Con questo articolo inizia una serie di tutorial relativi al software QSPICE per la simulazione dei circuiti elettronici. Con lāausilio di esempi teorici e pratici, il lettore acquisirĆ le conoscenze sulle basi della simulazione dei circuiti elettrici e su come utilizzare al meglio il software QSPICE. Inoltre si imparerĆ a interpretare correttamente i risultati delle simulazioni e a integrare le funzionalitĆ del programma con il linguaggio SPICE, su cui esso ĆØ basato. Il presente articolo illustra le potenzialitĆ dellāeditor grafico senza affrontare la simulazione vera e propria.
Una rapida occhiata a QSPICE
QSPICE ĆØ un simulatore di segnali analogici e misti caratterizzato da una elevata velocitĆ di simulazione, precisione e affidabilitĆ . Esso ĆØ un nuovo programma e puĆ² essere scaricato dal sito:
https://p.qorvo.com/qspice.html
Il programma, ancora in fase dimostrativa ed ĆØ in continuo sviluppo. QSPICE ĆØ molto semplice da usare ma le sue potenzialitĆ sono molto professionali. Esso gestisce la simulazione di circuiti analogici, digitali e misti e, soprattutto, i circuiti di potenza, oggi una importante e diffusa branca dellāelettronica. Il software permette agli utenti di creare e modificare facilmente i circuiti elettronici e offre una vasta gamma di strumenti di analisi come, ad esempio, lāanalisi transitoria, DC, AC e di rumore. Eā possibile creare i propri modelli di componenti elettronici e utilizzarli nel software per eseguire simulazioni molto accurate. Il progettista puĆ² inserire nel proprio schema vari componenti elettronici, raggruppati in diverse categorie da un menĆ¹ espandibile (vedi lāeditor di schemi elettrici inĀ figura 1).
ĆĀ possibile utilizzare gli shortcuts durante la creazione di uno schema elettrico, in modo da rendere piĆ¹ veloce tale operazione. I piĆ¹ importanti sono mostrati nel seguente elenco:
-
- [W] disegna una connessione;
- [G] disegna la massa elettrica del circuito (sono proposti tre simboli diversi con la continua pressione del tasto;
- [N] colloca un nome di connessione (NET Name);
- [T] colloca una direttiva SPICE o un testo;
- [CTRL]+[A] disegna un arco grafico;
- [CTRL]+[B] disegna un rettangolo grafico;
- [CTRL]+[L] disegna una linea grafica;
- [CTRL]+[3] disegna un triangolo grafico.
Tali combinazioni di tasti sono molto utilizzate durante la creazione degli schemi elettrici. Lāeditor di QSPICE ĆØ uno dei pochi che permette la rotazione dei componenti elettronici a 45 gradi. Tale possibilitĆ ĆØ particolarmente utile quando si devono disegnare rettificatori a ponte di diodi o altri schemi di questo genere.
Lāeditor di QSPICE
La selezione di un nuovo documento, in QSPICE, permette la creazione di uno dei seguenti elementi:
-
- schematic (qsch);
- symbol (qsym);
- ASCII netlist (cir).
Sono tre componenti essenziali di uno schema elettrico (vedi inĀ figura 2) anche se quello piĆ¹ utilizzato ĆØ, senzāaltro, il primo. La prima scelta serve a creare un nuovo schema elettronico all’interno del software. Quando lāutente seleziona “New schematic”, viene aperta una nuova scheda di lavoro vuota, che rappresenta l’area di disegno dell’editor di schemi. In essa si puĆ² iniziare a progettare nuovi circuiti elettronici, utilizzando simboli e componenti disponibili nel software. Attraverso l’editor di schemi, ĆØ possibile disegnare i vari componenti del circuito, collegarli tra loro utilizzando fili elettrici, assegnare valori e configurare le proprietĆ dei componenti. Una volta completato lo schema elettronico, l’utente puĆ² utilizzare altre funzioni del software di simulazione per analizzare e valutare il comportamento del circuito. Lāestensione del file di schema elettrico ĆØ ā.qschā. La seconda scelta serve a creare un nuovo simbolo personalizzato. Questa funzione consente agli utenti di creare simboli per rappresentare componenti elettronici specifici che potrebbero non essere disponibili nella libreria standard del software. Quando si seleziona “New symbol” viene aperta una area di lavoro dedicata alla creazione del simbolo. Gli utenti possono utilizzare strumenti di disegno, come linee, forme geometriche e testo per creare il simbolo desiderato. Il processo di creazione di un nuovo simbolo comporta il posizionamento e l’orientamento dei vari elementi grafici all’interno dell’area di disegno. Anche in questo caso ĆØ possibile utilizzare i seguenti shortcuts per velocizzare il lavoro:
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- P: crea un pin;
- T: crea un testo;
- CTRL+L: crea una linea;
- E: crea un ellisse;
- CTRL+A: crea un arco;
- CTRL+3: crea un triangolo;
- CTRL+B: crea un box;
- C: crea un coil;
- Z: crea uno zig-zag.
Gli utenti possono definire i punti di connessione e assegnare nomi ai pin o ai terminali del simbolo per facilitare le connessioni con altri componenti nel circuito. Una volta completato il simbolo personalizzato, gli utenti possono salvarlo nella libreria del programma di simulazione elettronica per il suo uso futuro. Lāestensione del file di schema elettrico ĆØ ā.qsymā. La terza scelta serve a creare un nuovo file di netlist in formato ASCII del circuito. Una netlist ĆØ una lista testuale di connessioni e componenti del circuito elettronico, che viene utilizzata come input per il processo di simulazione. Il formato ASCII della netlist ĆØ un formato standard che puĆ² essere comprensibile da diversi software di simulazione elettronica e contiene informazioni come i nomi dei componenti, i valori dei componenti, i collegamenti tra i componenti e le informazioni di connessione. Tale procedura consente agli utenti di esportare il circuito creato in un formato standard che puĆ² essere utilizzato con altri strumenti o simulatori di circuiti elettronici. Questo facilita l’integrazione del circuito in un flusso di lavoro piĆ¹ ampio o la condivisione del circuito con altre persone che utilizzano software diversi.
La selezione degli oggetti sullo schema
In QSPICE la selezione degli oggetti negli schemi elettronici ĆØ molto semplice. Eā sufficiente, infatti, posizionarsi con il mouse sull’oggetto desiderato per selezionarlo e tale fatto ĆØ evidenziato da alcuni piccoli cerchietti di diverso colore posizionati ai suoi bordi. Una volta selezionato un oggetto sullo schema, si apre un’ampia gamma di possibilitĆ di manipolazione. Si puĆ² cancellare un componente, un filo o un oggetto grafico (premendo il tasto CANC) o spostarlo in qualunque posizione utilizzando la tecnica del DRAG & DROP. Eā possibile ruotare i componenti selezionati a 90 gradi, a 180 gradi e anche a 45 gradi, questāultima opzione molto utile e spesso desiderata in molti simulatori (vedi inĀ figura 3).
Con la selezione degli oggetti ĆØ possibile visualizzare e modificare facilmente gli attributi dei componenti, a patto di visualizzare la āpaletteā delle proprietĆ . Alcune di esse sono:
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- il tipo di simbolo (R, C, L, ecc);
- la sua descrizione;
- il valore;
- lāeventuale file di libreria;
- i nomi dei pin;
- e molti altri.
Una funzione molto utile presente in QSPICE ĆØ l’opzione “Do Not Stuff” che consente di escludere un componente specifico dalla simulazione, sebbene sia presente nel circuito (vedi un esempio inĀ figura 4). Quando si imposta questa opzione su un componente, il simulatore lo ignora completamente durante l’esecuzione della simulazione. In questo caso il componente ĆØ visualizzato con un colore piĆ¹ chiaro, quasi trasparente. Tale opzione, dunque, consente di escludere temporaneamente un componente invece di dover rimuoverlo fisicamente, in modo che il simulatore lo ignori senza influenzare il resto del circuito. Inoltre questa opzione ĆØ particolarmente utile quando si lavora con circuiti complessi che includono componenti opzionali e puĆ² essere utilizzata per analizzare l’impatto di un singolo componente sulle prestazioni globali del circuito. Si ricordi perĆ², alla fine, di ripristinare tale l’opzione in modo appropriato quando si desidera che il componente sia incluso nella simulazione, altrimenti i risultati finali potrebbero risultare falsati.
A seconda della tipologia del componente, si puĆ² scegliere il comportamento di tale funzionalitĆ . In particolare:
- āDo Not Stuffā: esclude dalla simulazione il componente, come se esso non fosse presente nel circuito;
- āStuff with Jumperā: al posto del componente viene piazzato un jumper conduttivo, in pratica un collegamento elettrico di 0 ohm, in modo da bypassarlo.
Valori standard dei componenti
Normalmente ĆØ possibile assegnare qualsiasi valore di resistenza, capacitĆ e induttanza ai componenti elettronici. Ma esiste unāaltra possibilitĆ che prevede lāassegnazione di un valore commerciale. Eā sufficiente selezionare la voce di menĆ¹ āStandard Valueā premendo il tasto destro del mouse sopra il componente desiderato. Come ĆØ possibile vedere inĀ figura 5, viene mostrato un elenco a discesa nel quale lāutente puĆ² scegliere un valore commerciale del componente stesso. Tale possibilitĆ rende piĆ¹ veloce la scelta dei valori. Nel caso dei resistori la tolleranza di quelli mostrati nella lista ĆØ dellā1%.
Inserimento di immagini nello schema elettrico
Il software QSPICE offre una opzione molto utile che consente di inserire figure e immagini direttamente nello schema, come ĆØ possibile osservare inĀ figura 6. Questa funzionalitĆ , che non ĆØ comune a tutti i software di simulazione, rappresenta un vantaggio significativo per i progettisti elettronici. L’opzione di inserimento di figure e immagini in QSPICE consente di arricchire gli schemi con elementi visivi aggiuntivi. Eā possibile, infatti, importare immagini come icone, loghi, grafici, fotografie o simboli personalizzati e posizionarli strategicamente nel circuito. Questo apre un mondo di possibilitĆ per rappresentare graficamente componenti particolari, aree funzionali o dettagli specifici del progetto. L’aggiunta di figure e immagini nello schema puĆ² anche migliorare la comprensione del circuito da parte di altre persone coinvolte nel progetto ed evita le operazioni di post produzione grafica. Ad esempio, si possono inserire illustrazioni o grafici per descrivere in modo piĆ¹ chiaro il funzionamento di un componente o mostrare il flusso del segnale all’interno del circuito. QSPICE consente di posizionare le figure e le immagini in modo preciso e di ridimensionarle per adattarle alle dimensioni desiderate. Per aggiungere una immagine nello schema ĆØ sufficiente accedere al menĆ¹ āEditā, scegliere la voce āDraw Graphical Annotationā e selezionare la voce āImageā.
Conclusioni
Il software QSPICE ĆØ un’ottima soluzione per la simulazione elettronica, caratterizzata da una grande potenza, affidabilitĆ e semplicitĆ d’uso. Oltre alla vasta gamma di funzionalitĆ standard, QSPICE offre anche la possibilitĆ di creare nuovi simboli e componenti personalizzati, consentendo agli utenti di adattare il software alle proprie esigenze specifiche. Tuttavia, come per tutti i simulatori elettronici, ĆØ consigliabile avere una conoscenza di base del linguaggio SPICE per utilizzare appieno le potenzialitĆ del programma. Fortunatamente, QSPICE ĆØ supportato da una documentazione esaustiva e di alta qualitĆ , facilmente consultabile in locale, che fornisce una guida dettagliata su tutte le funzionalitĆ e le procedure. Con il suo approccio innovativo e promettente, QSPICE si distingue come un software nuovo e ambizioso, offrendo una esperienza di simulazione elettronica avanzata e professionale.
Autore: Giovanni Di Maria