用于電壓反饋放大器的SPICE運(yùn)算放大器宏模型的開發(fā)

　　一個電壓反饋放大器宏模型可以仿真共同效果，如瞬態(tài)響應(yīng)、頻率響應(yīng)、電壓噪聲和輸入/輸出壓擺率(slew rate)限制。接下來我們將以實(shí)例模型詳盡描述每個級和相關(guān)實(shí)際器件的行為。這里沒有提供完整的晶體管原理圖，客戶可以利用充分提取的3D器件模型進(jìn)行精確的仿真來開發(fā)宏模型。

　　第一個關(guān)于運(yùn)算放大器宏模型的技術(shù)是由Boyle在1974年開發(fā)的，僅使用了兩個晶體管、幾個二極管和線性元件。[1]電阻、電容、電感器和電壓/電流控制源等線性元件的仿真遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于有源元件(active element)，并可用來提供極點(diǎn)、零點(diǎn)和任意增益。采用DC模型，可以用一個電壓控制電壓源作放大器，同時可以增加電阻以更好地表示輸入和輸出阻抗。電容、電感、二極管和晶體管可以提供適當(dāng)?shù)慕涣黜憫?yīng)。欲了解更多關(guān)于仿真模型的開發(fā)信息，請參見參考文獻(xiàn)Alexander和Bowers[2]和[3]。他們的模型如本例后面所述。

　　ISL28133是一個采用電壓反饋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的零漂移運(yùn)算放大器。其增益帶寬積為400kHz，壓擺率為0.2V/微秒，電源電流為18μA。圖1顯示了一個五級模型，它代表了實(shí)際電路框圖。這些級包括輸入、增益、頻率整形、輸出和噪聲模塊。

　　圖1. ISL28133宏模型框圖

　　(圖字：輸入級，增益級，頻率整形級，輸出級，噪聲模塊)

　　輸入級

　　零漂移放大器的輸入級如圖2所示。100μA的電流源“I2”饋送pmos輸入對。一般情況下，I2應(yīng)選擇低于靜態(tài)電流。請記住，ISL28133的典型電源電流(RL=open)僅為18μA。然而，很小的I2(約10μA)將使輸入電壓噪聲過大而無法仿真。這將在后面的噪聲分析部分討論。選擇I2=100μA，并使用I1進(jìn)行補(bǔ)償。Cin1和Cin2是輸入共模電容，Cdiff是差模輸入電容。

　　圖2. 輸入級

　　增益級

　　這一級可以執(zhí)行模型中的一些重要功能

　　1)本級設(shè)置該部分的DC增益。所有后續(xù)級均可提供增益。

　　2)可實(shí)現(xiàn)壓擺率限制。

　　3)在AC特性中增加主極點(diǎn)(dominant pole)。

　　4)將信號從以電源作為參考量的兩個電壓水平移位至一個以中點(diǎn)作為參考量的單電壓。

　　5)限制輸出。

　　參見圖3，Ga是電路(block)G1和G2的增益。Gb是電路G3和G4的增益。