A chipforgalmazó op-erősítő modelljének használata az LTSpice-ben: 10 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

Bevezetés

Az LTspice egy ingyenes SPICE szimulációs szoftvereszköz sematikus rögzítéssel, hullámforma -megjelenítővel és számos fejlesztéssel, amelyek mind a Windows, mind a Mac OS X rendszeren futnak. Segítségével kutatom az áramkörök viselkedését, és gyorsan kísérletezek új áramkörökkel a laboratóriumom előtt, mielőtt prototípusokat készítek a nyomtatott áramkörről (Nyomtatott Áramkör) tervezés. A tanulási görbét könnyű meghódítani, köszönhetően az Analog Devices, a Yahoo LTspice Support Group támogatásának és a chipgyártók által szállított leggyakoribb SPICE modellekkel való kompatibilitásának.

Ez az utasítás bemutatja, hogyan lehet túllépni az LTspice-hez mellékelt komponenskönyvtáron, ha három különböző chipgyártó LMV321 op-amp modelljét építik be, és létrehoznak egy egyszerű erősítő kapcsolási rajzot, amint az a rajzon látható. E modellek mindegyike kiemeli az LTspice -ben elérhető különböző módszereket, amelyek a különböző gyártói webhelyekről származó alkatrészmodellek széles választékával használhatók. Ezen modellek mindegyike különböző teljesítményjellemzőkkel is rendelkezik. Ezen teljesítményproblémák kiemeléséhez újra felhasználom ezt a három modellt áram-feszültség kialakításban is.

A célközönség azok, akik némi tapasztalattal rendelkeznek az alkatrészek vázlatos elhelyezésében és szimuláció futtatásában. Ennek az oktatóanyagnak a végére tudni fogja, hogyan kell értelmezni a. SUBCKT parancsot a gyártói modelleken belül az LTspice opamp2 Pin Table és Attribute szerkesztőivel való használatra, hogy a gyártói alkatrészeket felhasználhassa a szimulációkban.

1. lépés: Töltse le az LMV321 Op-amp-hez elérhető SPICE modelleket a chipforgalmazóktól, és helyezze el az új könyvtárban

A gyártás SPICE modelljei

Ebben a bemutatóban három SPICE modellt fogunk beépíteni az LMV321 op-amp alapján. Kövesse, ahogy felvázolom a lépéseket.

Hozzon létre egy mappát a közelgő LTspice sémákhoz, szimbólumokhoz és modellekhez. Ezt a könyvtárat a továbbiakban munkakönyvtárunknak fogom nevezni.

Látogassa meg ezeket a chipgyártó webhelyeket, hogy kivonja a SPICE modelleket az LMV321 op-amp-hez:

• TI webhely (a National Semiconductor PSPICE modellt használja): LMV321
• Maxim működési erősítők Makromodellek: LMX321
• STMicroelectronics Macromodels: LMV3x opamp Macromodel

Tekintse meg a három kapcsolódó diagramot a letöltendő fájlokról az utasítás elkészítésekor. A jövőben előfordulhat, hogy meg kell keresnie a modellneveket, ha a chipgyártók áthelyezték őket új weboldalakra.

TI és STMicro esetén a letöltött zip fájlokból másolja a modellt a munkakönyvtárba. A Maxim modell esetében kattintson a jobb gombbal az LMX321. FAM fájlra a webhelyükön, és mentse el az LTspice munkakönyvtárába.

Ennek a lépésnek a végén a következő három fűszermodell -fájlt kell tartalmaznia a munkakönyvtárban:

• LMV321. MOD
• LMX321. FAM
• LMV3x_macromodel.mod

Ezen fájlok mindegyike megnyitható egy szövegszerkesztővel, hogy megtekinthesse a közös struktúrát:

• dokumentáció a tetején,
• . SUBCKT parancs,
• fűszerparancsok a modell kiépítéséhez.

2. lépés: Nyissa meg az általános 5 tűs LTspice Opamp2.asy szimbólumot

Opamp2.asy Is Reusable

Az LTspice File menüből Nyissa meg az opamp2.asy szimbólumot a telepítési könyvtárból.

A Windows alapértelmezett telepítése esetén ez a következő lenne:

C -> LTC -> LTspiceXVII -> lib -> sym -> Opamps -> opamp2.asy

Az opamp2 szimbólumhoz nincs hozzárendelve op-amp modell. Tehát nem fut szimulációban. Ezért jó kiindulási blokk, mivel tartalmazza a rajzot és a linkeket, amelyek segítségével létrehozhatunk bármilyen op-amp-et, amely az öt közös tűt használja:

1. A+ -ban
2. Ban ben-
3. V+
4. V-
5. Ki

Ügyeljen arra, hogy véletlenül ne nyissa meg a hasonló szimbólumfájlok egyikét:

• opamp.asy (hasonló az opamp2.asy -hez, de a két tápcsatlakozó nélkül)
• UniversalOpamp2.asy (teljesen működőképes opamp általános modellel)

3. lépés: Ellenőrizze, hogy az Opamp2.asy szimbólumtű sorrendje megegyezik -e az LMV321. SUBCKT Pin csatlakozási információival

Táblázat hozzárendelése. SUBCKT használatával

Nyissa meg az LMV321 opamp modellt, amelyet korábban LMV321. MOD néven mentett el a munkakönyvtárba a kedvenc szövegszerkesztőjével. A tetején találjuk a. SUBCKT utasítást.

A. SUBCKT definiál egy újrafelhasználható SPICE netlistát - hasonlóan a függvényhez a nevével és a kapcsolódó paraméterekkel a szoftver nyelvein. A gyártó által szállított op-amp aláramköri szintaxisa így néz ki:

. SUBCKT

… elemi állítások…

. VÉGET ÉR

Az Op-amp név az op-amp nevének külső hivatkozása, az 5 N pedig az op-erősítőhöz rendelt elektromos csatlakozások listája, a közvetlenül a. SUBCKT parancs felett leírtak szerint. Az elektromos csatlakozók bármilyen sorrendben lehetnek, de az opamp2 szimbólumunk ezt a sorrendet veszi fel:

1. nem invertáló bemenet (In+)
2. invertáló bemenet (In-)
3. pozitív tápegység (V+, Vss)
4. negatív tápegység (V-, Vee)
5. kimenet (kimenet)

Nyissa meg az LMV321.asy szimbólumot az LTspice -en belüli munkakönyvtárunkban, és tekintse meg a Pin -táblázatot, hogy leképezze a. SUBCKT -ban lévő kapcsolatneveket a szimbólumunkban szereplő kapcsolatok neveivel:

Nézet -> Pin táblázat

Az összes elektromos csatlakozás már a megfelelő sorrendben van az LTspice Pin táblázatunkhoz, 1 -től 5 -ig, mint ez:

• nem invertáló bemenet (In+) = 1
• invertáló bemenet (In-) = 2
• pozitív tápegység (V+) = 3
• negatív tápegység (V-) = 4
• kimenet (kimenet) = 5

Így nem kell változtatnunk a szimbólum Táblázatán.

4. lépés: Hozza létre az új LMV321 szimbólum attribútumait, és mentse a fájlt LMV321.asy néven

Opamp szimbólum attribútum hozzárendelés

A szimbólumfájl mentése előtt egy utolsó lépés a szimbólum elnevezése az Attribútumszerkesztőben. Ugyanazt a nevet fogjuk használni, mint a. SUBCKT sorban:

LMV321.

Nyissa meg az attribútumszerkesztőt a menüből:

Szerkesztés -> Attribútumok -> Attribútumok szerkesztése

Végezze el a következő módosításokat:

• Érték módosítása: LMV321 (ugyanazt a nevet használja, mint a. SUBCKT parancssorban)
• Leírás módosítása erre: Az LMV321. MOD szerepeltetése a sematikusban (erről később)

Kattintson az OK gombra, és mentse az opamp2.asy fájlt LMV321.asy néven a munkakönyvtárba.

Megjegyzések:

• Hagyja az X -et az előtag mellett, jelezve, hogy a szimbólum sematikusan jelenik meg,
• Hagyja a Szimbólum típusát cellában, hogy a modellfájl helyesen legyen értelmezve,
• Ne mentse vissza a módosított opamp2.asy szimbólumot az LTspice könyvtárba, vagy más, a fájlra támaszkodó rajzok megsérülhetnek,
• Ha mégis ezt a hibát követte el (mint én egyszer), akkor az eredeti opamp2.asy fájlt újra szinkronizálással visszaállíthatja a következő paranccsal: Eszközök -> Szinkronizálás.

A munkakönyvtárban most ezeket a fájlokat kell tartalmaznia:

• LMV321.könnyű
• LMX321. FAM
• LMV321. MOD
• LMV3x_macromodel.mod

5. lépés: Hozzon létre tesztvázlatot és szimulálja az LMV321 Op-amp teljesítményét

Tesztelje az LMV321 Op-amp modellt szimulációban

Nyisson meg egy új sematikát az LTspice -ből: Fájl -> Új vázlat

Létrehozunk egy op-amp tesztáramkört egy nem invertáló erősítő alapján, 2 erősítéssel:

Nyereség = 1 + Rf / Rin

Adja hozzá az újonnan létrehozott LMV321.asy komponenst a munkakönyvtárából az LTspice szalag menü összetevő parancsával.

Tipp: Sok LTspice felhasználó nincs tisztában azzal, hogy a szimbólum könyvtárát a munkakönyvtárra kell változtatnia. Az új fájlokhoz való hozzáférés kezeléséhez kapcsolja a "Top Directory" elemet a munkakönyvtárra.

Táplálja az op-erősítőt 5 voltos tápfeszültséggel a feszültségkomponens segítségével.

Tesztelje az op-erősítőt 0,2 és 2,3 volt közötti ismétlődő impulzusokkal a nem invertáló bemenethez egy második feszültségkomponens segítségével.

Állítson be egy átmeneti elemzést 500 mikroszekundumos intervallumon keresztül az LTspice szalagmenü segítségével. Op SPICE irányelv parancs.

Növelje a szimulációs teljesítményt az alábbi opciókkal a. OP paranccsal:

.option gmin = 1e-10 absztol = 1e-10

.options plotwinsize = 0

Ahol:

• Gmin (megakadályozza a csomópontok lebegését, ha egy kis vezetőképességet határoz meg a nemlineáris eszközök között)
• Abstol (korlátozza az áramok tűrését az áramkör bárhol)
• plotwinsize (tömörítésvezérlés, ahol a 0 azt jelzi, hogy nincs tömörítés)

Adjon címet a vázlatunkhoz a Szöveg menü segítségével:

Nemzeti félvezető LMV321 modell: nem invertáló erősítő

Mentse el a vázlatot a munkakönyvtárba a következő címen: test_LMV321.asc

Futtassa a szimulációt a TI webhelyéről letöltött National Semiconductor LMV321 modellhez:

Kattintson a Futtatás ikonra az LTspice szalag menüjében

Mérje meg a V (kimenet) és a V (bemenet+) mutatókat a kapcsolódó vezetékek felett

Ne feledje, hogy a nyereség 2 -ként jelenik meg, amint azt fentebb megjósoltuk.

A munkakönyvtárban most ezeket a fájlokat kell tartalmaznia:

• test_LMV321.asc
• LMV321.könnyű
• LMX321. FAM
• LMV321. MOD
• LMV3x_macromodel.mod

6. lépés: Hozza létre az LMX321 szimbólumot az LMV321 szimbólumból kiindulva

Hozzon létre LMX321.asy szimbólumot a megfelelő attribútumokkal és a Pin List / Netlist sorrenddel

Nyissa meg a munkakönyvtárat, és nyissa meg az LMX321. FAM modellt kedvenc szövegszerkesztőjével a. SUBCKT információk megtekintéséhez (lásd az ábrát). Megismételjük az utolsó két lépést egy új op-amp komponens és tesztáramkör létrehozásához.

Nyissa meg korábban létrehozott LMV321.asy szimbólumunkat az LTspice -ből, amely a munkakönyvtárban található:

Fájl -> Megnyitás -> LMV321.asy

Megjegyzés: Ha nem az LMV321.asy szimbólumot hozta létre korábban, akkor megnyithatja az opamp2.asy szimbólumot.

Használja az Attribútumszerkesztőt az Érték és Leírás szimbólum megváltoztatásához (lásd az ábrát):

Szerkesztés -> Attribútumok -> Attribútumszerkesztő

• Érték: LMX321
• Leírás: Illessze be az LMX321. FAM -ot sematikusan

Kattintson az OK gombra

A Táblázat segítségével módosíthatja a kapcsolatok sorrendjét, hogy megfelelően illeszkedjenek a. SUBCKT parancshoz (lásd az ábrát):

Nézet -> Pin táblázat

Az 1-től 5-ig terjedő csatlakozási lista más sorrendben van, mint az előző LMV321 op-erősítőnk listája, ezért az alábbiak szerint kell megváltoztatnunk az LMX321 szimbólum Táblázatát:

• + = 1 -ben
• In- = 3
• V+ (Vcc) = 5
• V- (Vee) = 2
• Kimenet = 4

Kattintson az OK gombra

Miért? A modellben található. SUBCKT leírásban azt találjuk, hogy az In+ "1" -hez van rendelve, így az In+ -ot 1 -hez rendeljük a Pin -táblázatunkban. De az In- a. SUBCKT leírásban "3" -hoz van rendelve, így a Pin-táblázatunkban az In- 3-hoz rendeljük hozzá. Stb

Mentse az új szimbólumot a munkakönyvtárba LMX321.asy néven

A munkakönyvtárban most ezeket a fájlokat kell tartalmaznia:

• test_LMV321.asc
• LMX321.egyszerű
• LMV321.könnyű
• LMX321. FAM
• LMV321. MOD
• LMV3x_macromodel.mod

7. lépés: Használja újra a tesztvázlatot és szimulálja az LMX321 Op-amp teljesítményét

Tesztelje az LMX321 Op-amp modellt szimulációban

Nyissa meg korábbi tesztkörünket, és módosítsa az op-amp hivatkozásokat az LMX321-re:

Fájl -> Megnyitás -> test_LMV321.asc

A sematikánkban törölje az LMV321 op-amp hivatkozását.

Használja az LTspice szalag menü komponens opcióját az LMX321.asy op-amp elhelyezéséhez.

Cserélje le a hivatkozást a modellre a jobb oldali egérgombbal a. INC parancsra a sematikus rajzban:

. INC LMX321. FAM

Cserélje ki a címet, hogy tükrözze az új sematikus célunkat:

Maxim LMX321 modell: Nem invertáló erősítő

A vázlat többi eleme változatlan marad.

Mentse el a sémát a munkakönyvtárba test_LMX321.asc néven

Futtassa a szimulációt a Maxim LMX321 op-amp modellhez

Kattintson a Futtatás ikonra az LTspice szalag menüjében

Mérje meg a V (kimenet) és a V (bemenet+) értéket a kurzorral a kapcsolódó vezetékek felett

Ne feledje, hogy a nyereség 2 -ként jelenik meg, amint azt fentebb megjósoltuk.

A munkakönyvtárban most ezeket a fájlokat kell tartalmaznia:

• test_LMX321.asc
• test_LMV321.asc
• LMX321.egyszerű
• LMV321.könnyű
• LMX321. FAM
• LMV321. MOD
• LMV3x_macromodel.mod

8. lépés: Hozza létre az LMV3x szimbólumot az LMV321 szimbólumból kiindulva

Hozzon létre LMV3x.asy szimbólumot a megfelelő attribútumokkal és a pin táblával

Nyissa meg a munkakönyvtárat, és nyissa meg az LMV3x_macromodel.mod modellt kedvenc szövegszerkesztőjével a. SUBCKT információk megtekintéséhez (lásd az ábrát).

Nyissa meg korábban létrehozott LMV321.asy szimbólumunkat az LTspice -ből, amely a munkakönyvtárban található:

Fájl -> Megnyitás -> LMV321.asy

Megjegyzés: Ha nem az LMV321.asy szimbólumot hozta létre korábban, akkor megnyithatja az opamp2.asy szimbólumot.

Használja az Attribútumszerkesztőt az Érték és Leírás szimbólum megváltoztatásához (lásd az ábrát):

Szerkesztés -> Attribútumok -> Attribútumszerkesztő

• Érték: LM3x
• Leírás: Az LMV3x_macromodel.mod szerepeltetése a sematikus ábrán

Kattintson az OK gombra

A Táblázat segítségével módosíthatja a kapcsolatok sorrendjét, hogy megfelelően illeszkedjenek a. SUBCKT parancshoz (lásd az ábrát):

Nézet -> Pin táblázat

A csatlakozási lista nem tartalmaz számokat, és a paraméterek még egy másik sorrendben vannak, mint az előző két op-amp. SUBCKT listája. Nincs szükség numerikus bejegyzésekre a. SUBCKT parancsban, de módosítanunk kell az LM3x szimbólum Táblázatát, hogy illeszkedjen az eredeti opamp2.asy sorrendhez az alábbiak szerint:

• + = 2 -ben
• In- = 1
• V+ (pozitív tápegység) = 4
• V- (negatív tápegység) = 5
• Kimenet = 3

Kattintson az OK gombra

Miért? Az 5 csap. SUBCKT leírása meghatározott sorrendben van. Az első bejegyzést az 1. érintkezőnek tekintjük, amely az Invertáló bemenet (In-) paraméter. Tehát a Táblázat segítségével a bevitelt 1-es számként jelöljük. A második bejegyzés a 2-es érintkező lesz, amely nem invertáló bemenetként (In+) jelenik meg. Tehát az In+ bejegyzést a Táblázat segítségével 2. számként jelöljük. És így tovább

Mentse az új szimbólumot a munkakönyvtárba LMV3x.asy néven. A munkakönyvtárban most ezeket a fájlokat kell tartalmaznia:

• test_LMV321.asc
• LMV3x1.könnyű
• LMX321.egyszerű
• LMV321.könnyű
• LMX321. FAM
• LMV321. MOD
• LMV3x_macromodel.mod

9. lépés: Használja újra a tesztvázlatot és szimulálja az LMV3x Op-amp teljesítményét

Töltse ki az LMV3 Op-amp modelljét és tesztelje szimulációban

Nyissa meg az eredeti tesztáramkört, és módosítsa az op-amp hivatkozásokat az LMV3x-re:

Fájl -> Megnyitás -> test_LMV321.asc

A sematikánkban törölje az LMV321 op-amp hivatkozását.

Használja az LTspice szalag menü komponens opcióját az LMV3x.asy op-amp elhelyezéséhez

Cserélje le a hivatkozást a modellre a jobb oldali egérgombbal az. INC parancsra a sematikus rajzon:

. INC LMV3x_macromodel.mod

Cserélje ki a címet, hogy tükrözze az új sematikus célunkat:

STMicroelectronics LM3x modell: Nem invertáló erősítő

A vázlat többi eleme változatlan marad.

Mentse a módosított vázlatot test_LMV3x.asc néven a munkakönyvtárba.

Futtassa a szimulációt az STMicroelectronics LMV3x op-amp modellhez

Kattintson a Futtatás ikonra az LTspice szalag menüjében

Mérje meg a V (kimenet) és a V (bemenet+) értéket a kurzorral a kapcsolódó vezetékek felett

Ne feledje, hogy a nyereség 2 -ként jelenik meg, amint azt fentebb megjósoltuk.

A munkakönyvtárban most ezeket a fájlokat kell tartalmaznia:

• test_LMV3x.asc
• test_LMX321.asc
• test_LMV321.asc
• LMX321.egyszerű
• LMV321.könnyű
• LMX321. FAM
• LMV321. MOD
• LMV3x_macromodel.mod

10. lépés: Hasonlítsa össze a modell teljesítményét és a záró megjegyzéseket

Tekintse át a szimulációs modelleket egy áram -feszültség áramkörben

Az eddig feltárt, nem invertáló erősítő op-amp szimulációk következetes eredményeket mutatnak mindhárom modell esetében. Nevezetesen 2 -es feszültségnövekedés, ahogy előre megjósoltuk.

Szeretnék még egy áramköri szimulációt hagyni a három modell mindegyikével. Egy "rosszul" tervezett áram -feszültség átalakító. A sematikus ábrán egy előre jelzett Vout = Iin * R1 látható.

A torzítóáram miatti minimális hiba esetén az R2 javasolt értékének meg kell egyeznie az R1 értékkel. Az áramkörömben szándékosan sokkal alacsonyabb értéket használok az R2 -re, hogy megpróbáljam feltárni a modellbeli különbségeket a szokásos tervezési gyakorlaton kívül. A szimulációnak abban is segítenie kell, hogy megjelenítsük a gyenge tervezési hibát, amelyet az elfogultság varianciája alapján jósoltak meg, mert R1 és R2 nem ugyanaz.

A három szimulációban a Maxim LMX321 a leginkább eltérően teljesít, mivel a Vout alacsonynak tűnik, és nincs eltérés a torzításban vagy a csengésben. Míg a másik két modell, az STMicro LMV3x és a National Semi LMV321, a várt Vout eredményeket, valamint az eltérések vagy a csengetési viselkedés eltéréseit mutatják.

Következtetésképpen

Három különböző módszert mutattam be, amelyek a gyártó op-amp modellek LMV321 családot használó LTspice családhoz történő importálásakor tapasztaltak. Áttekintettük a National Semiconductor LMV321 modellt a TI webhelyéről, az STMicroelectronics LMV3x modellt és a MAXIM LMX321 modellt. Ez a három módszer segíthet az op-amp modellek importálásában bármely más alkatrészhez a modell. SUBCKT parancsával, valamint az LTspices attribútumaival és a Pin Table szerkesztőkkel együtt.

Azt is kimutattam, hogy egyes modellek jobban teljesítenek, mint mások, amint azt a feszültség -áram átalakító sematikus ábrája is mutatja. Ha két vagy több modellt tesztel a szimulációs tervekben, akkor megbízhatóbb eredményeket érhet el az Ön igényei szerint.

Hivatkozások:

LTspice Letöltés és dokumentáció

www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html

LTspice csoport - Yahoo Groups: sok megosztott fájl, aktív kérdések támogatása

groups.yahoo.com/neo/groups/LTspice/info

SPICE Quick Reference Sheet v1.0, Standford EE133 - 2001. tél: hivatkozás. SUBCKT pp7-8

web.stanford.edu/class/ee133/handouts/general/spice_ref.pdf

Op Amp Circuit Collection: National Semiconductor Application Note 31, 2002. szeptember: hivatkozás a nem invertáló erősítőre és az áram-feszültségátalakító op-amp áramkörökre

www.ti.com/ww/en/bobpease/assets/AN-31.pdf

Az ezzel az utasítással kapcsolatos összes fájl letölthető az alábbi zip fájlként.

ltspice_lmv321_simulation_files.zip