Gestione delle librerie in OrCAD Capture 9.2 ed utilizzo di modelli

Gestione delle librerie in OrCAD Capture 9.2 ed utilizzo di modelli
SPICE forniti dai costruttori
1. Introduzione
Questa guida propone un breve tutorial riguardante la gestione di librerie SPICE nell’ambiente
Capture di OrCAD. La release cui si farà riferimento in questo documento è la 9.2. Il tutorial, senza
alcuna pretesa di essere esaustivo di tutte le potenzialità offerte dal software, ha come scopo
principale quello di illustrare come configurare una libreria di modelli SPICE all’interno di Capture
e come predisporre una corrispondente libreria di componenti al fine di utilizzarli all’interno di uno
schematico. Tale operazione è particolarmente utile nel momento in cui si disponga di modelli
SPICE di dispositivi e/o integrati forniti dal costruttore e si desideri impiegare tali modelli nelle
proprie simulazioni.
2. Generalità
E’ importante distinguere due tipi di librerie che è necessario configurare al fine di poter utilizzare
un modello SPICE in Capture:
•
La libreria di modelli SPICE (.LIB)
La libreria di modelli SPICE (model library) ha estensione .LIB ed è quella che contiene la
descrizione in linguaggio SPICE dei modelli che si vogliono utilizzare. E’ quindi un file di
testo e contiene tipicamente un insieme di definizioni .MODEL e .SUBCKT, con le quali
viene descritto il comportamento di dispositivi, circuiti integrati, ecc…
•
La libreria dei componenti (.OLB)
La libreria dei componenti (part library) è quella che contiene gli oggetti che è possibile
utilizzare in uno schematico Capture. Ogni componente è descritto da un simbolo grafico e
da svariati parametri fra cui un nome, un insieme di pin, nonché il riferimento al modello
SPICE che descrive il comportamento dell’oggetto.
Nell’ottica di utilizzare un modello SPICE in Capture sarà necessario:
1) Importare tale modello in una libreria .LIB (o creare una nuova libreria contenente tale
modello)
2) Definire un simbolo, associarlo al modello SPICE considerato e salvare il simbolo in una
libreria .OLB (o creare una nuova libreria contenente il simbolo)
3) Configurare le librerie .LIB e .OLB così create per il loro utilizzo nell’ambito di un progetto
in Capture
3. Creazione di una libreria di modelli SPICE
Si supponga di voler creare una nuova libreria myLib.LIB contenente alcuni modelli SPICE forniti
da costruttori e scaricabili dai corrispondenti siti WEB. In questo tutorial si supporrà di voler
includere in tale libreria:
•
•
Il modello SPICE del diodo standard recovery 1N4007, scaricabile ad esempio da
http://www.onsemi.com/pub/Collateral/1N4007.REV0.LIB
Il modello SPICE dell’amplificatore operazionale TL081 prodotto dalla Burr-Brown,
scaricabile da http://www.ti.com/litv/zip/sloj069
Da entrambi i link indicati scaricare dunque i modelli. Si disporrà a questo punto di due file di testo,
rispettivamente 1N4007.REV0.LIB e TL081.301, che andranno inseriti nella libreria myLib.LIB.
A questo scopo il tool messo a disposizione da OrCAD è il PSpice Model Editor, presente fra le
applicazioni del pacchetto OrCAD 9.2. Lanciare quindi il model editor e creare una nuova libreria
con File New, come descritto in fig.1. A questo punto è possibile aggiungere i due modelli
SPICE alla libreria per poi salvarla con il nome myLib.LIB.
Fig. 1 – Creazione di una nuova libreria
Fig.2 – Importazione di un modello SPICE
Vi sono diversi modi di fare ciò; il metodo descritto in questo tutorial è quello di utilizzare Model
Import… come si vede in fig.2. Selezionare a questo punto il file di testo 1N4007.REV0.LIB
contenente il modello dell’1n4007 ed importarlo.
Ripetuta l’operazione per il modello SPICE del
TL081, la libreria apparirà come in fig. 3. Come si può
constatare cliccando sui nomi dei due modelli, il
TL081 è definito mediante un sottocircuito
(.SUBCKT) che ha lo stesso nome dell’operazionale,
mentre il diodo 1n4007 è stato definito mediante un set
di parametri (.MODEL) denominato D1N4007.
Fig.3 – Contenuto finale della libreria
Resta da salvare la libreria come myLib.LIB con File
Save as. La predisposizione della libreria .LIB è ora completa.
4. Definizione della libreria dei componenti
Il secondo passo consiste nel definire una libreria .OLB di componenti al fine di disporre di due
simboli grafici per il TL081 e per l’1N4007 per il loro impiego in uno schematico Capture. A
ciascun simbolo andrà associato l’appropriato modello SPICE.
Tutte queste operazioni si effettuano da Capture. Nuovamente, esistono diversi modi di creare un
nuovo simbolo e salvarlo in una libreria; in linea di principio è possibile disegnare il simbolo
manualmente utilizzando il Part Editor messo a disposizione all’interno di Capture. Tuttavia in
questo tutorial si esaminerà una via in qualche modo più rapida, la cui filosofia è quella di utilizzare
un simbolo già esistente per creare un nuovo componente.
Allo scopo, lanciare Capture e con File New Project… creare un nuovo progetto. Si scelga in
particolare lo schematic wizard, in modo da avere disponibile uno schematico (fig.4).
Fig. 5 – Simbolo del componente D1N4002
Si voglia ora procedere a definire un
componente per il diodo 1n4007. Mediante
Place Part… piazzare nello schematico il
componente D1N4002, disponibile nella
libreria EVAL.OLB di OrCAD. Il suo simbolo,
Fig. 4 – Predisposizione di uno schematico
visibile in fig.5, verrà ora utilizzato per definire
il nuovo componente. Cliccando col tasto destro del mouse
sul simbolo selezionare Edit Part… (fig.6) per lanciare il
Part Editor di Capture. Con ciò Capture automaticamente
creerà un nuovo componente dal nome D1N4002_0 e lo
piazzerà nella Design Cache del progetto. Tutti gli edit
successivi modificheranno tale nuovo componente,
lasciando inalterato l’originario D1N4002.
Le modifiche da apportare al componente D1N4002_0
nell’ambito del Part Editor sono essenzialmente due.
Mediante Options Part Properties… visualizzare le
proprietà del componente (fig.7). La prima cosa da
modificare è la proprietà Implementation: impostare
‘D1N4007’, che è il nome del modello SPICE del diodo
Fig. 6 – Per lanciare il part editor
1n4007 scaricato in precedenza ed aggiunto alla libreria
myLib.LIB; in secondo luogo è utile modificare la
proprietà Value, impostando anche qui D1N4007. Ciò fa in modo che sullo schematico venga
visualizzato un nome indicativo del componente effettivamente modellato. Fatte queste due
modifiche, dare l’OK e chiudere il Part Editor con File Close. Selezionare Update Current
nella finestra di dialogo che comparirà.
Il componente così creato, il cui nome è D1N4002_0, è visibile nella Design Cache del progetto
(fig.8). La cosa importante da fare, ora, è salvare questo componente in una libreria .OLB. Creare
innanzi tutto la libreria con File New
Library. La libreria comparirà, con il
nome library1.OLB, fra le risorse del
progetto, come illustrato in fig.9. A
questo punto è sufficiente selezionare il
componente D1N4002_0 nella Design
Cache, copiarlo (Ctrl+C) ed incollarlo
(Ctrl+V) nella libreria appena creata. E’
utile infine rinominare il componente
appena copiato come D1N4007 (fig.10).
Da ultimo, salvare la libreria .OLB
appena creata come myLib.OLB, come si
vede in fig.11.
Fig. 7 – Edit delle proprietà del componente
Fig. 8 – Desigh Cache del
progetto dopo l’edit del nuovo
componente
Fig. 10 – Per rinominare il nuovo componente
Fig. 9 – Creazione della nuova
libreria .OLB
Fig. 11 – Per salvare la libreria .OLB creata
Si può a questo punto procedere alla definizione di un componente per l’amplificatore operazionale
TL081. Un simbolo utilizzabile per questo amplificatore è quello dell’operazionale uA741, presente
nella libreria EVAL.OLB. La procedura da seguire è del tutto analoga a quella già seguita per il
diodo 1N4007, e non verrà descritta nuovamente. Il nuovo componente potrà essere salvato
anch’esso nella libreria myLib.OLB.
Nota: In generale è importante accertarsi che i pin del componente siano coerentemente associati ai
morsetti del modello SPICE che implementa il componente stesso. Si consideri ad esempio il
modello SPICE dell’amplificatore operazionale uA741: la prima riga della definizione .SUBCKT è
del tipo
.SUBCKT uA741
12345
I morsetti 1,2,3,4 e 5 rappresentano rispettivamente l’ingresso non invertente, l’ingresso invertente,
il morsetto di alimentazione positiva, quello di alimentazione negativa e il morsetto di uscita. Nel
simbolo dell’amplificatore operazionale uA741 tali morsetti hanno i nomi rispettivamente “+”, “-“,
“V+”, “V-“, “OUT”. L’associazione fra i nomi dei pin del componente e i morsetti del modello
SPICE avviene all’interno del cosiddetto PSpice Template del componente, visibile fra le proprietà
del componente stesso, proprio come le proprietà Implementation e Value precedentemente
Fig. 12 – Impostazione della libreria di modelli
discusse. Il template è una stringa che viene utilizzata da PSpice per istanziare il componente
all’interno della netlist durante la generazione di quest’ultima, tipicamente all’inizio di ogni
simulazione. Il template del componente uA741 è del tipo:
X^@REFDES %+ %- %V+ %V- %OUT @MODEL
Come si può vedere all’interno del template è presente una successione di stringhe del tipo
%pin_name, il cui scopo è quello di associare i pin del componente ai morsetti del sottocircuito
SPICE. L’associazione è di tipo posizionale: il pin “+” viene associato al nodo 1 del sottocircuito, il
pin “-“ viene associato al nodo 2, e così via. Nel caso in cui il template del componente non associ
correttamente i pin ai morsetti SPICE sarà necessario editare opportunamente il template stesso,
correggendo l’ordine. Nel caso dell’amplificatore operazionale TL081 ciò non è necessario in
quanto nel modello SPICE relativo i morsetti hanno lo stesso ordinamento e significato che essi
hanno nel uA741. In generale, tuttavia, è opportuno controllare sempre la coerenza
dell’associazione fra pin e nodi del modello SPICE.
5. Impostazione delle librerie .LIB e .OLB per l’utilizzo in un progetto Capture
Le librerie myLib.LIB e myLib.OLB preparate nelle sezioni 3 e 4 andranno opportunamente
configurate nell’ambito di un progetto Capture affinchè esse siano visibili al programma e possano
dunque essere utilizzate.
Per quanto riguarda la libreria di modelli SPICE myLib.LIB, essa va impostata nel profilo di
simulazione che si intende utilizzare nel proprio progetto. Da PSpice Edit Simulation Profile si
può accedere ai dati del profilo di simulazione; sotto la voce Libraries sarà possibile impostare il
file myLib.LIB fra le librerie, come illustrato in fig.12. Nel fare ciò si potrà inoltre decidere se
aggiungere la libreria a livello globale in modo che essa sia visibile a tutti i futuri progetti (Add as
Global) oppure se essa sarà locale al progetto corrente (Add to Design).
La libreria di componenti myLib.OLB potrà essere configurata selezionando Library fra le risorse
di progetto e successivamente, cliccando con il tasto destro del mouse, Add File, come
esemplificato in fig.13. Questa operazione imposta la libreria myLib.OLB come locale al progetto.
Concluse queste operazioni le librerie appariranno fra le risorse di progetto, come visibile in fig.14.
Fig. 13 – Aggiunta della libreria
di componenti al progetto
Fig. 14 – Entrambe le librerie sono
impostate
Da questo momento in poi sarà possibile piazzare i nuovi componenti nello schematico di progetto
agendo su Place Part: la libreria myLib.OLB risulterà visibile assieme alle altre librerie
configurate, come si vede in fig.15. Se si desidera impostare myLib.OLB come libreria di
componenti globale, dunque visibile in ogni progetto futuro, utilizzare il comando Add Library,
anch’esso visibile in fig.15.
Fig. 15 – Per utilizzare i nuovi componenti in uno schematico
6. Considerazioni conclusive
In questo tutorial si è proposta una procedura operativa atta a creare librerie SPICE personalizzate e
predisporle per l’utilizzo nel proprio progetto mediante Capture. Si sottolinea ancora una volta che
la procedura proposta rappresenta un modo di ottenere il risultato desiderato, che non va considerato
l’unico né necessariamente il più conveniente. Il lettore interessato è invitato a consultare la
manualistica online fornita con il pacchetto OrCAD, nonché ovviamente a provare di persona ad
utilizzare i vari tool fino a trovare una tecnica giudicata soddisfacente.
Ing. Luca Corradini
Prof. Paolo Mattavelli