Indipendentemente dal fatto che si abbia molto o poco interesse a capire come funziona SPICE, è sempre una buona idea comprenderne i fondamenti.

Diagramma a blocchi

Ecco uno schema a blocchi semplificato del flusso del programma SPICE principale. La maggior parte delle incredibili capacità (e dei problemi) di SPICE si verificano proprio qui!

schema a blocchi semplificato del flusso del programma SPICE

Ecco tre punti chiave sull’algoritmo:

1) Il cuore di SPICE è l’analisi nodale (blocchi 3 e 4) ottenuta formulando la matrice nodale e risolvendo le equazioni nodali per le tensioni del circuito.

2) Il ciclo interno (2 – 6) trova la soluzione per i circuiti non lineari. I dispositivi non lineari sono sostituiti da modelli lineari equivalenti. Potrebbero essere necessarie molte iterazioni prima che i calcoli convergano in una soluzione.

3) Il loop esterno (7 – 9), insieme al loop interno, esegue un’analisi transitoria creando modelli lineari equivalenti per componenti di accumulo di energia per condensatori, induttori, ecc. E selezionando i migliori punti temporali.

Algoritmo in azione

In poche parole, SPICE può fare quanto segue:

»Analisi DC

»Analisi transitoria (Risposta Temporale)

»Analisi AC (risposta in Frequenza)

Sulla base di ciò, SPICE serve anche alcune analisi estese come sensibilità, Fourier, rumore, ecc. Ma diamo un’occhiata ad alcune delle analisi principali e vediamo quali parti dell’algoritmo sono chiamate in azione per eseguirle.

»Analisi DC

L’analisi DC viene eseguita per calcolare un punto operativo DC o una scansione DC. È necessario un punto operativo per la soluzione iniziale di un’analisi transitoria o come punto di bias per un’analisi AC. Scansione DC funziona esattamente come suggerisce il nome: esegue l’analisi DC più volte mentre si sposta un parametro del componente selezionato su un intervallo definito. Tutti i componenti di accumulo di energia come condensatori, induttori e meccanismi di carica dei semiconduttori vengono ignorati per questa analisi!

Uno dei compiti più semplici per SPICE è l’esecuzione dell’analisi DC su circuiti lineari. Solo due dei blocchi sono realmente necessari: caricare la matrice nodale (3) e risolvere le equazioni nodali (4) utilizzando l’eliminazione gaussiana. Un punto importante: l’analisi nodale funziona per un sistema di equazioni lineari.

Per i circuiti non lineari, SPICE deve creare modelli lineari equivalenti per i dispositivi non lineari! Ma può solo indovinare il punto operativo per il quale vengono creati i modelli. Il loop (blocchi 1-6) trova iterativamente la soluzione esatta come segue: indovina un punto di lavoro, crea modelli lineari equivalenti e risolve la Matrice Nodale per le tensioni del circuito. Quindi, scegle un nuovo punto di funzionamento in base alle nuove tensioni e ricomincia da capo. Come fa SPICE a sapere quando fermarsi? Quando le variazioni delle tensioni e delle correnti del circuito sono scese al di sotto di un certo limite, da un’iterazione all’altra, si dice che la soluzione sia convergente! Questa è nota come la soluzione Raphson-Newton dei circuiti non lineari.

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