Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Ufaj, ale sprawdzaj - modele SPICE - część 2

ghost666 30 Sty 2018 17:48 1704 0
  • W poprzedniej, pierwszej części cyklu omawialiśmy sposoby na sprawdzanie CMRR (współczynnik odrzucenia sygnału współbieżnego) w modelu SPICE wzmacniacza operacyjnego. Dzisiaj przyjrzymy się offsetowi napięciowemu na wejściu op-ampów rail-to-rail.

    Nie jest wielką tajemnicą fakt, że układy rail-to-rail po woli wypierają tradycyjne układy w aplikacjach precyzyjnych. Układy takie mają wiele zalet, jak chociażby to, że ich liniowy zakres pracy rozciąga się w całym zakresie napięcia zasilania, a czasami nawet go przekracza. Zazwyczaj układy te realizowane są dwoma parami tranzystorów wejściowych, zamiast jednej, jak w klasycznych układach - taka topologia jednakże generuje szereg wyzwań, jeśli chodzi o ich modelowanie w systemach SPICE.

    Jednym z tych wyzwań jest wspominany wyżej offset napięciowy wejścia (VOS), który uwidacznia się szczególnie w momencie, gdy 'praca' stopnia wejściowego przechodzi z jednej pary tranzystorów do drugiej. Zjawisko to jest zwane także zniekształceniem wejścia przy przejściu przez zero. VOS jest istotnym parametrem charakteryzującym precyzyjne wzmacniacza operacyjne; w wielu systemach offset toru analogowego jest wstępnie kalibrowany tak, aby cały system spełniał zadane parametry. Każda zmiana napięcia offsetu, czy to spowodowana napięciem współbieżnym (VCM), zmianą temperatury czy innymi czynnikami jest wysoce niepożądana i może istotnie pogorszyć parametry naszego systemu, zwiększając błąd napięcia na jego wyjściu. Na rysunku 1 zaprezentowano zależność VOS od VCM, która istotnie może przekreślić precyzyjność całego toru w szerokim zakresie napięć wejściowych.

    Ufaj, ale sprawdzaj - modele SPICE - część 2
    Rys.1. Zależność napięcia offsetu wejściowego VOS od napięcia współbieżnego na wejściach VCM.


    Jeśli używamy modeli SPICE do symulowania wzmacniaczy rail-to-rail dobrze jest sprawdzić, czy zależność VOS od VCM w modelu jest taka jak w realnym układzie. Na rysunku 2 zaprezentowano przykładowy układ, w jakim może to być zamodelowane.

    Ufaj, ale sprawdzaj - modele SPICE - część 2
    Rys.2. Przykładowy układ do testowania zależności VOS od VCM.


    W tym prostym układzie wzmacniacz skonfigurowany jest jako bufor (wzmacniacz o wzmocnieniu równym 1), co zabezpiecza nas przed problemami wynikającymi z ograniczenia napięcia wyjściowego. W modelu tym przemiatamy napięciem VCM na pinach wejściowych i mierzymy offset VOS na wejściu, jak pokazano na rysunku 2.

    Możemy wykorzystać teraz ten model do zasymulowania realnego układu, np. OPA388, nowego op-ampa z stajni Texas Instruments, który powinien wykazywać się minimalnymi zakłóceniami przy przejściu przez zero. Op-amp ten wykorzystuje wewnętrzną pompę ładunku w stopniu wejściowym do podniesienia wewnętrznie jego napięcia zasilania, dzięki czemu może realnie pracować jako układ rail-to-rail, wykorzystując tylko jedną parę tranzystorów wyjściowych, jak w klasycznym wzmacniaczu. Wyniki tej symulacji zaprezentowano na rysunku 3.

    Ufaj, ale sprawdzaj - modele SPICE - część 2
    Rys.3. Zależność VOS od VCM wyznaczona dla modelu SPICE układu OPA388.


    Wyliczona zależność dokładnie zgadza się z danymi zawartymi w karcie katalogowej układu, z dokładnością do mniej niż jednego mikrowolta w całym zakresie napięć współbieżnych.

    Wykorzystajmy teraz ten sam układ do pomiarów na innym układzie TI - OPA2325. Wyniki zaprezentowano na rysunku 4.

    Ufaj, ale sprawdzaj - modele SPICE - część 2
    Rys.4. Zależność VOS od VCM wyznaczona dla modelu SPICE układu OPA2325.


    Podobnie jak w poprzednim przypadku, model SPICE dostarczony przez Texas Instruments doskonale odpowiada karcie katalogowej. VOS dla modelu osiąga około 40 mikrowoltów, tak jak opisano to w karcie katalogowej. Rozbieżność z realnym układami, którą tutaj zaprezentowano wynika z faktu, że akurat te trzy konkretne układy, jakie zmierzono, okazały się lepsze niż średnia. Modele SPICE są tworzone tak, aby odpowiadać średniemu elementowi.

    To kolejna część cyklu "Ufaj, ale sprawdzaj". W kolejnych częściach omówimy, jak sprawdzać impedancję wyjściową modelu SPICE w otwartej pętli sprzężenia zwrotnego oraz odpowiedź impulsową modelu na skok jednostkowy, co pozwoli nam przeprowadzić analizę stabilności.

    Źródło: http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2017/09/05/trust-but-verify-spice-model-accuracy-part-2-input-offset-voltage-vs-input-common-mode-voltage

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9835 postów o ocenie 8046, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.