LSI周りのアナログ回路をシミュレータで理解する ―― RCフィルタ，降圧型，DC-DCコンバータ，アクティブ・フィルタなど

1　RCフィルタ回路

● 部品の配置と配線

　Windowsのスタート・メニューから「Launch Top SPICE Demo」を選択して，回路図エディタを起動します．

　図1のような信号源と受動素子だけの回路を作成します．メニュー・バーから「Insert」→「Part」→「Symbol...」を選択すると，図2のパーツ・シンボル選択のダイアログが現れます．左側のリストから希望する部品を選び，回路図に配置します．部品の向きを変えたい場合，部品を選択して，赤く表示された状態でキーボードの「R」で90°回転（Rotate），「M」で左右反転（Mirror），「F」で上下反転（Flip）します．回転できない部品は，初めから横向き，縦向きの部品が用意されています．

［図1］ RCフィルタ回路図
シミュレータの扱いに慣れるために，信号源と受動素子だけの簡単な回路tで説明した．シミュレーション・フィルタ名はRC_Filter.sch．本記事で紹介するシミュレーション・ファイルは筆者のWEBページから入手できる．

［図2］ パーツ・シンボルの選択

　配線は「Insert」→「Wire」で行います．カーソルがペン型に変わります．1回目のクリックで配線開始，2回目のクリックで終了です．右クリックで配線モードが終了します．

　回路図に配置された各部品をダブル・クリックすると，属性設定ダイアログが現れます．抵抗の場合は図3のように抵抗値だけを入力します．

［図3］ 抵抗の属性設定

　シミュレータは各配線に対して，それをノード（節点）ととらえて，自動的にノード番号を割り振っています．波形をチェックしたい入力や出力には，分かりやすいノード名を付けた方が便利です．「Insert」→「Label Node...」と選択して，図1のように「in」や「a」，「b」を入力し，配線に近づけてクリックし，配置します．inのように同一回路内で同じ名前を付けた配線は，つながっているとみなされます．

　本ツールは，回路図上にテキストでSPICEのステートメント（構文）やコメントを入力できます．例えば図1の回路図の左下の* fc＝1/（2×pi×R1×C1）という記述は，*印を付けているのでコメントです．

● 信号源の設定

　信号源V1をダブル・クリックしてください．図4のような設定ダイアログが現れます．DC SpecのブロックでDC解析，AC SpecのブロックでAC解析，TRANsient Specのブロックで過渡解析の設定をします．今回はAC解析と過渡解析を行いますので，AC Specの下のEnableにチェックを入れます．AC解析は線形小信号解析です．通常，入力振幅は1V，位相はデフォルトで0°とします．このように設定すると出力値がそのまま回路の伝達関数値（出力/入力）となります．なお，AC解析出力は複素数で得られますので，読みとり時にはゲインまたは位相などの指定が必要です．

［図4］ 信号源の属性設定
信号源には，この例の電圧源と，そのほかに電流源がある．

　過渡解析の設定は，TRANsient Specのブロックにおいて，まず生成したい波形をラジオ・ボタンで選びます．ここではパルス波形を作りたいのでPULSEをチェックします．図5のように設定します．上から初期電圧値，パルス電圧値，遅れ時間，立ち上がり時間，立ち下がり時間，パルス幅，周期，繰り返し回数となっています．単位のVやsは省略可能です．

［図5］ パルス信号の設定