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使用Pspice通用测验电路完成要害参数的模仿(上)

在过去几年中,Spice模型得到了广泛的应用。一方面,IC制造商努力向客户提供精确的模型;另一方面,系统设计工程师日益要求采用更加精确的模型,这也促进了Spice宏模型的创新。许多IC公司都自诩拥有最

在曩昔几年中,Spice模型得到了广泛的运用。一方面,IC制造商尽力向客户供给准确的模型;另一方面,体系规划工程师日益要求选用愈加准确的模型,这也促进了Spice宏模型的立异。许多IC公司都自诩具有最棒的或许具有革命性新特性的模型,但他们往往未能向用户供给用于验证其宏模型准确度的测验电路。最常用的模型要算运算放大器宏模型,准确的运算放大器宏模型十分有用,但关于一般用户而言,运用这种模型会带来严峻的问题。

大多数体系规划工程师在将运算放大器宏模型完成到一个综合性电路中之前,都会对其进行测验。但是不幸的是,面临过错的模仿成果,体系规划师会直接向IC制造商的运用工程师诉苦,他们开发的模型毫无用处,而当IC制造商的运用工程师企图了解模型运转的具体情况时,得到的答复却是“哦,在选用贵方竞争对手供给的另一种模型时,我的电路就能得出正确的成果。”

事实是,每一种模型都不尽相同,有的或许不能支撑某个特定设置。因而,我以为,最好的方法不是弄清楚各个运算放大器宏模型存在的缺点,而是供给一套能够支撑任何运算放大器宏模型的电路,也便是供给一套面向各种运算放大器宏模型的通用测验电路。

宏模型的差异首要在于其测验参数的杂乱程度,模型的使命是模仿运算放大器以为与运用相关的参数。例如,关于轨对轨输出运算放大器,用户需求测验并验证输出饱满电压与负载电流的联系。同样地,低噪声放大器应该有一个至少能模仿电压噪声的模型。除了它们之间的差异,各种放大器宏模型也能够模仿一些相同的参数。在履行模仿时,往往是从下面这些最值得重视的参数开端。

开环增益和相位容限

体系规划师在评价其放大器宏模型的功能时,一般首先会测验其开环增益与频率的联系。这个测验十分重要,因为规划师能够运用一个简略的小电路,了解模型的DC增益、-3dB频率、穿插频率(假如是电压反应放大器,则为增益带宽积)和相位容限。

图1a所示为测验电路,RC网络保证在恰当的DC电压下发生输出偏流。在较高频率下,电容会将倒相输入短路接地,使运算放大器处于开环状况。这个电路选用了一个较大的电容,以赶快下降增益(f=2πRC)。因而,即使被测运算放大器的主极点频率极低,用户也能够模仿并完成平稳的改变,滚降速率为20dB/十倍频程。

在测验开环增益和相位时,用户挑选的频率规模应当高于放大器的单位增益带宽。在运用轨对轨输出模型时,用户有必要向测验电路施加数据表中规则的负载,不然模仿成果或许发生过错,尤其是DC增益(AOL=gmRL)。


图1a:开环增益和相位测验电路


图1b:开环增益和相位模仿


图1c:开环增益和相位测验成果

压摆率

压摆率是一个放大器速度参数,一切模型都应当能够模仿这个参数。压摆率等于尾电流与补偿电容的比值。依据所用的宏模型,用户能够将决定压摆率的电容置于输入端口或许一个独自的网络中。

咱们现已知道Idt=Cdv这个联系,因而,能够直接运用图2a所示电路,依据输出值计算出压摆率。用户只需求运用刺进指令,在探针屏幕上显现的输出电压值之前,键入字母“d”。

在履行压摆率模仿时,请保证将模型设置为瞬态,使输入信号具有足够快的上升时刻和下降时刻,不会对压摆率形成约束。一起,用户有必要依据运算放大器的速率,挑选相应的输入信号频率。输入信号频率过高会导致收敛问题。


图2a:压摆率测验电路


图2b:压摆率模仿

CMRR和PSRR

尽管有的模型不能模仿这两个参数,但这两个参数很重要。一般,共模按捺比(CMRR)和电源按捺比(PSRR)模仿电路由一个简略的RC网络、一个电阻分压器和一个电压操控电源构成,用户能够在模型中轻松完成这两个参数。

在非倒相装备中,因为调制器的存在,CMRR变得尤为重要。此外,假如某个运用的电源简单遭到搅扰,那么PSRR就十分重要。

凭借图3和图4所示测验电路,用户能够模仿这两个参数。假如正确地模仿了这两个参数,那么极点和零点方位应当与数据表中的曲线图相一致。


图3a:CMRR测验电路


图3b:CMRR响应与信号频率联系模仿


图4a:PSRR测验电路


图4b:PSRR响应与信号频率联系模仿

输出阻抗

一般,数据表中不包括这个参数,但有时分有必要测验这个参数。假如正确地完成了模仿,用户能够经过输出阻抗愈加准确地计算出放大器在驱动%&&&&&%性负载时的安稳时刻。

在规划旨在完成安稳性的补偿计划时,也需求依据输出阻抗计算出恰当的元件值。凭借这个图5的测验电路,用户能够在频域内运用3种不同的增益值,模仿相应的输出阻抗。输出电压与1A电源电流的比值即为输出阻抗。


图5a. 输出阻抗测验电路,增益分别为1、10和100


图5b. 输出阻抗模仿

电压和电流噪声

在放大器宏模型规划改进方面,电压和电流噪声的改进较为明显。凭借当时的一些模型,用户能够运用其闪耀噪声(flicker noise)组件模仿电压噪声,也能够准确地模仿电流噪声。在宏模型中完成噪声模仿并不需求耗费太多的运算才能或模仿时刻,这个使命的难点在于用户有必要运用正确的等式才能使电压噪声密度曲线具有类似于数据表曲线图的1/f拐点。

运用重对数标准(log log scale)上的电压输出器(电源电压为0伏特)输出值,用户能够轻松测验电压噪声密度。用户还能够运用这个电路,在非倒相输入端串联一个100kΩ的电阻,模仿电流噪声密度。请必须将探针窗口(probe window)中显现的测得成果除以100E3,或许用户选用的其它电阻值。选用的电阻值越高,发生的电流噪声越明显,相比之下,电压噪声和热噪声变得微乎其微。

请必须在Pspice的剖析设置窗口中指定输出电压。在图6a所示比如中,输出电压为VOUT(伏特)、输入电压为VIN,并选中了“启用噪声”复选框。


图6a:电压噪声密度测验电路


图6b:电压噪声密度模仿


图7a:电流噪声密度测验电路


图7b:电流噪声密度模仿

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