Simulazioni circuitali con TINA TI – Potente strumento di simulazione

Negli ultimi anni, si stanno diffondendo su Internet sempre più strumenti di simulazione circuitale SPICE. Molto spesso, questi strumenti possono essere utilizzati con altri software di progettazione, come Ngspice e KiCad. In altri casi, invece, sono le aziende produttrici di semiconduttori a distribuire i propri strumenti di simulazione. Anche Texas Instruments fornisce il proprio tool gratuitamente a chi vuole testare i prodotti TI. Questo software non è altro che una versione adattata e limitata alla parte di simulazione SPICE del software TINA (Toolkit for Interactive Network Analysis) di DesignSoft. Il software originale a pagamento ha in più la possibilità di progettare PCB. Vediamo in questo articolo di descriverne le funzionalità di maggiore interesse. Preannunciamo che con TINA si può anche simulare codice per MCU, codice VHDL, applicazioni SMPS e analizzare circuiti RF.

Introduzione

TINA, acronimo di Toolkit for Interactive Network Analysis, è un potente software per la simulazione circuitale di circuiti digitali, analogici e mixed signal sviluppato da DesignSoft (azienda con sede a Budapest), la cui prima versione risale al lontano 1990. Comunque, andando avanti nel tempo, il software è sempre stato al passo con i tempi migliorando continuamente e andando ad aggiungere sempre nuove funzionalità. La versione ufficiale di TINA che, come detto nell'introduzione, comprende anche features che le permettono lo sviluppo di circuiti stampati, viene distribuita commercialmente, mentre diverse aziende come Texas Instruments ed Infineon distribuiscono gratuitamente versioni con le funzionalità base per la simulazione circuitale, permettendo quindi agli utenti di simulare i loro prodotti. In questo articolo parleremo di TINA TI, la versione di Texas Instruments, da qui in avanti TI. Il fatto che di default, all'interno di TINA TI siano presenti unicamente modelli circuitali di chip di TI, è possibile inserire modelli di altri produttori di circuiti integrati, che si possono trovare tranquillamente in rete. Un esempio di utilizzo di questo software, si trova cliccando su questo link. Ricordiamo il simulatore circuitale SPICE sviluppato dall'Università di Berkley in California e presentato la prima volta nel 1973, la cui ultima versione è SPICE3. TINA aggiunge alle potenzialità del simulatore SPICE, la possibilità di simulare codice scritto in diversi linguaggi di descrizione dell'hardware come VHDL o Verilog, simulazioni RF, anche possibile simulare codice scritto per MCU (Microcontroller Unit).

Interfaccia Utente

Anche se essenzialmente si tratta di un software, con un numero non molto elevato di funzionalità, in questa breve trattazione dell'interfaccia utente si andranno ad analizzare unicamente le funzionalità di maggior interesse, che essenzialmente possono essere richiamate dai 3 menu a tendina Analysis, T&M e Tools. Il menu Analysis verrà discusso in dettaglio in questa prima parte mentre i menu T&M e Tools verranno descritti nella seconda parte. Prima di iniziare a parlare di queste funzionalità, ci soffermiamo un attimo sulla parte di interfaccia che serve a disegnare i circuiti.

Figura 1: Interfaccia grafica di TINA TI

Come si vede da Figura 1, l'interfaccia utente di TINA TI essenzialmente si compone di una view, dove è possibile editare i circuiti da simulare. Nell'immagine viene chiamata Circuit Workspace, invece i menu sono distribuiti su 4 row. La Top row che contiene i classici menu a tendina, File, Modifica, Inset, View, Analysis ed altri. La Second row che contiene pulsanti per il salvataggio, ma anche la possibilità di inserire testo, e creare le wire di connessione tra i vari elementi circuitali. La Third row e la Fourth row contengono, rispettivamente, le icone e i tab, dalle quali è possibile inserire i vari componenti del circuito da simulare.

Figura 2: In questa schermata vengono riportati tutti i device basilari per la simulazione di reti elettriche

Come riportato nella didascalia di Figura 2, se scegliamo il tab Basic, possiamo inserire tutti i componenti elementari per la simulazione circuitale, quali generatori di tensione, amperometro, condizioni inziali, massa, ecc. In pratica, questo menu contiene una serie di oggetti di frequente utilizzo. Da notare che in questo tab si trovano anche i blocchi, che servono ad inserire le condizioni iniziali.

Figura 3: Questo menu è dedicato agli switch

Il tab Switches (Figura 3) contiene diversi switch di vario tipo che possono essere utilizzati per le simulazioni sui transitori. Si può scegliere il classico switch che commuta tra ON e OFF, in modo da utilizzare lo stesso circuito ma simularlo in due tempi diversi. Oppure lo switch che commuta ad una frequenza ben definita. Qui viene impostata la frequenza di commutazione, il tempo in cui è aperto (toff), ed il tempo in cui è chiuso (ton). O altri ancora, come lo switch controllato in tensione. Questi oggetti possono anche essere, in prima approssimazione, utili nelle applicazioni SMPS.

Figura 4: Questi elementi circuitali vengono utilizzati per eseguire misure sui circuiti

Nel tab Meters, invece, troviamo tutti gli strumenti di misura che possono essere inseriti nelle simulazioni circuitali al fine di avere grafici di grandezze elettriche quali, per esempio, correnti e tensioni. Gli strumenti a disposizione possono quindi essere amperometro, voltmetro, wattmetro ed altri.

Figura 5: Tab Sources, contenenti generatori di corrente e tensione ma anche generatori di sequenze di bit

Il tab Sources contiene tutti i generatori di tensione indipendenti, che serviranno ad alimentare il circuito e anche generatori di dati, rispettivamente, di 4-bit, 8-bit e 16-bit, questi elementi sono dati dalle ultime 3 icone come si vede in Figura 5.

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