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KiCad8でオペアンプを含んだ回路のシミュレーションを行う（走り書き）

KiCad
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hardware
七瀬七瀬

前提

  • KiCad: 8.0.1
    • UIは異なるが 6.0.10 でもほとんど同じ手順が使えた
七瀬七瀬

回路図の作成

上記のようなオペアンプを含んだ回路図をまず作る。

電源ソース

  • 部品の Simulation_SPICE:VDC を使う
  • パラメータの変更は「シンボルのプロパティ」→「シミュレーションモデル...」を押して編集できる
  • V2 はAC解析のため以下のパラメータにしておく
  • GND の隣にある 0 という基準電位は pspice:0 という部品を使う

受動部品

基本的な部品（Device:R, Device:C, Device:L）のままでよい。抵抗値の Ω は不要で F と H はつけておく。

オペアンプ

  • 部品は Simulation_SPICE:OPAMP を使う
  • KiCadでは標準でシミュレーションに必要なSPICEモデルを持っていないため、モデルファイルを指定して使う
    1. ngspiceのページにある basic model parameter set というリンクから basic_models.7z をダウンロードして展開する
    2. 展開後のファイルに OpAmps/generic_opamp.lib というファイルがあるのでこれを使う
    3. オペアンプの「シンボルのプロパティ」→「シミュレーションモデル...」→「ファイルからSPICEモデルを読み込む」で展開した generic_opamp.lib を指定する
    4. モデルに genopa1 を指定する
    5. このままだとSPICEモデルとKiCadのシンボルのピン割り当てが異なるので、手動で以下のように設定する
    • KiCad6ではこの設定は「代替ノードシーケンス」というチェックマークを入れ、テキストボックスに 1 2 5 3 4 と入力する必要があった。KiCad8でも意味するものは同じ

ネットラベル

今回は INPUT と TP1 の2つのラベルを作った。INPUTが入力波形、TP1が出力波形。このラベルはシミュレータでのプローブ位置（計測位置）をわかりやすくするものになる

七瀬七瀬

シミュレーション（周波数応答）

  1. 回路図が作り終えたら回路図エディタのメニューの「検査(I)」→「シミュレータ」を選んで起動させる

  2. KiCad8の場合は「シミュレーションを実行」を押して新しいシミュレーションタブダイアログを表示させる

  3. 今回は回路の周波数特性が知りたいので解析タイプを「AC - 小信号解析」にして必要なパラメータを埋める

  4. 互換モードは「PSpiceとLTSpice」にしておく

  5. OKを押す

  6. 何も表示されていない真っ黒なグラフが出てくるので、右側パネルの信号からKiCad側でラベル設定したテストポイント V(/TP) の位相と利得のプロットにチェックを入れる

  7. 場合によっては位相と利得が同じ色になっているので、見やすい色に選択し直す

七瀬七瀬

シミュレーション（過渡応答）

ついでに過渡応答についてもシミュレーションできるようにする。

  1. 回路図からV2のシミュレーションモデルを以下のように変更する
  • デバイス: Voltage Source
  • デバイスタイプ: Pulse
  • Initial value (y1): 0
  • Pulsed value (y2): 3.3
  • Pulse width (tw): 10u
  • Period (per): 20u
  • つまり最大電圧3.3Vの周波数50kHz（= 1/20μs）の矩形波（デューティ比50%）

  1. 回路図エディタのメニューの「検査(I)」→「シミュレータ」を選んで起動させる

  2. 「シミュレーションを実行」を押して新しいシミュレーションタブダイアログを表示させる

  3. 今回は回路の過渡応答が知りたいので解析タイプを「TRAN - 過渡応答解析」にして必要なパラメータを埋める

  4. 何も表示されていない真っ黒なグラフが出てくるので、右側パネルの信号からKiCad側でラベル設定した V(/INPUT) と V(/TP) のプロットにチェックを入れる

  5. 色がおかしければ適当なものを選び直す

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