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M.C. Héctor Santiago Ramírez
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SIMULADOR DE CIRCUITOS SPICE

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¿Qué es SPICE?
§ Es un simulador de circuitos analógicos de código abierto de propósito
general.
§ Sus siglas significan: Simulator Program with Integrated Circuit
Emphasis, Simulador de Circuitos con Énfasis en Circuitos Integrados.
§ Es un programa que se utiliza para verificar la integridad de los
diseños de circuitos tanto a nivel integrado como discreto y sobre todo
para predecir el comportamiento de tales circuitos antes de su
realización física.
§ El costo de fabricar un nuevo circuito integrado es muy elevado. Es
por esto que cada diseño debe aspirar casi a la perfección. Aquí entran
los simuladores de circuitos, que predicen en un elevadísimo
porcentaje cómo será el comportamiento del nuevo circuito integrado,
reduciendo los riesgos de fallas del mismo.

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Historia (breve)
§ SPICE fue desarrollado en los laboratorios de la Universidad de
California en Berkeley, por Laurence Nagel , bajo la asesoría del Prof.
Donald Pederson, en los años 60’s.
§ SPICE1, la primera versión de SPICE fue presentada en 1973.
§ SPICE1 fue programado en FORTRAN y utiliza el análisis nodal para
obtener el sistema de ecuaciones del circuito.
§ La popularidad de SPICE comenzó con la presentación de SPICE2, la
segunda versión, la cual solucionó algunos problemas que presentaba
SPICE1 como: representación de inductores, fuentes de tensión
flotadas, y la representación de fuentes controladas.
§ SPICE2 utiliza el método de Análisis Nodal Modificado (MNA, por sus
siglas en inglés).

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Tipos de análisis en SPICE
§ Análisis de Corriente Directa. Determina todas las variables de un
circuito de C.D o el punto de operación de los circuitos activos.
§ Análisis transitorio. Comportamiento en el tiempo de circuitos con
fuentes de excitación que varían con el tiempo.
§ Análisis de CA. Análisis en el dominio de la frecuencia.
§ Otros: Análisis de ruido, análisis de distorsión, Función de
transferencia, Curva de transferencia de CD, etc.

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Simuladores comerciales basados en
SPICE
§ Aunque SPICE es un simulador de circuitos de código abierto, existen
diferentes compañías que ofrecen simuladores comerciales basados
en SPICE. Algunos son:
• HSPICE de la compañía Synopsys.
• PSPICE, actualmente de la empresa Cadence Design Systems.
• ADICE de Analog Devices.
• TISPICE de Texas Instruments.
• Entre otras: Mica de Freescale Semiconductor, LTSPICE de Linear S., etc.
§ Entre las versiones académicas podemos encontrar:
• XSPICE de Georgia Tech University.
• Cider de la Universidad de California en Berkeley, etc.
§ En general, los simuladores basados en SPICE son los preferidos en la
industria del diseño de circuitos integrados a nivel mundial.

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§ TopSPICE es un simulador de circuitos comercial creado por la
compañía Penzar Development.
§ Ofrece un entorno integral de simulación de circuitos para
aplicaciones en modo mixto analógicas y digitales, el cual se basa en
SPICE.
§ Dentro de sus características podemos destacar:
• Captura esquemática y modo texto.
• Simulación, representación gráfica de resultados y postprocesamiento.
• Simulador lógico.
• Biblioteca de modelos de dispositivos semiconductores.
• Compatible con modelos de dispositivos semiconductores comerciales.
• Diferentes tipos de simulación, CA, CD, Transitorio, ruido, etc.
• Entre muchas otras funciones…
TopSPICE

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TopSPICE
§ La compañía ofrece una versión de evaluación, que se puede
descargar de la dirección de internet:
http://penzar.com/demopage.htm
§ Las restricciones para esta versión son:
• Circuitos con número de nodos menor que 64.
• Máximo número de transistores y subcircuitos: 20.
• Número máximo de elementos fuera de sub-circuitos: 30 (excluyendo capacitores
y resistencias, para éstos no hay límite).
• Número de definiciones de sub-circuitos máximo: 15.
• Uso de memoria máximo: 20MB.
• Modelos incluidos: solo los necesarios para los ejemplos.
• Máximo de puntos por curva: 32000.

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Captura del circuito
§ TopSpice permite capturar los
circuitos tanto en modo texto como
en modo esquemático.
§ Aunque el modo esquemático
puede parecer más simple a
primera vista, es más laborioso. El
modo texto es más utilizado
generalmente en la industria, pues
la captura es rápida.
§ Al iniciar el programa,
encontramos la ventana mostrada.
Seleccione para
modo texto
Seleccione para
modo esquemático
Haga click para
capturar un circuito
nuevo
Abrir un circuito en modo texto
existente
Abrir un esquemático existente

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Captura esquemática
§ Elegimos la captura esquemática
por el momento.
§ Nos abre la siguiente ventana de
diálogo.
Seleccione la
carpeta de trabajo
Extensión .sch para captura
esquemática
Elija un nombre del circuito, por
ejemplo: divisor de tension.sch

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§ Se abre la ventana de edición
donde podemos editar nuestro
circuito.
Menú
Simulation
Menú insert
Área de trabajo

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§ Para agregar un elemento, seleccione:
Insert > Part > Symbol
§ O simplemente el botón “Insert” del
teclado.
§ Se abrirá la ventana de dialogo
mostrado.
§ Seleccione un resistor “R” dentro de la
librería de símbolos y oprima el botón
OK.
§ Podemos colocar el resistor en
cualquier parte del área de trabajo,
haciendo click con el ratón.
§ Se pueden colocar la cantidad de
resistores que se requieran.
§ Podemos rotar el resistor presionando
la tecla R.
§ Una vez que terminemos de incluir
todos los resistores del circuito,
presionamos la tecla Escape.
Nombre del
símbolo
Librería de
símbolos

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§ Además, incluimos una fuente de
tensión independiente: V; Voltage
Source.
§ El símbolo del nodo de referencia:
GND; earth ground.
§ Todo circuito debe tener indicado
su nodo de referencia.
§ Para realizar las interconexiones,
seleccione Insert > Wire o
simplemente presione la tecla W
del teclado. Haga las pistas con el
ratón, haciendo un click al
principio y un click al final.
Fuente de tensión:
V; Voltage Source
Nodo de referencia:
GND; Earth ground

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§ Para darle el valor a la fuente de tensión y los
resistores (incluso un nombre): haga doble click
sobre ellos y se abrirán las ventanas de diálogo
mostradas. Selecciones los valores deseados.
Nombre del resistor Valor de la resistencia
Habilite la casilla
para fuente de C.D.
Voltaje de la fuente
independiente
Nombre de la
fuente
Habilite la casilla
para fuente
senoidal
Habilite la casilla
para análisis de A.C.

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§ TopSpice Asigna automáticamente un nombre a cada nodo, para visualizarlos,
seleccione: View > Node Numbers. Puede asignar un nombre a cada nodo usted
mismo (lo cual es recomendable para una consulta rápida de resultados).

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Simulación de CD
§ Para la simulación de Corriente Directa del Circuito, seleccione: Simulation
> Setup. Se abrirá la siguiente ventana de diálogo:
Active la casilla para simulación de CD.
Active la casilla para salvar los datos de
la simulación. Al oprimir el botón “Save
Data” puede elegir entre salvar todos
las variables del circuito o solo algunas
de interés.
Oprima el botón OK
Oprima el botón para seleccionar las
características de la simulación de C.D.

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Simulación de CD
§ Al oprimir el botón “DC Bias Point” de la ventana de diálogo anterior, se
abrirá la siguiente ventana de configuración de la simulación de C.D.:
Active la casilla para un informe
detallado del punto de operación de
C.D. Esta casilla se encuentra activa por
defecto.
Active la casilla si desea un análisis de
sensibilidad de una variable con
respecto a los elementos del circuito
Oprima el botón OK
Active la casilla si desea un análisis de
pequeña señal: Resistencia de entrada,
ganancia, resistencia de salida.

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Simulación de CD
§ Simule el circuito presionando el ícono del
semáforo.
§ Note que se puede abrir una ventana
indicando que no se encontraron datos en el
archivo de salida.
§ Esto no es un error, TopSpice abre
automáticamente el visualizador de gráficas
después de cada simulación.
§ Este mensaje se presenta en este casos donde
la simulación no genera gráficas (análisis de
C.D. únicamente).

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Análisis de resultados (1): Archivo de
salida *.out
§ Seleccione el menú: Simulation > Browse Output File. Se abrirá el
archivo (nombre del circuito.out) con la información de la
simulación. Aquí se muestra el archivo de salida del ejemplo:
Esta sección del archivo de
salida se conoce como el
netlist.
Este sería el archivo que
se especificaría si se
capturara el circuito en
modo texto!!!

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salida *.out
En esta sección
podemos ver los
voltajes nodales,
La corriente de la
fuente de alimentación
(note que nos muestra
la corriente que va de la
terminal positiva a la
negativa).
Además de la corriente
de los resistores (La
dirección de la
corriente la podemos
determinar con la ley
pasiva de los signos).

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salida *.out
Finalmente, nos
muestra información de
las fuentes
independientes.

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Análisis de resultados (2): TopView
§ Para análisis de AC y transitorio puede ser conveniente visualizar los datos
en gráficas. TopSpice cuenta con el TopView.

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Simulación de AC
Para análisis de AC, dentro de Simulation
> Setup, configure:
Active la casilla para simulación de A.C.
Especifique la cantidad de puntos por
década (en caso de haber seleccionado
una variación por décadas).
Especifique la frecuencia de inicio y la
frecuencia final de la simulación
Active la casilla para salvar los datos de
la simulación. Al oprimir el botón “Save
Data” puede elegir entre salvar todos
las variables del circuito o solo algunas
de interés.
Seleccione el formato del eje de las
frecuencias (lineal, Decade-logarítmica
o por octavas)
Otros tipos de simulación

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Ejemplo de simulación de A.C.
§ Para mostrar los resultados de la
simulación de A.C. consideremos
el siguiente circuito con las
opciones de simulación indicadas
en las ventanas anteriores.
§ Note que se verificó la casilla de
AC de la fuente de voltaje y se
deshabilitó la casilla de CD.
§ Después de la simulación,
TopSpice abre automáticamente
una ventana de TopView. Al inicio
de Topview se abre la siguiente
ventana de diálogo:

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§ Seleccione la(s) variable(s)
del circuito que desee
graficar, así como la
característica en frecuencia
de la misma.
§ En la siguiente diapositiva se
muestra la respuesta de
magnitud en escala lineal, y
la respuesta de fase del
voltaje del nodo 2, V(2).

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Simulación Transitorio (en el dominio
del tiempo)
Para análisis de transitorio, dentro de
Simulation > Setup, configure:
Active la casilla para simulación de
transitorio.
Seleccione el tiempo final de la simulación
Tope del tamaño de paso: aunque especifiquemos un
tamaño de paso, Spice lo optimiza para reducir el tiempo de
simulación, ocasionando gráficas temporales con pocos
puntos. Elija un tamaño de paso tope para forzar al
simulador y obtener gráficas mejor definidas.
Active la casilla para salvar los datos de la simulación. Al
oprimir el botón “Save Data” puede elegir entre salvar todas
las variables del circuito o solo algunas de interés.
Tamaño de paso de simulación: este valor se selecciona
dependiendo de las señales de prueba del circuito. Por
ejemplo, si aplicamos como entrada una senoide de periodo
1ms, conviene colocar 0.1ms como tamaño de paso.
Se utiliza para eliminar la respuesta transitoria de un
circuito, comenzando a imprimir los resultados a partir de
éste valor.

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Ejemplo de Simulación de Transitorio
Configure la fuente
para obtener una
señal senoidal
Componente de C.D.
Amplitud (voltaje pico)
Frecuencia
Ventana de configuración
de la fuente para análisis
transitorio

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Resultado de la simulación
transitoria

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Agregar modelos de los dispositivos
electrónicos: Transistores, Diodos,
OpAmps, etc.
§ TopSpice tiene una librería de modelos de dispositivos.
§ Desafortunadamente, en la versión Demo de TopSpice no todos están
disponibles.
§ Para anexar un modelo es necesario realizar lo siguiente:
• Descargue los modelos del fabricante del dispositivo y captúrelos en un archivo
de texto.
• Asigne un nombre al archivo con una extensión *.lib
(Mi_Archivo_de_modelos.lib).
• Preferentemente coloque este archivo en la trayectoria de instalación de TopSpice
en el subdirectorio de modelos.
• En el menú Project > Add/Edit Model links inserte el archivo creado.
§ Para utilizar el modelo, en la ventana de diálogo del dispositivo coloque el
nombre del modelo correspondiente en la casilla Value/Name.

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Ejemplo: Simulación de Amplificador
de emisor común

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