24

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 10/2001

Program CircuitMaker

jest opracowaniem firmy

Microcode Engineering

(USA)

1

.

Jest przeznaczony do

szybkiej i dok³adnej

symulacji elektronicznych

uk³adów analogowych,

cyfrowych i mieszanych.

P

odobnie jak inne, opisywane w Re-

AV, symulatory IsSpice i PSpice

program CircuitMaker bazuje na

procedurach analizy nieliniowej

uk³adów elektronicznych SPICE. CircuitMa-

ker v.6 mo¿e wspó³pracowaæ z programem

TraxMaker do projektowania p³ytek drukowa-

nych. Najnowsza wersja CircuitMakera 2000

2

stanowi po³¹czenie CircuitMakera PRO i Tra-

xMakera (m.in. biblioteka obudów zawieraj¹-

ca kilka tysiêcy elementów). Program mo¿e

byæ instalowany na komputerach klasy IBM-PC

o wymaganiach minimalnych:

q

procesor INTEL 80486,

q

pamiêæ RAM o pojemnoœci co najmniej

8 MB i co najmniej 15 MB wolnego miejsca na

twardym dysku,

q

karta graficzna VGA lub SVGA (zalecany

monitor kolorowy),

q

system operacyjny Microsoft Windows 95

lub Microsoft Windows NT4.

Ekran u¿ytkownika

Na rys.1 przedstawiono ekran programu

CircuitMaker v.6. podczas symulacji wzmacnia-

cza selektywnego, pobudzanego sygna³em

z generatora impulsowego. Wybrano taki

uk³ad, aby uwypukliæ selektywne dzia³anie

uk³adu.

Na podstawie schematu program tworzy listê

po³¹czeñ (netlist), a nastêpnie po uzupe³nieniu

jej rodzajami symulacji jest tworzone zadanie

symulacyjne (listing) sformu³owane w jêzyku

SPICE. W wyniku dzia³ania programu otrzy-

muje siê symulowane przebiegi lub wykresy.

W prawym oknie przedstawiono przyk³adowe

przebiegi napiêæ w ró¿nych punktach uk³a-

du, a w lewym – charakterystykê czêstotliwo-

œciow¹. Pod schematem widoczne jest wska-

zanie wirtualnego multimetru „do³¹czonego”

do wybranego punktu uk³adu.

Wartoœci napiêæ na wykresach mog¹ byæ okre-

œlane wzglêdem masy (Ref = Ground) lub

wzglêdem dowolnego punktu (odpowiada to

oscylografowi z wejœciem ró¿nicowym), co sto-

suje siê np. do okreœlania wartoœci pr¹du. Sto-

suj¹c technikê kliknij i ci¹gnij (Click and Drag)

mo¿na powiêkszaæ dowolny fragment prze-

biegu. W trybie „obs³ugi przez operatora” (Man)

mo¿na stosowaæ ró¿ne czu³oœci dla poszcze-

gólnych przebiegów. Po symulacji mo¿na na-

tychmiast uzyskiwaæ przebiegi dla dowolnych

wêz³ów uk³adu. Dla jednej symulacji praktycz-

na liczba elementów siêga kilkudziesiêciu.

Dla analizy pr¹du zmiennego mo¿na uzyski-

waæ tak¿e przebiegi U (lub I) = f (U lub I), co

stosuje siê m.in. do uzyskiwania dynamicz-

nych charakterystyk z pêtl¹ histerezy lub dyna-

micznych charakterystyk przejœciowych, u¿y-

wanych do okreœlania maksymalnych wartoœci

amplitud na wejœciu. Stosuj¹c technikê kliknij

i ci¹gnij powiêksza siê dowolny fragment prze-

biegu. Mo¿na tak¿e wykorzystywaæ Multimetr,

który wskazuje wartoœci (pr¹du sta³ego, war-

toœci œrednie lub skuteczne pr¹du zmiennego)

dla napiêæ lub pr¹dów.

W ramach wykresu czêstotliwoœciowego mo¿-

na wybraæ dla osi pionowej sk³adow¹ rzeczy-

wist¹ i urojon¹ lub amplitudê i fazê (rys.2).

Rzadko kto ma dostêp do mierników fazy

w szerokim zakresie czêstotliwoœci. Zdaniem

autora jest to najtañsza mo¿liwoœæ analizy fa-

zy w projektowanych uk³adach. Wykresy czê-

stotliwoœciowe mog¹ obejmowaæ wiele dekad

(np. 1 kHz

÷

1 GHz) i mog¹ byæ w siatce loga-

rytmicznej dla obu osi (np. oœ Y wyskalowana

w dB).

W uk³adach przenosz¹cych sk³adow¹ sta³¹

stosuje siê analizê sta³opr¹dow¹. Na rys.3

przedstawiono charakterystykê dla wzmac-

niacza operacyjnego pracuj¹cego jako wzmac-

niacz napiêciowy odwracaj¹cy o wzmocnieniu

10. Mo¿na na jej podstawie okreœliæ zakresy

liniowoœci, nasycenia i odpowiadaj¹ce im za-

kresy napiêæ wejœciowych i wyjœciowych (tak-

¿e przy ró¿nych napiêciach zasilania: 10, 11,

12, 13 i 14 V – patrz rozga³êzienie charakte-

rystyki w górnej czêœci).

Analizê parametryczn¹, czyli badanie wp³y-

wu zmian parametrów elementów, mo¿na pro-

wadziæ dla dwu elementów jednoczeœnie (jed-

nym z nich mog¹ byæ np. wartoœci wspó³czyn-

nika wzmocnienia pr¹dowego wybranego tran-

zystora). Dla schematu z rys.1 zmieniano (dla

przejrzystoœci) wartoœæ tylko jednego elemen-

tu – indukcyjnoœci cewki LT o wartoœci równej

96

µ

H o

±

20

µ

H z rozdzielczoœci¹ 10

µ

H

SYMULACJA UK£ADÓW

ELEKTRONICZNYCH

z CircuitMakerem

r

PORADNIK

ELEKTRONIKA

Rys. 1 . Widok ekranu programu CircuitMaker

1

Od roku 1999 w³aœcicielem programu jest firma Pro-

tel International Pty Ltd.

2

Wersja studencka (ograniczona) CircuitMaker v.6 i we-

rsja ewaluacyjna pakietu CircuitMaker 2000 jest do-

stêpna bezp³atnie w Internecie na stronie

http://www.circuitmaker.com/.

25

(tj. dla 76, 86, 96, 106 i 116

µ

H). Uzyskane wy-

niki przedstawiono na rys. 4 z liniow¹ skal¹ osi

poziomej. Mo¿na tak¿e stosowaæ analizê Fo-

uriera (na wykresie uzyskuje siê wartoœci har-

monicznych sygna³u) i okreœliæ wartoœæ wspó³-

czynnika zniekszta³ceñ nieliniowych analizowa-

nego sygna³u.

Przedstawione rodzaje symulacji umo¿liwiaj¹

podstawow¹ analizê uk³adów analogowych

i mieszanych. Na rys. 5 przedstawiono typowe

przebiegi dla licznika cyfrowego. W górnej

czêœci jest widoczna liczba taktów cyfrowego

generatora impulsów (pulser). Liczba anali-

zowanych przebiegów jest dowolna i prak-

tycznie ograniczona tylko rozmiarami ekranu

monitora. Liczba taktów mo¿e siêgaæ tysiêcy

(dla z³o¿onych uk³adów), a obraz stanów lo-

gicznych p³ynie po ekranie. Symulacjê mo¿na

uruchamiaæ i zatrzymywaæ w dowolnym cza-

sie i przeplataæ j¹ z symulacj¹ krokow¹. Do ba-

dania uk³adów cyfrowych mo¿na stosowaæ

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 10/2001

generator s³ów (sequencer) o pojemnoœci do

32 tys. dowolnie programowanych s³ów

8-bitowych.

Menu u¿ytkownika

W górnej czêœci ekranu (rys.1) znajduje siê pa-

sek rozwijanego g³ównego menu u¿ytkownika,

zawieraj¹cy grupy instrukcji: File, Edit, Window

i Help (spotykane w innych programach dzia-

³aj¹cych w systemie operacyjnym Microsoft

Windows) oraz specyficzne dla CircuitMakera

grupy funkcji: Macros

3

, Options, View, Simu-

lation i Devices.

Macros s³u¿y do tworzenia makroinstrukcji

(tj. sekwencji poleceñ umo¿liwiaj¹cych two-

rzenie bloków funkcjonalnych, zawieraj¹cych

kilka elementów podstawowych, np. wzmac-

niacza ró¿nicowego wywo³ywanego jednym

poleceniem).

Options obejmuje funkcje zwi¹zane m.in.

z oznaczaniem po³¹czeñ, numerów wêz³ów

oraz automatycznym nadawaniem nazwy ele-

mentom.

Simulation zawiera instrukcje umo¿liwiaj¹ce

wybór rodzaju analizy _ analogowy i cyfrowy,

okreœlanie warunków (wartoœci) analizy, ro-

dzaje analizy _ krokowa, automatyczna itp.

Devices umo¿liwia szybkie wyszukiwanie ele-

mentów.

Drugi pasek zawiera szereg ikon przyporz¹d-

kowanych najczêœciej stosowanym polece-

niom, jest podzielony na 7 grup tematycznych.

Wskazanie ikony powoduje pokazanie siê na-

pisu o jej przeznaczeniu i funkcjach.

Biblioteka

CircuitMaker v.6. dysponuje bogat¹ bibliotek¹

zawieraj¹c¹ 4 tys. modeli elementów i wirtu-

alnych bloków funkcjonalnych. W tablicy wy-

mieniono w zarysie rodzaje i rodziny elemen-

tów i uk³adów: diody, elementy aktywne (m.in.

tranzystory), cyfrowe uk³ady scalone; wskaŸni-

ki i prze³¹czniki, analogowe uk³ady scalone,

elementy pasywne, ró¿ne, Ÿród³a sygna³owe,

bloki arytmetyczne, zasilacze i Ÿród³a, bloki

funkcyjne.

n

Bogumi³ Owczarek

3)

Nie wystêpuje w wersji ewaluacyjnej

Diody

Diody, mostki prostownicze, LED-y, stabilistory (diody Zenera), diody pojemno-
œciowe (warikapy), diody Schottky,ego (du¿ej mocy) i fotodiody

Elementy czynne

Tranzystory bipolarne n-p-n i p-n-p, uk³ady Darlingtona, tranzystory polowe z³¹czo-
we z kana³em N, z kana³em P, tranzystory polowe MOS NMOS (N-DMOS z ka-
na³em zubo¿anym, N-EMOS z kana³em wzbogacanym) i PMOS (P-DMOS,
P-EMOS), tyrystory, triaki i transoptory

Cyfrowe uk³ady scalone

Serie 40xx, 41xx, 45xx, 47xx, 74xxx, 1k RAM, 32x8 PROM oraz podstawowe
uk³ady logiczne _ bramki, inwertery itp

Wyœwietlacze, wskaŸniki

WskaŸniki alfanumeryczne i prze³¹czniki heksadecymalne, 7-segmentowe wskaŸni-

i prze³¹czniki

ki LED, wskaŸniki logiczne, klucze CMOS, cyfrowy generator impulsów, generator
s³ów (sequencer), prze³¹czniki sterowane (U lub I) itp

Analogowe uk³ady scalone

Wzmacniacze operacyjne, komparatory, uk³ady czasowe, bufory, wzmacniacze,
modulatory, uk³ady mno¿¹ce, przetworniki a/c i c/a, uk³ady PLL (z pêtl¹ fazow¹) i VCO
(generatory o czêstotliwoœci sterowanej napiêciem)

Elementy bierne

Elementy R, L, C, kondensatory elektrolityczne i cewki indukcyjne sprzê¿one

Ró¿ne

Rezonatory kwarcowe, FVC (przetwornik f - U), VFC (przetwornik U - f), bezpiecz-
niki, przekaŸniki, transformatory, kable ekranowane, silniki krokowe, lampy elektro-
nowe, z³¹cza i koñcówki, przyciski

ród³a sygna³ów

Generatory sinusoidalne, prostok¹tne, trójk¹tne, pi³ozêbne, przebiegów AM i FM
i inne; mog¹ byæ napiêciowe lub pr¹dowe.

Bloki arytmetyczne

Dodawanie, odejmowanie, mno¿enie, dzielenie (2- lub 4-wejœciowe) i 2 x 18 ró¿-
nych funkcji (ABS, LN, LOG, EXP, SQRT (pierwiastek kwadratowy), UNARY (funk-
cja przyjmuj¹ca tylko wartoœci +1 lub -1), SIN, COS, TAN (tg), ASIN (arcsin), ACOS,
ATAN, SINH (sin hiperboliczny), COSH, TANH, ASINH (arcsin hiperboliczny)
ACOSH, ATANH). Wszystkie mog¹ mieæ wyjœcia napiêciowe lub pr¹dowe.

Zasilacze i Ÿród³a

Zasilacze napiêciowe i pr¹dowe, 4 rodzaje Ÿróde³ sterowanych o dowolnie okreœla-
nych wspó³czynnikach transformacji (U

→

Ÿród³o U, U

→

Ÿród³o I, I

→

Ÿród³o U,

I

→

Ÿród³o I), stabilizatory i Ÿród³a referencyjne

Bloki funkcyjne

Ca³kuj¹cy, ró¿niczkuj¹cy, wzmacniacz, ograniczniki U i I, uk³ad z histerez¹, gene-

(programowane)

rator pojedynczego impulsu (oneshot) itp

Rys. 2. Charakterystyka fazy w funkcji czêstotliwoœci

Rys. 3. Charakterystyki sta³opr¹dowe

wzmacniacza operacyjnego

µµ

A741

Rys. 4. Wykres analizy parametrycznej

wzmacniacza wg rys.1

Rys. 5. Przebiegi analizy funkcjonalnej uk³adu cyfrowego (TP1 _ sygna³ steruj¹cy, TP2

÷÷

TP5 impulsy

na wyjœciach dzielnika binarnego, TP6

÷÷

TP12 impulsy na wyjœciach dekodera kodu BCD steruj¹cego

7_-segmentowym wskaŸnikiem LED, TP12

÷÷

TP6 odpowiadaj¹ wejœciom a

÷÷

g wskaŸnika)