در طراحی مدارهای الکترونیکی واقعی، بررسی یک مدار تنها به محاسبه ولتاژ و جریان محدود نمی‌شود. مهندس طراح معمولاً باید رفتار مدار را در شرایط مختلف، پاسخ زمانی، پاسخ فرکانسی، نقطه کار، نویز، تغییر پارامترها و تأثیر مدل واقعی قطعات مورد بررسی قرار دهد. HSPICE ابزارهایی را برای انجام بسیاری از این تحلیل‌ها در اختیار کاربر قرار می‌دهد.

HSPICE چیست و چه کاربردی دارد؟

HSPICE یک شبیه‌ساز مداری مبتنی بر SPICE است که برای تحلیل مدارهای الکترونیکی در سطح قطعه و ترانزیستور مورد استفاده قرار می‌گیرد. کاربر می‌تواند ساختار مدار، قطعات، منابع، پارامترهای مدل و نوع تحلیل مورد نظر را تعریف کرده و سپس رفتار مدار را شبیه‌سازی کند.

یکی از ویژگی‌های مهم HSPICE امکان استفاده از مدل‌های دقیق قطعات نیمه‌هادی است. این قابلیت در طراحی مدارهای مجتمع اهمیت زیادی دارد، زیرا رفتار واقعی ترانزیستورها به پارامترهای تکنولوژی ساخت وابسته است.

در این آموزش با روند کلی ایجاد و تحلیل یک مدار در HSPICE آشنا می‌شوید و یاد می‌گیرید چگونه اطلاعات مدار را به فرم قابل فهم برای نرم‌افزار تبدیل کنید.

آشنایی با Netlist در HSPICE

یکی از مباحث مهم در کار با HSPICE، مفهوم Netlist است. Netlist یک توصیف متنی از مدار است که در آن قطعات، نحوه اتصال آن‌ها، مقادیر پارامترها، مدل‌های مورد استفاده و نوع تحلیل مشخص می‌شوند.

بنابراین برای کار حرفه‌ای با HSPICE لازم است کاربر علاوه بر آشنایی با مدارهای الکترونیکی، بتواند ساختار یک فایل Netlist را نیز درک کند.

در یک پروژه معمولی HSPICE مراحل کلی زیر انجام می‌شوند:

• تعریف المان‌ها و اتصالات مدار
• مشخص کردن مدل قطعات
• تعریف منابع ورودی
• تعیین نوع تحلیل
• مشخص کردن خروجی‌های مورد نیاز
• اجرای شبیه‌سازی
• مشاهده و تحلیل نتایج

تحلیل نقطه کار DC

یکی از اولین تحلیل‌هایی که در بسیاری از مدارهای الکترونیکی انجام می‌شود، تحلیل DC Operating Point است. در این تحلیل وضعیت مدار در حالت ماندگار بررسی می‌شود و می‌توان مقادیری مانند ولتاژ گره‌ها، جریان شاخه‌ها و نقطه کار ترانزیستورها را مشاهده کرد.

این تحلیل در طراحی مدارهای ترانزیستوری اهمیت ویژه‌ای دارد؛ زیرا قبل از بررسی رفتار AC یا گذرای مدار باید مطمئن شویم ترانزیستورها در ناحیه کاری مورد نظر قرار گرفته‌اند.

تحلیل گذرا یا Transient

تحلیل Transient برای بررسی رفتار مدار در حوزه زمان استفاده می‌شود. در این حالت می‌توان مشاهده کرد که ولتاژها و جریان‌های مدار چگونه با گذشت زمان تغییر می‌کنند.

از این تحلیل می‌توان برای بررسی موضوعاتی مانند پاسخ مدار به ورودی پله، رفتار سوئیچینگ، شارژ و دشارژ خازن، مدارهای دیجیتال و تغییرات زمانی خروجی استفاده کرد.

تحلیل AC و پاسخ فرکانسی

با استفاده از تحلیل AC می‌توان رفتار مدار را در فرکانس‌های مختلف بررسی کرد. این تحلیل به‌خصوص در طراحی تقویت‌کننده‌ها، فیلترها و مدارهای آنالوگ اهمیت زیادی دارد.

از طریق تحلیل AC می‌توان پارامترهایی مانند بهره مدار و تغییرات پاسخ آن نسبت به فرکانس را مورد بررسی قرار داد و محدوده فرکانسی عملکرد مدار را بهتر شناخت.

تحلیل نویز

نویز یکی از عوامل مهم در طراحی مدارهای الکترونیکی، به‌خصوص مدارهای آنالوگ و تقویت‌کننده‌ها است. HSPICE امکان بررسی رفتار نویزی مدار را نیز فراهم می‌کند.

با استفاده از این قابلیت می‌توان اثر منابع مختلف نویز در مدار را بررسی کرد و عملکرد مدار را از نظر کیفیت سیگنال مورد ارزیابی قرار داد.

تحلیل فوریه

یکی دیگر از قابلیت‌های HSPICE، بررسی مؤلفه‌های فرکانسی سیگنال با استفاده از تحلیل فوریه است. این تحلیل در بررسی اعوجاج و محتوای هارمونیکی خروجی مدار کاربرد دارد.

برای مدارهایی که دارای رفتار غیرخطی هستند، تحلیل مؤلفه‌های فرکانسی خروجی می‌تواند اطلاعات مهمی درباره کیفیت عملکرد مدار در اختیار طراح قرار دهد.

شبیه‌سازی المان‌های مختلف مدار

در این دوره با نحوه استفاده از انواع المان‌های الکتریکی و الکترونیکی در محیط HSPICE آشنا خواهید شد. این المان‌ها می‌توانند شامل موارد زیر باشند:

• مقاومت
• خازن
• سلف
• منابع ولتاژ
• منابع جریان
• منابع وابسته
• دیود
• ترانزیستور BJT
• ترانزیستورهای MOS
• کلیدهای کنترل‌شونده
• اتصالات و عناصر بین‌اتصالی

آشنایی با نحوه تعریف صحیح این قطعات در Netlist یکی از مهارت‌های پایه برای انجام پروژه‌های HSPICE است.

مدل‌سازی ترانزیستورها و فایل‌های تکنولوژی

در شبیه‌سازی مدارهای مجتمع، مدل ترانزیستور اهمیت بسیار زیادی دارد. رفتار ترانزیستورهای واقعی به تکنولوژی ساخت و پارامترهای فیزیکی مختلف وابسته است.

در کنار این آموزش تعدادی فایل تکنولوژی مربوط به ترانزیستورها و فناوری‌های مختلف CMOS و BJT نیز در اختیار کاربران قرار گرفته است. این فایل‌ها می‌توانند برای تمرین و انجام شبیه‌سازی‌های مختلف مورد استفاده قرار گیرند.

از جمله نمونه‌های موجود می‌توان به مدل‌هایی برای فناوری‌های مختلف CMOS مانند 50nm، 65nm، 90nm، 0.18µm، 0.25µm، 1µm و 1.2µm اشاره کرد.

بررسی حساسیت مدار

یکی دیگر از مباحث مهم در طراحی الکترونیک، بررسی اثر تغییر پارامترهای اجزای مدار بر خروجی است. تغییر مقدار مقاومت، خازن، پارامترهای ترانزیستور یا سایر المان‌ها ممکن است باعث تغییر قابل توجه رفتار مدار شود.

با استفاده از ابزارهای تحلیل HSPICE می‌توان حساسیت عملکرد مدار نسبت به برخی از این پارامترها را مورد بررسی قرار داد. این موضوع در طراحی مدارهای مقاوم و قابل اطمینان اهمیت زیادی دارد.

این آموزش برای چه افرادی مناسب است؟

این فیلم آموزشی برای دانشجویان و پژوهشگران رشته‌های زیر می‌تواند مفید باشد:

• مهندسی برق
• مهندسی الکترونیک
• طراحی مدارهای مجتمع
• میکروالکترونیک
• مدارهای آنالوگ
• مدارهای دیجیتال
• طراحی VLSI
• دانشجویان فعال در حوزه CMOS
• پژوهشگران حوزه طراحی IC

همچنین اگر برای پروژه دانشگاهی، پایان‌نامه یا مقاله خود نیاز به شبیه‌سازی مدارهای ترانزیستوری دارید، آشنایی با HSPICE می‌تواند مهارت کاربردی مهمی برای شما باشد.

رویکرد این دوره

تمرکز این فیلم آموزشی بر آشنایی عملی با محیط و دستورات HSPICE و نحوه استفاده از آن برای شبیه‌سازی مدار است. بنابراین مطالب دوره به شکلی ارائه شده‌اند که کاربر بتواند پس از آشنایی با اصول اولیه، مدارهای مورد نظر خود را تعریف کرده، نوع تحلیل مناسب را انتخاب کند و نتایج شبیه‌سازی را مشاهده و بررسی نماید.

هدف دوره این است که مخاطب علاوه بر آشنایی نظری با قابلیت‌های نرم‌افزار، روند واقعی انجام یک شبیه‌سازی مدار در HSPICE را نیز یاد بگیرد.

با پیچیدگی و گستردگی مدارهاي الكترونيكي امروزه استفاده از رایانه در تجزيه و تحليل ضرورت پیدا کرده است.

نرم­ افزار HSPICE رایج­ ترین نرم­ افزار شبيه سازي مدارهاي الكتريكي و الكترونيكي مي­باشد. اين برنامه قابليت تجزيه و تحليل­ گذرا، dc، ac، نویز و فوریه را در مدارهاي الكتريكي و الكترونيكي دارد.

در این برنامه مدارها مي توانند شامل مقاومت، خازن، سلف (بدون تزويج متقابل و با تزويج متقابل)، اتصالات میانی غیر ایده آل، كليدهاي كنترل شده با جريان يا ولتاژ، منابع ولتاژ و جريان مستقل و وابسته و عناصر نيمه هادي مانند انواع دیودها و ترانزیستورها باشند.

از دیگر قابلیت های این نرم افزار می توان به موارد زیر اشاده کرد:

بررسي اثر تغييرات اجزای مدار و محاسبه­ی حساسيت رفتار مدار نسبت به آن (شامل مقاومت­ها، سلف­ها، خازن­ها، ديودها و ترانزيستورها و … )
در نظر گرفتن آثار غير خطي المان ها در رفتار مدار
بهينه سازی مدار با توجه به موارد فوق
بررسي رفتار مدارهای الکترونیکی از نظر انواع نويزها و تجزيه و تحليل آن­ها در حوزه­ی فركانس و به دست آوردن طيف فركانسي بر مبناي تجزيه و تحليل فوريه
در استفاده از برنامه HSPICE براي تجزيه و تحليل مدارها چهار مرحله اساسي زير را بايد در نظر گرفت:

تبديل مدار به يك برنامه قابل فهم براي HSPICE (فایل NetList)
تعيين نوع تجزيه و تحليل مورد نياز
تعيين ورودي و خروجي هاي مورد نظر
اجرا كردن برنامه و ديدن شكل موجهاي نقاط مختلف مدار

سرفصلهای دوره

مقدمه پیرامون مدارهای الکترونیکی و مقایسه انواع نرم افزارهای شبیه ساز مدار
آموزش نصب و راه­ اندازی نرم افزار
آشنایی با اصول کلی طراحی مدارهای مجتمع آنالوگ و دیجیتال
معرفی ساختار کلی نرم ­افزار
بیان نحوه تحلیل مدار توسط نرم افزار از لحاظ حالات گذرا، نقطه کار dc، تحلیل ac، نویز و فوریه
آموزش نحوه شبیه سازی انواع غیر فعال توسط نرم افزار
آموزش نحوه شبیه سازی اتصالات میانی توسط نرم افزار HSPICE
آشنایی با نحوه بررسي اثر تغييرات اجزای مدار و محاسبه­ ی حساسيت رفتار مدار نسبت به آن (شامل مقاومت­ها، سلف­ها، خازن­ها، ديودها و ترانزيستورها و … )

آشنایی با spice explorer

مدت زمان فیلم 120 دقيقه

ارسال لینک دانلود به ایمیل شما بعد از سفارش

خلاصه ای از این فیلم آموزشی را در قسمت زیر میتوانید بببینید:
کیفیت این کلیپ پایین آورده شده است تا در اینترنت های سرعت پایین هم قابل پخش شدن باشد. برای دیدن کیفیت اصلی این فیلم کوتاه را از لینک پایین دانلود کنید.

دانلود کلیپ خلاصه این فیلم آموزشی

بنا به نظر دوستان تکنولوژی فایل های در دسترس برای دانلود در این قسمت قرار می گیرند.

password: matlab1.ir

تکنولوژی فایل ترانزیستور BJT

BJT Model

تکتولوژی فایل ترانزیستور BICMOS

bicmos12

تکنولوژی فایل CMOS 50 nm

50nm

تکنولوژی فایل CMOS 1 um

1um

تکنولوژی فایل CMOS 1.2 um

1.2um

تکنولوژی فایل CMOS 65 nm

65nm berkley

تکنولوژی فایل CMOS 90 nm

90nm_berkley

تکنولوژی فایل CMOS 0.18 um

mm018

تکنولوژی فایل CMOS 0.25 um

MIX025_1

نوشته فیلم آموزش فارسی HSPICE اولین بار در ایران متلب پدیدار شد.