Benjamin CHARLES Renan CORBIERE
Farid KUYASIN
1. LES MODULES LOGICIELS 1.1 Schematics (Editeur de schémas)
Signification des icônes de la barre d’outils dans l’ordre :
1. création d’un nouveau schéma 2. ouverture d’un schéma existant 3. sauvegarde d’un schéma actif 4. impression
5. couper 6. copier 7. coller
8. annuler de dernier action 9. rétablir l’action annulée
10. fenêtre des derniers composants sélectionnés 11. zoom +
12. zoom –
13. zoom en partie sélectionné 14. zoom tous
15. annotate 16. back annotate 17. design rules check 18. create netlist
19. cross reference parts 20. bill of materials 21. snap to grid
22. gestionnaire de projets 23. aide
24. nouveau profil de simulation 25. paramètres de simulation 26. gérer PSpice ou simulation
27. affichage les résultes de simulation 28. voltmètre
29. ampèremètre
30. différents marqueurs de tensions
31. visualisation des différentes tension continues
32. bascule permettant la visualisation ou non de la tension au nœud sélectionné 33. visualisation des différentes intensités continues
34. bascule permettant la visualisation ou non de l’intensité du courant dans la composant sélectionné
1. sélection
2. placer un composant 3. placer un fil
4. placer un nom de fil 5. placer un bus 6. placer un nœud 7. placer un bus d’entrée 8. placer une alimentation 9. placer la masse
10. placer un bloc hiérarchique 11. placer un port
12. placer un pin
13. placer un connecteur off-page 14. enlever une connexion
15. placer une ligne
16. placer une ligne multiple 17. placer un rectangle 18. placer une ellipse 19. placer un arc 20. placer du texte
1.2 Visualisation des Résultats
1. création d’un nouveau profil de simulation ou un nouveau fichier texte 2. ouverture d’un fichier de résultat de simulation
3. ouverture d’un fichier de résultat de simulation pour l’ajouter 4. sauvegarde du fichier actif
5. imprimer 6. supprimer 7. copier 8. coller
9. annuler la dernier action 10. rétablir l’action annulée 11. toggle bookmark 12. prochain bookmark 13. previous bookmark 14. clear all bookmark 15. zoom +
16. zoom – 17. zoom 18. centrage
19. passage échelle linéaire – logarithmique en X 20. transformée de Fourier rapide
21. analyse des performances
22. passage échelle linéaire – logarithmique en Y 23. ajout d’un graphique
24. évaluation d’une fonction à partir d’un tracé 25. ajout de texte
26. curseur
27. curseur au maximum suivant 28. curseur au minimum suivant 29. curseur sur la prochaine pente 30. curseur au maximum de la courbe 31. curseur au maximum de la courbe 32. curseur sur la donnée suivante 33. commande curseur
34. curseur sur la transition logique suivante 35. curseur sur la transition logique précédente 36. étiquette indiquant les coordonnées du curseur 37. affichage des points de données
2. CONTENU DES BIBLIOTHEQUES ABM.OLB
Blocs fonctionnels : Additionneur, soustracteur, dérivateur, intégrateur, filtre, transformée de Laplace,…...
ANALOG.OLB
Résistance, condensateur, inductance, ligne de transmission.
Source de tension et de courant contrôlées en tension et en courant BIPOLAR.OLB
Transistors BREAKOUT.OLB
Composants avec tolérances (Pour l’analyse de Monte Carlo) Interrupteur contrôle en tension (Sbreak)
Interrupteur contrôle en courant (Wbreak) CONNECT.OLB
Connecteurs EVALS.OLB
Composants analogiques et numériques incluant un composant programmable :le PAL 20P4B
OPAMP.OLB
L’amplificateur opérationnelles PORT.OLB
Etiquettes d’interconnexions
Etats logiques 0 et 1 (LO et HI) pour la simulation logique et mixte SOURCE.OLB
Source de tension et de courant analogiques, générateurs numériques SOURCSTM.OLB
Source de tension et de courant analogiques, générateurs numériques utilisables en analyse
SPECIAL.OLB
Composants de contrôle de la simulation
2.1 Les Sources de Tension (Bibliothèque Source.olb)
VDC
Source de tension continue
VAC
Source de tension pour les analyses fréquentielles Ne convient pas pour les analyses temporelles
VSIN
Source de tension sinusoïdale pour les analyses temporelles Paramétrage :
VOFF Tension d’offset
VAMPL Amplitude
FREQ Fréquence
Remarque :
VAC : Source de tension pour les analyses fréquentielles (ne convient pas pour les analyses temporelles)
VSIN : Source de tension sinusoïdale pour les analyses temporelles (peut être utilisée pour une analyse fréquentielle en complétant la case VAC)
VEXP : Source de tension exponentielle
VSFFM : Source de tension modulée en fréquence
VPULSE
Source de tension rectangulaire périodique Paramétrage :
V1 Potentiel à l’état bas V2 Potentiel à l’état haut
TD Temps de retard à l’apparition du signal TR Temps de montée
TF Temps de descente PW Largeur d’impulsion PER Période
V 1 1 0 V
1V V1
V1 FREQ =
VAMPL = VOFF =
V1
TD = TF = PW = PER = V1 =
TR = V2 =
2.2 Liste des Composants Simulables avec Pspice
2.2.1 Composants Analogiques (différantes bibliothèques) Composants passifs :
C Condensateurs K Circuit magnétiques L Inductances
R Résistances
T Lignes de transmission (avec ou sans pertes) Composants actifs :
B Transistor AsGa
D Diode, diode zener, diode varicap
J JFET
M MOSFET
Q Transistor bipolaire Sources Contrôlées :
E Source de tension contrôlée en tension F Source de courant contrôlée en courant G Source de courant contrôlée en tension H Source de tension contrôlée en courant Interrupteurs :
S Interrupteur contrôle en tension W Interrupteur contrôle en courant
2.2.2 Composants Numériques
Toutes les fonction de base : NOT, OR, NOR, AND NAND, JK, DFF … Convertisseur A/N, N/A, ROM, RAM
PLD ( Simulation à partir du fichier JEDEC )
3. UNITES ET SYMBOLES
Les composants passifs, résistances, inductances, condensateurs, ne nécessitent pas la spécification de l’unité : Ohm, Henry ou Farad.
Par ailleurs PSpice reconnaît les notations scientifiques : mais attention ! Il n’existe aucune différence enter majuscules et minuscules, ainsi << 1M >> ne signifie pas 1Millions mais 1 millième.
109 1G ou 1g 106 1MEG ou 1meg 103 1K ou 1k 10-3 1M ou 1m 10-6 1U ou 1u 10-9 1N ou 1n 10-12 1P ou 1p 10-15 1F ou 1f
4. DESSINER UN SCHEMA
On commencera par lancer le logiciel Orcad -> Capture -> File -> new project -> Analog or Mixted-Signal Circuit Wizard
4.1 Placer un composant
Pour placer un composant sur le schéma : ouvrir le menu Place et sélectionner Part ou appuyer sur la touche de raccourci SHIFT P ou bien encore cliquer sur l’icône
Cliquer sur Add Library pour choisir une bibliothèque 4.2 Interconnecter des Composants
Pour interconnecter les composants sur le schema : ouvrir le menu Place et sélectionner Wire ou appuyer sur la touche de raccourci SHIFT W ou bien encore cliquer sur l’icône
4.3 Masse Analogique (GND)
Pour réaliser une simulation, il est indispensable de placer la masse du circuit. Celle- ci s’indique à l’aide du symbole « 0 (bibliotheque source.olb) ou appuyer sur la touche de raccourci SHIFT G ou bien encore cliquer sur l’icône
5 Introduction à La Simulation 5.1 Circuit RC en Régime Transitoire
On se propose de réaliser le schéma suivant :
5.1.1 Réaliser le schéma 5.1.1.1 Résistances (R)
Cliquer sur l’icône (équivalent de Place/Part ou Shift P)
Cliquer sur Add Library et choisir la bibliotheque Analog.olb et puis taper R dans la fenetre Place Part ou alors cliquer Part Search et taper R/Begin Search et puis cliquer sur ok
Placer la résistance en cliquant sur le bouton gauche de la souris.
Pour quitter le symbole R, cliquer sur le bouton droit de la souris ou alors ESC .
Placer le condensateur (C dans la fenêtre Part ou Part Search/Begin Search) en position horizontale pour l’instant.
Pour faire tourner le condensateur, le sélectionner en cliquant dessus avec le bouton gauche de la souris, puis :
Soit ouvrir Edit/Rotate
Soit faire Ctrl R
Soit cliquer le bouton droit de la souris et choisir Rotate
Pour déplacer un composant, on le sélectionne en cliquant dessus avec le bouton gauche, et on le déplace en maintenant le bouton enfoncé.
Pour supprimer un composant, après l’avoir sélectionné :
Soit presser sur Suppr
Soit ouvrir Edit/Delete
5.1.1.2 Source de tension rectangulaire périodique (VPULSE)
Procéder de la même manière que pour les résistances mais en choisissant dans la bibliothèque source.olb le composant VPULSE.
5.1.1.3 Relier les composants entre eux et étiquettes
Cliquer sur l’icône (équivalent de Place/Wire ou Shift W)
Amener la pointe du crayon sur l’extrémité supérieure de la source de tension, cliquer sur le bouton gauche et déplacer la souris, sans maintenir le bouton enfoncé, jusqu’à l’extrémité gauche de la première résistance, cliquer à nouveau sur le bouton gauche.
Cliquer maintenant sur l’extrémité droite de la résistance et procéder de la même manière pour relier au condensateur.
Pour quitter le mode fil, cliquer sur le bouton droit de la souris.
Placer les etiquettes (Place/Off-Page connector ou cliquer sur l’icône)
Pour modifier les noms de composants, les valeurs et les noms d’étiquettes, le sélectionner en cliquant dessus avec le bouton gauche de la souris, puis :
Soit faire double clique
Soit ouvrir Edit/Properties (ou Ctrl E)
5.1.1.4 Attribuer des valeurs aux composants Aller sur le symbole de VPULSE :
Cliquer sur V1= et taper 0 dans la Value puis cliquer sur ok
De la meme façon, attribuer V2=10V, TD=0, TR=10ns, TF=10ns, PW=1ms, PM=2ms.
Enfin, en procédant encore de la même manière, attribuer les valeurs à R1(10k) et C1(10nF).
5.1.1.5 Placer es appareils de mesure
Pour que (fenetre de resultats) affiche l’allure des signaux, il faut placer deux voltmètres et un ampèremètre comme suite.
Les voltmètres s’obtiennent en cliquant sur l’icône ou en ouvrant : PSpice/Markers/Voltage Level.
L’ampèremètres s’obtient en cliquant sur l’icône ou en ouvrant : PSpice/Markers/Current into pin.
5.1.1.6 Placer la masse analogique (GND).
Cliquer sur l’icône ou Place/Ground (Shift G) et choisir dans la bibliothèque source.olb, 0
5.1.2 Paramétrer la simulation
Sélectionner l’icône (équivalent de PSpice/Edit Simulation Profile)
Cocher la case Skip the initial transient bias point calculation (SKIPBP) pour calculer le point de repos.
Remarque : le fait de cocher la case ajoute des points de calcul, mais le point de repos est toujours calculé lorsqu’on effectue une simulation.
Choisir le pas d ’affichage La durée de la
simulation
5.1.3 Lancer la simulation
Sélectionné l’icône (équivalent de PSpice/Run) et la fenêtre du simulateur s’ouvre pendant la simulation.
Une fenêtre de résultats s’ouvre :
Des curseurs peuvent être utilises pour effectuer des mesures sur les courbes en cliquant sur l’icône (équivalent de Trace/Cursor/Display ou Ctrl Shift C)
On peut choisir la (ou les) courbe sur laquelle on effectue les mesures en cliquant sur le symbole de même couleur situé sue l’axe des abscisses (un carré vert pour V(E) ci-dessus) avec le bouton gauche (A1) ou droit (A2).
Pour visualiser le courant :
Ouvrir Plot/Axis Settings/Y Axis
Cocher User Defined
Ecrire -1mA et 1mA dans les deux fenêtres situées en dessous
On peut également éliminer les courbes de tension en cliquant sur leur nom (en dessous de l’axe des abscisses) et appuyant sur Suppr. On les rétablira en ouvrant Trace/Add Trace ou en cliquant sur et en sélectionnant dans la liste les courbes précédentes (V(E) et V(S)).
Les méthodes ci-dessus ne permettent pas de visualiser simultanément l’intensité du courant et les tensions d’entrée et de sortie. Pour y parvenir, il est nécessaire de créer un seconde axe vertical.
Les trois traces étant présentes, supprimons la trace correspondant à l’intensité du courant (on peut également supprimer la sonde de courant dans Schematics) :
Ouvrir Plot/Add Y axis: un seconde axe vertical (de numéro 2) est toujours à gauche de la fenêtre Ouvrir Plot/Axis settings, et compléter la boite de dialogue ci-contre.
Sélectionner dans Y axis Number le premier axe et préciser dans Axis title qu’il s’agit d’un axe de tensions en écrivant “U”
terminer en cliquant ok
5.2 CIRCUIT RC EN REGIME SINUSOIDAL
Remplacer la source précédente par la source VAC. Fixer l’amplitude à 10V (ACMAG = 10V et DC = 0V).
Pour obtenir la tension de sortie en décibels choisir dans Pspice/Markers/Advanced le voltmètre dB Magnitude of Voltage. La phase peut également être tracée en choisissant Phase of Voltage.
Paramétrer la simulation en cochant l’icône et AC Sweep/Noise dans la case Analysis type.
Et en choisissant les fréquences minimale et maximale, le type de balayage ainsi que le nombre de points par décade (qui peut être choisi beaucoup plus faible).
On obtient les tracés de Bode ci-dessous :
L’échelle des ordonnées est commune à l’amplitude (exprimé en dB) et à la phase du signal de sortie (exprimée en degrés).
Pour obtenir le gain du montage et séparer les deux courbes, on peut procéder de la manière suivante :
Ouvrir Window/New Window : une nouvelle fenêtre s’ouvre.
Ouvrir Trace/Add Trace, cocher seulement Analog et Voltages, puis cliquer sur la fonction DB( ) se trouvant dans la fenêtre Functions or Macros. Ajouter ensuite V(S)/V(E) en cliquant dans la fenêtre Simulation Output Variables. On obtient alors DB(V(S)/V(E)) dans la fenêtre Trace expression :
Le gain du montage est représenté dans la nouvelle fenêtre.
Ouvrir Window/Tile Horizontal : les deux fenêtres sont placées l’une au dessus de l’autre.
Cliquer sur la fenêtre inférieure puis sur VDB(S) et appuyer sur la touche Suppr pour supprimer cette courbe.
Les deux fenêtres portent le nom du fichier enregistré ; pour le modifier ouvrir Window/Title et proposer un nouveau titre, par exemple « Phase(degrés) » et cliquer sur OK. Procéder de même pour le gain en sélectionnant la courbe de gain, par exemple « Gain(dB) ».
Les deux fenêtres visualisées simultanément ne permettent pas d’effectuer des mesures précises ; pour visualiser une seule des deux fenêtres, il suffit de cliquer deux fois sur son bandeau supérieur.
Il est possible, en s’aidant des curseurs de mesurer la fréquence de coupure à –3dB, la phase à cette fréquence et la pente de l’asymptote oblique du gain aux fréquences très supérieures à la fréquence de coupure.
Pour tracer l’asymptote à –20dB par décade, cliquer sur Trace/Add et dans la fenêtre Trace Expression, taper 20*log10(1591.5/frequency) avec 1591.5Hz comme fréquence de coupure
5.3 Analyse paramétrique d’une source sinusoïdale alimentant un circuit RC
On se propose de faire varier une grandeur dans un schéma, ici, la fréquence de la tension d’entrée qui prendra successivement les valeurs 100Hz, 1600Hz, 10kHz.
On modifie le schéma précédent en :
Remplaçant la source VAC par une source VSIN (librairie source.olb) et mettant un marqueur de tension en S.
Double cliquer sur la source V1 et la renseigner comme suit (dans la fenêtre Property Editor):
DC= ; DC= ; DF=0; PHASE=0; TD=0;VAMPL=10; VFREQ={FVAR};VOFF=0.
On a alors un signal d’entrée d’offset nul, d’amplitude 10V, de fréquence à paramétrer, sans temps de retard et de phase nulle à l’origine.
Choisir, dans la bibliothèque Special.slb, l’élément PARAM.
Une fois en place, double cliquer sur PARAMETERS pour introduire les paramètres. On ajoutera la case Fvar (New) dont on fixera la valeur à 100 et on permettra son affichage sur le circuit (bouton Display et ensuite permettre la visualisation du nom et de la valeur du
paramètre : Name and Value).
E
R 1 1 0 k
S C 1
V1 0 n V 1
F R E Q = { F V A R }
V A M P L = 1 0
V O F F = 0
Aller dans Simulation Settings. Compte tenu de la valeur initiale de la fréquence, on choisit une durée d’observation de 10ms.
Dans Simulation Settings, cocher Parametric Sweep puis cliquer dessus pour compléter les cases comme indiqué ci-dessous :
Lancer la simulation. La fenêtre Available Sections s’ouvre : répondre OK.
Remarque : on peut supprimer une (ou des) courbe à l’affichage en cliquant sur la ligne la concernant pour la désélectionner.
On constate que le nombre de points de mesures est : Suffisant pour le tracé à 100Hz et
Insuffisant pour ceux à 1.6kHz et 10kHz (aspect segmenté des courbes).
En double cliquant sur le losange rouge en dessous de l’axe des abscisses, on obtient les caractéristiques de la courbe rouge.
Le nombre de points de calcul est égal à 139 et 819 sont affichés.
Pour améliorer la précision d’un calcul ou de l’affichage, on peut imposer un pas maximal de calcul en ajoutant ans le paramétrage de Transient (PSpice/Edit Simulation Profile du logiciel Orcade Capture) une valeur de Maximum step size (pas plafond). En introduisant une valeur de 5s pour le Maximum step size, on obtient une nette amélioration.
Pour ajouter des commentaires (Text), des lignes (Line), des polygones ouverts ou fermés (Poly-line), des flèches (Arrow), des rectangles (Box), des cercles (Circle), des ellipses (Ellipse), on ouvrira le menu Plot/Label.
Du texte peut également être ajouté en cliquant sur l’icône
Ces objets peuvent être déplacés ou effacés en cliquant dessus et en déplaçant la souris ou en tapant sur la touche Suppr.
Le nombre de points de calcul est passé à 2011 et le nombre e points affichés à 2012, ce qui améliore la précision des calculs et la qualité des courbes.
Explication : durant une simulation analogique, le simulateur ajoute le pas interne de calcul afin de maintenir une précision suffisante mais en évitant les calculs inutiles lorsque le signal présente peu de variations. Par défaut, le pas interne maximum est choisi égal à 2% de la durée total (Run to time). Cette valeur peut être modifiée en spécifiant un autre pas maximum (Maximum step size).
D’après la documentation de Pspice la valeur de PrintStep n’a pas d’action sur le fichier de Probe. L’expérience montre que ce n’est pas le cas. Pour s’en convaincre, il suffit de modifier sa valeur actuelle et de la porter à 100s par exemple.
En conclusion pour obtenir e bons résultats, il est préférable de choisir Step Ceiling et Print Step faibles, par exemples égaux à Final Time/500
Comment visualiser une ou plusieurs courbes paramétrées :
Cliquer sur V(S) en bas de l’écran
Appuyer sur la touche Suppr du clavier : mes courbes disparaissent
Ouvrir Trace/Add Trace
Spécifier V(S)@1 V(S)@3dans Trace Expression pour observer les deux courbes extrêmes (correspondant à fmin=100Hz et fmax=10kHz)
![Les noms terminés par le son [war] *Les noms féminins](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)