home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ High Voltage Shareware / high1.zip / high1 / DIR3 / LENA.ZIP / LE_APX_E.TXT < prev    next >
Text File  |  1994-01-31  |  17KB  |  396 lines
  1. .
  2.  
  3.  
  4.      APPENDIX E - COMPARISON OF LENA WITH 'BBS' LINEAR CIRCUIT ANALYZERS
  5.      ===================================================================
  6.  
  7.      AVAILABLE PROGRAM PACKAGES FOR AC ANALYSIS
  8.  
  9.      The following available-on-BBSs have been evaluated:
  10.  
  11.           NOVA - Robert Stanton      (Shareware)
  12.                  15 Church St.
  13.                  Oneonta, NY 13820
  14.  
  15.        PC-ECAP - PETER VOLPA         (Shareware)
  16.                  Circuit Systems
  17.                  418 Church Road
  18.                  Sicklerville, NJ 08081
  19.  
  20.          SPICE - [port to PC from Berkely SPICE TR3e2; requires 4 MB RAM]
  21.                  Howard LeFevre      (Shareware)
  22.                  22 Santa Bella Rd
  23.                  Rolling Hills Estates, CA 90274
  24.  
  25.         PSpice - [Design Center - System 2; Evaluation version 5.3]
  26.                     (version 5.4 is now available)
  27.                  MicroSim Corporation
  28.                  20 Fairbanks
  29.                  Irvine, CA 92718
  30.                  (800) 245-3022 (info, 8:30 AM - 5:00 PM, PDT)
  31.                  (714) 455-0554 (FAX only)
  32.                  (714) 454-7611 (BBS, 1200-9600 Baud, info)
  33.  
  34.      Top SPICE - [Mixed Mode Analog/Digital Demo version 2.13]
  35.                  PENZAR Development
  36.                  P.O.Box 10358
  37.                  Canoga Park, CA 91309
  38.                  (818) 594-0363
  39.                  (818) 340-6316 (FAX only)
  40.  
  41.      Note:  Electronics Workbench from Interactive Image Technologies Ltd. is
  42.      available for PC or Macintosh for $199 and up, free demo available from
  43.      the publisher.  This was not tried.  See advertisements in Electronics
  44.      Now magazine for details.
  45.  
  46.  
  47.      NOVA
  48.  
  49.      Passive components are limited to the basic R, C, and L single devices
  50.      with only one source (stimulus, fixed at 1 V).  Has some models for
  51.      transistors, FETs, Operational amplifiers (no internal breakpoint
  52.      frequency), transformers (coefficient of coupling fixed at unity),
  53.      transmission line (lossless), plus S-parameters (describeable as two-
  54.      ports).  No other independent or dependent sources.  Output is magnitude,
  55.      phase, group delay, impedance at selected node.  Frequency sweep is
  56.      linear or logarithmic.  Time stimulus is limited to a square-wave,
  57.      harmonics from 101 to 1001.  Numeric co-processor version available.
  58.      Executable program file size:  190,032 bytes.
  59.  
  60.  
  61.                             
  62.                             LENA Appendix E - Page 1 of 6
  63.  
  64.  
  65.  
  66. .
  67.  
  68.  
  69.  
  70.      PC-ECAP
  71.  
  72.      Analyzes magnitude, phase, group delay, impedance, VSWR and return loss
  73.      at a specified node, linear or logarithmic frequency sweep.  Maximum
  74.      node number is 40, component quantity "unlimited."  Component repertoire
  75.      has individual R, L, C, transformers (apparently at coupling coefficient
  76.      unity), Bipolar transistors (hybrid-pi model), FETs, operational
  77.      amplifiers (no internal breakpoint frequency), and voltage-controlled
  78.      current sources.  Transistors are input via a "model maker" sub-menu.
  79.      Number of frequencies is selectable to 35, 70, 140, 280, or 560 points,
  80.      no variations.  No time-related stimulus available.
  81.  
  82.      Internal calculation is claimed as "15 digits, double precision."  If a
  83.      numeric co-processor is available, PC-ECAP will use it.  Frequency limits
  84.      must be put in the Net List; frequency change requires bringing up the
  85.      Net List and editing it (built-in list editor).  Tabulates and graphs (on
  86.      CGA, EGA, or VGA) output at selected node.  Executable program file size:
  87.      179,342 bytes.
  88.  
  89.      Note:  Phase information output will exceed plus/minus 180 degrees up to
  90.      720 degrees; some auto-scaling in frequency control causes an overshoot
  91.      in the number of frequencies beyond the upper frequency limit.
  92.  
  93.  
  94.      SPICE (TR3e2)
  95.  
  96.      This one was not examined due to needing 4 Megabytes of RAM (the author
  97.      runs his 386SX-20 with only 2 MB).  This direct port from SPICE 3
  98.      apparently runs mostly in Extended memory.  While basic instructions are
  99.      given, users are referred to the University of California at Berkeley SPICE
  100.      3 User's Manual (address given).
  101.  
  102.      The BBS-distributed program is in 3 ZIPped files and will fit on two high-
  103.      density 5 1/4" floppy disks.
  104.  
  105.  
  106.      PSpice (evaluation)
  107.  
  108.      MicroSim's PSpice is available as an evaluation program set, along with
  109.      Probe, the graphical output screen plotter, working with nearly all
  110.      standard "Design Center - System 2" features.  The evaluation program set
  111.      allows circuits of up to 64 nodes and with 10 models; supplied model
  112.      library is limited to more common devices.  This is a _fully_working_
  113.      program within its limitations and is free for distribution on BBSs.
  114.  
  115.      The evaluation version from MicroSim has a nice set of abbreviated
  116.      instructions, including a necessary modification of AUTOEXEC.BAT to
  117.      enable access to the supplied model library.  Graphical display is very
  118.      well done for VGA and printer choice is wide, including even the old
  119.      Epson MX-80; graphics printing with dot-matrix printers is clear and
  120.      comprehensive, inserting plot marking symbols to make up for black-and-
  121.      white printing.  Full instruction manuals are available for purchase
  122.      direct from MicroSim and may be ordered via an 800 number or over their
  123.      own BBS.
  124.  
  125.  
  126.  
  127.                             
  128.                             LENA Appendix E - Page 2 of 6
  129.  
  130.  
  131.  
  132.  
  133.  
  134.      PSpice, like all SPICE derivatives, is concerned mainly with time domain
  135.      stimulus and response.  As such, PSpice is excellent.  While it does do
  136.      small-signal AC analysis, the evaluation version would only output-to-
  137.      file phase information, not allowing phase display via Probe.
  138.  
  139.      In PSpice, _every_ node voltage is solved at one pass, then all are
  140.      written to a data file.  That data file may be read by Probe (a separate
  141.      program) and desired output selected there.  PSpice will require as much
  142.      of 632 KB main memory space as one can afford.
  143.  
  144.      The Net List controls all ranges and output types.  While a frequency
  145.      sweep may be selected via the main control program, it will be written to
  146.      the Net List file or request made to update the file at the end of a
  147.      session.  Since all control is specified in that Net List, _everything_
  148.      is available to the designer:  Comprehensive DC analysis, including
  149.      stable bias points of semiconductors; Monte Carlo analysis of specified-
  150.      percentage components; operating temperature; even a task time breakdown
  151.      in seconds, perhaps a left-over from old Batch process days on mainframes.
  152.      The PSpice packages are designed for the _professional_ electronics
  153.      engineer who _must_ know all these things.
  154.  
  155.  
  156.      Top SPICE (evaluation)
  157.  
  158.      From a relatively new company in the SPICE business, Top SPICE looks very
  159.      much like PSpice.  Their graphical screen display is better than PSpice in
  160.      the author's opinion, and several of the main program functions are easier
  161.      to manipulate.  The graphical screen display _does_ show phase.
  162.  
  163.      The evaluation package found on BBSs lacks textual documentation, even the
  164.      barest essentials of which program does what and to whom.  It is close
  165.      enough to PSpice that the functions could be discovered without too much
  166.      trouble.  Unfortunately, the evaluation package has fewer nodes available
  167.      compared to PSpice and the selected comparison could not be performed.
  168.  
  169.  
  170.      THE COMPARISON CIRCUIT MODEL
  171.  
  172.      PHASER.LIN out of the LENA Program Set was chosen to compare NOVA, PC-
  173.      ECAP, PSpice, with LENA.  At 28 nodes minimum, it is a medium-sized 
  174.      circuit model containing no specific active devices.  The particular
  175.      interconnection scheme fairly well fills most program analysis matrices
  176.      after the tenth to twelfth node.  This circuit was analyzed independently
  177.      on RCA Spectra 70 and XDS Sigma 9 mainframes in 1974, as well as being
  178.      built in hardware; previous analyses and working hardware agreed.
  179.  
  180.      The comparison computer was a 386SX running at 20 MHz clock, 387SX numeric
  181.      co-processor installed, 2 MB RAM, VGA display, 17 millisecond average
  182.      access time IDE hard disk.  200 frequencies in sweep.  Time to complete is
  183.      in seconds:
  184.  
  185.      NOVA      348      (answers disregarded due to sources; see 1)
  186.      PC-ECAP   112      (interpolated from 280-frequency run; see 3)
  187.      PSpice     49/130  (49 to complete run, 81 to load data file; see 2)
  188.      LENA      168      (no coprocessor version)
  189.      LENA       31      (numeric coprocessor version)
  190.  
  191.  
  192.  
  193.  
  194.                             LENA Appendix E - Page 3 of 6
  195.  
  196.  
  197.  
  198.  
  199.  
  200.      Notes -
  201.  
  202.      1.  NOVA is limited to one, and only one source.  The phasing circuit
  203.          requires four, one pair in opposite phase to the other pair.  All
  204.          others except the LENAs used dependent sources to simulate three
  205.          of the inputs.  Solution could not be accurately done without four
  206.          signal sources so time given is merely the time to analyze.
  207.      2.  PSpice is fast, solving ALL nodes at one pass, but reading out the
  208.          desired nodes requires loading in an ".OUT" file taking nearly
  209.          twice as long as the internal analysis.  Top SPICE loads an .OUT
  210.          file faster, but the evaluation version would not run with 29 nodes.
  211.      3.  Actual time to complete 280 frequencies in PC-ECAP was 156 seconds;
  212.          figure for 200 calculated by 5/7ths of 280-frequency time.
  213.      4.  Analysis of all except NOVA agree on phase and magnitude.
  214.  
  215.  
  216.  
  217.      ODD AND SUNDRY CONCLUSIONS FROM THE TEST...
  218.  
  219.      The executable program sizes of all except the LENAs were much larger.
  220.      PSpice and Top SPICE use and create large files, probably using at least
  221.      part of Extended memory.  SPICE3 needs Extended memory.  The created .DAT
  222.      file of PSpice's PHASER circuit analysis was 142,278 bytes in size, the
  223.      .OUT file 30,638 bytes.  LENA's variable storage area in RAM does not
  224.      exceed 64 KB beyond the program sizes and can run in 139 KB contiguous
  225.      free RAM.
  226.  
  227.      The SPICE derivatives all use the 'batch program' Net List organization of
  228.      over a decade ago.  While this can be a benefit to program I/O structure,
  229.      it is a bit "foreign" to many, especially with many descriptions for a
  230.      component or model.  The Net List contains all the various stimulus
  231.      descriptions but remains the same Net List for recordskeeping purposes; it
  232.      can turn out a bit cryptic if viewed weeks or months after a run (but may
  233.      be freely commented with an asterisk starting the comment line).  As a
  234.      circuit and systems designer/engineer, the author likens Net Lists with as
  235.      much favor as filling out requisitions for parts and doesn't like having to
  236.      look up manufacturer's specific part numbers (akin to the "translation"
  237.      sometimes needed with the SPICE Net Lists).  Program control commands are
  238.      done directly from the Main level in LENA with the circuit list containing
  239.      only circuit components.
  240.  
  241.      Pull-down menus are excellent when there are many function choices.
  242.      LENA, concentrating on linear/small-signal analysis, has fewer choices
  243.      than combination frequency and time-domain analysis programs.  For that
  244.      reason, the direct command and function control, with only one sub-level
  245.      (for circuit changes) was considered more flexible.
  246.  
  247.  
  248.      SPICE NET LIST TRANSLATION
  249.  
  250.      The following is an abbreviated glossary of common Net List statements in
  251.      SPICE files.  A beginning-character period or symbol denotes a command or
  252.      function while an alphabetic beginning-character generally denotes a
  253.      component.  Depending on the version, component names are 4 to 8 characters
  254.      maximum, only the left-most character denoting the type of component.  Most
  255.      SPICE versions allow naming of nodes.  SPICE convention is to delimit items
  256.  
  257.  
  258.  
  259.  
  260.                             LENA Appendix E - Page 4 of 6
  261.  
  262.  
  263.  
  264.  
  265.  
  266.      with one or more spaces.  Component Type is capitalized here for emphasis.
  267.      An asterisk here identifies functional equivalents to LENA (for linear
  268.      analysis only).
  269.  
  270.      Passive Components
  271.  
  272.      *  Rname node1 node2 value             Single Resistor
  273.      *  Cname node1 node2 value             Single Capacitor
  274.      *  Lname node1 node2 value             Single Inductor
  275.  
  276.      *  Kname Lname1 Lname2 coefficient_of_coupling    Transformer; "nodes"
  277.                                                        replaced by names of
  278.                                                        inductors of primary
  279.                                                        and secondary.
  280.  
  281.         Tname node1 node2 node3 node4 <values>      Lossless transmission line;
  282.                                                     <values> having two choices
  283.                             ZO=value  TD=value   -or-
  284.                             ZO=value  F=frequency  NL=normalized_length
  285.  
  286.      Dependent Sources
  287.  
  288.      *  Gname +node_out -node_out +node_in -node_in value   Voltage-controlled
  289.                                                             Current source
  290.                                                             ("GMS" in LENA)
  291.  
  292.         Ename +node_out -node_out +node_in -node_in value   Voltage-controlled
  293.                                                             Voltage source
  294.  
  295.      *  Fname +node_out -node_out +node_in -node_in value   Current-controlled
  296.                                       #        #            Current source
  297.                                                             ("HFS" in LENA)
  298.  
  299.         Hname +node_out -node_out +node_in -node_in value   Current-controlled
  300.                                       #        #            Voltage source
  301.  
  302.                              # current-controlled sources may use Name of
  303.                                component having control current as single item
  304.                                replacing input nodes.
  305.  
  306.         Bname +node_out -node_out <I=expression><V=expression>  Non-linear I or
  307.                                                                 V source
  308.  
  309.      Independent Sources
  310.  
  311.         Vname +node -node  [DC value][AC value][transient value]     Voltage
  312.  
  313.      *  Iname +node -node  [DC value][AC value][transient value]     Current
  314.                                                                ("SIG" in LENA)
  315.  
  316.                            [transient value] in either is one of three choices:
  317.            SIN (offset_voltage amplitude frequency [start_delay damping_coef])
  318.       *    PULSE (V1 V2 pulse_delay [rise fall width period])
  319.            PWL (time_pt1 volt_or_ampl1 [time_pt2 volt_or_ampl2 ... ])
  320.  
  321.  
  322.  
  323.  
  324.  
  325.  
  326.                            LENA Appendix E - Page 5 of 6
  327.  
  328.  
  329.  
  330.  
  331.  
  332.      Models (first-character identification only)
  333.  
  334.      *  S      switch                           D     diode
  335.      *  Q      transistor                       J     junction-FET or FET
  336.      *  O      lossy transmission line
  337.         X      further identification in sub-circuit description
  338.  
  339.         Notes:  Gummel-Poon model for transistor is more common in SPICE due to
  340.         better simulation in transient analysis than Hybrid-Pi model.
  341.         Transmission line model in LENA may be lossy or lossless.  In PSpice,
  342.         PNP and NPN may be used for transistors in place of Q, also MOSFET in
  343.         place of J.
  344.  
  345.  
  346.      Command or Function description (typical, most common)
  347.  
  348.         .TRAN <conditions>  do a transient (time-domain) analysis
  349.  
  350.         .DC <conditions>    does a voltage step from low limit to high limit
  351.                             in increments to see DC transfer characteristics
  352.  
  353.         .TF <node1> <node2>     transfer function between two nodes
  354.  
  355.      *  .AC DEC <steps_per_decade> <lo_limit> <hi_limit>  Logarithmic frequency
  356.                                                           range, AC analysis
  357.      *  .AC LIN <increment> <lo_limit> <hi_limit>         Linear frequency range
  358.         .AC OCT <steps_per_octave> <lo_limit> <hi_limit>  Semi-logarithmic freq.
  359.                                                           range by octaves
  360.  
  361.         .NOISE <nodes> [every nth frequency]      component noise generation
  362.     
  363.         .TEMP <degrees_C>          set operating temperature
  364.  
  365.         .FOUR <node(s)>     Fourier coefficients (shows non-linearity effects)
  366.                        
  367.         .MC <conditions>    Monte Carlo test for specified-tolerance devices
  368.  
  369.         .SUBCKT      -or-
  370.         .MODEL name         begins description of model, description stops at
  371.         .END                end statement
  372.  
  373.      *  .PRINT <node(s)>    command to make line-printer tabulation at node(s)
  374.  
  375.      *  .PLOT <node(s)>     command to make line-printer plot equivalent at
  376.                             node(s)
  377.  
  378.  
  379.  
  380.  
  381.  
  382.  
  383.  
  384.  
  385.  
  386.  
  387.  
  388.  
  389.  
  390.  
  391.  
  392.                            LENA Appendix E - Page 6 of 6
  393.  
  394. .1/31/94
  395.  
  396.