Benjamin CHARLES
Renan CORBIERE
Farid KUYASIN
E.S.I.N.S.A 3
Année 2002 -2003
1
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
Barre d’outil : (normalement placée sur le coté droit de la fenêtre Orcad Capture)
2
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
3
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
4
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
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2.1
Les Sources de Tension (Bibliothèque Source.olb)
VDC
V1
10V
Source de tension continue
VAC
Source de tension pour les analyses fréquentielles
V1
1V
Ne convient pas pour les analyses temporelles
VSIN
Source de tension sinusoïdale pour les analyses temporelles
V1
Paramétrage :
VOFF
VAMPL
FREQ
V OFF =
V A MPL =
FREQ =
Tension d’offset
Amplitude
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
V2
TD
TR
TF
PW
PER
Potentiel à l’état bas
Potentiel à l’état haut
Temps de retard à l’apparition du signal
Temps de montée
Temps de descente
Largeur d’impulsion
Période
V1 =
V2 =
TD =
TR =
TF =
PW =
PER =
V1
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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 )
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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
8
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. Celleci 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
9
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
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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).
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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.
La durée de la
simulation
Choisir le pas
d ’affichage
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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.
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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
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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.
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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 :
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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
à –3dB. On peut écrire 0 pour avoir l’asymptote horizontale.
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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.
R1
10k
E
V OFF = 0
V1
V A MPL = 10
FREQ = {FVA R}
S
C1
10n
V
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).
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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 :
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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.
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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.
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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)
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