de campo de tipo junction (JFET). No es compatible con líneas de transmisión.

Para realizar el análisis de polos y ceros, active la Pole-Zero Analysis opción en la Operating Point sección del Simulation Dashboard panel. Una vez activada la opción, estarán disponibles las opciones de análisis correspondientes:

  • Input Node – el nodo de entrada positivo del circuito.

  • Input Reference Node – el nodo de referencia para la entrada del circuito.

  • Output Node – el nodo de salida positivo del circuito.

  • Output Reference Node – el nodo de referencia para la salida del circuito.

  • Analysis Type – permite refinar aún más el alcance del análisis. Elige entre buscar todos los polos que satisfagan la función de transferencia del circuito (Poles Only), todos los ceros (Zeros Only), o ambos Poles y Zeros.

  • Transfer Function Type – Define el tipo de función de transferencia de pequeña señal en CA que se utilizará para el circuito al calcular los polos y/o los ceros. Hay dos tipos disponibles:

    • V(output)/V(input) – Función de transferencia de ganancia de tensión.

    • V(output)/I(input) – Función de transferencia de impedancia.

Al seleccionar un nodo, ten en cuenta que «0» es el nodo de referencia (GND por defecto).

A continuación se muestra un ejemplo de un análisis de polos y ceros configurado para un circuito, así como el documento de resultados de la simulación. En el documento de resultados de la simulación, selecciona el Pole-Zero Analysis gráfico haciendo clic en la pestaña situada en la parte inferior del espacio de diseño para ver los resultados del análisis.

 
El método utilizado en el análisis de polos y ceros es una búsqueda numérica subóptima. En el caso de circuitos grandes, puede llevar bastante tiempo o no lograr encontrar todos los polos y ceros. En algunos circuitos, el método se «pierde» y encuentra un número excesivo de polos o ceros. Si no se produce la convergencia al buscar tanto polos como ceros, refina el análisis para calcular solo los polos o solo los ceros.

Barrido de CC

El análisis de barrido de CC genera una salida similar a la de un trazador de curvas. Realiza una serie de análisis de puntos de funcionamiento, modificando los valores de los parámetros seleccionados en pasos predefinidos, para obtener una curva de transferencia de CC.

El análisis de barrido de CC se configura en la DC Sweep región del Simulation Dashboard panel.

Haz clic en el Add Parameter control para añadir los parámetros que se van a modificar por pasos. Puede tratarse del valor de CC de una fuente de tensión o de corriente, del valor de una resistencia o de la temperatura (Temp). En el FromToStep , especifique el valor inicial, el valor final y el valor de incremento que se utilizará en el rango de barrido definido, respectivamente.

Se pueden añadir varios parámetros a la fuente, pero solo se utilizarán en los cálculos los dos primeros parámetros de la lista que estén habilitados (mediante las casillas de selección de la izquierda).

Utilice la Output Expressions para añadir expresiones que se mostrarán como formas de onda en los documentos de resultados de la simulación (además de las formas de onda de las sondas colocadas en el circuito). Consulte la sección«Añadir expresiones de salida » para obtener más información.

A continuación se muestra un ejemplo de un análisis de barrido de CC configurado para un circuito y el documento de resultados de la simulación.

 

Transitorio

El análisis de transitorios genera una salida similar a la que se muestra normalmente en un osciloscopio, calculando las variables de salida transitorias (tensión o corriente) en función del tiempo, durante el intervalo de tiempo especificado por el usuario o el número de períodos. Antes de un análisis de transitorios se realiza automáticamente un análisis de punto de funcionamiento para determinar la polarización de CC del circuito, a menos que la Use Initial Conditions opción esté activada.

El análisis de transitorios se configura en la sección «Transitorios» del Simulation Dashboard panel.

Defina el intervalo de tiempo o el número de períodos para el análisis seleccionando el modo deseado y definiendo los valores correspondientes:

  •  – Interval modo. Defina el valor de inicio y fin del intervalo de tiempo deseado (en segundos) y el incremento de tiempo nominal en el FromTo, y Step .

  •  – Period modo. Defina el valor de inicio y fin del intervalo de tiempo requerido (en segundos), el número de períodos de una forma de onda sinusoidal y el número de puntos de datos por período de la forma de onda sinusoidal en el FromN PeriodsPoints / Period .

Utilice la Output Expressions para añadir expresiones que se mostrarán como formas de onda en los documentos de resultados de la simulación (además de las formas de onda de las sondas colocadas en el circuito). Consulte la sección«Añadir expresiones de salida » para obtener más información.

Active la Use Initial Conditions opción para utilizar condiciones iniciales en el cálculo del proceso transitorio, omitiendo el análisis del punto de funcionamiento. Utilice esta opción cuando desee realizar un análisis transitorio partiendo de un punto distinto del punto de funcionamiento en reposo. La condición inicial se puede definir para cada componente correspondiente del esquema (defina el valor del parámetro correspondiente, p. ej., Initial Current para un inductor o Initial B-E Voltage o Initial C-E Voltage para un transistor bipolar), o bien se pueden colocar dispositivos .IC en el circuito (utilice el Simulate » Place Initial Condition comando de los menús principales o coloque el .IC componente de la Simulation Generic Components biblioteca y, a continuación, establecer el Initial Voltage valor del componente colocado). El valor .IC de un componente tiene prioridad sobre un objeto .IC asociado a una red.

A continuación se muestra un ejemplo de un análisis transitorio configurado para un circuito y el documento con los resultados de la simulación.

 

Análisis de Fourier

El análisis de Fourier de un diseño se basa en el último ciclo de datos transitorios capturados durante un análisis transitorio. Por ejemplo, si la frecuencia fundamental es de 1 kHz, se utilizarían los datos transitorios del último ciclo de 1 ms para el análisis de Fourier.

Para realizar el análisis de Fourier, active la Fourier Analysis opción en la Transient sección del Simulation Dashboard panel. Una vez activada la opción, estarán disponibles las opciones de análisis correspondientes:

  • Fourier Fundamental Frequency – la frecuencia de la señal que se está aproximando mediante la suma de formas de onda sinusoidales.
  • Fourier Number of Harmonics – el número de armónicos que se van a tener en cuenta en el análisis. Cada armónico es un múltiplo entero de la frecuencia fundamental. Junto con la onda sinusoidal de frecuencia fundamental, los armónicos se suman para formar la forma de onda real de la señal que se está analizando. Cuantos más armónicos intervengan en la suma, mayor será la aproximación a la forma de onda de la señal (por ejemplo, sumando sinusoidales para formar una onda cuadrada).

A continuación se muestra un ejemplo de un análisis de Fourier configurado para un circuito y el documento con los resultados de la simulación. Los dos primeros gráficos muestran las formas de onda del análisis transitorio del circuito, mientras que los gráficos siguientes, que se presentan en un Fourier Analysis gráfico del documento de resultados de la simulación muestran los resultados del análisis de Fourier. La onda cuadrada, cuya frecuencia fundamental es de 1 kHz, se descompone en sinusoidales con frecuencias que son múltiplos impares de esta frecuencia (armónicos impares), tal y como se muestra en el tercer gráfico (1 kHz, 3 kHz, 5 kHz, 7 kHz, etc.) y con amplitudes que disminuyen con cada armónico sucesivo.

 

Análisis de tensiones

Esta función se encuentra en beta abierta y está disponible cuando la Simulation.StressAnalysis opción esté activada en el cuadro de diálogo «Configuración avanzada».

El análisis de tensiones se utiliza para calcular las condiciones de funcionamiento de cada componente individual, como las tensiones máximas, las corrientes y las disipaciones de potencia, y compararlas con los límites definidos en el modelo de tensiones del componente.

El modelo de tensiones de un componente se configura en la Stress pestaña del Sim Model cuadro de diálogo al que se accede desde el modelo de simulación del componente. Desde aquí, puedes seleccionar los Device Type y definir los valores de los parámetros, así como establecer la asignación de pines entre el modelo de esfuerzo (cuyos pines están predefinidos) y el modelo de simulación. Consulte la página«Edición de un único componente» para obtener más información sobre la configuración del modelo de análisis de esfuerzo.

Los coeficientes de reducción que disminuyen los valores límite de los parámetros se calculan en función de los parámetros del modelo de tensión. Como alternativa, los valores se pueden establecer en la Stress pestaña del Advanced Analysis Settings cuadro de diálogo (al que se accede haciendo clic en el Settings en el Analysis Setup & Run región del Simulation Dashboard panel).

Para realizar un análisis de tensiones, active la Stress Analysis opción en la Transient región del Simulation Dashboard panel. En el documento de resultados de la simulación, seleccione el Stress gráfico haciendo clic en la pestaña situada en la parte inferior del espacio de diseño para acceder a los resultados del análisis.

 
  • Utilice los controles situados en la parte superior del Stress gráfico para mostrar únicamente los resultados del análisis de tensiones que le interesen:

    • Utilice el Search campo para mostrar únicamente aquellos resultados que Component o Parameter incluyan la cadena introducida.
    • Utilice la Hide Invalid Measurement casilla de selección para ocultar los resultados considerados no válidos (y los resultados sin valor).

     

  • Si el Stress gráfico no se encuentra en el documento de resultados de la simulación, puede utilizar el Chart » Create/Update Stress Chart comando de los menús principales del editor SimView para añadir el gráfico y rellenarlo con datos basados en los cálculos del gráfico transitorio y los parámetros de tensión de los componentes del esquema. Si el gráfico de tensiones ya existe en el documento, utilice el comando para actualizar el gráfico con los últimos resultados del análisis transitorio y los valores actuales de los parámetros de tensión de los componentes del esquema.

    Tenga en cuenta que, cuando se crea el gráfico de tensiones mediante el comando, este utilizará el valor predeterminado de temperatura de análisis, que es de 27 °C. Si el gráfico ya existe (se ha realizado el análisis de tensiones), se utilizará la temperatura real de análisis.

Barrido de CA

El análisis de barrido de CA genera un resultado que muestra la respuesta en frecuencia del circuito, calculando las variables de salida de CA de pequeña señal en función de la frecuencia. En primer lugar, realiza un análisis del punto de funcionamiento para determinar la polarización de CC del circuito, sustituyendo la fuente de señal por un generador de onda sinusoidal de amplitud fija, y a continuación analiza el circuito en el rango de frecuencias especificado. El resultado deseado de un análisis de pequeña señal de CA suele ser una función de transferencia (ganancia de tensión, transimpedancia, etc.).

Antes de poder realizar un análisis de barrido de CA, el esquema del circuito debe contener al menos una fuente de señal con un valor introducido para el AC Magnitude parámetro (el parámetro opcional AC Phase parámetro opcional puede utilizarse para definir la fase inicial). Es esta fuente la que se sustituye por un generador de onda sinusoidal durante la simulación.

El parámetro «Magnitud de CA» debe configurarse para el análisis de barrido de CA.
El parámetro «Magnitud de CA» debe configurarse para el análisis de barrido de CA.

El análisis de barrido de CA se configura en la AC Sweep región del Simulation Dashboard panel.

Defina los siguientes parámetros para el análisis:

  • Start Frequency – la frecuencia inicial del generador de onda sinusoidal (en Hz).
  • End Frequency – la frecuencia final del generador de onda sinusoidal (en Hz).
  • No. Points / Points/Dec / Points/Oct – el valor incremental del rango de barrido, junto con el Type.
  • Type – el tipo de asignación de puntos de datos en el espectro de frecuencias. Se pueden elegir entre los tres tipos siguientes:
    • Linear – el número total de puntos de datos distribuidos uniformemente en una escala lineal.
    • Decade – número de puntos de datos espaciados uniformemente por década en una escalalogarítmica de base 10.
    • Octave – Número de puntos de datos espaciados uniformemente por octava en una escalalogarítmica de base 2.

Utiliza la Output Expressions sección para añadir expresiones que se mostrarán como formas de onda en los documentos de resultados de la simulación (además de las formas de onda de las sondas colocadas en el circuito). Consulta la sección«Añadir expresiones de salida » para obtener más información.

Al configurar una expresión de salida para un análisis de barrido de CA, ten en cuenta que puedes elegir entre una serie de Complex Functions en el Add Output Expression cuadro de diálogo.

Configurar una expresión de salida utilizando funciones complejas para un análisis de barrido de CA
Configurar una expresión de salida utilizando funciones complejas para un análisis de barrido de CA

Función Descripción
Magnitud Devuelve la magnitud de la onda.
Magnitud (dB) Devuelve la magnitud de la onda expresada en decibelios.
Real Devuelve la componente real de una forma de onda compleja.
Imaginaria Devuelve la componente imaginaria de una forma de onda compleja.
Fase (grados) Devuelve la fase de la onda expresada en grados.
Fase (rad) Devuelve la fase de la onda expresada en radianes.
Retardo de grupo Devuelve el retardo de grupo de la onda.

A continuación se muestra un ejemplo de un análisis de barrido de CA configurado para un circuito y el documento con los resultados de la simulación.

 

El análisis de CA admite el voltaje, la potencia y la corriente de salida, incluso para los siguientes componentes:

VCVS VCCS CCVS CCCS
VCVS_Table VCCS_Tabla CCVS_Tabla CCCS_Tabla
VCVS_Poly VCCS_Poly CCVS_Poly CCCS_Polímero
VCVS_Expr VCCS_Expr CCVS_Expr CCCS_Expr

Análisis de ruido

El análisis de ruido mide las contribuciones al ruido de las resistencias y los dispositivos semiconductores representando gráficamente la densidad espectral de ruido, que es el ruido medido en voltios al cuadrado por hercio (V²/Hz). Los condensadores, los inductores y las fuentes controladas se consideran libres de ruido.

Para realizar el análisis de ruido, active la Noise Analysis opción en la AC Sweep región del Simulation Dashboard panel. Una vez activada la opción, estarán disponibles las opciones de análisis correspondientes:

  • Noise Source – una fuente de tensión independiente en el circuito que se utilizará como referencia de entrada para los cálculos de ruido.

  • Output Node – el nodo del circuito en el que se va a medir el ruido de salida total.

  • Ref Node – el nodo del circuito que se utilizará como referencia para calcular el ruido de salida total en el Output Node. Por defecto, este parámetro está establecido en «0» (el nodo de referencia, GND por defecto). Si se establece en cualquier otro nodo, el ruido total de salida se calcula como V(Output Node) - V(Reference Node).

  • Points Per Summary – permite controlar qué medición de ruido se realiza. Se admiten los siguientes valores de la opción:

    • 0 – si se establece este parámetro en este valor, solo se medirán el ruido de entrada y el de salida.

    • 1 – Si se establece este parámetro en este valor, se medirá la contribución al ruido de cada componente del circuito.

    Introducir un número entero mayor que 1 equivale a especificar 1.

A continuación se muestra un ejemplo de un análisis de ruido configurado para un circuito y el documento de resultados de la simulación.

En el documento de resultados de la simulación, selecciona el Noise Spectral Density gráfico haciendo clic en la pestaña situada en la parte inferior del espacio de diseño y añada las ondas necesarias al gráfico actual seleccionando la entrada correspondiente en la Source Data lista del Sim Data y haciendo clic en el Add Wave to Plot botón. La onoise_spectrum forma de onda (azul) muestra el ruido de salida total medido en el nodo de salida especificado, en este caso Output. La inoise_spectrum forma de onda (roja) muestra la cantidad de ruido que habría que inyectar en la entrada para obtener el ruido de salida medido en este nodo.

Del mismo modo, seleccione el Integrated Noise gráfico haciendo clic en la pestaña situada en la parte inferior del espacio de diseño y añada los valores calculados necesarios a la tabla de resultados seleccionando la entrada correspondiente en la Source Data lista del Sim Data y haciendo clic en el Add Wave to Plot botón.

 
Si el Points Per Summary parámetro se hubiera establecido en 1 en lugar de 0, se habría medido la contribución al ruido de salida de cada componente aplicable del circuito y se habrían mostrado las formas de onda correspondientes a cada uno de ellos en el Sim Data panel.

Análisis de parámetros S

Esta función se encuentra en beta abierta y está disponible cuando la Simulation.SParametersAnalysis opción esté activada en el cuadro de diálogo «Configuración avanzada».

Los parámetros S (parámetros de dispersión) facilitan un método para describir redes basado en la relación entre las microondas incidentes y las reflejadas (en el caso de un dispositivo sometido a prueba, cuánta potencia pasa de un puerto a otro y cuánta potencia se refleja de vuelta). Estas relaciones pueden utilizarse posteriormente para calcular propiedades de un circuito, como la impedancia de entrada, la respuesta en frecuencia y el aislamiento. Aunque el análisis de los parámetros S se aplica principalmente a circuitos y componentes de RF, resulta igualmente útil para cualquier circuito con al menos dos fuentes (puertos).

Para realizar el análisis de los parámetros S, active la S-Parameters Analysis opción en la AC Sweep región del Simulation Dashboard panel. Una vez activada la opción, estarán disponibles las opciones de análisis correspondientes. Define los puertos (fuentes) implicados y establece una impedancia para cada uno (el valor por defecto es 50 ohmios). Si un dispositivo tiene más de dos puertos, estos se pueden añadir (utilizando el Add control) y definirse en consecuencia, lo que dará lugar a que haya más parámetros S incluidos en la «matriz S» resultante.

El motor de simulación también calcula los parámetros Y (admitancia) y los parámetros Z (impedancia), que pueden añadirse a los gráficos según se desee.

Utilice la Output Expressions sección para añadir expresiones que se mostrarán como formas de onda en los documentos de resultados de la simulación en forma de s__y__, o z__, por ejemplo, s_1_1y_1_2.

Una vez ejecutado el análisis de barrido de CA, los datos de los parámetros S estarán disponibles en el S-parameters Analysis gráfico del documento de resultados de la simulación.

A continuación se muestra un ejemplo de un análisis de parámetros S configurado para un circuito y el documento de resultados de la simulación.

 

Análisis adicionales

Hay disponibles varios tipos de análisis adicionales. El principio de los cálculos adicionales se basa en recorrer los valores de los parámetros dentro del rango seleccionado y ejecutar una serie de cálculos para cada valor de los parámetros.

Barrido de temperatura

La función «Barrido de temperatura» se utiliza para analizar el circuito a cada temperatura dentro de un rango especificado, generando una serie de curvas, una por cada valor de temperatura.

Para realizar el análisis de barrido de temperatura, active la Temp. Sweep opción situada en la parte inferior de la Analysis Setup & Run de la Simulation Dashboard panel. Haz clic en Settings para configurar el análisis en la Temperature zona de la General pestaña del Advanced Analysis Settings cuadro de diálogo que se abre utilizando los siguientes parámetros:

  • From – la temperatura inicial del rango de barrido requerido (en grados Celsius).
  • To – la temperatura final del rango de barrido deseado (en grados Celsius).
  • Step – El incremento que se utilizará para determinar los valores de barrido en todo el rango de barrido definido.

A continuación se muestra un ejemplo de un análisis de barrido de CA configurado para un circuito, junto con la función de barrido de temperatura y el documento de resultados de la simulación.

 

Barrido de parámetros

La función «Barrido de parámetros» permite realizar un barrido de los valores de los dispositivos, las fuentes y/o la temperatura en incrementos definidos, dentro de un rango especificado.

El barrido de parámetros puede variar los componentes y modelos básicos; los datos de los subcircuitos no varían durante el análisis.

Para realizar el análisis de barrido de parámetros, active la Sweep opción situada en la parte inferior de la Analysis Setup & Run región del Simulation Dashboard panel. Haz clic Settings para configurar el análisis en la región «Barrido de parámetros» de la General pestaña del Advanced Analysis Settings cuadro de diálogo que se abre. Haga clic en el Add Parameter control para añadir un parámetro que se vaya a variar por pasos y seleccione el parámetro en el menú desplegable. Seleccione el tipo de distribución del parámetro por pasos y utilice los campos que aparecen a continuación para establecer los parámetros de distribución:

  • Linear – especifica el valor inicial, el valor final y el valor incremental que se utilizarán en el rango de barrido definido en el FromToStep , respectivamente.
  • Decade – Especifique el valor inicial, el valor final y el número de puntos de datos mediante un cambio en el valor del parámetro en un orden de magnitud de diez en los campos FromToPoints/Dec , respectivamente.
  • Octave – Especifica el valor inicial, el valor final y el número de puntos de datos mediante un orden doble de variación del valor de los parámetros en los campos FromToPoints/Oct , respectivamente.
  • List – Especifica una lista de valores de parámetros obligatorios (separados por espacios) en el Values campo.

Añada y configure tantos parámetros para el barrido como sea necesario.

A continuación se muestra un ejemplo de un análisis transitorio configurado para un circuito en combinación con la función de barrido de parámetros, así como el documento con los resultados de la simulación.

 

El

El análisis de Monte Carlo permite realizar múltiples ejecuciones de simulación con valores de los componentes que varían aleatoriamente dentro de las tolerancias especificadas.

  • El análisis de Monte Carlo puede variar los componentes y modelos básicos; los datos de los subcircuitos no varían durante el análisis.
  • Cada componente varía aleatoriamente de forma independiente de los demás. Por ejemplo, si un circuito tiene dos resistencias de 10K y la tolerancia por defecto está fijada en el 10 %, durante la primera pasada de la simulación, una resistencia podría tener un valor de 953 Ω y la otra, de 1022 Ω. El programa utiliza un número aleatorio distinto e independiente para generar el valor de cada componente.

Para realizar el análisis de Monte Carlo, active la Monte Carlo opción situada en la parte inferior de la Analysis Setup & Run región del Simulation Dashboard panel. Haga clic en Settings para configurar el análisis en la Monte Carlo región de la General pestaña del Advanced Analysis Settings cuadro de diálogo que se abre utilizando los siguientes parámetros:

  • Number of Runs – el número de simulaciones que desea que realice el simulador. Para cada simulación se utilizarán valores diferentes del dispositivo, dentro del rango de tolerancia especificado. (Valor por defecto = 5).
  • Distribution – este parámetro define la distribución de los valores obtenidos durante la generación de números aleatorios. Hay tres tipos de distribución disponibles:
    • Uniform (Por defecto) – se trata de una distribución plana. Los valores se distribuyen uniformemente a lo largo del rango de tolerancia especificado. Por ejemplo, para una resistencia de 1K con una tolerancia del 10 %, hay la misma probabilidad de que el valor generado aleatoriamente se sitúe en cualquier punto entre 900Ω y 1100Ω.
    • Gaussian – Los valores se distribuyen según una curva gaussiana (en forma de campana), con el centro en el valor nominal y la tolerancia especificada en ±3 desviaciones estándar. Para una resistencia con un valor de 1K ± 10 %, el centro de la distribución estaría en 1000 Ω; +3 desviaciones estándar corresponderían a 1100 Ω y -3 desviaciones estándar, a 990 Ω. Con este tipo de distribución, existe una mayor probabilidad de que el valor generado aleatoriamente se acerque más al valor especificado.
    • Worst Case – Es lo mismo que la distribución uniforme, pero solo se utilizan los extremos (casos más desfavorables) del intervalo. Para una resistencia de 1 K ± 10 %, el valor utilizado se elegiría al azar entre los dos valores más desfavorables: 990 Ω y 1 100 Ω. En cualquier simulación, hay la misma probabilidad de que se utilice el valor del peor caso del extremo superior (1100 Ω) o el del extremo inferior (990 Ω).
  • Seed – El simulador utiliza este valor para generar números aleatorios para las distintas ejecuciones del análisis. Si desea ejecutar una simulación con una serie diferente de números aleatorios, debe cambiar este valor por otro número. (Default = -1).
  • Group Tolerances:
    • Resistor – La tolerancia que se debe respetar para las resistencias. El valor se introduce en forma de porcentaje (por defecto = 10 %).
    • Capacitor – la tolerancia que debe respetarse para los condensadores. El valor se introduce en forma de porcentaje (por defecto = 10 %).
    • Inductor – La tolerancia que debe respetarse para los inductores. El valor se introduce como porcentaje (por defecto = 10 %).
    • Transistor – La tolerancia que debe respetarse para los transistores (beta directa). El valor se introduce como porcentaje (por defecto = 10 %).
    • DC Source – La tolerancia que debe respetarse para las fuentes de corriente continua. El valor se introduce como porcentaje (por defecto = 10 %).
    • Digital Tp – La tolerancia que debe respetarse para el Tp digital (retardo de propagación de los dispositivos digitales). El valor se introduce como porcentaje (por defecto = 10 %). La tolerancia se utiliza para determinar el rango admisible de valores que puede generar el generador de números aleatorios para un dispositivo. Para un dispositivo con un valor nominal ValNom, el rango puede expresarse como ValNom - (Tolerance * ValNom) ... ValNom + (Tolerance * ValNom)

A continuación se muestra un ejemplo de un análisis transitorio configurado para un circuito, junto con la función de análisis de Monte Carlo y el documento de resultados de la simulación.

 

Análisis de sensibilidad

El análisis de sensibilidad permite determinar qué componentes o factores del circuito influyen más en las características de salida del mismo. Con esta información, se puede reducir la influencia de las características negativas o, por el contrario, mejorar el rendimiento del circuito basándose en las características positivas. El análisis de sensibilidad calcula las sensibilidades como valores numéricos de determinadas mediciones relacionadas con los componentes o los parámetros del modelo de los componentes del circuito, así como la sensibilidad a la temperatura y a los parámetros globales. El resultado del análisis es una tabla con los rangos de valores de sensibilidad para cada tipo de medición.

Si se opta por calcular la sensibilidad, los análisis de barrido de temperatura, de barrido de parámetros y de Monte Carlo no estarán disponibles.

Para realizar un análisis de sensibilidad, debe haber una medición adecuada configurada. En el ejemplo que se muestra a continuación, el análisis de barrido de CA tiene una expresión de salida configurada, dB(v(OUT))y esta salida tiene configuradas dos mediciones: BW (ancho de banda) y MAX (amplitud máxima). La sensibilidad se puede calcular para cualquiera de estas mediciones.

Para realizar el análisis de sensibilidad, active la Sensitivity opción situada en la parte inferior de la Analysis Setup & Run región del Simulation Dashboard panel. Haga clic Settings para configurar el análisis en la Sensitivity pestaña del Advanced Analysis Settings cuadro de diálogo que se abre. Utiliza la Group Deviations región para definir la tolerancia relativa que se aplica al valor del componente, para los componentes de ese tipo. Utilice la Custom Deviations región para analizar la sensibilidad de cualquier objeto con un valor paramétrico que admita cálculos de análisis de sensibilidad. Todos los ajustes de sensibilidad tienen un valor por defecto de 1m, y admiten un rango de valores de 1u a 0.1.

Tras ejecutar el análisis, vaya a la Measurements pestaña del Sim Data panel del documento de resultados, seleccione el conjunto deseado de resultados de medición y haga clic en el Sensitivity botón para pasar al Sensitivity gráfico. Los resultados de sensibilidad se muestran en una tabla para que pueda identificar rápidamente el componente que presenta mayor sensibilidad ante las variaciones de su valor.

 

Encontrar el equilibrio entre precisión y rendimiento

Una parte importante de la configuración de la simulación consiste en establecer los valores correctos para los rangos utilizados en la simulación.

Por ejemplo, es posible que los valores predeterminados no se ajusten al tiempo de simulación necesario según las características del circuito. A modo de ejemplo, consideremos una característica transitoria configurada con un From - To intervalo de tiempo de 0 a 1u, tal y como se muestra a continuación.

El intervalo de tiempo transitorio se ha configurado de 0 a 1 µs.
El intervalo de tiempo transitorio se ha configurado de 0 a 1 µs.

En este circuito, la fuente se ha configurado para que tenga una Period de 1 µs, tal y como se muestra a continuación.

El periodo de la fuente es de 1 u.
El periodo de la fuente es de 1 u.

Este rango de transitorios no permitirá que el circuito se simule correctamente, dadas las características de funcionamiento del circuito, tal y como se muestra a continuación.

El rango de tiempo transitorio es demasiado corto para el periodo configurado en la fuente.

Del mismo modo, cuando el rango es amplio (por ejemplo, de 0 a 100 u), también resultará difícil analizar el gráfico, y el tiempo necesario para el análisis también aumenta.

El rango de tiempo transitorio es demasiado amplio.
El rango de tiempo transitorio es demasiado amplio.

En su lugar, elija un valor de rango mayor que el valor del período de la señal; por ejemplo, 5 períodos (0 - 5 u). Esto debería ser suficiente para que el circuito se estabilice, pero no excesivo para este tipo de cálculo.

Un rango de tiempo adecuado para un análisis transitorio de este circuito.
Un rango de tiempo adecuado para un análisis transitorio de este circuito.

También es importante tener en cuenta la selección de un paso proporcional de valores para el cálculo o el número de puntos que se muestran en el gráfico. Si se selecciona un número excesivo de puntos, el cálculo será más lento, y un número insuficiente de puntos dará lugar a cálculos inexactos.

Por ejemplo, considere las características de amplitud-frecuencia que se muestran a continuación: la primera está configurada para utilizar 10 puntos y la segunda, para utilizar 1000 puntos. La diferencia en el número de puntos utilizados no supone una diferencia considerable en el tiempo de cálculo, pero aumenta significativamente la precisión de las características.

Resultados del análisis cuando se ha utilizado un número insuficiente de puntos para el cálculo.
Resultados del análisis cuando se ha utilizado un número insuficiente de puntos para el cálculo.

Se ha utilizado un número adecuado de puntos para el cálculo.
Se ha utilizado un número adecuado de puntos para el cálculo.

Para mostrar los puntos de datos del análisis en los gráficos, active la Show Data Points opción en el Document Options cuadro de diálogo (Tools » Document Options).

Añadir expresiones de salida

Al configurar algunos análisis, puede añadir expresiones para que se muestren como formas de onda en los documentos de resultados de la simulación (además de las formas de onda de las sondas colocadas en el circuito). Para añadir una expresión, haga clic en el Add control situado en la Output Expression sección de la región de análisis deseada en el Simulation Dashboard panel. Aparecerá una fila vacía debajo de la fila de la expresión de salida seleccionada actualmente. Especifica la expresión de salida y configura el número y el color del gráfico. Esto se puede hacer utilizando la entrada añadida directamente en el panel, o bien haciendo clic en el botón « » y seleccionando de la lista de opciones disponibles Waveforms en el Add Output Expression cuadro de diálogo.

Seleccione la expresión de salida deseada o defina una nueva función; a continuación, configure cómo se va a representar gráficamente dicha expresión.
Seleccione la expresión de salida deseada o defina una nueva función; a continuación, configure cómo se va a representar gráficamente dicha expresión.

La Waveforms sección del cuadro de diálogo ofrece una lista de las formas de onda y constantes disponibles actualmente. De forma predeterminada, All se muestran las formas de onda. Utilice el menú desplegable situado en la parte superior de la lista para aplicar un filtro:

  • Digital – el nivel lógico (0, 1, indefinido, alta impedancia) en un nodo digital. Un nodo se considera digital si está conectado a un pin de un componente con un modelo de simulación digital.
  • Node Voltages – tensiones en las redes del circuito.
  • Voltages – tensión a través de los componentes del circuito.
  • Currents – la corriente que circula por los componentes del circuito.
  • Powers – la potencia consumida o emitida por los componentes del circuito.
  • Charges\Fluxes – las cargas de los condensadores y los flujos de las inductancias del circuito.
  • Conductivities – Conductividades de los diodos y transistores del circuito.
  • Constants

Puedes crear expresiones matemáticas basadas en cualquiera de las formas de onda de los datos de origen utilizando las funciones que se enumeran a continuación. Ten en cuenta que las funciones disponibles dependerán del tipo de análisis realizado para obtener las formas de onda.

La expresión puede incluir cualquier combinación de funciones disponibles y operadores permitidos. Haga clic en una forma de onda o en una entrada de función para añadirla al campo de expresión activo (Expression X o Expression Y) que aparece a continuación. También puede definir la expresión escribiendo directamente en estos campos.

Las opciones de la parte inferior del cuadro de diálogo definirán cómo se representará gráficamente la expresión en el archivo de datos de simulación:

  • Name – el nombre de la expresión de salida.
  • Units – las unidades de medida mostradas.
  • Plot Number – el número de orden del gráfico en el que se trazará la forma de onda. Selecciona uno de los gráficos definidos actualmente o elige New Plot para crear un nuevo gráfico para la forma de onda.
  • Axis Number – el número de orden del eje Y que utilizará la forma de onda. Selecciona uno de los ejes definidos actualmente o elige New Axis para crear un nuevo eje Y para la forma de onda.
  • Color – El color de la forma de onda. Si no se modifica, los colores de las diferentes formas de onda se asignarán automáticamente en el archivo de datos de simulación.

El orden de las líneas de expresión de salida se puede modificar mediante la técnica de arrastrar y soltar. Haz clic y mantén pulsado el botón izquierdo del ratón en el espacio libre de una línea de expresión de salida para moverla hacia arriba o hacia abajo en la lista.

Funciones disponibles

Configuración y realización de mediciones de simulación

Las mediciones son un conjunto de magnitudes que caracterizan el comportamiento y la calidad del circuito. Los valores de las mediciones se calculan según las reglas especificadas, evaluando las características de las formas de onda del circuito. Algunos ejemplos de mediciones son el ancho de banda, la ganancia, el tiempo de subida, el tiempo de caída, la anchura de pulso, la frecuencia y el periodo.

Las mediciones de una forma de onda de salida se configuran en la Measurements pestaña del Add Output Expression cuadro de diálogo. Haz clic en el Add Measurement para añadir una nueva medición y configúrala en el campo que aparece: nombre de la medición, tipo y parámetros asociados. No hay límite en el número de mediciones que puedes definir. Los nombres de las mediciones añadidas se muestran en el campo de la expresión de salida del Simulation Dashboard panel.

Añada las mediciones necesarias al configurar una expresión de salida.
Añada las mediciones necesarias al configurar una expresión de salida.

Más información sobre cómo añadir expresiones de salida.

Los datos resultantes de las mediciones se muestran en la Measurements pestaña del Sim Data al explorar el documento de resultados de la simulación. Más información sobrecómo trabajar con los resultados de las mediciones.

Parámetros globales

Los parámetros globales se utilizan para definir la dependencia paramétrica de las características de los elementos de circuitos eléctricos. Por regla general, los parámetros globales se utilizan para seleccionar las características de un elemento antes de elegir su implementación definitiva, siempre que el modelo del elemento permita el uso de la dependencia paramétrica.

Los parámetros globales se definen en la Global Parameters pestaña del Advanced Analysis Settings cuadro de diálogo (al que se accede haciendo clic Settings en la Analysis Setup & Run región del Simulation Dashboard panel). Ten en cuenta que un parámetro global puede definirse de forma explícita o mediante una fórmula. En este último caso, tanto el valor del parámetro como la fórmula aparecerán en la Value columna.

Utilice la Global Parameters pestaña del Advanced Analysis Settings cuadro de diálogo para definir parámetros globales para la simulación.
Utilice la Global Parameters pestaña del Advanced Analysis Settings cuadro de diálogo para definir parámetros globales para la simulación.

Añada la expresión o el nombre del parámetro global en los valores de los parámetros de los componentes del circuito; cuando el simulador lo detecte, intentará evaluarlo, comprobando primero la lista de parámetros globales.

Los valores de los componentes hacen referencia a los parámetros globales.
Los valores de los componentes hacen referencia a los parámetros globales.

Dado que el simulador comprueba primero la lista de parámetros globales para los nombres utilizados en las expresiones, cualquier nombre definido por el usuario tiene mayor prioridad. Por ejemplo, si hay un parámetro global llamado pi con el valor 4, entonces  pi se sustituirá por ese valor en todas las expresiones; en este caso, no se utilizará el valor interno del simulador para pi.

Opciones avanzadas de simulación

La pestaña «Avanzadas » del cuadro de diálogo Advanced Analysis Settings cuadro de diálogo (a la que se accede haciendo clic Settings en la Analysis Setup & Run región del Simulation Dashboard panel) te permite definir opciones avanzadas de simulación, incluidos los valores de las variables SPICE, el método de integración utilizado por el simulador y la red de referencia de la simulación.

La Advanced pestaña del Advanced Analysis Settings cuadro de diálogo
La Advanced pestaña del Advanced Analysis Settings cuadro de diálogo

En la parte superior de esta pestaña se enumeran las opciones que le permiten acceder directamente a las variables SPICE, desde donde puede modificar los límites de iteración, las tolerancias de error, etc. A continuación se detallan cada una de las variables SPICE incluidas en la lista.

En general, no debería ser necesario modificar ninguno de los parámetros avanzados de SPICE de esta pestaña del cuadro de diálogo para obtener una simulación precisa. Modifique estas opciones únicamente si conoce bien los parámetros de simulación de SPICE.
  • Para restablecer el valor por defecto de una opción numérica, borre el valor definido actualmente.
  • Al solucionar un error en el análisis transitorio, prueba a establecer:
    • ABSTOL = RELTOL * (lowest current magnitude in the circuit)
    • VNTOL = RELTOL *  (lowest voltage magnitude in the circuit)
  • Aumentar el valor de GMIN puede facilitar la convergencia, pero reduce la precisión.
  • ITL1 Es posible que haya que aumentar este valor hasta 500 en muchos circuitos.
  • ITL2 En algunos circuitos, puede que sea necesario aumentar este valor hasta 200.
  • ITL3 No está implementado en SPICE3. Se proporciona por motivos de compatibilidad a la hora de crear listas de redes SPICE2.
  • Aumentar ITL4 a 100 o más puede ayudar a eliminar los errores de «paso de tiempo demasiado pequeño», mejorando tanto la convergencia como la velocidad.
  • ITL5 No está implementado en SPICE3. Se incluye por motivos de compatibilidad a la hora de crear listas de redes SPICE2.
  • Habilitar la KEEPOPINFO opción resulta útil si el circuito es grande y no se desea ejecutar un análisis de punto de funcionamiento redundante.
  • En el algoritmo de pivote numérico, el pivote mínimo permitido viene determinado por:

    EPSREL = AMAX1(PIVREL * MAXVAL, PIVTOL)

    donde MAXVAL es el valor máximo del elemento en la columna en la que se busca un pivote (pivote parcial).

  • En cuanto a la RELTOL , unos valores más altos implican un tiempo de simulación más rápido, pero una menor precisión.

Puede definir el método de integración numérica utilizado para las simulaciones en el Integration method campo. El Trapezoidal método es relativamente rápido y preciso, pero tiende a oscilar en determinadas condiciones. Los Gear métodos requieren tiempos de simulación más largos, pero suelen ser más estables. El uso de un orden de engranajes más alto conduce, en teoría, a resultados más precisos, pero aumenta el tiempo de simulación. El método predeterminado es Trapezoidal.

Cuando se ejecuta una simulación, todos los datos que se recogen para todas las señales disponibles se referencian a una red específica del circuito. Esta red se define en el Spice Reference Net Name campo y, por defecto, es la GND red. Para ejecutar una simulación transitoria que haga referencia a una red distinta de tierra, introduzca el nombre de la red en este campo.

El Digital Supply VCC y Digital Supply VDD no son utilizados por el simulador en las versiones actuales de Altium Designer.

Ejecución de los análisis

Una vez configurados los tipos de análisis necesarios, haz clic en el Run situado a la derecha del nombre del análisis para ejecutarlo. Los resultados del análisis se mostrarán en un nuevo documento denominado .sdf que se abrirá automáticamente como una pestaña del documento.

Para ejecutar todos los tipos de análisis y mostrarlos en el mismo documento de resultados de simulación, utiliza el Simulate » Run Simulation comando de los menús principales (atajo: F9). Los resultados de cada tipo de análisis se mostrarán en su propio gráfico.

  • Puede interrumpir el análisis de simulación actual y la generación de formas de onda en el editor SimData haciendo clic en el botón «» de la SimView Standard barra de herramientas. La simulación se detendrá. Se mostrarán las formas de onda de los datos recopilados, si ya se han generado, hasta el momento de la interrupción. En algunos casos, las formas de onda se mostrarán parcialmente; en otros, no habrá datos disponibles.

  • La simulación mixta se puede configurar para utilizar un hilo dedicado con el fin de mejorar el tiempo de respuesta de la interfaz durante la simulación. Esta opción está disponible cuando la Simulation.Threads opción está activada en el cuadro de diálogo «Configuración avanzada» (activada por defecto).

Si un circuito no se simula, compruebe si el problema está en el circuito o en el proceso de simulación. Consulte la página«Solución de problemas de simulación» para obtener más información.
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Disponibilidad de funciones

Las funciones disponibles para usted dependen de qué solución de Altium tenga: Altium Develop, Altium Agile Teams, Altium Agile Enterprise o Altium Designer (con suscripción activa).

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Documentación heredada

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