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Démarrer avec Orcad Capture et Pspice

La suite Orcad (aujourd'hui Cadence) inclut entre autres un logiciel de saisie de schéma et un simulateur Pspice. Notre objectif est ici de passer en revue les principales fonctionnalités.

Le minimum à connaître…

Saisir le schéma Commencer par ouvrir un projet :

Donner un nom, une localisation et, indispensable pour accéder au simulateur, spécifier le contexte en validant l’option Analog or Mixed Circuit Wizard :

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Ajouter éventuellement des bibliothèques de modèles et symboles (cette opération pourra être faite plus tard) :

Si la barre d’outils à gauche n’apparaît pas, cliquer gauche au milieu de la feuille : Pour visualiser la fonction d’une icône, il suffit de rester dessus avec le pointeur de la souris.

changer de menu

prendre et placer des composants

placer les connexions

zoom avant et arrière

placer des sondes de courant et tension

placer la masse

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Placer les symboles nécessaires en sélectionnant une bibliothèque ; citons les bibliothèques les plus utiles :

- ANALOG du répertoire Pspice où on trouvera résistances, inductances et condensateurs, - SOURCE du répertoire Pspice où on trouvera toutes sortes de sources de tension et courant:

Remarque : dans le cas où une analyse de type Bode est souhaitée (ACsweep/ Noise –voir plus loin-), il est nécessaire d’utiliser la source VAC.

Une fois le ou les symboles placés, appuyer sur « Echap » pour se débarrasser du symbole. Attention pour effectuer une simulation, le potentiel de référence doit présenter le chiffre « 0 » :

Pour supprimer un symbole, le sélectionner (clic gauche) et appuyer sur « Suppr ».

indispensable pour la simulation

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Pour accéder au menu contextuel (copier, supprimer, symétrie, rotation etc), sélectionner le composant, puis clic droit. Pour définir un paramètre, double cliquer gauche dessus et donner la valeur :

Attention à la syntaxe :

- fento : f ou F - pico : p ou P - nano : n ou N - micro : u ou U (ET NON PAS µ) - milli : m ou M - kilo : k ou K - mega : meg ou MEG (ET NON PAS M) - tera : t ou T - la « virgule » s’écrit avec un « point » ex :1.2

Placer éventuellement des sondes de mesures aux endroits désirés.

Définir un profil de simulation, simuler et afficher Donne un nom à la simulation :

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Définir le type de l’analyse, qui peut être : - temporelle (l’axe des abscisses est le temps), - fréquentielle (l’axe des abscisses est la fréquence), - continue (l’axe des abscisses est une grandeur continue), - de polarisation (pas de courbes affichées, juste des points de polarisation), - paramétrique (plusieurs courbes associées à un paramètre sont affichées en fonction du

temps, de la fréquence, d’une variable continue … suivant la demande). Dans le cas d’une simulation temporelle générale, préciser :

- durée de simulation - pas de calcul maximal ; dans la plupart des cas, on peut laisser le logiciel gérer seul ce

paramètre ; si les résultats semblent étranges, se poser cependant la question du choix d’un pas de calcul plus fin

Dans certains cas, il est préférable que le logiciel ignore le calcul de la polarisation du point transitoire initiale du circuit.

définir nom et paramètres de la simulation

modifier ultérieurement les paramètres de simulation

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Lancer la simulation, la fenêtre d’affichage des résultats s’ouvre toute seule :

Modifier éventuellement le format de l’affichage (nombre de fenêtres, courbes affichées, échelles, durées etc) :

lancer la simulation

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Faire une analyse de Fourrier On peut passer du domaine temporel à celui de Fourier :

icône FFT

ajouter ou enlever des courbes

modifier les échelles et la durée d’affichage, ajouter des fenêtres

échelles linéaires et logarithmiques

les zooms

les curseurs

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Pour utiliser correctement la transformation de Fourrier, il faut avoir à l’esprit que notre logiciel effectue ses calculs sur des échantillons ; il se comporte donc comme tout les systèmes échantillonnés, à savoir :

- un temps d’analyse est important donnera une meilleure résolution (des raies plus fines dans le cas d’un signal périodique),

- un pas de calcul faible (c’est à dire un échantillonnage à fréquence plus élevée) donnera une grande excursion de fréquence.

Le temps d’analyse (Run to time) et le pas de calcul (Maximum step size) se paramètrent dans le profil de simulation, avec l’onglet Analysis.

Faire une analyse de Bode La source d’excitation doit alors être de type VAC de la bibliothèque SOURCE. Eventuellement, des marqueurs en dB sont disponibles dans le menu PSpice / Markers / Advanced / dB Magnitude of Voltage. De la même manière, on pourra placer un marqueur de phase.

Dans le profil de simulation, après avoir sélectionné l’option ACSweep / Noise, on précise les fréquences extrêmes et le pas. Lors de l’affichage, les marqueurs peuvent avantageusement être remplacés par les opérations mathématiques disponibles dans le menu Trace / Add Trace.

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Nous avons utilisé ici DB(V(Vcapa)) et P(V(Vcapa)) pour afficher le gain et la phase (la référence étant la tension d’excitation, le résultat en dB et degrés) ; nous aurions aussi pu écrire 20*LOG10(ABS(V(Vcapa))) pour le gain et ARCTAN(IMG(V(Vcapa))/R(V(Vcapa))) pour la phase (attention résultat en radians).

Les petites astuces qui simplifient la vie…

Donner des noms aux nœuds Lorsque le schéma est complexe, afin de se repérer facilement dans le choix des courbes à afficher, il est préférable de donner un nom aux nœuds à l’aide de l’icône « Place Net Alias ».

nom placé sur un nœud

l’icône de placement de nom de nœuds et la fenêtre correspondante

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Une fois la simulation effectuée, on a alors accès aux différents noms dans le menu Trace / Add Trace de la fenêtre d’affichage :

Garder les mêmes paramètres d’affichage Une fois le nombre de graphes choisis, les grandeurs à afficher sélectionnées, les échelles ajustées etc…, il n’est pas nécessaire de recommencer l’opération après chaque simulation si on valide l’option « show last plot » dans le menu « Probe windows » du profil de simulation.

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Importer le graphique dans un document texte Dans la fenêtre d’affichage, le sous menu « Copy to Clipboard… » du menu « Windows » permet entre autres de supprimer le fond noir lors de la copie dans le presse papier, ce qui simplifiera l’impression :

L’affichage est alors le suivant :

Time

0s 0.2ms 0.4ms 0.6ms 0.8ms 1.0msV(Valim) V(Vcapa)

-5.0V

0V

5.0V

Imposer des conditions initiales L’élément IC1 de la bibliothèque SPECIAL du répertoire Pspice permet d’imposer des conditions initiales (tension aux bornes d’un condensateur en début de simulation par exemple). On peut éviter ainsi un temps de calcul

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Quelques précisions pour le numérique…

Les stimulis numériques… Des stimulis numériques sont disponibles dans la bibliothèque SOURCSTM du répertoire Pspice. Après avoir placé les symboles sur le schéma et en avoir sélectionné un, le menu Edit / Pspice Stimulus permet de définir l’allure de celui-ci :

On peut choisir de décrire un signal d’horloge, ou un signal quelconque.

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Dans ce dernier cas, à l’aide de l’icône en forme de crayon, il est possible de définir une à une la position des différentes transitions du signal. On annule ce mode de fonctionnement par un clic droit. Pour modifier une transition, cliquer dessus (en mode normal) pour la sélectionner ; on peut alors :

- supprimer la transition par la touche Suppr, - modifier sa position par un « glissé » - modifier précisément la position par un double clic droit.

le cas des système rebouclés… Lorsque le montage comprend un rebouclage sortie vers entrée, il est généralement nécessaire de préciser l’état initial 0 ou 1 des bascules à l’aide de l’onglet « option » du profil de simulation, le montage ci-après par exemple, ne fonctionnant pas sans cette précision :

Lorsque le potentiel d’une entrée numérique reste fixe, il est plus simple d’utiliser les symboles de mise à 1 (HI) ou de mise à 0 (LO) accessible depuis la bibliothèque SOURCE grâce à l’icône « Place Power ».

Les simulation mixtes… Elles sont parfois la source de quelques pièges ; dans le montage suivant par exemple, où un multivibrateur astable attaque une bascule D câblée en diviseur de fréquence par 2, la bascule ne fonctionnera que si elle a été initialisée par un stimulis plaçant la bascule à 0 en début de simulation (l’entrée CLR doit rester quelque temps à 0 puis repasser à 1). La solution précédente consistant à préciser l’état initial de la bascule dans le profil de simulation est sans effet.

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D’une manière générale, on prendra ce type de précaution chaque fois qu’un signal analogique attaquera de manière directe ou indirecte une bascule. Dans quelques cas, il sera également nécessaire d'interdire l'état haute impédance en sortie des bascules ; pour cela l'option, dans le profile de simulation, l’option « Default I/O level for A/D interfaces » de l’onglet « Option » sera mise au niveau 4 pour les portes HC et HCT, et au niveau 2 pour les autres portes (plus d’information sur cette option nécessite la connaissance de la manière dont sont modélisés les circuits numériques dans Pspice).