精密放大器準確的Spice模型建立

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

　　雖然較高速放大器有多個(gè)極點(diǎn)和零點(diǎn)，但本模型是針對單極的10 MHz放大器。它可以仿真放大器的主要AC與DC參數。該模型包含的AC參數有：閃爍噪聲和平帶噪聲、轉換速率、CMRR(共模抑制比)、增益和相位。DC參數有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(參考文獻2)。輸入級的模型愈接近實(shí)際放大器，則結果就會(huì )愈準確。對輸入級晶體管或MOSFET采用一些工藝參數，可以實(shí)現放大器性能的準確AC表述。此模型的架構可以對采用多電源的放大器建模。任何信號處理塊中都沒(méi)有參考地。經(jīng)過(guò)差分至單端的轉換后，所有內部產(chǎn)生的結點(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)運行情況。

　　八個(gè)級聯(lián)級

　　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(見(jiàn)表1)。所有其它級都通過(guò)壓控電流源或壓控電壓源來(lái)處理輸入信號。這些級還可能包含二極管、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kf與af分別設為0和1。為了將模型的噪聲背景降低到一位數的納伏水平，可能需要降低模型的Johnson噪聲(參考文獻3)，方法是在可能的地方減小電阻值。

　　減小電阻值以前，先計算出標準的電阻值，并完成所有的仿真調整。然后將電阻值減小到1Ω，就可以調整電壓噪聲級，并且重新計算跨導，以及各級的時(shí)間常數，以保持相同的傳遞函數。通?？梢詫㈦娮鑂5、R6、R9、R10、R1和R12設為1Ω。如果要建模的放大器有數百納伏的輸入信號，則不需要降低Johnson噪聲。初始噪聲仿真會(huì )告