Tutorial Simulación General Synopsys - I

Utilización del Editor de esquemáticos y Hspice para circuitos generales

El fin de este tutorial es mostrar cómo realizar la simulación de circuitos generales utilizando las herramientas de Synopsys: Editor de Esquemáticos (Schematic Editor) y Hspice.

Se asume que todas las herramientas han sido instaladas correctamente y que tiene acceso a las librerías analógicas y de 90 nm de Synopsys.

1- Arrancar una terminal e ingresar el comando cdesigner &, después de ello aparecerá la siguiente pantalla:

Fig. 1. Pantalla inicial del Custom Designer.

2- Ahora se creará una nueva librería para trabajar en ella las celdas a realizar en el tutorial. Se abrirá el Library Manager haciendo clic en el menú de la consola del Custom Designer: Tools > Library Manager, con lo que se abrirá la ventana siguiente:

Fig. 2. Library Manager.

3- En ésta ventana se hará clic sobre el menú File>New>Library y se llenarán las siguientes opciones (el nombre de la librería donde guardará sus trabajos puede ser personalizado):

Fig. 3. Configuración Nueva Librería.

4- Crear una vista de celda así: File>New>Cellview y se escogen los parámetros siguientes (el nombre de la librería puede ser diferente, dependiendo del nombre ingresado al momento de crearla):

Fig. 4. Nueva vista de celda.

5- Presionar OK y con ello se abrirá el editor de esquemáticos. Allí es donde se creará el circuito a simular. Para colocar los elementos del circuito se presiona la tecla “i” para abrir el cuadro de diálogo para insertar elementos, para el capacitor se deben escoger los siguientes datos para poder seleccionar el elemento adecuado para el tutorial:

Fig. 5. Agregar componente.

Donde se ha escogido la librería analogLib ya que en ella se encuentran los elementos a ocupar. Se hace lo mismo para insertar la resistencia (res). Nota: Para girar los elementos se presiona la tecla “r”.

6- Se inserta una fuente de poder pulsante  (Vpulse) y un terminal de tierra (gnd), ambos se encuentran en la misma librería. Con ellos el circuito quedaría así:

Fig. 6. Vista de componentes del esquemático.

7- Ahora se unirán los elementos con líneas eléctricas, para ello presionar la tecla “w”, hacer clic en el punto de inicio y después clic en el punto final, también se puede hacer clic en puntos intermedios para que la línea se doble. Después de colocar las líneas presionar Esc y se debe seleccionar la línea que está entre el capacitor y la resistencia y presionar la tecla “q”, así se abre un panel de propiedades donde se puede cambiar el nombre de la línea a VOUT (en mayúsculas), lo mismo se hace para la línea entre la fuente y la resistencia, se llamará VIN. Para ambas líneas no se debe olvidar marcar la casilla Name visibility, o no se podrá ver su nombre en el diagrama esquemático.

Fig. 7. Conexión de componentes.

8- Se cambiarán los atributos de los elementos como sigue a continuación (seleccionando el elemento y presionando la letra “q”):

Fig. 8. Fuente pulsante.

Fig. 9. Resistencia.

Fig. 10. Capacitor.

NOTA: Los parámetros que no se muestran no deben modificarse.

9- Se presiona Check and Save  (Shift + x) para guardar los cambios y que verifique que no hayan errores en el diagrama.

10- Una vez terminado se inicia el seteo de la simulación. Del menú del Editor de esquemáticos se selecciona: Tools>SAE, para arrancar el entorno de simulación. Allí se escoge Setup>Simulator para especificar el directorio donde queremos las salidas de la simulación.

Fig. 11. Configuración simulador.

11- Después se selecciona Setup>Analyses, donde se seleccionará el análisis de transiente (.tran) y se colocaran los datos tal y como aparecen en la figura siguiente:

Fig. 12. Configuración del tipo de análisis.

12- Posteriormente se realizan los ajustes en las salidas a observar para que quede la ventana de SAE de esta manera:

Fig. 13. Selección de señales a graficar.

Donde se indican los nombres que queremos que aparezcan en el gráfico (bajo la columna Output), en la expresión se indica la magnitud y punto que se desae graficar, al hacer clic en esa columna nos permite ingresar el dato de forma escrita o a través de selección directa del esquemático, y en la columna Analyses se tienen que seleccionar los tipos de análisis que se desean ver de cada una de las expresiones ingresadas.

13- En Simulation se escoge Netlists and Run, con lo que se genera el netlist del circuito y se corre la simulación, si todo sale bien entonces aparecer la pantalla del Custom Wave View mostrando lo siguiente:

Fig. 14. Resultado de la simulación.

14- Si se verifica en la carpeta que se indicó como salida en el simulador, allí se han creado más elementos, entre ellos una carpeta llamada netlist, y adentro de ella se verá un archivo .spi que contiene la extracción del circuito esquemático, se vería como el siguiente:

* Generated for: HSPICE

* Design library name: analogicos2

* Design cell name: circuito1

* Design view name: schematic

.option PARHIER = LOCAL

.option ARTIST=2 PSF=2

.temp 25

*Custom Designer (TM) Version J-2014.12-SP2

*Fri Nov 6 10:19:39 2015

.GLOBAL gnd!

********************************************************************************

* Library : analogicos2

* Cell : circuito1

* View : schematic

* View Search List : hspice hspiceD schematic spice veriloga

* View Stop List : hspice hspiceD

********************************************************************************

c0 vout gnd! c=1u

r1 vin vout r=1k

v2 vin gnd! dc=0 pulse ( 0 5 100n 1p 1p 5 10 )

.tran 0.01m 10m start=0

.option opfile=1 split_dp=1

.end

15- En dicho archivo se pueden ver los elementos y sus conexiones, además de los ajustes para la simulación.

Diagrama de Bode y análisis AC

16- Ahora proceder reemplazar la fuente pulsante por una fuente Vsin, para poder realizar un análisis AC con el circuito RC. Presionar Ctrl+s (Save as) para guardar este circuito con el nombre de circuito2. Y ponerle los siguientes parámetros:

Fig. 15. Configuración fuente senoidal.

17- Ahora configurar el análisis del circuito de la siguiente manera:

Fig. 16. Configuración de análisi AC.

18- Al correrlo se muestra una gráfica como la siguiente:

Fig. 17. Resultados análisis AC.

De acuerdo con

Se tiene que la frecuencia de corte debe ser = 159 Hz (es decir la frecuencia a la que se tendría un valor 3dB menor a la entrada), y se puede observar en la gráfica que es precisamente a esta frecuencia que se da una atenuación de 3dB.

19- También se muestra a continuación las gráficas al agregar una red RC idéntica a la original, es decir que se tendría una red de grado 2, donde se puede apreciar la atenuación de aproximadamente 40dB por década, y por último se muestra la salida con el circuito RC pero como filtro pasaaltos (solo una red RC). Se recomienda realizar dichos circuitos para afianzar el manejo del Editor de Esquemáticos y el simulador.

Fig. 19. Resultado con 2 redes RC en serie.

Fig. 20. Pasa altos.