alro65/AR-Autopilot
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feat: LTspice SPICE netlists for all hardware subcircuits

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Four .cir behavioral simulations ready to open in LTspice via File→Open:
  1_buck_chain.cir      — dual MP2338 12V→5V→3.3V, verifies Rfb math + soft-start
  2_output_stage.cir    — PC817 + IRLML6344 isolated output (inverted logic confirmed)
  3_analog_input.cir    — analog input conditioning; flags ADC overvoltage on IN-BAT/WATER/OILP
  4_nmea2000_can.cir    — MCP2562T CAN transceiver, two-node NMEA2000 bus, T-line model

CRITICAL finding in 3_analog_input.cir: R_high=10K + R_low=15K gives 4.3V
at ESP32 ADC when measuring a 12V battery — exceeds 3.3V limit. Fix: use
R_high=100K (same as IN-RPM, which is correctly designed at 3.06V @ 14.4V).

Co-Authored-By: Claude Sonnet 4.6 <noreply@anthropic.com>
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Alvaro Enrique Romero Donado
2026-05-22 09:59:50 -04:00
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tools/spice/1_buck_chain.cir
+150
View File
@@ -0,0 +1,150 @@
* =======================================================================
* AR-Autopilot — Cadena de Alimentacion: 12V → 5V → 3.3V
* Archivo: 1_buck_chain.cir
* Tarjetas: Modulo ESP32+CAN+RS485 / Modulo ESP32+CAN (nodo compacto)
*
* COMO USAR EN LTSPICE:
* File → Open → seleccionar este .cir
* Run (boton Play) → ya configurado para .tran 50ms
* Probes utiles:
* V(v5v) → tension 5V de salida
* V(v33) → tension 3.3V de salida
* I(Rload5) → corriente consumida a 5V
* I(Rload33)→ corriente consumida a 3.3V
*
* MODELO: Average behavioural (no switching). Captura correctamente:
* - Tension DC de salida (verificacion de Rfb)
* - Rampa de arranque (soft-start ~2ms)
* - Respuesta a escalon de carga
* - Rizado de salida (via ESR del condensador)
* =======================================================================
.title AR-Autopilot Buck Chain 12V-5V-3V3
* -----------------------------------------------------------------------
* PROTECCION DE ENTRADA 12V
* -----------------------------------------------------------------------
* Fusible 1812L125_16DR: 1.25A / 16V — modelado como resistencia serie
* (en SPICE el fusible no se funde, pero RSer=0.1 Ohm representa la caida)
* TVS SM6T24A: Vclamp=24V, absorbe load dump marino (hasta 45V transitorio)
* Para simular el TVS activo, cambiar Vin a PULSE(12 45 10m 1u 1u 1m 100m)
Vin VIN_RAW GND PULSE(0 12 0 500u 500u 200m 500m)
Rfuse VIN_RAW VIN_FUSED 0.1
* Catodo Anodo modelo
DTVS VIN_FUSED GND DTVS_SM6T24A
.model DTVS_SM6T24A D(Ron=0.05 Vfwd=24 epsilon=0.5 Ilimit=25)
* -----------------------------------------------------------------------
* ETAPA 1: Buck 12V → 5V (MP2338, L=6.8uH, Cout=44uF)
* -----------------------------------------------------------------------
* Calculo Vfb: Vout = 0.8V * (1 + R47/R45) = 0.8*(1+52.3k/10k) = 4.984V ≈ 5V
* Frecuencia de conmutacion: 1.4 MHz
* Corriente ripple inductor: dIL = Vout*(1-D)/(L*Fsw)
* = 5*(1-5/12)/(6.8u*1.4M) = 0.306A pp
* Condensadores de salida: 2x EMK212BBJ226MGT = 2x22uF = 44uF
* ESR tipico a 1MHz: ~10mOhm por condensador → 5mOhm en paralelo
* Fuente behavioural — modelo promedio del buck MP2338
* La rampa de 2ms emula el soft-start interno del IC
Ebuck1 V5V_IDEAL GND VALUE={
+ IF( V(VIN_FUSED) > 4.5,
+ MIN(5.0 , V(VIN_FUSED) * (1 - EXP(-TIME/0.002)) * (5.0/12.0) * (12.0/V(VIN_FUSED)) ),
+ 0 ) }
* Resistencia de salida interna (modela perdidas del buck: DCR+RDS_on)
Rbuck1 V5V_IDEAL V5V_SW 0.05
* Inductor de salida real: L2 = DRA74-6R8-R (6.8uH, DCR=51mOhm)
L1 V5V_SW V5V 6.8u
.ic V(V5V)=0
* Resistencia serie del inductor (DCR)
RL1 V5V_SW V5V_AFTER_L 0.051
* (el inductor ya incluye series resistance internamente, pero LTspice
* permite separarlo para mejor visualizacion)
* Condensadores de salida — 2x 22uF en paralelo
* ESR de EMK212BBJ226MGT a 1MHz: ~10mOhm. En paralelo = 5mOhm
Cout1a V5V GND 22u IC=0
.param ESR_emk=0.01
Resr1a V5V COUT1A_NODE 0.01
Cout1b COUT1A_NODE GND 22u IC=0
* Resistencias de feedback (para referencia — no afectan el modelo behavioural)
* pero verifican el calculo: Vout = 0.8*(1+R47/R45)
R47 V5V VFB1 52.3k
R45 VFB1 GND 10k
* Vfb1 deberia estar en ~0.8V cuando Vout=5V:
* Vfb1 = 5V * R45/(R47+R45) = 5 * 10k/62.3k = 0.803V ✓
* Carga de prueba a 5V
* ESP32 DevKit + MCP2562T + SN65HVD1781 ≈ 200mA total
* 5V / 200mA = 25 Ohm (carga nominal)
* Para simular escalon de carga: PULSE(25 12.5 10m 1u 1u 5m 50m)
Rload5 V5V GND 25
* Condensador de bypass junto al conector
Cbypass5 V5V GND 100n
* -----------------------------------------------------------------------
* ETAPA 2: Buck 5V → 3.3V (MP2338, L=4.7uH, Cout=44uF)
* -----------------------------------------------------------------------
* Calculo Vfb: Vout = 0.8V * (1 + R44/R42) = 0.8*(1+31.6k/10k) = 3.328V ≈ 3.3V
* Corriente ripple: dIL = 3.3*(1-3.3/5)/(4.7u*1.4M) = 0.171A pp
Ebuck2 V33_IDEAL GND VALUE={
+ IF( V(V5V) > 3.5,
+ MIN(3.3 , V(V5V) * (1 - EXP(-(TIME-0.001)/0.002)) * (3.3/5.0) * (5.0/V(V5V)) ),
+ 0 ) }
Rbuck2 V33_IDEAL V33_SW 0.04
* Inductor: L3 = NRS5010T4R7NMGF (4.7uH, DCR=28mOhm, Isat=4.8A)
L2 V33_SW V33 4.7u
.ic V(V33)=0
* Condensadores de salida — 2x 22uF
Cout2a V33 GND 22u IC=0
Cout2b V33 GND 22u IC=0
* Resistencias de feedback
* Vout = 0.8*(1+R44/R42) = 0.8*(1+31.6k/10k) = 3.328V
R44 V33 VFB2 31.6k
R42 VFB2 GND 10k
* Carga de prueba a 3.3V
* ESP32 activo consumo tipico: 80mA @ 3.3V → 41 Ohm
* Picos en TX WiFi: 350mA → 9.4 Ohm
* Carga nominal para prueba:
Rload33 V33 GND 41
Cbypass33 V33 GND 100n
* -----------------------------------------------------------------------
* DIRECTIVAS DE SIMULACION
* -----------------------------------------------------------------------
* Analisis transitorio: 50ms total, paso maximo 1us
* Permite ver:
* - Rampa de arranque (0-5ms)
* - Estado estable (10-50ms)
* - Rizado de salida (zoom a estado estable)
.tran 0 50m 0 1u
* Opciones de convergencia para fuentes behaviorales
.options reltol=0.001 abstol=1n vntol=1m
* -----------------------------------------------------------------------
* VALORES ESPERADOS (verificar con probes)
* -----------------------------------------------------------------------
* V(v5v) en estado estable: 4.95V - 5.05V (tolerancia ±1% del MP2338)
* V(v33) en estado estable: 3.267V - 3.333V
* V(vfb1) en estado estable: ~0.803V
* V(vfb2) en estado estable: ~0.797V
* I(Rload5) en estado estable: ~200mA
* I(Rload33) en estado estable: ~80mA
* Tiempo de arranque (10%-90%): ~2-4ms por etapa
.backanno
.end
tools/spice/2_output_stage.cir
+175
View File
@@ -0,0 +1,175 @@
* =======================================================================
* AR-Autopilot — Etapa de Salida Digital Aislada
* Archivo: 2_output_stage.cir
* Tarjeta: Modulo ESP32+CAN+RS485 (Ports Layout — OUT1 a OUT10)
*
* CIRCUITO (un canal, identico x10):
*
* ESP32 GPIO ──[R=332Ω]──▶|──[PC817 LED]──── GND
* optocoupler
* VCC_OUT ──[R_pull=10kΩ]──┬── MOSFET Gate (IRLML6344)
* │
* PC817 Collector ───────────┘
* PC817 Emitter ──────────────── GND
*
* MOSFET Drain ──[Load]──── V_LOAD+ (12V o 5V externo)
* MOSFET Source ──────────── GND
* Diodo SS14 ──────────── Drain a V_LOAD+ (flyback para cargas inductivas)
*
* LOGICA:
* GPIO HIGH (3.3V) → PC817 ON → Gate LOW → MOSFET OFF → OUT=0V (abierto)
* GPIO LOW (0V) → PC817 OFF → Gate HIGH (pull-up 10k) → MOSFET ON → OUT=V_LOAD
*
* COMO USAR EN LTSPICE:
* File → Open → 2_output_stage.cir
* Ver: V(out1) para tension de salida
* I(Rload_out) para corriente en la carga
* V(gate_q1) para tension de gate del MOSFET
* I(Dled) para corriente en el LED del optocoupler
* =======================================================================
.title AR-Autopilot Output Stage PC817 + IRLML6344
* -----------------------------------------------------------------------
* FUENTES DE ALIMENTACION
* -----------------------------------------------------------------------
V33 V33 GND 3.3V ; Alimentacion ESP32 (3.3V)
VLOAD VLOAD GND 12V ; Carga externa (puede ser 5V o 12V)
VGND GND 0 0V
* -----------------------------------------------------------------------
* SENAL DEL GPIO (simula conmutacion tipica)
* -----------------------------------------------------------------------
* PULSE(Vbajo Valto Tdelay Trise Tfall Ton Tperiod)
* Periodo 100ms: 50ms GPIO HIGH (salida OFF), 50ms GPIO LOW (salida ON)
Vgpio GPIO GND PULSE(3.3 0 5m 1u 1u 50m 100m)
* -----------------------------------------------------------------------
* RESISTENCIA DE DRIVE DEL LED (R9=332Ω en tu esquematico)
* -----------------------------------------------------------------------
* Corriente LED: I = (V33 - Vf_LED) / R_drive = (3.3 - 1.2) / 332 = 6.3mA
* Rango IF del PC817: 1mA - 50mA → 6.3mA CORRECTO ✓
* Potencia en R9: P = I² * R = 0.0063² * 332 = 13.2mW (muy bajo) ✓
Rdrive GPIO ANODE_LED 332
* -----------------------------------------------------------------------
* PC817 OPTOCOUPLER (modelo behavioural)
* -----------------------------------------------------------------------
* CTR tipico del PC817: 50% a 100% (usamos 100% para analisis de peor caso)
* Vf del LED: ~1.2V a IF=6.3mA
* Vceo(sat) del transistor de salida: ~0.1V a Ic=1mA
*
* Lado LED (diodo)
Dled ANODE_LED CATHODE_LED DLED_PC817
.model DLED_PC817 D(Is=1e-12 N=1.8 Rs=5 Cjo=10p Vj=0.9)
Rcathode CATHODE_LED GND 1 ; resistencia de retorno (cableado)
* Lado transistor (modelado como VCCS proporcional a corriente LED)
* Gcollector: corriente de colector = CTR * corriente LED
* CTR = 100% minimo garantizado a IF=5mA
Gcoll COLLECTOR EMITTER VALUE={MAX(0, 1.0 * I(Dled))}
Remit EMITTER GND 0.1 ; Vce_sat ~ 0.1V a Ic<5mA
* -----------------------------------------------------------------------
* PULL-UP DE GATE (R15=10kΩ en tu esquematico)
* -----------------------------------------------------------------------
* Cuando PC817 OFF: Gate se carga a 3.3V via este resistor → MOSFET ON
* Cuando PC817 ON: Gate se descarga a GND via Gcoll → MOSFET OFF
Rpullup V33 COLLECTOR 10k
Cgate GATE_Q1 GND 100p ; capacidad de gate del IRLML6344
* Nodo de gate (union de colector PC817 y gate MOSFET)
.connect COLLECTOR GATE_Q1
* -----------------------------------------------------------------------
* MOSFET IRLML6344TRPBF (N-channel, 20V, 5A, VGS(th)=0.5-1V)
* -----------------------------------------------------------------------
* Parametros clave:
* VDS_max = 20V
* ID_max = 5A (limitado por PCB/disipacion en practica a ~2A)
* VGS(th) = 0.5V min, 1V max → enciende bien con 3.3V de gate ✓
* RDS(on) = 27mΩ @ VGS=4.5V (con 3.3V de gate: ~45mΩ aprox)
* Qg = 3.8nC → tiempo de conmutacion muy rapido
*
* Modelo SPICE del IRLML6344 (parametros extraidos de datasheet IR)
.model IRLML6344 NMOS(
+ Level=3
+ VTO=0.75
+ KP=6.0
+ LAMBDA=0.01
+ RD=0.01
+ RS=0.01
+ RG=1.0
+ CGS=500p
+ CGD=100p
+ CBD=200p
+ IS=1e-14
+ PB=0.8
+ CGSO=1.5e-10
+ CGDO=3e-11)
M1 DRAIN_Q1 GATE_Q1 GND GND IRLML6344 W=1 L=1
* -----------------------------------------------------------------------
* DIODO FLYBACK SS14-E3_61T (Schottky 1A, 40V)
* -----------------------------------------------------------------------
* Protege el MOSFET de picos inductivos cuando carga es inductiva
* Vf = 0.34V @ 1A (Schottky → caida baja, rapido)
.model SS14 D(Is=2e-8 N=1.05 Rs=0.04 Cjo=150p Vj=0.35 M=0.5 BV=40)
Dflyback DRAIN_Q1 VLOAD SS14
* -----------------------------------------------------------------------
* CARGA DE PRUEBA
* -----------------------------------------------------------------------
* Ejemplo 1: Carga resistiva pura (LED de senalizacion, rele pequeno)
Rload_out VLOAD DRAIN_Q1 120 ; 12V / 120Ω = 100mA (ej: LED + rele)
* Ejemplo 2: Carga inductiva (rele, valvula solenoide) — descomentar para probar
* Descomenta las dos lineas siguientes y comenta Rload_out de arriba:
* Rcoil VLOAD DRAIN_Q1 80 ; 12V / 80Ω = 150mA bobina de rele
* Lcoil DRAIN_Q1 DRAIN_Q1b 10m ; 10mH inductancia tipica de rele
* Rload_out DRAIN_Q1b GND 0.1 ; dummy para cerrar el nodo
* -----------------------------------------------------------------------
* MEDICION DE POTENCIA (directivas .meas)
* -----------------------------------------------------------------------
.meas TRAN Pdiss_R9 AVG {I(Rdrive)^2 * 332} FROM 60m TO 100m
.meas TRAN I_led_avg AVG {ABS(I(Dled))} FROM 60m TO 100m
.meas TRAN Vout_on AVG V(out1) FROM 60m TO 100m
.meas TRAN Vgs_on AVG V(gate_q1) FROM 60m TO 100m
* -----------------------------------------------------------------------
* NODO DE SALIDA
* -----------------------------------------------------------------------
.net V(out1) VLOAD
* -----------------------------------------------------------------------
* DIRECTIVAS DE SIMULACION
* -----------------------------------------------------------------------
.tran 0 120m 0 100n
.options reltol=0.001
* -----------------------------------------------------------------------
* VALORES ESPERADOS
* -----------------------------------------------------------------------
* Estado OFF (GPIO=3.3V, t=0 a 5ms):
* I(Dled) = 6.3mA → LED PC817 encendido → transistor ON → Gate = 0V
* V(gate_q1)= ~0V (pulled down by PC817 collector)
* V(out1) = VLOAD = 12V (MOSFET OFF, carga desconectada de GND)
*
* Estado ON (GPIO=0V, t=5ms a 55ms):
* I(Dled) = 0mA → LED apagado → transistor OFF → Gate pulled up
* V(gate_q1)= ~3.3V (pull-up activo)
* V(out1) = ~0.1V (MOSFET ON, RDS*Iload = 0.045*0.1 = 4.5mV)
* I(Rload_out) = 12V/120Ω = 100mA
*
* NOTA SOBRE LOGICA INVERSA:
* GPIO HIGH → Salida APAGADA
* GPIO LOW → Salida ENCENDIDA
* Esto es intencional — el firmware invierte la logica en software
* Ventaja: en reset/power-up (GPIO=flotante→pull-up interno=HIGH) las
* salidas estan APAGADAS por defecto → seguro ante fallo de firmware
.backanno
.end
tools/spice/3_analog_input.cir
+191
View File
@@ -0,0 +1,191 @@
* =======================================================================
* AR-Autopilot — Entrada Analogica Universal (Acondicionamiento de Senal)
* Archivo: 3_analog_input.cir
* Tarjeta: Modulo ESP32+CAN+RS485 (Ports Layout — IN-RPM/BAT/WATER/OILP)
*
* CIRCUITO (un canal, identico para todos los sensores):
*
* SENSOR ──[Varistor]──┬──[R_high]──┬──[R_low]──[GND]
* │ │
* proteccion [C_filt]──[GND]
* ESD/pico │
* └─── ESP32 ADC (0-3.3V)
*
* El firmware define que senaliza cada puerto (RPM, tension bateria,
* temperatura, presion, nivel de agua, etc.)
*
* PARAMETROS CONFIGURABLES (cambiar segun sensor):
* .param Vsensor = tension maxima del sensor
* .param R_high = resistor superior del divisor
* .param R_low = resistor inferior del divisor
* .param C_filt = condensador de filtro anti-aliasing
*
* EJEMPLOS PRECONFIGURADOS (cambiar .param activo):
* Tension bateria 12V → ADC 3.3V: R_high=27k, R_low=15k
* RPM sensor Hall 0-12V: R_high=27k, R_low=15k (igual)
* Sensor NTC temperatura 100k: R_high=10k (pull-up), R_low=NTC
* Sensor resistivo aceite 10-180Ω:R_high=10k pull-up a 3.3V
*
* COMO USAR EN LTSPICE:
* File → Open → 3_analog_input.cir
* Ver: V(adc_input) → tension que llega al ADC del ESP32
* I(Rvaristor) → corriente en caso de pico de tension
* V(sensor_raw) → tension del sensor antes del divisor
* =======================================================================
.title AR-Autopilot Analog Input Conditioning
* -----------------------------------------------------------------------
* PARAMETROS DEL DIVISOR (modificar segun sensor)
* -----------------------------------------------------------------------
* Configuracion activa: Tension de bateria 12V → ADC 3.3V
* Vout = Vin * R_low / (R_high + R_low)
* 3.3V = 12V * R_low / (R_high + R_low)
* R_low/(R_high+R_low) = 0.275
* Con R_low=15k: R_high = 15k*(1/0.275 - 1) = 15k*2.636 = 39.5k → usar 39.2k
*
* VALORES EN TU ESQUEMATICO (segun imagen):
* IN-BAT: R35=10K (R_high?), R34=15K (R_low?) → Vmax = 3.3*(10+15)/15 = 5.5V
* IN-OILP: R33=10K, R32=15K → igual configuracion
* IN-WATER: R31=10K, R30=15K → igual
* IN-RPM: R41=100K, R40=27K → Vmax = 3.3*(100+27)/27 = 15.5V (para RPM de 12V ok)
*
* NOTA: Revisar R35/R34 si el sensor es bateria 12V — el divisor da Vmax=5.5V
* que excede el rango del ADC (3.3V). Posible ajuste: R35=27k para dar 3.3V @ 12V exacto.
.param Rhi = 27k ; Resistor superior del divisor
.param Rlo = 15k ; Resistor inferior del divisor
.param Cfilt = 10n ; Condensador de filtro anti-aliasing
.param Varistor_Vc = 5.5 ; Tension de conduccion del varistor (VA0083Y104KCAT)
* -----------------------------------------------------------------------
* ALIMENTACION
* -----------------------------------------------------------------------
V33 V33 GND 3.3V
* -----------------------------------------------------------------------
* FUENTE DE SENSOR (simula distintos tipos de senal)
* -----------------------------------------------------------------------
* Caso 1: Tension bateria con ruido (12V DC + rizado de alternador + picos)
* El PULSE simula un arranque del motor: pico de 14.4V (alternador cargando)
Vsensor SENSOR_RAW GND PWL(
+ 0 12.0
+ 5m 12.0
+ 6m 14.4
+ 50m 14.4
+ 51m 12.6
+ 100m 12.6
+ 101m 28.0
+ 102m 12.6
+ 200m 12.6)
* En t=101ms se simula un pico de 28V (load dump / alternador desconectado)
* El varistor debe absorber este pico antes de que llegue al divisor
* Caso 2 (alternativa — descomentar para RPM sensor Hall):
* Vsensor SENSOR_RAW GND PULSE(0 12 0 1u 1u 2m 4m) ; 250 Hz = 7500 RPM (8 pulsos/vuelta)
* -----------------------------------------------------------------------
* PROTECCION ESD / SOBRETENSION (Varistor VA0083Y104KCAT)
* -----------------------------------------------------------------------
* Varistor Metal-Oxide: Vc = 5.5V tipico (no es el valor correcto para 12V!)
* ATENCION: El varistor en tu esquematico (VA0083Y104K0AT) tiene:
* 104 = 10 * 10^4 pF = capacidad (no la tension)
* Para proteccion de 12V se necesita Vc > 14V (tension de alternador)
* Recomendacion: usar varistor de 18V (ej: GNR14D181K) para entradas 12V
* O un TVS de 15V unidireccional (P6KE15A)
*
* Modelo simplificado del varistor como diodo zener:
Dvar1 SENSOR_RAW GND DVAR
Dvar2 GND SENSOR_RAW DVAR_REV
.model DVAR D(BV=18 IBV=1m Rs=1 Cjo=500p)
.model DVAR_REV D(BV=0.6 Rs=1)
* Resistencia serie que limita la corriente pico en el varistor
Rvar SENSOR_RAW SENSOR_PROT 10
* -----------------------------------------------------------------------
* DIVISOR RESISTIVO (escala la tension al rango ADC 0-3.3V)
* -----------------------------------------------------------------------
Rdiv_hi SENSOR_PROT ADC_PRE 27k
Rdiv_lo ADC_PRE GND 15k
* Verificacion del divisor con los valores:
* Vout @ 12.0V = 12.0 * 15/(27+15) = 12.0 * 0.357 = 4.29V ← SUPERA 3.3V ADC!
* Vout @ 14.4V = 14.4 * 0.357 = 5.14V ← MUCHO MAS QUE 3.3V
*
* PROBLEMA DETECTADO: Con R_high=27k y R_low=15k, el ADC del ESP32
* recibe 4.3V para una bateria de 12V — el ADC se daña a mas de 3.6V!
* SOLUCION RECOMENDADA (incluida como parametros alternativos):
* Para Vmax=14.4V (bateria cargada con alternador): R_high=100k, R_low=27k
* Vout @ 14.4V = 14.4 * 27/(100+27) = 14.4 * 0.213 = 3.06V ← OK ✓
* Vout @ 12.0V = 12.0 * 0.213 = 2.55V → resolucion ADC: 12bit → 1.8mV/LSB ✓
* → Esta es la configuracion de IN-RPM en tu esquema (R41=100k, R40=27k) ← BIEN DISEÑADA
* -----------------------------------------------------------------------
* FILTRO ANTI-ALIASING RC (condensador de filtro)
* -----------------------------------------------------------------------
* Frecuencia de corte: fc = 1 / (2*pi*R_parallel*C)
* R_parallel = R_high||R_low = 27k||15k = 9.86k
* Con C=10nF: fc = 1/(2*pi*9.86k*10n) = 1.61 kHz
* → Filtra ruido electrico del motor (>10kHz) y EMI
* → No atenua RPM hasta 1600 rpm (con 1 pulso/vuelta)
* → Para mas velocidad o mas precision: reducir a C=3.3nF → fc=4.87kHz
Cfilt ADC_PRE GND 10n
* -----------------------------------------------------------------------
* IMPEDANCIA DE ENTRADA DEL ADC ESP32 (modelo simplificado)
* -----------------------------------------------------------------------
* El ADC del ESP32 tiene Rin ~1MΩ y Csample ~2pF durante la conversion
* En practica: el SAR ADC del ESP32 necesita que la fuente se estabilice
* antes de samplear (< 100us)
Radc ADC_PRE ADC_INPUT 0
Cadc_sample ADC_INPUT GND 2p
* Clamp de proteccion integrado en el ESP32 (GPIO tiene diodos a VCC y GND)
Dclamp_hi ADC_INPUT V33 DCLAMP
Dclamp_lo GND ADC_INPUT DCLAMP
.model DCLAMP D(Is=1e-14 N=1 Rs=100 BV=3.9 IBV=1m)
* -----------------------------------------------------------------------
* MEDICIONES AUTOMATICAS
* -----------------------------------------------------------------------
* Tension maxima en el ADC (no debe superar 3.3V)
.meas TRAN Vadc_max MAX V(adc_input) FROM 0 TO 200m
* Tension en estado estable (bateria 12V)
.meas TRAN Vadc_12v AVG V(adc_input) FROM 10m TO 50m
* Tension durante carga del alternador (14.4V)
.meas TRAN Vadc_14v AVG V(adc_input) FROM 60m TO 100m
* Tension durante pico load dump (deberia estar clampada)
.meas TRAN Vadc_peak MAX V(adc_input) FROM 100m TO 110m
* -----------------------------------------------------------------------
* DIRECTIVAS DE SIMULACION
* -----------------------------------------------------------------------
.tran 0 200m 0 100n
.options reltol=0.001
* -----------------------------------------------------------------------
* NOTAS DE DISENO Y REVISION
* -----------------------------------------------------------------------
* [OK] IN-RPM (R41=100k, R40=27k): division correcta para 0-15V → 0-3.2V ✓
* [OK] Filtro RC 10nF con 100k||27k: fc=584Hz, adecuado para RPM ✓
* [REVISAR] IN-BAT/WATER/OILP (R=10k+15k): division da 4.3V a 12V ← EXCEDE ADC
* Opcion A: Cambiar R_high de 10k a 33k → 3.3V @ 12V exacto
* (Rhi=33k, Rlo=15k) → Vout=12*15/48=3.75V... sigue alto
* Opcion B: Cambiar a (R_high=56k, R_low=22k) → 12*22/78=3.38V ≈ ok
* Opcion C: Usar R_high=100k, R_low=39k → 12*39/139=3.36V ← recomendado
* Permite medir hasta 14.8V (bateria cargada): 14.8*39/139=4.15V
* → Necesita diodo clamp adicional o escalar para max 14V
*
* [RECOMENDACION FINAL para entradas de 12V marino]:
* R_high = 100k, R_low = 27k (igual que IN-RPM)
* Vout @ 12V = 3.06V (82% del fondo de escala ADC)
* Vout @ 14.4V (alternador) = 3.06V... espera:
* 14.4 * 27/127 = 3.06V ← perfecto, justo en el limite
* 14.8 * 27/127 = 3.15V ← ok ✓
* 16.0 * 27/127 = 3.40V ← ligeramente fuera, clamp lo protege ✓
.backanno
.end
tools/spice/4_nmea2000_can.cir
+216
View File
@@ -0,0 +1,216 @@
* =======================================================================
* AR-Autopilot — Interfaz NMEA 2000 / CAN Bus
* Archivo: 4_nmea2000_can.cir
* Tarjetas: Ambas (Modulo ESP32+CAN+RS485 y Modulo compacto)
*
* CIRCUITO:
*
* ESP32 GPIO23 (TXD) ──── MCP2562T TXD ───┐
* ESP32 GPIO21 (RXD) ──── MCP2562T RXD ───┤
* 3.3V ────────────────── MCP2562T VIO ───┤ (nivel logico 3.3V)
* 3.3V ────────────────── MCP2562T VDD ───┤ (alimentacion)
* GND ─────────────────── MCP2562T GND ───┤
* GND/3.3V ────────────── MCP2562T STBY ──┤ (0=activo, 1=standby)
* │
* MCP2562T CANH ──[R24=120Ω/2]──┬── CANH BUS (NMEA2000)
* MCP2562T CANL ──[R24=120Ω/2]──┴── CANL BUS (NMEA2000)
* │
* [SP0502BAHTG] (proteccion ESD)
* │
* RELAY K1/K2 ── selecciona si es nodo terminal
*
* NMEA 2000 = CAN 2.0B a 250 kbps, maximo 50 nodos, longitud max 200m
*
* COMO USAR EN LTSPICE:
* Ver: V(canh) y V(canl) → formas de onda diferencial del bus CAN
* V(can_diff) = V(canh)-V(canl) → tension diferencial
* V(rxd_esp32) → senal recibida por el ESP32
* =======================================================================
.title AR-Autopilot NMEA2000 CAN Interface MCP2562T
* -----------------------------------------------------------------------
* ALIMENTACION
* -----------------------------------------------------------------------
V33 V33 GND 3.3V
* -----------------------------------------------------------------------
* ESP32 TRANSMISOR (GPIO23 generando tramas CAN)
* -----------------------------------------------------------------------
* Simulamos 3 bits CAN: dominante(0) y recesivo(1)
* CAN 250kbps → bit time = 4us
* Secuencia: idle(1) → start_bit(0) → data(1,0,1) → idle(1)
Vtxd TXD_ESP GND PWL(
+ 0 3.3
+ 4u 3.3
+ 4.1u 0
+ 8u 0
+ 8.1u 3.3
+ 12u 3.3
+ 12.1u 0
+ 16u 0
+ 16.1u 3.3
+ 20u 3.3
+ 20.1u 3.3
+ 40u 3.3)
* -----------------------------------------------------------------------
* MCP2562T-E_MF — CAN FD TRANSCEIVER (modelo comportamental)
* -----------------------------------------------------------------------
* Especificaciones clave:
* VIO: 1.8V a 5.5V (compatible 3.3V del ESP32) ✓
* VDD: 5V (puede usar 3.3V con limitaciones de velocidad)
* CANH dominant: VDD - 1.2V (con VDD=3.3V: CANH=2.1V)
* CANL dominant: 0.9V
* CANH recessive: VDD/2 = 1.65V (bus flotante en recesivo)
* Velocidad: hasta 8 Mbps (CAN FD) — usamos 250kbps para NMEA2000
*
* MODO DOMINANTE (TXD=0): CANH=3.5V, CANL=1.5V, Vdiff=2.0V
* MODO RECESIVO (TXD=1): CANH=CANL=2.5V, Vdiff=0V
*
* Fuentes behaviorales que modelan el driver de salida:
* CANH driver: en dominante sube a ~3.5V, en recesivo va a 2.5V (resistencia de pullup)
Ecanh CANH_DRV GND VALUE={
+ IF(V(TXD_ESP) < 1.65,
+ 3.5,
+ 2.5) }
* CANL driver: en dominante baja a ~1.5V, en recesivo va a 2.5V
Ecanl CANL_DRV GND VALUE={
+ IF(V(TXD_ESP) < 1.65,
+ 1.5,
+ 2.5) }
* Resistencia de salida del driver (impedancia de salida del transceptor)
Rout_h CANH_DRV CANH_IC 50
Rout_l CANL_DRV CANL_IC 50
* -----------------------------------------------------------------------
* CONDENSADORES DE DESACOPLO (C18=4.7uF, C20=100nF, C21=4.7uF en tu esquema)
* -----------------------------------------------------------------------
C18 V33 GND 4.7u
C20 V33 GND 100n
C21 V33 GND 4.7u
* -----------------------------------------------------------------------
* PROTECCION ESD — SP0502BAHTG (Dual Rail-to-Rail ESD)
* -----------------------------------------------------------------------
* Dos diodos TVS de baja capacidad en cada linea CAN
* Vclamping tipico: 9V a 1A, capacidad: 0.5pF (no afecta senal CAN) ✓
.model SP0502 D(BV=6 IBV=1m Rs=0.5 Cjo=0.5p Vj=0.5)
Desd_h1 CANH_IC GND SP0502 ; CANH a GND
Desd_h2 V33 CANH_IC SP0502 ; CANH a VCC
Desd_l1 CANL_IC GND SP0502 ; CANL a GND
Desd_l2 V33 CANL_IC SP0502 ; CANL a VCC
* -----------------------------------------------------------------------
* FILTRO DE MODO COMUN (C19=10nF en tu esquema)
* -----------------------------------------------------------------------
* Filtro entre lineas CAN: reduce EMI de modo comun
* (En tu esquema aparece C19=10nF entre las dos lineas o a GND)
Ccm CANH_IC CANL_IC 10n
* -----------------------------------------------------------------------
* TERMINACION DEL BUS — R24=120Ω con RELAY K1/K2
* -----------------------------------------------------------------------
* La terminacion de 120Ω se activa cuando el nodo es el EXTREMO del bus.
* En tu esquema usas un relay (76740-3) para conmutar la terminacion.
* Esto es muy inteligente: permite cambiar la topologia sin resoldar.
*
* Estado K1/K2 = CERRADO (nodo terminal, terminacion activa):
Rterm CANH_BUS CANL_BUS 120 ; terminacion nominal NMEA2000
* Si K1/K2 = ABIERTO (nodo intermedio):
* Descomenta para simular sin terminacion (nodo medio del bus):
* Rterm_open CANH_BUS CANL_BUS 100Meg ; sin terminacion
* -----------------------------------------------------------------------
* CABLE DEL BUS NMEA 2000 (impedancia de linea 120Ω, longitud 5m tipica)
* -----------------------------------------------------------------------
* Modelo de linea de transmision (T-line)
* Impedancia caracteristica: 120Ω (especificacion NMEA 2000)
* Velocidad de propagacion: ~200 m/us para cable par trenzado
* Retardo para 5m: td = 5m / (200m/us) = 25ns
T1 CANH_IC CANL_IC CANH_BUS CANL_BUS Zo=120 Td=25n
* -----------------------------------------------------------------------
* SEGUNDO NODO CAN EN EL BUS (simula otro instrumento NMEA2000)
* -----------------------------------------------------------------------
* Generador de tramas del segundo nodo (simula un GPS o compass NMEA2000)
Vtxd2 TXD2 GND PWL(
+ 0 3.3
+ 20u 3.3
+ 20.1u 0
+ 24u 0
+ 24.1u 3.3
+ 28u 3.3
+ 28.1u 0
+ 32u 0
+ 32.1u 3.3
+ 40u 3.3)
Ecanh2 CANH2_DRV GND VALUE={IF(V(TXD2) < 1.65, 3.5, 2.5)}
Ecanl2 CANL2_DRV GND VALUE={IF(V(TXD2) < 1.65, 1.5, 2.5)}
Rout_h2 CANH2_DRV CANH_BUS 50
Rout_l2 CANL2_DRV CANL_BUS 50
* -----------------------------------------------------------------------
* RECEPTOR (MCP2562T → ESP32 RXD)
* -----------------------------------------------------------------------
* El receptor compara CANH-CANL:
* Vdiff > 0.9V → dominante → RXD = 0 (LOW al ESP32)
* Vdiff < 0.5V → recesivo → RXD = 1 (HIGH al ESP32)
* Histeresis: 200mV
Erxd RXD_ESP GND VALUE={
+ IF(V(CANH_BUS) - V(CANL_BUS) > 0.9,
+ 0,
+ 3.3) }
* -----------------------------------------------------------------------
* ANALISIS DE TENSION DIFERENCIAL
* -----------------------------------------------------------------------
* Tension diferencial del bus para visualizar en graficas:
Ediff CAN_DIFF GND VALUE={V(CANH_BUS) - V(CANL_BUS)}
* -----------------------------------------------------------------------
* MEDICIONES AUTOMATICAS
* -----------------------------------------------------------------------
.meas TRAN Vdiff_dom MAX V(can_diff) FROM 5u TO 10u
.meas TRAN Vdiff_rec MIN V(can_diff) FROM 10u TO 15u
.meas TRAN Vcanh_dom AVG V(canh_bus) FROM 5u TO 9u
.meas TRAN Vcanl_dom AVG V(canl_bus) FROM 5u TO 9u
* -----------------------------------------------------------------------
* DIRECTIVAS DE SIMULACION
* -----------------------------------------------------------------------
* 40us = 10 periodos de bit a 250kbps
.tran 0 40u 0 1n
.options reltol=0.001
* -----------------------------------------------------------------------
* VALORES ESPERADOS NMEA 2000 (CAN 2.0B a 250kbps)
* -----------------------------------------------------------------------
* En modo DOMINANTE (bit=0):
* V(canh_bus) = 3.5V ± 0.5V ✓ (especificacion: 2.75V min)
* V(canl_bus) = 1.5V ± 0.5V ✓ (especificacion: 2.25V max)
* V(can_diff) = 2.0V ± 0.5V ✓ (especificacion: 1.5V min)
*
* En modo RECESIVO (bit=1):
* V(canh_bus) = V(canl_bus) = 2.5V (terminado con 120Ω)
* V(can_diff) = 0V ± 50mV
*
* LONGITUD MAXIMA DEL BUS:
* A 250kbps, td_max = 5% del bit time = 200ns
* Longitud max = 200ns * 200m/us = 40m (backbone)
* Stubs maximos: 0.3m (troncal principal) → Micro-C connectors
*
* IMPEDANCIA DE TERMINACION:
* 2 terminaciones de 120Ω en paralelo = 60Ω (carga del bus)
* Con VDD=3.3V: corriente de bus en dominante = 2V / 60Ω = 33mA (OK ✓)
.backanno
.end