Fernando Sanchez Hernandez MD685074

Instituto Tecnolgico y de Estudios Superiores de Occidente Departamento de Electrnica, Sistemas e Informacin

Maestra en Diseo Electrnico Mtodos de Simulacin de Circuitos Electrnicos

Resumen sobre la breve historia del diseo asistido por la computadora de circuitos y dispositivos electrnicos, y algunas

tendencias futuras

Fernando Sanchez Hernandez MD685074

Enero de 2014

Fernando Sanchez Hernandez MD685074

Definicin de CAD

Las CAD, Computer Aided Design (Diseo Asistido por Computadora) por sus siglas en ingles, son un conjunto de herramientas de software. En la actualidad la mayora de las herramientas asistidas por ordenador estn enfocadas a tres reas [1]:

- Computer Aided Design (CAD) Diseo - Computer Aided Manufacturing (CAM) Fabricacin - Computer Aided Engineering (CAE) Ingeniera

Para nuestro caso particular la definicin de CAD, es un poco ambiguo pues este trmino se generaliza para muchas reas de la ciencia por ejemplo:

- Arquitectura, construccin e ingeniera civil - Ingeniera mecnico, maquinado y manufactura de piezas - Ingeniera electrnica, elctrica y dispositivos discretos e integrados

Este trabajo est orientado a hacer una breve descripcin de la historia de las herramientas CAD para sistemas elctricos-electrnicos, electromagnticos y sus derivativos.

Antecedentes

A principios de los aos 50s los primeros ordenadores electromecnicos eran programados, para resolver algebra de ecuaciones en condiciones de equilibrio para redes elctricas en estado sinusoidal [2]. Con estas herramientas de anlisis disponibles para emplear tcnicas de optimizacin para lograr diseos de filtros elctricos [2] fue posible el diseo de filtros de manera ms eficiente. A mediados de los cincuenta Robert Aaron propuso implementar la tcnica de mnimos cuadrados para la implementacin de funciones de transferencia que aproximan un conjunto de especificaciones de diseo. Siguiendo sus pasos, Charles A. Desoer y Sanjit K. Mitra implementaron tcnicas para el diseo de filtros en escalera de baja perdida utilizando computadoras digitales de alta velocidad[3], por su parte D.A Calahan propuso tcnicas para el diseo de filtros para aplicar sistemas de alta frecuencia utilizando un algoritmo eficiente que pudiera se sintetizado en un computador [4], y B.R Smith y G.C Temes propuso un mtodo para el desarrollo de sntesis de filtros de manera automtica utilizando un ordenador evitando el uso de mtodos grficos [5].

En los inicios de las herramientas CAD dentro de la ingeniera electrnica, eran un conjunto de algoritmos y simuladores rudimentarios, enfocados a propsitos especficos. La evolucin de las herramientas CAD en la actualidad ha alcanzado un gran desarrollo llegando a desarrollar software de propsito general, donde destacan cualidades como:

- Alta Flexibilidad - Son interactivos - Impresionantes capacidades de desplegu de informacin visual - Combinadas han desarrollado un manejo casi intuitivo por el usuario

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Avances de los simuladores de hoy y sus aplicaciones

Los primeros programas de propsito general que se limitaban a implementar mtodos estndares de anlisis de redes fueron TAP, CORNAP, ECAP, AEDNET. Con el avance en las tcnicas matriciales ralas, mtodos de integracin numrica, mtodos para el clculo de sensibilidad y tcnicas para formular las ecuaciones de un circuito (anlisis nodal modificado), surgieron los primeros programas de simulacin de propsito general computacionalmente eficiente como fueron ECAP-II, SLIC, CANCER. A mediados de los 70s evoluciono el que se convertira en el ms popular de los simuladores de propsito general, SPICE.

Por ejemplo ECAP-II es un software para el anlisis de DC y Transitorio de circuitos no lineales con la capacidad de operar sobre circuitos grandes de hasta 1,000 ramas. ECAP-II permita el modelado de dispositivos y sub-circuitos, tambin el uso de subrutinas de Fortran [6]. Por otro lado CANCER permita el anlisis de de circuitos no lineales en DC, anlisis transitorio en gran seal, anlisis en AC de pequea seal, anlisis en el dominio de la frecuencia [7].

Con el avance de los dispositivos de estado slido y la industria del semiconductor, en la universidad de Berkeley se desarrollo un programa que cumpliera con las necesidades del grupo de diseo de circuitos integrados de la universidad, este programa permita el anlisis de puntos de operacin, transitorio no lineal, pequea seal en el dominio de la frecuencia, anlisis de ruido, distorsin armnica y DC, a este programa se le llamo SPICE [8].

El desarrollo de estas herramientas de simulacin, permitieron la evolucin de software especializado en simulaciones de baja frecuencia y seal mixta, electrnica de potencia, sistemas analgicos de alta potencia y electromagntico.

Las necesidades de la industria moderna y las nuevas tecnologas emergentes han presionado al desarrollo de nuevas herramientas de simulacin ms completas, potentes y eficientes. Por ejemplo las tecnologas de microondas emergentes como son, las guas de onda coplanares (CPW), circuitos microcinta-multicapa, las guas de onda embebidas en sustratos (SIW) y antenas de circuitos integrados y en circuitos impresos, han empujado el desarrollo de modelos basados en electromagnetismo de onda completa.

Conforme la tecnologa y los dispositivos evolucionan a dimensiones y tamaos ms pequeos, alcanzando en la actualidad escalas nanomtricas, dispositivos digitales con velocidades de conmutacin en el orden de las microondas, exigen mtodos ms holsticos donde se incluyan no solo fenmenos de naturaleza elctrica, si no tambin fenmenos trmicos, mecnicos; haciendo uso sistemas multidisciplinarios con ecuaciones diferenciales parciales acopladas entre los diferentes dominios.

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The Line Time of development of tools CAD electronics design

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Referencias

[1] Wikipedia, Diseo Asistido por Computadora, link: http://es.wikipedia.org/wiki/Dise%C3%B1o_asistido_por_computadora

[2] Donald O. Pederson, A Historical Review of Circuit Simulation IEEE 1984. [3] Charlers A. Desoer and Sanjit K. Mitra Design of Lossy Ladder Filters by Digital

Computer IEEE 1961. [4] D.A. CALAHAN, Computer Design of Linear Frequency Selective Network IEEE

1965. [5] B.R. SMITH and G.C. Temes An Iterative Approximation Procedure for Automatic

Filter Synthesis IEEE 1964. [6] Franklin H. Branin, Gerald R. Hogsett, Richard L. Lunde and Lawrence E. Kugel ECAP

II-A New Electronics Circuit Analysis Program IEEE 1971. [7] Laurence Nagel and Ronald Rohrer Computer Analysis of Nonlinear Circuits, Excluding

Radiation (CANCER) IEEE - 1971 [8] Ellis Cohen, Program Reference for SPICE2, Electronics Reserchs Laboratory collage

of Engineering, University of California Berkeley CA, 14 June 1976.