运用运算放大器规划电路很难树立一种程式化形式,除了偶然运用差错预算。尽管模仿体系规划工程师对运算放大器有专门的考虑,但他们都是依托经历判别哪些参数最终会导致问题。放大器的使命规模包含从简略的将信号源与负载阻隔,到获取增益、移动直流电平缓加大负载电流。一旦电路中的使命确认,规划工程师就开端核算满意这些使命要求的放大器参数。大都核算都很简略,即便对新手而言,核算运算放大器有必要供给的电流值和需求的余量也十分简略。可是还有许多其它参数会影响电路的功用,例如全功率带宽、转化速率、输入失调电压、偏置电流、失调电流、开环增益、共模按捺比(CMRR)以及答应的输入差分电压,这些仅是其间几个参数。
因为很大程度上是依靠经历发觉这些参数将导致功用受到影响,所以对新体系选用程式化形式规划简略发生差错。例如,考虑一个从很窄的频率带宽变成很宽的频率带宽的规划。放大器不只有必要用全功率带宽和转化速率界说的效应来支撑这个更高的肯定频率,而且开环增益会跟着频率的增大而减小,导致电路的增益在频率端点处相差很大。尽管在窄带条件下没有发生问题,可是关于高频宽带运用增益差错往往会导致问题呈现。许多工程师在初度进行宽频带设计时都会疏忽这个差错。
图1:规划东西:放大器参数评价东西。
许多人或许会提出辩驳说能够运用SPICE来做仿真和调查这种差错。尽管运用SPICE是一种很好的测验,可是SPICE并不是全能的。在这种状况下,细心的工程师会运用沟通剖析办法调查增益差错在频率端点处的差异。但这要在完结参数查找、查看数据手册和模型下载的进程之后才干进行。假如约束参数是转化速率,那么在问题开端呈现时,对规范瞬态剖析进行视觉调查根本就无法查看出来。别的SPICE依靠于准确模型,假如转化速率或主极点的模型不行准确,那么要正确剖析这些比如或许十分困难,或许不或许完成。Boyle微观模型,乃至更先进的建模办法一般也有折衷,这使得其难以完成一切参数的准确行为建模,这就牵扯到别的一个话题了。运用SPICE还存在其它一些严峻的缺点。不是一切版别的SPICE都是通用的,因而该模型或许需求用户调整,特别是处理多项声明时。别的仿真的收敛也是一个问题,它会导致一些无法估计的成果。SPICE不供给关于哪些参数会导致问题的反应。
发现典型规划流程存在的潜在缺点和消耗时间的问题后,需求一种规划东西能够在深化规划之前加速规划流程而且发现问题所在。美国模仿器材公司(ADI)最近推出的在线仿真东西刚好可满意这一需求。他们的放大器参数评价东西(见图1)答应电路规划工程师装备电路和信号源,挑选放大器而且评价该放大器在该电路中的功用。图2a示出的电路波形仅仅阐明转化速率约束的初始状况。就像在SPICE中一样,临界转化速率约束无法用眼睛调查到。但是该规划东西中的交互音讯指示了每一种标志状况的有用信息,包含它们的发生原因和解决方案。(图2b所示的是转化速率约束状况下的提示信息,正常状况下不提示)。该规划东西答应别离加上或许去除因为放大器有限的开环增益而发生的直流差错和增益差错,运用户能更简略地查看出差错原因。当差错原因未查看出,但会导致严峻后果时(大于1%满量程输出信号),对话框中会呈现提示信息以协助用户防止遗漏。
那么规划东西是怎么工作和怎样建模的呢?经过在服务器端履行数学模型代码,美国国家仪器公司(NI)的LabVIEW东西显然能核算出该电路的呼应。电路规划工程师只需运用一个规范的网络阅读器就能设置该东西而且阅读其数学核算成果。规划东西依据每个放大器的参数及电路装备指示削波、电源约束、共模电压和差分电压约束、最小安稳闭环增益约束、最大输出额定电流、带宽约束、容性负载驱动才能和转化速率约束。该规划东西使用别的的参数可评价失调电压引起的直流差错、偏置电流、失调电流、CMRR和电源按捺比(PSRR),而且指明因为放大器开环增益呼应和有限输入阻抗形成的增益差错。
奇妙地使用该规划东西能够供给一些规划进程中的其它捷径。经过对增益差错进行扫除,余量有问题或转化速率受约束的放大器能够更快的被滤出。不是经过调整每个放大器的增益以补偿这种影响后再调查运算放大器的约束,而是经过先扫除增益差错以筛选出到达要求输出信号规模的放大器,然后仅调整这些放大器的增益以进一步评价。直流差错以全正差错和全负差错呈现,每种状况下都运转该模型,查看在这两个供电电压下余量是否满足。面板式用户界面有助于方便地打印出电路图和任何相关问题以便用于规划文档。
图2:转化速率约束下初始状况的。(a)信号波形;(b)提示信息。
装备电路后,“引荐放大器”东西可为这个详细电路查找最匹配的运算放大器。别的,“引荐放大器”反应一切用该规划东西建模的放大器的状况,并将引荐的放大器列在表的顶端。这一功用答应工程师快速查看他现有的一切放大器的状况,加速毛病调试和样板规划。实际上,该规划东西的运用者不用总是按惯例方法查找放大器。电路能够先设置成没有运放,“引荐放大器”东西能很快地找出运放的最佳挑选,所以规划工程师就有了一到两个具有很高的可信度的运放,然后就可持续查看这些运放的数据手册,进行仿真和样板规划。
另一项东西“挑选导游”能协助新手装备电路和挑选器材。经过简略的挑选放大器反相端或同相端,设置其输入和输出规模,指出最大频率,该导游就可装备电路而且给出运算放大器的引荐。“挑选导游”是单步操作,可依据输入和输出规模确认电平移位和输入信号增益所需的一切无源元件值。
无论是新手仍是专家为了规划电路或许快速查看,选用ADI的放大器参数评价东西都能加速其放大器挑选进程,而且为选用该放大器从事电路规划的工程师增强决心。
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