精密放大器準(zhǔn)確的Spice模型建立

系統(tǒng)工程師們需要所有類型IC的準(zhǔn)確模型，他們需要用Spice模型來(lái)運(yùn)行復(fù)雜的電路仿真。早期的Spice模型幾乎沒(méi)有什么非線性元件，需要以準(zhǔn)確性為代價(jià)而獲得盡量少的仿真時(shí)間，而新方法增加了非線性元件的數(shù)量，并改進(jìn)了準(zhǔn)確性。對(duì)于小功率低噪聲運(yùn)算放大器，可以建立一種多級(jí)的模型。模型采用了Analog Devices公司的工作成果(參考文獻(xiàn)1)，需要對(duì)小功率低噪聲精密放大器的建模作一些架構(gòu)上的改變。模型架構(gòu)上要通過(guò)八級(jí)來(lái)處理輸入信號(hào)。用一個(gè)手持計(jì)算器就可以簡(jiǎn)單地算出八級(jí)的一些參數(shù)。要理解建模過(guò)程，必須有使用Spice的經(jīng)驗(yàn)。

　　雖然較高速放大器有多個(gè)極點(diǎn)和零點(diǎn)，但本模型是針對(duì)單極的10 MHz放大器。它可以仿真放大器的主要AC與DC參數(shù)。該模型包含的AC參數(shù)有：閃爍噪聲和平帶噪聲、轉(zhuǎn)換速率、CMRR(共模抑制比)、增益和相位。DC參數(shù)有VOS(輸入偏移電壓)、IOS(輸入偏移電流)、靜態(tài)電流，以及輸出電壓擺幅。模型采用的是25°C典型參數(shù)(參考文獻(xiàn)2)。輸入級(jí)的模型愈接近實(shí)際放大器，則結(jié)果就會(huì)愈準(zhǔn)確。對(duì)輸入級(jí)晶體管或MOSFET采用一些工藝參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)放大器性能的準(zhǔn)確AC表述。此模型的架構(gòu)可以對(duì)采用多電源的放大器建模。任何信號(hào)處理塊中都沒(méi)有參考地。經(jīng)過(guò)差分至單端的轉(zhuǎn)換后，所有內(nèi)部產(chǎn)生的結(jié)點(diǎn)電壓都參考到電源的中點(diǎn)，這非常像一個(gè)放大器的真實(shí)運(yùn)行情況。

　　八個(gè)級(jí)聯(lián)級(jí)

　　模型的電路邏輯圖包含八個(gè)功能塊(圖1)。唯一看起來(lái)像放大器的電路是輸入級(jí)(見(jiàn)表1)。所有其它級(jí)都通過(guò)壓控電流源或壓控電壓源來(lái)處理輸入信號(hào)。這些級(jí)還可能包含二極管、直流電源、電阻、電容以及電感。

　　電壓噪聲級(jí)產(chǎn)生閃爍與平帶噪聲。要產(chǎn)生一個(gè)僅為4nV/√H2的平帶噪聲，要將所有二極管和晶體管的模型參數(shù)kf與af分別設(shè)為0和1。為了將模型的噪聲背景降低到一位數(shù)的納伏水平，可能需要降低模型的Johnson噪聲(參考文獻(xiàn)3)，方法是在可能的地方減小電阻值。

　　減小電阻值以前，先計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)的電阻值，并完成所有的仿真調(diào)整。然后將電阻值減小到1Ω，就可以調(diào)整電壓噪聲級(jí)，并且重新計(jì)算跨導(dǎo)，以及各級(jí)的時(shí)間常數(shù)，以保持相同的傳遞函數(shù)。通常可以將電阻R5、R6、R9、R10、R1和R12設(shè)為1Ω。如果要建模的放大器有數(shù)百納伏的輸入信號(hào)，則不需要降低Johnson噪聲。初始噪聲仿真會(huì)告