Dominando SPICE: Rarezas comunes y cómo evitarlas

"Basura entra, basura sale." —Anónimo

SPICE es un motor de simulación confiable, sin embargo tiene un puñado de idiosincrasias que pueden hacer tropezar incluso a usuarios experimentados. En este artículo nos centraremos en las reglas sutiles de formato de archivo y topología de circuito que SPICE exige, no en errores que produzcan resultados incorrectos. Muchas de estas rarezas eran específicas de SPICE 2g6, pero aún pueden surgir en versiones más nuevas.

Un inicio de archivo adecuado

Todo netlist SPICE debe comenzar con una línea que no sea de componente —típicamente un título, comentario o una línea en blanco. Si la primera línea es una tarjeta de componente, SPICE se detendrá con un mensaje de "error grave", a menudo atribuyendo erróneamente el problema a conexiones de nodos. Un simple salto de línea o comentario es suficiente para satisfacer al analizador.

El final debe ser limpio

La tarjeta final .end debe escribirse sin carácter de fin de línea. Después de escribir .end, detén el cursor inmediatamente después de la "d" y no presiones [Enter]. De lo contrario, SPICE reportará un error de "tarjeta .end faltante", que no afecta la simulación en sí pero ensucia la salida.

Incluir nodo 0

El nodo 0 es la referencia de tierra para todas las declaraciones de voltaje. Todo netlist válido debe contener el nodo 0; de lo contrario SPICE no puede resolver la escala de voltaje. Por ejemplo, un análisis CC listará voltajes relativos al nodo 0, como en:

node voltage node voltage ( 1) 15.0000 ( 2) 0.6522

Aquí el nodo 1 está a 15 V sobre tierra, y el nodo 2 está a 0.6522 V sobre tierra.

No dejes circuitos abiertos

Los circuitos abiertos —particularmente fuentes de voltaje abiertas— rompen la capacidad de SPICE para encontrar un camino de corriente. Al conectar una fuente de voltaje a la entrada de una fuente dependiente (ej., un modelo de amplificador operacional), inserta un resistor de alto valor (a menudo llamado rbogus) para proporcionar una carga mínima y mantener la simulación en marcha.

Evita bucles de voltaje/inductores "no-muertos"

SPICE trata los inductores como cortocircuitos y los capacitores como circuitos abiertos durante el análisis CC. Consecuentemente, bucles ininterrumpidos de inductores o fuentes de voltaje, o capacitores en serie sin camino CC, causan que el solucionador falle. Patrones ofensivos típicos incluyen:

netlist l1 2 4 10m l2 2 4 50m l3 2 4 25m

netlist v1 1 0 dc 12 l1 1 0 150m

netlist c1 5 6 33u c2 6 7 47u

Para remediar esto, inserta un shunt de baja resistencia para inductores y un shunt de alta resistencia para capacitores. Por ejemplo:

netlist original l1 2 4 10m l2 2 4 50m l3 2 4 25m

netlist corregido rbogus1 2 3 1e-12 rbogus2 2 5 1e-12 l1 3 4 10m l2 2 4 50m l3 5 4 25m

Los resistores rbogus son esencialmente cortocircuitos (1 pΩ), asegurando que el bucle de inductores ya no aparezca como un cortocircuito perfecto para el solucionador. Para capacitores:

netlist original c1 5 6 33u c2 6 7 47u

netlist corregido c1 5 6 33u c2 6 7 47u rbogus 6 7 9e12

Un shunt de 9 TΩ mantiene el camino CC sin afectar el comportamiento CA.

Medición de corriente en SPICE

Las sondas de voltaje son directas —solo referencias los dos nodos. Las sondas de corriente, sin embargo, requieren una referencia de fuente de voltaje. Si tu circuito carece de tal fuente, inserta una fuente "bogus" de cero voltios para anclar la medición:

c1 4 7 22u vbogus 6 4 dc 0 .print ac i(vbogus)

El análisis CA aún se aplica, así que la fuente de cero voltios no altera la simulación.

Ten en cuenta que SPICE asigna polaridad de corriente opuesta a la dirección convencional para una fuente CC. En un circuito simple en serie:

ejemplo v1 1 0 r1 1 2 5k r2 2 0 5k .dc v1 10 10 1 .print dc i(v1) .end

SPICE reporta –1 mA porque la corriente que sale del terminal negativo de v1 se considera negativa. Reorientando la fuente de cero voltios se puede forzar una lectura positiva si se desea.

Consejos para análisis de Fourier

Al ejecutar un análisis de Fourier (dominio de frecuencia), siempre imprime o grafica la forma de onda objetivo; de lo contrario SPICE se pausará y abortará después de mostrar la "solución transitoria inicial". Para fuentes de pulso que generan ondas cuadradas, proporciona un tiempo de subida y bajada realista. Una onda cuadrada ideal (bordes instantáneos) introduce incorrectamente armónicos pares en la transformada de Fourier de SPICE.