Simulation de circuit avec gEDA et SPICE

HOWTO

Stuart BRORSON 1

18 janvier 2005

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Table des matieres

1 Introduction 4

1.0.1 Audience ciblee pour ce HOWTO . . . . . . . . . . . . . . 51.0.2 Remerciements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2 La grande image : le chemin de la conception dans gEDA. 6

2.1 Survol de lutilisation de SPICE avec gEDA . . . . . . . . . . . . 72.2 Resume detaille du flux dessin/simulation . . . . . . . . . . . . . 8

3 Travail preliminaire : preparer les symboles et fichiers SPICE. 9

3.1 Configurer vos symboles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.1.1 Identifier le composant pour le netlister . . . . . . . . . . 93.1.2 Initialiser lordre des broches . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.2 Configurer vos fichiers SPICE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

4 Creer votre circuit : la capture de schema 11

4.1 Attributs Gschem pour la netlist de spice . . . . . . . . . . . . . . 114.2 Attributs de composant et interpretations . . . . . . . . . . . . . 114.3 Conventions refdes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124.4 Passifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4.4.1 Passifs de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124.4.2 Resistance dexemple : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124.4.3 Condensateur dexemple : . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4.5 Passifs avec attributs additionnels . . . . . . . . . . . . . . . . . 134.5.1 Resistance dexemple : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

4.6 Passifs pour la conception de semiconducteurs . . . . . . . . . . . 134.6.1 Exemple de resistance de semiconducteur . . . . . . . . . 13

4.7 Transistors et diodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144.7.1 Chane de parametres SPICE a ligne unique . . . . . . . . 144.7.2 Diode dexemple : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144.7.3 Fichier de modele SPICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4.8 Actifs circuits integres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154.8.1 Les parametres SPICE a ligne unique . . . . . . . . . . . 154.8.2 Fichier .MODEL ou .SUBCKT SPICE . . . . . . . . . . 15

4.9 Sources independantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164.10 Sources dependantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164.11 Composants SPICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4.11.1 Bloc de modele Spice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164.11.2 Le modele SPICE a ligne unique : . . . . . . . . . . . . . 16

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TABLE DES MATIERES 2

4.11.3 Le modele SPICE multiligne : . . . . . . . . . . . . . . . . 164.11.4 Bloc Include . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174.11.5 Bloc de directive SPICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

4.12 Traitement de modeles hierarchiques . . . . . . . . . . . . . . . . 17

5 Generation de netlist SPICE 20

5.1 En utilisant gnetlist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205.2 Creation de la netlist en utilisant gnetlist et spice-sdb . . . . 215.3 Les problemes de netlisting habituels . . . . . . . . . . . . . . . . 21

6 Simulation SPICE 22

6.1 LTSpice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226.1.1 Installation et configuration de LTSpice . . . . . . . . . . 236.1.2 Lancer LTSpice avec les dessins gEDA . . . . . . . . . . . 23

6.2 Ngspice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246.2.1 Installation and configuration de ngspice . . . . . . . . . . 246.2.2 Telecharger le code source . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246.2.3 Extraire le code source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246.2.4 Configuration et compilation de ngspice. . . . . . . . . . . 256.2.5 Tester linstallation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266.2.6 Utilisation de ngspice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

6.3 Tclspice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266.3.1 Telecharger, installer et construire tclspice . . . . . . . . . 276.3.2 Utilisation de Tclspice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276.3.3 Problemes de Tclspice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

7 Conclusion 30

A Composants natifs et leurs attributs. 31

B Types de values valides 35

TABLE DES MATIERES 3

Abstract

Linux deviendra une plate-forme dingenieurs de plus en plus populaire dansle futur. Les applications de CAO de qualite professionnelle pour la conceptionde circuits sont rendus disponibles par des developpeurs de la communaute dulogiciel libre. Pour lelectronique, la suite gEDA est le jeu doutils prefere pourla conception de circuits. La simulation de circuits analogiques utilisant SPICEest maintenant aussi disponible sur Linux. Ce HOWTO decrit la methode deconception employee pour effectuer des simulations SPICE utilisant les outilsgEDA sur Linux.

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http://www.fsf.org/

Chapitre 1

Introduction

Le developpement moderne est une discipline utilisant intensivement les ordi-nateurs. Comme les professionels des autres disciplines denginerie, les ingenieursen electricite et les developpeurs electroniques sont des utilisateurs importantsde tous types de logiciels de CAO, qui incluent les logiciels pour la conceptionde circuits et la simulation, de meme que la production de PCB et de circuitsintegres. Les ingenieurs electriques ont un nom special pour les logiciels de CAOutilises : EDA, ce qui signifie Electronic Design Automation (Automatisation

de Conception Electronique) . On peut trouver differents types de logiciels deCAO sous cette rubrique. Par exemple, pendant les phases de dessins dun pro-jet, un ingenieur electrique utilisera un programme appele schematic capture(capture de schemas) pour saisir son dessin dans lordinateur. Un programmede capture de schemas est basiquement un programme de dessin specialise incor-porant des symboles utilises dans la creation de schemas de circuits. Apres avoirdessine ce schema, lingenieur electrique peut choisir de simuler le comportementde son circuit de maniere a verifier que son schema fonctionnera comme souhaite.Le programme le plus connu pour ce faire est SPICE (Simulation Program withIntegrated Circuit Emphasis), qui a ete developpe par Berkeley dans le debutdes annees 1970 et qui est largement disponible sous de multiples formes de nosjours. SPICE est maintenant considere comme un outil denginerie fondamentalet est une partie essentielle dans leventail des ingenieurs les plus actifs.

Le projet gEDA (http://geda.seul.org) est un effort open-source pourcreer une suite GPL dune EDA fonctionnant sur GNU/Linux. gEDA sest de-veloppe jusquau point dobtenir des outils de haut niveau de puissance et dequalite ; en utilisant la suite gEDA, vous pouvez maintenant creer des netlistsSPICE complexes (fichiers) incorporant les fichiers de modeles des fabricants.Vous pouvez alors utiliser divers simulateurs fonctionnant sous Linux pour ef-fectuer des simulations SPICE de vos netlists. Lobjectif de ce document estdexpliquer comment utiliser les outils de gEDA (typiquement fonctionnant sousGNU/Linux) pour effectuer des simulations SPICE. En particulier, ce HOWTOdocumente lutilisation de spice-sdb, qui est une interface avancee pour le net-lister de gEDA (gnetlist) utilise pour creer des netlists SPICE. Spice-sdb estfourni avec la suite doutils de gEDA ; si vous avez installe gEDA, vous etesdeja prets a creer des netlists SPICE. Ce HOWTO fournit aussi des conseils surlutilisation de ngspice/tclspice et/ou LTSpice pour simuler un circuit netlisteavec spice-sdb.

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http://geda.seul.org

CHAPITRE 1. INTRODUCTION 5

1.0.1 Audience ciblee pour ce HOWTO

Ce HOWTO nest pas un tutoriel sur la conception de circuits ou sur lasimulation avec SPICE. Il est plutot concu pour aider lingenieur utilisant gEDAa effectuer des simulations SPICE sur la plate-forme Linux. Je suppose doncque vous etes deja familier avec la conceptions electronique, les mecanismesde de capture de schemas en utilisant des outils EDA et la simulation SPICEen general. Je suppose aussi que vous etes raisonnablement familiers avec lesysteme dexploitation GNU/Linux et son environnement de developpement.Finalement, je suppose que vous avez deja installe gEDA et que vous savezcomment lutiliser. Si vous avez besoin de vous mettre a niveau rapidement avecun de ces sujets, des informations complementaires sont disponibles sur les sitesweb suivants :

Le projet gEDA : http://www.geda.seul.org/; La syntaxe et les commandes pour SPICE3 :

http://newton.ex.ac.uk/teaching/CDHW/Electronics2/userguide/ ; Ngspice : http://ngspice.sourceforge.net/ ; Tclspice : http://tclspice.sourceforge.net/ ; LTSpice : http://www.linear.com/software/ ; Spice sur Linux : http://www.brorson.com/gEDA/SPICE/ ; Free Dog Le