¿Qué se entiende por "análisis de punto de operación de DC" en los programas SPICE?

En una respuesta a una pregunta anterior di una carrera - Descenso de los tres tipos principales de análisis realizados por SPICE y simuladores similares a SPICE.

  

Por lo que sé, el análisis tradicional de circuitos transitorios se realiza mediante la transformada de Laplace que superpone tanto las soluciones transitorias como las soluciones de estado estable.

Esto es incorrecto. SPICE normalmente realiza un análisis transitorio utilizando un método de integración de dominio de tiempo, como Runge-Kutta o el método de Gear .

Cuando una simulación transitoria está resolviendo un sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias, el análisis de DC está resolviendo un sistema de ecuaciones algebraicas no lineales. Un método simple para este método de Newton , aunque un buen SPICE generalmente usará algo más robusto.

Algunos simuladores (ADS, por ejemplo) te permitirán elegir diferentes métodos de solución en caso de que un método sea más rápido o más robusto para un circuito determinado.

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En los comentarios que preguntaste,

  

Mi pregunta principal es ¿SPICE trata el punto de operación de CC como parte del análisis transitorio?

Esto se responde en la cita que publicaste:

  

    

un análisis transitorio realiza primero un análisis de punto de operación de DC

  

Esto significa que cuando solicita un análisis transitorio (a menos que use una directiva .UIC, como se señala en los comentarios), el simulador primero realiza un análisis de DC y utiliza el resultado de esto como el estado de inicio para el dominio de tiempo análisis.

Si esto es "parte de un análisis transitorio" o un paso separado que no es "parte de" el análisis transitorio es una pregunta semántica y puede verlo como lo desee.

Nota: si solicita análisis de DC y TRAN, la mayoría de los SPICE son lo suficientemente inteligentes como para no realizar el análisis de DC dos veces. ¿Significa esto que el análisis de DC no es "parte de" el análisis transitorio? Una vez más, depende realmente de usted cómo desea verlo.

El tema de cómo Spice maneja todas las diferentes solicitudes de análisis llenaría un libro. De hecho, ¡llena libros! No hay forma posible de cubrir todo eso aquí. (Tampoco puedo pretender que entiendo completamente todos los detalles prácticos involucrados). Sin embargo, puedo considerar la idea de abordar el análisis transitorio, ya que entiendo mejor esa parte de Spice.

En primer lugar, te recomiendo que compres una copia de Laurence W. Nagel's (que es, a todos los efectos y propósitos, el "padre" de Spice) " Spice2: un programa de computadora para simular Circuitos de semiconductores , " Memorándum No. UCB / ERL M520, 9 de mayo de 1975, disponible en" Laboratorio de Investigación de Electrónica, Facultad de Ingeniería, Universidad de California, Berkeley, CA 94720 . (El título está mal escrito en el documento que obtendrás, diciendo "Semicroductor" en lugar de "Semiconductor", pero bueno.) Este es el documento definitivo y definitivo sobre las operaciones de Spice. Si quieres los detalles, es todo allí.

Pero la visión general para el análisis transitorio es algo como esto: las relaciones de rama ideal se desarrollan, restringidas por leyes de Kirchoff explícitas e implícitas. Luego, se aplica el análisis de corte y bucle. (Que, por cierto, coloca limitaciones en los tipos de relaciones de bifurcación que incluso pueden incluirse en el circuito. Por lo tanto, hay algunos tipos de reemplazos equivalentes que tienen lugar en este momento). Para formular, una forma modificada de Análisis Nodal, o el análisis híbrido (análisis de variables de estado, por ejemplo), o el método de cuadro disperso (todas las variables en un vector enorme y un sistema muy, muy escaso de ecuaciones de circuito) se utilizan.

Al final, también se requieren métodos numéricos, por supuesto. Algunos de los detalles también involucran diferentes métodos numéricos para resolver, una vez que toda la formulación está completa. Muchos programas de Spice incluyen múltiples enfoques para soluciones numéricas. Hay varios problemas que surgen aquí, ya que el problema es básicamente muy parecido a un plano infinito con todo tipo de mínimos y máximos locales y un momento muy, muy difícil de localizar y encontrar el máximo o mínimo global en todo el plano. Las especias pueden quedar "atrapadas" en un punto alto / bajo local y no poder salir de allí. Así que hay otras técnicas que pueden ayudar a reconocer estos problemas y aplicar "pruebas" para ver si es necesario ampliar el alcance (métodos de pasos en la fuente) o iniciar múltiples soluciones y ver cuál de ellas encuentra el resultado global correcto (simulado recocido.)

Han pasado muchas cosas a lo largo del tiempo y no todos los simuladores Spice utilizan exactamente las mismas herramientas y / o todas de la misma manera, todo el tiempo. Esta es una de las razones por las que los profesionales pueden incluir varias implementaciones diferentes de Spice en su caja de herramientas o, en el caso de los fabricantes de IC, tendrán programadores en el personal que continúan desarrollando y modificando Spice para que maneje los casos que les interesan.

Pero en serio, si está realmente interesado en comprender los detalles exactos (incluidos los ejemplos proporcionados), le recomiendo el memorando que mencioné anteriormente. No es terriblemente caro y es, de lejos, la mejor fuente de detalles explícitos sobre cómo funciona Spice (con referencias para obtener más detalles, si es necesario).