SPICE是什么看完你就知道了

　　2.3 简单运放交流SPICE 模型
　　正如我们所看到的，SPICE可以是一种用来检查1 阶分析的强大分析工具。但对于交流稳定性分析，它要求我们用运放模型来构建电路。有时我们没有SPICE 模型，但却拥有我们准备使用的运放数据资料。例如，假设我们没有OPA364（单电源、RRIO 及CMOS 运放，由德州仪器公司提供的Burr-Brown 产品）的运放模型。其数据资料给出的开环增益与相位曲线如图2.14 所示。CMOS 运放的共同特点是，低频开环幅度与负载无关。这就是上面给出的默认10kΩ与100kΩ 负载例子。从该曲线的相位部分，我们用“对数定标技术”（参见本系列第1 部分）可确定-45°处于的频率为29Hz。OPA364 的统一增益带宽在7.4MHz 频率上测得。我们首先用双极点方法来制定一个简单运放交流模型。我们将在相位下降为-135°的频率上设置第二个极点fp1。
　　
　　图2.14 简单运放模型：OPA364 数据资料曲线
　　图字：开环增益/相位比频率、电压增益、相位、频率。
　　图2.15 为OPA364 的简单运放交流SPICE 模型。关键频率器件为用来形成fp0 与 fp1 的元件。请注意，压控电压源VCV1、VCV2 及VCV3 在频率元件之间提供完美的缓冲，并防止它们互相作用或加载。其他重要元件是RO。RO 为运放交流小信号、开环输出阻抗。我们将在本系列的第3 部分详细对其进行详细研究——我们将讨论如何从厂商提供的数据资料或通过测量来获得RO。对于我们目前的讨论，我们将给此OPA364 交流模型的RO分配一个160Ω 的值。此模型将在SPICE 快速运行，且如果我们主要关心的是获得一种稳定性良好的设计，则它能为我们提供所需的一切。图2.15 还显示，我们通过带方便电压检测点（VM、VOA 及VOUT）的LT、CT 及VIN 来使用“SPICE 环路增益测试”。从该电路我们可看出Aol = VOA/VM。
　　
　　图 2.15 简单运放模型：交流SPICE 模型
　　简单运放交流SPICE 模型的最佳定标Tina SPICE 仿真结果示于图2.16 中。SPICE 仿真的相位结果从180°开始并下降至0°，而典型数据资料曲线显示相位则从0°开始并下降至-180°。这是因为大多数曲线都被看成是信号从运放正相输入至输出的结果。由SPICE 执行后处理计算后所得到的结果以180°相位系数而告终，这是因为我们计算时用VOA（运放电压输出）除以VM（意味着 -1 系数或180° 相位的运放反相输入）。为将此结果与数据资料进行比较，我们将y 轴上的每一个值减去180°。在上述相位曲线中，我们发现，在8.68MHz 统一增益带宽频率上的70.82° 读数，等于数据资料开环增益/相位曲线上的-109.18 ° （70.82 - 180） 。这接近前一张图中的数据资料曲线在fbw=7.4MHz 处的相移。如果我们希望模型与fbw=7.4MHz 精确匹配，则我们可能需要稍微减少低频Aol 的幅度。
　　
　　图2.16 简单运放模型：交流SPICE 仿真结果
　　2.3 详细运放交流SPICE 模型
　　现在，如果我们想复制OPA364 的高频相位影响，我们可以创建一个详细运放SPICE 模型。在图2.17 所示的数据资料开环增益/相位曲线图上，我们以多倍 -45°/decade 斜率画出几条相位斜线。此信息使我们能计算出需在何处放置更高阶极点我们才能获得如图所示的响应。
　　
　　图2.17 详细运放模型：OPA364 数据资料曲线
　　-135o/dec
　　-180 o/dec
　　RL=10kΩ
　　-135
　　图字：开环增益/相位比频率、电压增益、相位、频率。
　　从图2.17，我们能将相位斜率信息转换成为可产生这种响应的器件。在图2.18 中，我们将fp0 置于在前一张图中的数据资料曲线上相位为 -45°的频率上，而将fp1 置于开环相位为-135°的频率上。从图2.17 可看出，从20MHz开始，必定有-180°/decade 的斜率。-45°/decade 的斜率则来自fp1。因此，由于极点对低于和高于实际极点位置十倍频程处的频率有相位影响，因此我们知道在20MHz 以上十倍频程处，我们必须拥有3 个额外极点才能得到所需的斜率。这可以图形显示为ftp3（fp3 处的三个极点）。从20MHz 开始的斜线一定为-45°/decade，且经过一个十倍频程，我们将看到ftp3 的实际位置 （200MHz）。这种图形技术使我们很容易综合所需的相位响应，并绘出各极点和/或零点之和。
　　
　　图 2.18 详细运放模型：Aol 相位响应图
　　图字：所绘出的单个极点、净结果：单个极点代数和。
　　详细运放交流模型增加3 个高频极点来与数据资料开环增益/相位曲线匹配，如图2.19 所示。
　　
　　图 2.19 详细运放模型：交流SPICE 模型
　　详细运放交流SPICE模型的最佳定标Tina SPICE 仿真结果示于图2.20 中。如果将这些结果与数据资料开环增益/相位曲线进行比较，我们会发现，我们的详细运放交流SPICE 模型得到的结果与资料上给出的结果非常接近。对于大多数运放稳定性分析而言，简单运放交流SPICE 模型已经够用。但当性能与带宽要求提高时，我们也拥有可对运放高频相移进行建模的更精确方法。
　　
　　图 2.20 详细运放模型：交流SPICE 仿真结果
　　2.4 附录：空白幅度与相位曲线
　　为便于进行1 阶分析，本部分的最后两页给出了一张空白幅度与相位曲线图。