利用DiffAmpCalc簡(jiǎn)化全差分放大器系統設計

簡(jiǎn)介

DiffAmpCalc™是一種交互式設計和參數仿真工具。它使耗時(shí)的計算自動(dòng)化，從而輕松確定增益、終端電阻、功耗、噪聲輸出及輸入共模電壓的最佳水平。DiffAmpCalc通過(guò)為工程師提供高效且直觀(guān)的工具來(lái)減少設計風(fēng)險。DiffAmpCalc的威力在于其以設計為導向的特性、易用性和內置差錯檢測功能。

該工具利用數據手冊上的參數以數學(xué)手段模擬放大器的行為，可加快ADI公司多款差分放大器的選型、評估和故障排除。數據手冊中未規定的參數，將根據數據手冊中的值和圖形進(jìn)行外推。

其模擬的全差分放大器(FDA)有三類(lèi)：帶用戶(hù)可選增益的FDA、帶預設增益的FDA以及全差分漏斗放大器。圖1為DiffAmpCalc圖形用戶(hù)界面(GUI)。本應用筆記說(shuō)明DiffAmpCalc的主要特性。

圖1.DiffAmpCalc GUI

DIFFAMPCALC特性

DiffAmpCalc是一款強大的工具，擁有豐富的設計特性。其三個(gè)主要設計特性是電路定制、優(yōu)化首選項以及用于各類(lèi)配置的大量動(dòng)態(tài)數據。用戶(hù)有多個(gè)設計定制選項。圖2所示為用戶(hù)可選的輸入拓撲(Single Ended(單端)或Differential(差分))、輸入耦合(交流或直流)及輸入端接(Terminate(端接))選項。圖3所示為輸出負載選項：None(無(wú))、Differential(差分)、以地為基準(GND Referred)或以某個(gè)電壓為基準(V Referred)。

圖2.輸入拓撲、輸入耦合和輸入端接選項

圖3.輸出負載選項

如需高差分增益，級聯(lián)放大器級是一個(gè)選擇。確定設計尺寸之后，有多個(gè)優(yōu)化特性可供使用，其中包括自動(dòng)偏移、輸入跟蹤、增益計算、電阻容差和熱效應。

自動(dòng)偏移(Auto Offset)開(kāi)啟后，會(huì )自動(dòng)調整輸入失調電壓，并將Vocm調到可用輸入和輸出電壓范圍的中心。此特性可使放大器的動(dòng)態(tài)范圍最大化。

若想要保持平衡輸入，使能輸入跟蹤(Input Tracking)會(huì )很有用，因為它會(huì )自動(dòng)平衡輸入幅度和失調。這是通過(guò)迫使反相和同相節點(diǎn)相等來(lái)實(shí)現的。選擇Auto Offset時(shí)，Input Tracking會(huì )禁用。Auto Offset和Input Tracking選項如圖4所示。

圖4.Input Tracking和Auto Offset

設置系統增益

DiffAmpCalc可簡(jiǎn)化系統增益計算。將所需增益輸入實(shí)際增益(Actual Gain)文本框(參見(jiàn)圖5中的帶圈區域)以設置系統增益。

圖5.設置系統增益

它會(huì )提供所有元件值，利用滾動(dòng)條可以按比例調整這些值。DiffAmpCalc的一個(gè)重要特性是，當用戶(hù)在拓撲(Topology)中選擇端接(Terminate)時(shí)(即選中圖2中的Terminate)，它會(huì )計算元件值。需要輸入端接來(lái)匹配阻抗。利用匹配阻抗選項，系統設計者可以靈活地定義輸入源。例如，若使用信號發(fā)生器作為FDA的輸入，則需要雙重端接。

雙重端接需要端接電阻。這些電阻會(huì )影響系統增益。為使雙重端接拓撲保持相同的系統增益，需要以迭代方式重新計算反饋電阻和增益電阻。該過(guò)程在A(yíng)DA4930-1數據手冊中有說(shuō)明。

當在拓撲中選擇Terminate時(shí)，DiffAmpCalc會(huì )自動(dòng)計算元件值，從而簡(jiǎn)化迭代計算。此特性會(huì )動(dòng)態(tài)更新相應的反饋和增益元件值。DiffAmpCalc中的迭代計算默認是隱藏的。利用鍵盤(pán)快捷鍵Alt + V可使計算可見(jiàn)。再次按下Alt + V又會(huì )隱藏計算。

利用誤差預算和電阻熱噪聲效應，DiffAmpCalc很容易幫助優(yōu)化設計。通過(guò)選擇電阻容差(Resistor Tolerance)按鈕列出的下列選項之一，用戶(hù)可以選擇1%到5%范圍內的電阻容差：None(無(wú))、1% (E192)、1% (E96)、2% (E48)或5% (E24)，如圖6所示。

當用戶(hù)定義環(huán)境溫度后，它就會(huì )計算電阻噪聲對性能的熱影響。電阻噪聲信息如圖7所示。

圖6.電阻容差選項

圖7.噪聲數據和輸入

仿真結果

每個(gè)節點(diǎn)的仿真結果會(huì )立即提供，因此可以進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。源電壓的節點(diǎn)數據和類(lèi)似示波器的圖形以及放大器輸入/輸出電壓波形，對于快速了解元件和系統的權衡是很有利的。左鍵點(diǎn)擊類(lèi)似示波器的顯示區，可以實(shí)現1×、2×、5×、10×、20×、50×和100×放大。右鍵點(diǎn)擊該顯示區會(huì )還原放大并縮小。

它會(huì )計算所有節點(diǎn)的直流和交流峰峰值電壓。輸入電壓指定為交流電壓，峰峰值疊加在直流失調偏置之上。如果峰值電流是考慮事項，則總功耗會(huì )被分為靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗。圖8中，節點(diǎn)電壓顯示在電路圖的畫(huà)圈區域中，類(lèi)似示波器的圖形顯示在電路圖右側帶框區域中。功耗計算位于帶框示波器區域下方。