Analyzing Your Design Using Circuit Simulation

1. Selecione o comando File » New » Project nos menus principais.

2. A caixa de diálogo Create Project será aberta:

   1. Na lista Locations , selecione a entrada correspondente ao seu Workspace (ou a entrada Local Projects se não estiver a utilizar um Workspace).
   2. Na lista Project Type , escolha a entrada <Empty> sob o tipo PCB .
   3. Introduza Filter no campo Project Name .
   4. Defina as outras opções no lado direito da caixa de diálogo conforme necessário (por exemplo, a pasta de armazenamento) e clique no botão Create .

   Será criado um novo projeto e a entrada do projeto aparecerá no painel Projects .

   

3. Clique com o botão direito na entrada do projeto no painel Projects e selecione o comando Add New to Project » Schematic no menu de contexto.

   

4. Aparecerá uma folha em branco de um novo documento esquemático. Guarde-a no seu disco rígido clicando com o botão direito na respetiva entrada no painel Projects e selecionando o comando Save As no menu de contexto. A caixa de diálogo Save As abrir-se-á, pronta para guardar o documento na mesma localização do ficheiro de projeto. Escreva Filter no campo File name e clique em Save (não é necessário escrever a extensão, uma vez que será adicionada automaticamente).
5. Como adicionou um novo documento ao projeto, o ficheiro de projeto foi alterado. Clique com o botão direito na entrada do projeto no painel Projects e, em seguida, selecione Save para guardar as alterações do projeto.

O circuito de filtro a simular é apresentado abaixo. Nesta secção, vamos localizar os componentes necessários, configurar as respetivas propriedades e depois efetuar a cablagem do esquemático.

Esquemático do circuito de filtro

Colocar Componentes Prontos para Simulação

1. Os componentes para o esquemático serão obtidos da biblioteca Simulation Generic Components fornecida por predefinição com uma instalação do Altium Designer:

   1. Abra o painel Components clicando no botão Panels na parte inferior direita da área de projeto e selecionando Components no menu que aparece.

      

   2. Selecione a biblioteca Simulation Generic Components na lista pendente no topo do painel (se o painel estiver no modo compacto) ou no painel Categories acedido clicando no botão  no canto superior esquerdo do painel (se o painel estiver no modo normal). A lista de componentes disponibilizados pela biblioteca será apresentada no painel.

      

2. Coloque o amplificador operacional:

   1. Na lista de componentes, encontre o componente OpAmp with power terminals, clique com o botão direito na respetiva entrada e selecione o comando Place nos menus principais. O componente aparecerá associado ao cursor na área de projeto, mas não o coloque ainda.

      

      Pode utilizar o campo Search do painel Component para encontrar rapidamente o componente necessário.
   2. Enquanto o amplificador operacional estiver “preso” ao cursor, prima a tecla Tab para abrir o painel Properties , onde pode editar as respetivas propriedades antes de colocar o componente no esquemático.

   3. No separador General do painel Properties , altere o Designator para U1.

      

   4. Clique no botão Pause () na área de projeto para regressar à colocação do componente.
   5. Clique na área de projeto para colocar uma instância do amplificador operacional.
   6. Permanecerá no modo de colocação de componentes para colocar outras instâncias. Como apenas é necessária uma instância do componente amplificador operacional para este circuito, clique com o botão direito para sair do modo de colocação de componentes.

3. Coloque resistências:

   1. No painel Components, encontre o componente Resistor, clique com o botão direito na respetiva entrada e selecione o comando Place nos menus principais.
   2. Enquanto a resistência estiver “presa” ao cursor, prima a tecla Tab .
   3. Altere as propriedades do componente no painel Properties que se abre da seguinte forma:
      • Na secção General, altere o Designator para R1.
      • Na secção Parameters, altere o Value do parâmetro Value para 100K.

      

   4. Clique no botão Pause () na área de projeto para regressar à colocação do componente.

   5. Clique na área de projeto para colocar uma instância da resistência.

      

   6. Mova o cursor e clique na área de projeto para colocar outra instância da resistência com o mesmo valor. O designador da nova instância será incrementado automaticamente (R2).

      

   7. Clique com o botão direito para sair do modo de colocação de componentes.

4. Coloque condensadores:

   1. No painel Components, localize o componente Capacitor , clique com o botão direito na respetiva entrada e selecione o comando Place nos menus principais.
   2. Enquanto o condensador estiver suspenso no cursor, prima a tecla Tab.
   3. Altere as propriedades do componente no painel Properties que se abre, da seguinte forma:
      • Na região General, altere Designator para C1.
      • Na região Parameters, altere o Value do parâmetro Value para 112p.

      

   4. Clique no botão Pause () na área de desenho para regressar à colocação de componentes.

   5. Clique na área de desenho para colocar uma instância do condensador.

      

   6. Enquanto o condensador ainda estiver suspenso no cursor, pronto para colocar outra instância do condensador, prima a tecla Tab .
   7. Na região Parameters do painel Properties, altere o Value do parâmetro Value para 56p.
   8. Clique no botão Pause () na área de desenho para regressar à colocação de componentes.
   9. Prima Spacebar para rodar o componente em incrementos de 90° até este ficar com a orientação correta.

   10. Mova o cursor e clique na área de desenho para colocar outra instância do condensador. O designador da nova instância será incrementado automaticamente (C2).

       

   11. Clique com o botão direito para sair do modo de colocação de componentes.

Adicionar as Fontes de Tensão

Para alimentar o circuito durante a simulação, são necessárias fontes de tensão.

1. Coloque a fonte de tensão VDD:

   1. Selecione o comando Simulate » Place Sources » Voltage Source nos menus principais.
   2. Enquanto a fonte de tensão estiver suspensa no cursor, prima a tecla Tab .
   3. Altere as propriedades da fonte no painel Properties que se abre, da seguinte forma:
      • Na região General, altere Designator para VDD e selecione DC Source como o Stimulus Type da fonte.

      • Na região Parameters, altere os valores dos parâmetros da seguinte forma:

        DC Magnitude = 5
AC Magnitude = 0
AC Phase = 0

      

   4. Clique no botão Pause () na área de desenho para regressar à colocação da fonte de tensão.

   5. Clique na área de desenho para colocar uma instância da fonte de tensão.

      

2. Coloque a fonte de tensão VSS:

   1. Enquanto a fonte de tensão ainda estiver suspensa no cursor, pronta para colocar outra instância da fonte, prima a tecla Tab .
   2. Altere as propriedades da fonte no painel Properties que se abre, da seguinte forma:
      • Na região General, altere Designator para VSS e selecione DC Source como o Stimulus Type da fonte.

      • Na região Parameters, altere os valores dos parâmetros da seguinte forma:

        DC Magnitude = -5
AC Magnitude = 0
AC Phase = 0

      

   3. Clique no botão Pause () na área de desenho para regressar à colocação da fonte de tensão.

   4. Mova o cursor e clique na área de desenho para colocar outra instância da fonte de tensão.

      

3. Coloque a fonte de tensão sinusoidal:

   1. Enquanto a fonte de tensão ainda estiver suspensa no cursor, pronta para colocar outra instância da fonte, prima a tecla Tab.
   2. Altere as propriedades da fonte no painel Properties que se abre, da seguinte forma:
      • Na região General do painel Properties, altere Designator para VIN e selecione Sinusoidal como o Stimulus Type da fonte.

      • Na região Parameters do painel Properties, altere os valores dos parâmetros da seguinte forma:

        DC Magnitude = 0
AC Magnitude = 1
AC Phase = 0
Offset = 0
Amplitude = 5
Frequency = 50K
Delay = 0
Dampling Factor = 0
Phase = 0

      

   3. Clique no botão Pause () na área de desenho para regressar à colocação da fonte de tensão.

   4. Mova o cursor e clique na área de desenho para colocar outra instância da fonte de tensão.

      

   5. Clique com o botão direito para sair do modo de colocação de componentes.

Ligar o Circuito

A cablagem é o processo de criação de conectividade entre os vários componentes do seu circuito. Nesta secção, o circuito será ligado de acordo com a imagem abaixo.

1. Selecione o comando Place » Wire nos menus principais.
2. Posicione o cursor sobre o hotspot do pino "+" do amplificador operacional – aparecerá um marcador de ligação vermelho (cruz vermelha) na localização do cursor. Isto indica que o cursor está sobre um ponto de ligação elétrica válido no componente.
3. Clique para fixar o ponto inicial do fio.
4. Posicione o cursor sobre o hotspot do pino mais próximo de R2 até ver o cursor mudar para um marcador de ligação vermelho.
5. Clique para ligar o fio ao pino. O cursor libertar-se-á desse fio.
6. Ligue o restante circuito, conforme mostrado no vídeo abaixo.
7. Quando tiver terminado de colocar todos os fios, clique com o botão direito para sair do modo de colocação.

Adicionar Portas de Alimentação

1. Coloque portas de alimentação GND:

   1. Selecione o comando Place » Power Port nos menus principais.
   2. Enquanto a porta de alimentação estiver suspensa no cursor, prima a tecla Tab .

   3. Na região Properties do painel Properties, defina Name = GND e Style = Power Ground.

      

   4. Clique no botão Pause () na área de desenho para regressar à colocação de portas de alimentação.

   5. Coloque três portas de alimentação, uma em cada um dos pinos "-" dos componentes da fonte de tensão, conforme mostrado na imagem abaixo.

      Se necessário, rode a porta de alimentação suspensa premindo Spacebar.

      

2. Coloque portas de alimentação VDD:

   1. Enquanto a porta de alimentação estiver suspensa no cursor, prima a tecla Tab e defina Name = VDD e Style = Bar no painel Properties.
   2. Clique no botão Pause () na área de desenho para regressar à colocação de portas de alimentação.

   3. Coloque duas portas de alimentação, conforme mostrado na imagem abaixo.

      

3. Coloque portas de alimentação VSS:

   1. Enquanto a porta de alimentação estiver suspensa no cursor, prima a tecla Tab e defina Name = VSS e Style = Bar no painel Properties.
   2. Clique no botão Pause () na área de desenho para regressar à colocação de portas de alimentação.

   3. Coloque três portas de alimentação, conforme mostrado na imagem abaixo.

      

   4. Clique com o botão direito para sair do modo de colocação.

Adicionar Etiquetas de Rede

1. Coloque uma etiqueta de rede para a rede de entrada:

   1. Selecione o comando Place » Net Label nos menus principais.

   2. Enquanto a porta de alimentação estiver suspensa no cursor, prima a tecla Tab e defina Net Name = IN.

      

   3. Clique no botão Pause () na área de desenho para regressar à colocação de etiquetas de rede.

   4. Clique para colocar a etiqueta de rede no fio entre VIN e R1. Tenha em atenção que o canto inferior esquerdo da etiqueta de rede é o seu hotspot – este ponto tem de tocar no fio.

      

2. Coloque uma etiqueta de rede para a rede de saída:

   1. Enquanto a porta de alimentação estiver suspensa no cursor, prima a tecla Tab e defina Net Name = OUT.

   2. Clique para colocar a etiqueta de rede no fio que sai do pino de saída do amplificador operacional.

      

   3. Clique com o botão direito para sair do modo de colocação.
3. Guarde o documento esquemático clicando com o botão direito na respetiva entrada no painel Projects e selecionando Save no menu de contexto.

O Altium Designer permite executar simulações de circuitos diretamente a partir do esquemático. As simulações são configuradas e executadas a partir do painel Simulation Dashboard.

1. Abra o painel Simulation Dashboard clicando no botão Panels no canto inferior direito da área de trabalho e selecionando Simulation Dashboard no menu que aparece.

2. Expanda a região recolhível Verification do painel e clique no botão Start Verification. Deverá aparecer uma marca de verificação verde para as entradas Electrical Rule Check e Simulation Models na região.

   

3. Se forem detetadas quaisquer violações, localize e corrija as condições de violação para continuar.

4. Expanda a região recolhível Preparation do painel e certifique-se de que as três fontes de tensão adicionadas ao esquema são apresentadas na lista Simulation Sources e estão ativadas.

   

Configurar uma análise transitória

Uma análise transitória gera uma saída como a normalmente apresentada num osciloscópio, calculando as variáveis de saída transitórias (tensão, corrente ou potência) em função do tempo ao longo do intervalo de tempo especificado pelo utilizador.

1. Expanda a região recolhível Analysis Setup & Run  do painel Simulation Dashboard e a região Transient no seu interior.

   

2. Certifique-se de que a opção Interval está selecionada () e introduza os seguintes valores:
   • From = 0
   • To = 60u
   • Step = 100n

   

3. Adicione uma nova expressão para o sinal de entrada. Esta expressão será apresentada como uma forma de onda no documento de resultados da simulação:

   1. Clique no controlo Add sob o cabeçalho Output Expressions para adicionar um campo para uma nova expressão a apresentar como forma de onda no documento de resultados da simulação.

      

   2. Clique no botão  à direita do campo adicionado para aceder à caixa de diálogo Add Output Expression, onde a expressão de saída pode ser configurada.

      

   3. Na caixa de diálogo Add Output Expression, selecione Node Voltages na lista pendente da região Waveform e clique na entrada v(IN) na lista abaixo. A expressão v(IN) será adicionada ao campo Expression Y da caixa de diálogo.

   4. Clique em Create na caixa de diálogo Add Output Expression. A expressão aparecerá no painel Simulation Dashboard .

      

4. Adicione uma expressão de saída para o sinal de saída:

   1. Clique no controlo Add no painel Simulation Dashboard para adicionar um campo para outra expressão de saída e, em seguida, no botão  à direita do campo adicionado.
   2. Na caixa de diálogo Add Output Expression, selecione Node Voltages na lista pendente da região Waveform e clique na entrada v(OUT) na lista abaixo.

   3. Selecione New Plot na lista pendente Plot Number para desenhar a forma de onda desta expressão noutro gráfico no documento de resultados da simulação. Depois de selecionar, a lista pendente apresentará 2.

      

   4. Clique em Create na caixa de diálogo Add Output Expression para adicionar a expressão ao painel Simulation Dashboard .

5. Neste momento, a análise transitória está configurada. As respetivas opções deverão aparecer no painel Simulation Dashboard conforme mostrado abaixo.

   

Configurar uma análise de varrimento AC

Uma análise de varrimento AC gera uma saída que mostra a resposta em frequência do circuito, calculando as variáveis de saída AC de pequeno sinal em função da frequência. A saída pretendida de uma análise AC de pequeno sinal é normalmente uma função de transferência, por exemplo, ganho de tensão.

1. No painel Simulation Dashboard, expanda a região AC Sweep dentro da região recolhível Analysis Setup & Run .
2. Selecione Decade como Type de varrimento e introduza os seguintes valores:
   • Start Frequency = 100m
   • End Frequency = 1meg
   • Points/Dec = 100

   

3. Adicione uma expressão de saída para a magnitude em decibéis do sinal de entrada:

   1. Clique no controlo Add sob o cabeçalho Output Expressions para adicionar um campo para uma nova expressão e, em seguida, no botão  à direita do campo adicionado.
   2. Na caixa de diálogo Add Output Expression, selecione Node Voltages na lista pendente da região Waveform e clique na entrada v(IN) na lista abaixo.
   3. Selecione Magnitude (dB) na lista pendente Complex Functions da caixa de diálogo Add Output Expression e clique em Create.

   

4. Adicione uma expressão de saída para a magnitude em decibéis do sinal de saída:

   1. Clique no controlo Add sob o cabeçalho Output Expressions para adicionar um campo para uma nova expressão e, em seguida, no botão  à direita do campo adicionado.
   2. Na caixa de diálogo Add Output Expression, selecione Node Voltages na lista pendente da região Waveform e clique na entrada v(OUT) na lista abaixo.
   3. Selecione Magnitude (dB) na lista pendente Complex Functions da caixa de diálogo Add Output Expression e clique em Create.

5. Adicione uma expressão de saída para a fase em graus do sinal de entrada:

   1. Clique no controlo Add no painel Simulation Dashboard para adicionar um campo para outra expressão de saída e no botão  à direita do campo adicionado.
   2. Na caixa de diálogo Add Output Expression, selecione Node Voltages na lista pendente da região Waveform e clique na entrada v(IN) na lista abaixo.
   3. Selecione Phase (Deg) na lista pendente Complex Functions da caixa de diálogo Add Output Expression.
   4. Selecione New Plot na lista pendente Plot Number e, em seguida, clique em Create na caixa de diálogo Add Output Expression.

   

6. Adicione uma expressão de saída para a fase em graus do sinal de saída:

   1. Clique no controlo Add no painel Simulation Dashboard para adicionar um campo para outra expressão de saída e no botão  à direita do campo adicionado.
   2. Na caixa de diálogo Add Output Expression, selecione Node Voltages na lista pendente da região Waveform e clique na entrada v(OUT) na lista abaixo.
   3. Selecione Phase (Deg) na lista pendente Complex Functions da caixa de diálogo Add Output Expression.

7. Neste momento, a análise de varrimento AC está configurada. As respetivas opções deverão estar no painel Simulation Dashboard conforme mostrado abaixo.

   

8. O ficheiro de configuração da simulação (project_sim_config.simcfg) aparecerá na pasta Settings\Simulation Documents da estrutura do projeto no painel Projects. Guarde o documento clicando com o botão direito na respetiva entrada no painel Projects e selecionando o comando Save As no menu de contexto.

   

   A caixa de diálogo Save As será aberta, pronta para guardar o documento na pasta do projeto no seu disco rígido. Clique em Save para guardar o documento nesta localização predefinida com o nome predefinido.

9. Guarde o ficheiro do projeto clicando com o botão direito na respetiva entrada no painel Projects e selecionando o comando Save no menu de contexto.

1. Clique no botão Run à direita do cabeçalho da região Transient no painel Simulation Dashboard para executar a análise transitória.

   

2. Quando a simulação for concluída com sucesso, o painel Messages indicará que a simulação foi concluída com êxito. Pode fechá-lo.

3. Um novo documento de resultados da simulação com o nome Filter.sdf será automaticamente aberto no editor SimData como um separador de documento. Contém um único gráfico Transient Analysis (indicado por um separador na parte inferior do documento), com dois gráficos, cada um contendo uma única forma de onda, v(IN) e v(OUT), respetivamente.

   

4. Mude para o documento esquemático clicando no respetivo separador na parte superior da área de trabalho.

5. Clique no botão Run à direita do cabeçalho da região AC Sweep no painel Simulation Dashboard para executar a análise de varrimento AC.

   

6. Feche o painel Messages.

7. Será aberto o documento de resultados da simulação contendo um único gráfico AC Analysis. O gráfico inclui dois gráficos, com duas formas de onda em cada um.

   

8. Determine o ponto de 3 dB utilizando os cursores de medição:

   1. Clique com o botão direito na forma de onda dB(v(OUT)) e selecione Cursor A.

   2. Posicione o cursor A na secção de passa-baixo arrastando o marcador (a localização não é crítica, desde que esteja na região de passa-baixo).

      

   3. Clique novamente com o botão direito na forma de onda dB(v(OUT)) e selecione Cursor B.
   4. O painel Sim Data será usado para ajudar a localizar o cursor (se o painel não estiver visível, clique no botão Panels no canto inferior direito da área de design e selecione Sim Data no menu que aparece para o mostrar).
   5. Enquanto observa o valor B-A Measurement na região Measurement Cursors do painel Sim Data, clique e arraste o Cursor B para obter um valor Y (ganho) de -3.

   6. Pode ver-se que o resultado X para Wave Name B é aprox. 20k, indicando que o ponto de 3 dB do circuito do filtro é 20 kHz.

      

   7. Para limpar os cursores, clique com o botão direito em cada marcador de cursor e selecione Cursor Off.
   8. Para limpar a filtragem no documento, clique no botão Clear no canto inferior direito da área de design.

9. O documento de resultados da simulação (Filter.sdf) aparecerá na pasta Generated\Simulation Documents da estrutura do projeto no painel Projects. Guarde o documento clicando com o botão direito na respetiva entrada no painel Projects e selecionando o comando Save As no menu de contexto.

   

   A caixa de diálogo Save As será aberta, pronta para guardar o documento na subpasta Simulation da pasta do projeto no seu disco rígido. Clique em Save para guardar o documento nesta localização predefinida com o nome predefinido.

10. Mude para o documento esquemático clicando no respetivo separador na parte superior da área de design.

11. No painel Simulation Dashboard, expanda a região recolhível Results . A região conterá a lista das execuções de simulação realizadas (Transient Analysis e AC Analysis neste exemplo).

    

12. Para mostrar os resultados da execução da análise transitória anterior, clique no botão  à direita da entrada Transient Analysis e selecione Show Results.

    

    O documento de resultados da simulação abrir-se-á para mostrar os resultados da análise transitória.

13. Guarde os documentos do projeto modificados e o próprio projeto clicando com o botão direito nas respetivas entradas no painel Projects e selecionando o comando Save no menu de contexto.
14. Se criou o projeto no seu Workspace ligado, clique com o botão direito na entrada do projeto no painel Projects e selecione o comando Save to Server no menu de contexto; em seguida, clique em OK na caixa de diálogo Save to Server que se abre.