MT-099指南.PDF

MT-099 指南 模拟电路仿真 模拟电路仿真导论 近年来，系统设计人员承受的压力越来越大，他们需要先利用计算机仿真验证设计，再着 手进行实际印刷电路板布局和硬件设计。对复杂数字设计进行仿真特别有利，原型制作阶 段通常可以完全省去。大多数模拟电路并非如此。仿真可使设计人员对最终设计更有信 心，而在高速/高性能模拟或混合信号电路设计中，完全绕开原型制作阶段风险很大。因 此，在处理模拟电路时，有些原型制作必须进行仿真。原型制作技术将在MT-100 中详细 讨论。 SPICE(集成电路加重的仿真程序)是最常见的模拟电路仿真工具，可在不同计算机平台上 以多种形式使用(参见参考文献1和2)。但是，为使仿真结果有意义，设计人员需要许多系 统元件的精确模型。其中最重要的是用于集成电路的真实模型。 运算放大器几乎是所有模拟电路的基本构建模块，上世纪90年代初，ADI公司开发了一种 先进的运算放大器SPICE模型，这种模型至今仍在使用(参见参考文献3和4)。在这种创新 的开放式放大器架构中，增益和相位响应可以充分模拟，设计人员可以精确预测交流、直 流和瞬态性能特性。这种模拟方法还扩展到了其他器件，如仪表放大器、基准电压源和模 拟乘法器。以下讨论主要针对运算放大器，并说明了基本原理。 了解实际仿真目标 评估相应的可用模型 了解每种竞争运算放大器模型的功能 仿真完成后通常需要进行试验板制作 图1：使用得当时，仿真是一种强大的设计工具 图1列出了一些主要的SPICE仿真目标。SPICE仿真十分流行，因而出现了许多运算放大器 宏观模型，(理想状态下)可以通过软件模拟放大器电气性能。在众多可用模型中，可能存 在一些问题。可能无法确定模拟了哪些元件，而且模型精度也是个根本问题。这些问题都 很重要，目的是使仿真结果更加可靠。因此，模型验证十分重要，必须先与实际器件性能 条件进行对比确认，然后才能放心用于重要设计。 Rev.0, 01/09, WK Page 1 of 15 MT-099 当然，设计的第一步即使采用精确的放大器模型并获得成功，也未必能保证仿真完全有 效。基于不完整信息的仿真存在限值。目标电路的所有器件都应模拟，包括周围的无源元 件、各种寄生效应，以及温度变化。然后，电路应在实验室通过试验板和原型制作进行验 证。试验板电路是采用半永久实验室平台电路设计的快速运行实体模型，即小于最终物理 形式的模型。其目的是在不具备整体物理环境的情况下显示实际性能。良好的试验板通常 可以显示出SPICE预测不到的特性，预测不到可能是由于模型不完整、外部电路寄生效应 等各种原因。但是，通过使用SPICE和智能试验板制作技术，可以保证在原型版本甚至是 最终PCB上合理工作，从而快速有效完成电路设计。 宏观模型与微观模型 宏观模型和微观模型之间的区别通常不太清楚。微观模型采用IC器件的实际晶体管级和其 他SPICE模型，所有的有源和无源器件都根据制造工艺提供完整特性。在区分微观模型与 宏观模型时，有些作者用器件级模型一词来描述得到的总体运算放大器模型(参见参考文 献5)。微观模型通常用于IC的实际设计过程。 METHODOLOGY ADVANTAGES DISADVANTAGES Ideal Elements Fast Simulation May Not Model All MACROMODEL Model Device Time, Characteristics Behavior Easily Modified Fully Characterized Most Complete Slow Simulation MICROMODEL Transistor Level Mo