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Introducción a la simulación de
circuitos
Microcontroladores Simulación Electrónica
Escuela de Ingeniería Industrial
Profesor: Dr. Camilo Quintáns Graña
Vigo, 2011
LA SIMULACIÓN EN LA INGENIERÍA
1. La simulación dentro del diseño en el proceso de la ingeniería
2. Diseño y desarrollo de un producto electrónico. Ingeniería de producto asistida por
computador
3. Niveles de abstracción en la especificación y descripción del diseño
4. Diseño electrónico asistido por computador
5. Entorno EDA. Definiciones de términos
6. Entorno EDA. Ejemplo de los resultados
7. Librerías de componentes
8. Captura de esquemáticos
9. Captura de esquemáticos. Tipos de jerarquía
10. Captura de esquemáticos. Ejemplo de jerarquía vertical con tres niveles
11. Procesado del diseño
12. Procesado del diseño. Comandos en la herramienta de diseño Orcad
LA SIMULACIÓN DENTRO DEL DISEÑO EN EL PROCESO DE LA INGENIERÍA
Comunicación
con el cliente
Fabricación
Establecimiento
de los requisitos
del producto
Validación
y
Verificación
Diseño
del
producto
Análisis de los
requisitos
Desarrollo
del
producto
Simulación
Establecimiento
de las
especificaciones
del producto
Implementación
de una solución al
diseño
Comunicación
con el cliente
Evaluación
del prototipo
Revisión
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NIVELES DE ABSTRACCIÓN EN LA DESCRIPCIÓN DEL DISEÑO
Para cada nivel de abstracción hay un tipo de simulación
Dominio de
interés
Dominio de la aplicación
Sistema
físico
Subsistema o
equipo
Visión
global
Software
Visión del
dominio
Hardware
Módulo
Representación
eléctrica
Esquema eléctrico
biblioteca de
componentes
Visión de los
elementos
Representación física:
biblioteca de “footprints”
Dispositivos pasivos
Tarjeta
electrónica de
circuito impreso
o “PCB”
Dispositivos activos
Vista
detallada
Dispositivos mecánicos
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DISEÑO Y DESARROLLO DE UN PRODUCTO ELECTRÓNICO.
INGENIERÍA DE PRODUCTO ASISTIDA POR COMPUTADOR
CAEE
EDA
CAM
Diseño electrónico
asistido por
computador
Fabricación
asistida por
computador
Ingeniería electrónica asistida por computador
Denominaciones de los Entornos de diseño asistido por computador:
CAE: Computer Aided Engineering.
CAEE: Computer Aided Electronic Engineering.
CAD: Computer Aided Design.
EDA: Electronic Design Automation.
CAM: Computer Aided Manufacturing.
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DISEÑO ELECTRÓNICO ASISTIDO POR COMPUTADOR
Entorno EDA (Electronic Design Automation): En un entorno EDA se controla el diseño
y la producción de circuitos electrónicos desde el PC pudiendo realizarse los cambios
necesarios mientras discurre el proceso.
CAPTURA
DEL
ESQUEMA
Capture
PROCESADO
PSpice
BIBLIOTECAS
DE
COMPONENTES
Creación de
un Perfil
Simulación
del diseño
SIMULACIÓN
Análisis de los
resultados
PCB Editor
OrCAD DEMO 16
DISEÑO DE LA PCB
BIBLIOTECA DE
“FOOTPRINTS”
POSTPROCESADO
FABRICACIÓN
PCB (Printed Circuit Board)
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ENTORNO EDA. DEFINICIONES DE TÉRMINOS I
CAPTURA DE ESQUEMÁS
Un esquema es el conjunto de componentes “parts” y las conexiones entre ellos
de forma que constituyen la representación de un circuito. Por tanto representa
una de las formas más importantes de comunicación en la ingeniería.
La captura de esquemas es el proceso de creación de un esquemático que
consiste en la importación de los componentes desde un fichero de librería y su
interconexión para crear la topología deseada.
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ENTORNO EDA. DEFINICIONES DE TÉRMINOS
MODELO
Un modelo es una representación de un objeto, sistema, o idea, de forma
diferente a la de la identidad misma. Habitualmente, su finalidad es ayudar a
definir, entender o mejorar un sistema. Un modelo de un objeto puede ser una
réplica exacta de éste (en un material diferente y a escala diferente), o puede ser
una abstracción de las propiedades dominantes del objeto, esto implica que en la
mayoría de los casos la obtención de un modelo obliga a realizar
simplificaciones.
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ENTORNO EDA. DEFINICIONES DE TÉRMINOS
MODELADO Y SIMULACIÓN
•Las herramientas de modelado y simulación de sistemas capacitan al ingeniero
para probar una especificación.
•La simulación es el proceso de diseñar un modelo de un sistema real y realizar
experimentos con él para entender su comportamiento y evaluar sus
especificaciones.
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ENTORNO EDA. DEFINICIONES DE TÉRMINOS
VALIDACIÓN Y VERIFICACIÓN
Validación: Conjunto de actividades que aseguran que el sistema construido se
ajusta a los requisitos del cliente. ¿Estamos construyendo el producto
correcto?
Verificación: Conjunto de actividades que aseguran que el sistema implanta
correctamente una función especifica. ¿Estamos construyendo el producto
correctamente?
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ENTORNO EDA. EJEMPLO DE LOS RESULTADOS
10V
vout
D1
-vcc
11
U1A
R1
2
-
1k
OUT
3
+
1
V+
V1
R2
4
VAMPL = 10
FREQ = 200
0V
V-
vin
D1N4148
TL084
1k
0
-10V
+vcc
0s
0
V(VIN)
2ms
V(VOUT)
4ms
6ms
8ms
10ms
Time
0
Simulación del diseño
Esquema electrónico
Diseño asistido de la PCB
Producto final. Circuito fabricado
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BIBLIOTECAS DE COMPONENTES
EDITOR DE ESQUEMAS
BIBLIOTECA
DE MODELOS
MODELO
DE COMPORTAMIENTO
*-------------------------------------------------------------------* Digital Components
*
*------------------------------------------------------------------------*
* 7400 Quadruple 2-input Positive-Nand Gates
*
* The TTL Data Book, Vol 2, 1985, TI
* tdn 06/23/89
Update interface and model names
.subckt 7400 A B Y
+ optional: DPWR=$G_DPWR DGND=$G_DGND
+ params: MNTYMXDLY=0 IO_LEVEL=0
U1 nand(2) DPWR DGND
+
AB Y
+
D_00 IO_STD
MNTYMXDLY={MNTYMXDLY} IO_LEVEL={IO_LEVEL}
.ends
COMPONENTE
SÍMBOLO Y ATRIBUTOS
BIBLIOTECA
DE SÍMBOLOS
U2A
1
LIBRERÍAS DE COMPONENTES
3
2
74LS00
EDITOR DE PCB
COMPONENTE
FOOTPRINT
BIBLIOTECA DE FOOTPRINTS
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CAPTURA DE ESQUEMÁTICOS
El esquemático es el punto de partida de un diseño, en él se situarán todos los
componentes del diseño y las conexiones entre ellos, algunos de estos
componentes son:
Parts: Las partes son los componentes que se obtienen de las
librerías tales como dispositivos pasivos o activos, circuitos
integrados, fórmulas matemáticas, fuentes de tensión y
corriente, etc.
Wire: son los hilos de conexión para realizar el cableado entre los
componentes.
BUS: Son un conjunto de conexiones que guardan cierta relación que
se agrupan en una sola.
Símbolos de alimentación y tierra: VCC, GND…
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CAPTURA DE ESQUEMÁTICOS. TIPOS DE JERARQUÍA
Jerarquía simple de una sola hoja (One-sheet).
Jerarquía plana con varias hojas (Flat).
Jerarquía Vertical.
Método Top-Down.
Método Bottom-Up.
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CAPTURA DE ESQUEMÁTICOS. EJEMPLO DE JERARQUÍA
VERTICAL CON TRES NIVELES
Esquema A
Nivel 0
Bloque jerárquico 1
Bloque jerárquico 2
Esquema B
Esquema C
Esquema B
Nivel 1
Bloque
Bloque
Bloque
jerárquico 1
jerárquico 2
jerárquico 3
Esquema D
Esquema D
Esquema E
U1A
R3
1
Nivel 2
U1A
U1A
1
3
2
Esquema C
Esquema E
Esquema D
R3
1
1k
2
1k
7400
2
1k
7400
7400
Componentes
R3
3
3
Componentes
Componentes
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PROCESADO DEL DISEÑO
En el procesado del diseño se especifican encapsulados, se identifican los
componentes y se genera información que se añade al diseño que se utiliza para la
simulación y para el diseño de la placa de circuito impreso.
IDENTIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES DE FORMA ÚNICA
LISTA DE CONEXIONES
CHEQUEO DE LAS REGLAS DE DISEÑO
LISTA DE CONEXIONES
LISTA DE MATERIALES
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PROCESADO DEL DISEÑO. COMANDOS EN LA HERRAMIENTA DE
DISEÑO ORCAD
Annotate. Asigna una referencia a cada componente de forma que se identifique de forma única.
Scope: Alcance de la actualización de las referencias.
Action: Qué hace con los componentes que ya tiene asignada una referencia.
Incremental reference update: Solo se asignan referencias a los componentes sin referenciar.
Unconditional reference update: Se asignan referencias a todos los componentes hayan sido o no
referenciados anteriormente.
Reset part reference to ?: Se referencian todos los componentes con su valor por defecto.
Add intersheet references: Añade referencias entre esquemas.
Delete intersheet references: elimina las referencias entre esquemas.
Mode: Especifica si se cambiarán las instancias o las preferencias.
Back Annotate
Update Properties
Design Rules Check
Create Netlist: crea una lista con las conexiones del esquema para poder usar esta información en otro programa
como por ejemplo en Layaout
Informes
Bill of materials: Genera una lista de materiales en un fichero
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Bibliografía
Simulación de Circuitos Electrónicos con OrCAD 16 DEMO
MARCOMBO S.L
BARCELONA, 2008
ISBN: 978-84267-1436-7
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E.T.S.I.I. Universidad de Vigo. Microcontroladores y simulación electrónica. Curso 2010-2011.