Модели операционных усилителей и компараторов

Описание                                                                                                               Заказ модели:    pspicelib@narod.ru  на  http://pspicelib.narod.ru

OpModED

SOFT для расчета PSpice моделей операционных усилителей

             Программа генерации макромодели КМОП ОУ по паспортным данным (по технологии National Semiconductor).

Программа выполняет.

1.     Ввод исходных данных (режим «Мастер» и «Эксперт»). В режиме «Мастер» требуется менее подробная информация об ОУ  (для расчета берутся некоторые типовые  карты  расположения нулей, полюсов и усилений).

2.     Генерацию файла *.lib с текстом макромодели.

3.     Формирование отчета о рассчитанных параметрах.

 Стандартная модель Бойля, генерация которой, как правило, предусмотрена  в программах ЭСАПР и имеет широкое применение, однако для некоторых типов современных ОУ она не подходит.  Некоторые ограничения на применение этой модели связаны с тем, что внутренние потенциалы узлов макромодели отсчитываются от земли.

На сегодня разработано множество новых  SPICE ММ ОУ. Философия, используемая при создании новых макромоделей, определяется желанием разработать модель которая, более точно моделируя типичные режимы ОУ, выполнялась бы намного быстрее, чем модель ОУ на уровне компонентов (такую модель обычно называют - микромоделью). Соответствие "индивидуальности" конкретному типу ОУ может быть достигнуто ручной доработкой модели и полным испытанием каждой модели, чтобы гарантировать, что она точно моделирует режим реального компонента.

Понятно, что программы САПР не имеют средств генерации новых ММ по паспортным параметрам ОУ. Это следствие того, что типов ММ ОУ стало много, они стали сложнее,  зачастую требуют ручной коррекции, по этому разработчики ЭСАПР не предусматривают возможность генерации таких моделей.  Это стало заботой сторонних фирм разработчиков ММ.

 Автор этого сайта разработал методики индетификации параметров некоторых наиболее удачных макромоделей ОУ и предлагает:

1. Разработку ММ ОУ КМОП-структуры (отечественных и импортных)  по технологии, предложенной корпорацией National Semiconductor.

Усложнение современной техники требует понижения  рассеиваемой мощности и напряжениях питания для аналоговых схем. В ответ на это были разработаны rail-to-rail ОУ КМОП-структуры, которые имеют чрезвычайно низкий входной ток смещения (типичное значение 10 фА), работают от однополярного источника питания, потребляют маленькую мощность, при этом входной сигнал может быть двуполярным (включая  отрицательную шину питания). Из-за уникальной топологии, которая делает эти характеристики возможными, потребовалась новая ММ, чтобы получать точные результаты моделирования.

Весьма удачная  ММ для КМОП ОУ была разработана корпорацией National Semiconductor. В отличие от модели Бойля напряжения внутренних узлов в ней не отсчитываются относительно земли, нет ограничений на количество полюсов, при умеренной сложности она весьма точна. Был проведён полный аналитический анализ исходной модели, что позволило внести в неё ряд усовершенствований. Например, по некоторым параметрам исходная модель справедлива только при конкретном напряжении питания, по этому для одного ОУ писалось несколько моделей. Доработанная модель соответствует оригиналу во всём диапазоне питающих напряжений. Согласитесь, что это весьма удобно.

Мной разработаны средства генерации таких моделей. И если поиск требуемой модели не дал результатов, обращайтесь, модель будет создана и протестирована.  

ММ КМОП ОУ National Semiconductor моделирует:

• Входной каскад MOSFET
• Коррекцию эффекта Миллера
• Моделирование динамического тока потребления
• Частоту коэффициента единичного усиления
• Моделирование АФЧХ ОУ с произвольным количеством нулей и полюсов
• Максимальное положительное выходное напряжения
• Максимальное отрицательное выходное напряжения
• Скорость нарастания
• Входной ток смещения
• Усиление напряжения с незамкнутым контуром ОС
• Коэффициент ослабления синфазного сигнала
• Фазовую границу
• Выходное сопротивление на постоянном и переменном токе
• Выходное сопротивление на переменном токе
• Предел выходного тока  при коротком замыкании

На сегодняшний день по этой технологии созданы макромодели ОУ серии КР(КФ)1446УДхх (http://www.angstrem.ru).

2.      Разработка быстродействующих ММ ТОС ОУ (трансимпедансных).

3.      Разработка ММ  других типов ОУ по современным технологиям.

Разработка стандартных моделей ОУ и компараторов (модели Бойля )

Генерация стандартной модели Бойля, как правило, предусмотрена  в программах ЭСАПР, для многих случаев её достаточно.

Макромодель Бойля, на основе которой строятся стандартные ММ ОУ (макромодели ОУ), была разработана с целю существенно сократить время моделирования. Она содержит всего два транзистора, которые об­разуют входной дифференциаль­ный каскад ОУ. Все последующие каскады схемы замещения ОУ реали­зованы на линейных управляемых источниках, пассивных компонен­тах и диодах. Транзисторы входного каскада были сохранены, поскольку они упрощают моделирование та­ких реальных эффектов, как вход­ные токи смещения и зависимость скорости изменения выходного на­пряжения ОУ от величины его вход­ного дифференциального напряже­ния.

Итак, первое несомненное достоинство ММ ОУ Бойля, по срав­нению с ММ ОУ транзисторного уровня, заключается в существенном уменьшении машинного времени, которое необходимо для анализа схем, активными компонентами ко­торых являются ОУ.

Второе важное достоинство ММ Бойля заключается в её универсальности. Четыре разновид­ности ММ Бойля, различающиеся только построением входного каска­да и типом используемых в них транзисторов (биполярных или полевых n или p типа), позволяют моделиро­вать работу любых реальных ОУ.

Не смотря на простоту модели, бывает затруднительно сгенерировать эту модель. Как правило, не хватает исходных данных, иногда модель требует квалифицированной ручной правки под конкретный  тип ОУ.

Модель Бойля можно существенно улучшить путём внесения в модель некоторых доработок в ручную. Эти доработки разработаны и апробированы и во многих проектах.

Примерно тоже самое можно сказать о стандартных моделях компараторов.

Автор имеет методику индетификации параметров этих моделей, способы их модификации и предлагает:

Разработку макромоделей ОУ Бойля (отечественных и импортных).

Макромодель Бойля моделирует.

• Максимальное положительное выходное напряжения

• Максимальное отрицательное выходное напряжения

• Скорость нарастания

• Рассеяние мощности в покое

• Входной ток смещения

• Усиление напряжения с незамкнутым контуром ОС

• Частоту коэффициента единичного усиления

• Коэффициент ослабления синфазного сигнала

• Фазовую границу

• выходное сопротивление на постоянном токе

• выходное сопротивление на переменном токе

•  Предел выходного тока  при коротком замыкании

      Возможные модификации ММ Бойля

• Введение цепей балансировки

• Моделирование выходного импеданса

• Моделирование входных цепей, специфичных для некоторых типов ОУ

• Введение дополнительных нулей и полюсов