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作者：Tim Green，德州儀器公司 2.3 簡(jiǎn)單運(yùn)放交流SPICE 模型 正如我們所看到的，SPICE可以是一種用來(lái)檢查1 階分析的強(qiáng)大分析工具。但對(duì)于交流穩(wěn)定性分析，它要求我們用運(yùn)放模型來(lái)構(gòu)建電路。有時(shí)我們沒(méi)有SPICE 模型，但卻擁有我們準(zhǔn)備使用的運(yùn)放數(shù)據(jù)資料。例如，假設(shè)我們沒(méi)有OPA364（單電源、RRIO 及CMOS 運(yùn)放，由德州儀器公司提供的Burr-Brown 產(chǎn)品）的運(yùn)放模型。其數(shù)據(jù)資料給出的開(kāi)環(huán)增益與相位曲線如圖2.14 所示。CMOS 運(yùn)放的共同特點(diǎn)是，低頻開(kāi)環(huán)幅度與負(fù)載無(wú)關(guān)。這就是上面給出的默認(rèn)10kΩ與100kΩ 負(fù)載例子。從該曲線的相位部分，我們用“對(duì)數(shù)定標(biāo)技術(shù)”（參見(jiàn)本系列第1 部分）可確定-45°處于的頻率為29Hz。OPA364 的統(tǒng)一增益帶寬在7.4MHz 頻率上測(cè)得。我們首先用雙極點(diǎn)方法來(lái)制定一個(gè)簡(jiǎn)單運(yùn)放交流模型。我們將在相位下降為-135°的頻率上設(shè)置第二個(gè)極點(diǎn)fp1。 
圖2.14 簡(jiǎn)單運(yùn)放模型：OPA364 數(shù)據(jù)資料曲線 圖字：開(kāi)環(huán)增益/相位比頻率、電壓增益、相位、頻率。 圖2.15 為OPA364 的簡(jiǎn)單運(yùn)放交流SPICE 模型。關(guān)鍵頻率器件為用來(lái)形成fp0 與 fp1 的元件。請(qǐng)注意，壓控電壓源VCV1、VCV2 及VCV3 在頻率元件之間提供完美的緩沖，并防止它們互相作用或加載。其他重要元件是RO。RO 為運(yùn)放交流小信號(hào)、開(kāi)環(huán)輸出阻抗。我們將在本系列的第3 部分詳細(xì)對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)研究——我們將討論如何從廠商提供的數(shù)據(jù)資料或通過(guò)測(cè)量來(lái)獲得RO。對(duì)于我們目前的討論，我們將給此OPA364 交流模型的RO分配一個(gè)160Ω 的值。此模型將在SPICE 快速運(yùn)行，且如果我們主要關(guān)心的是獲得一種穩(wěn)定性良好的設(shè)計(jì)，則它能為我們提供所需的一切。圖2.15 還顯示，我們通過(guò)帶方便電壓檢測(cè)點(diǎn)（VM、VOA 及VOUT）的LT、CT 及VIN 來(lái)使用“SPICE 環(huán)路增益測(cè)試”。從該電路我們可看出Aol = VOA/VM。
圖 2.15 簡(jiǎn)單運(yùn)放模型：交流SPICE 模型 簡(jiǎn)單運(yùn)放交流SPICE 模型的最佳定標(biāo)Tina SPICE 仿真結(jié)果示于圖2.16 中。SPICE 仿真的相位結(jié)果從180°開(kāi)始并下降至0°，而典型數(shù)據(jù)資料曲線顯示相位則從0°開(kāi)始并下降至-180°。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)曲線都被看成是信號(hào)從運(yùn)放正相輸入至輸出的結(jié)果。由SPICE 執(zhí)行后處理計(jì)算后所得到的結(jié)果以180°相位系數(shù)而告終，這是因?yàn)槲覀冇?jì)算時(shí)用VOA（運(yùn)放電壓輸出）除以VM（意味著 -1 系數(shù)或180° 相位的運(yùn)放反相輸入）。為將此結(jié)果與數(shù)據(jù)資料進(jìn)行比較，我們將y 軸上的每一個(gè)值減去180°。在上述相位曲線中，我們發(fā)現(xiàn)，在8.68MHz 統(tǒng)一增益帶寬頻率上的70.82° 讀數(shù)，等于數(shù)據(jù)資料開(kāi)環(huán)增益/相位曲線上的-109.18 ° (70.82 - 180) 。這接近前一張圖中的數(shù)據(jù)資料曲線在fbw=7.4MHz 處的相移。如果我們希望模型與fbw=7.4MHz 精確匹配，則我們可能需要稍微減少低頻Aol 的幅度。
圖2.16 簡(jiǎn)單運(yùn)放模型：交流SPICE 仿真結(jié)果 2.3 詳細(xì)運(yùn)放交流SPICE 模型 現(xiàn)在，如果我們想復(fù)制OPA364 的高頻相位影響，我們可以創(chuàng)建一個(gè)詳細(xì)運(yùn)放SPICE 模型。在圖2.17 所示的數(shù)據(jù)資料開(kāi)環(huán)增益/相位曲線圖上，我們以多倍 -45°/decade 斜率畫(huà)出幾條相位斜線。此信息使我們能計(jì)算出需在何處放置更高階極點(diǎn)我們才能獲得如圖所示的響應(yīng)。
圖2.17 詳細(xì)運(yùn)放模型：OPA364 數(shù)據(jù)資料曲線 -135o/dec -180 o/dec RL=10kΩ -135 圖字：開(kāi)環(huán)增益/相位比頻率、電壓增益、相位、頻率。 從圖2.17，我們能將相位斜率信息轉(zhuǎn)換成為可產(chǎn)生這種響應(yīng)的器件。在圖2.18 中，我們將fp0 置于在前一張圖中的數(shù)據(jù)資料曲線上相位為 -45°的頻率上，而將fp1 置于開(kāi)環(huán)相位為-135°的頻率上。從圖2.17 可看出，從20MHz開(kāi)始，必定有-180°/decade 的斜率。-45°/decade 的斜率則來(lái)自fp1。因此，由于極點(diǎn)對(duì)低于和高于實(shí)際極點(diǎn)位置十倍頻程處的頻率有相位影響，因此我們知道在20MHz 以上十倍頻程處，我們必須擁有3 個(gè)額外極點(diǎn)才能得到所需的斜率。這可以圖形顯示為ftp3（fp3 處的三個(gè)極點(diǎn)）。從20MHz 開(kāi)始的斜線一定為-45°/decade，且經(jīng)過(guò)一個(gè)十倍頻程，我們將看到ftp3 的實(shí)際位置 (200MHz)。這種圖形技術(shù)使我們很容易綜合所需的相位響應(yīng)，并繪出各極點(diǎn)和/或零點(diǎn)之和。
圖 2.18 詳細(xì)運(yùn)放模型：Aol 相位響應(yīng)圖 圖字：所繪出的單個(gè)極點(diǎn)、凈結(jié)果：?jiǎn)蝹�(gè)極點(diǎn)代數(shù)和。 詳細(xì)運(yùn)放交流模型增加3 個(gè)高頻極點(diǎn)來(lái)與數(shù)據(jù)資料開(kāi)環(huán)增益/相位曲線匹配，如圖2.19 所示。
圖 2.19 詳細(xì)運(yùn)放模型：交流SPICE 模型 詳細(xì)運(yùn)放交流SPICE模型的最佳定標(biāo)Tina SPICE 仿真結(jié)果示于圖2.20 中。如果將這些結(jié)果與數(shù)據(jù)資料開(kāi)環(huán)增益/相位曲線進(jìn)行比較，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，我們的詳細(xì)運(yùn)放交流SPICE 模型得到的結(jié)果與資料上給出的結(jié)果非常接近。對(duì)于大多數(shù)運(yùn)放穩(wěn)定性分析而言，簡(jiǎn)單運(yùn)放交流SPICE 模型已經(jīng)夠用。但當(dāng)性能與帶寬要求提高時(shí)，我們也擁有可對(duì)運(yùn)放高頻相移進(jìn)行建模的更精確方法。
圖 2.20 詳細(xì)運(yùn)放模型：交流SPICE 仿真結(jié)果 2.4 附錄：空白幅度與相位曲線 為便于進(jìn)行1 階分析，本部分的最后兩頁(yè)給出了一張空白幅度與相位曲線圖。
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