Chips Vendor Op-Amp -mallin käyttäminen LTSpicessa: 10 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Johdanto

LTspice on ilmainen SPICE -simulointityökalu, jolla on kaavamainen sieppaus, aaltomuodon katseluohjelma ja monia parannuksia, jotka toimivat sekä Windows- että Mac OS X -käyttöjärjestelmässä. Piirilevy). Oppimiskäyrä on helppo valloittaa Analog Devicesin, Yahoon LTspice -tukiryhmän tuen ja sen yhteensopivuuden perusteella useimpien sirumyyjien toimittamien SPICE -mallien kanssa.

Tämä opastettava opastaa, kuinka ylittää LTspice-laitteen mukana toimitetun komponenttikirjaston sisällyttämällä kolmen eri sirumyyjän LMV321-op-vahvistinmallin yksinkertaisen vahvistinkaavion luomiseksi piirustuksen mukaisesti. Kukin näistä malleista korostaa LTspicen eri menetelmiä, joita voidaan käyttää useiden eri valmistajien verkkosivustoilta saatavien komponenttimallien kanssa. Jokaisella näistä malleista on myös erilaisia suorituskykyominaisuuksia. Näiden suorituskykyongelmien korostamiseksi käytän näitä kolmea mallia myös nykyisestä jännitteeseen.

Kohderyhmä ovat ne, joilla on jonkin verran kokemusta komponenttien sijoittamisesta kaavioon ja simulaation suorittamisesta. Tämän opetusohjelman loppuun mennessä osaat tulkita. SUBCKT -komennon valmistajamalleissa käytettäväksi LTspicen opamp2 Pin Table- ja Attribute -editorien kanssa, jotta voit käyttää valmistajan osia simulaatioissasi.

Vaihe 1: Lataa SPICE-mallit, jotka ovat käytettävissä LMV321-op-vahvistimelle, sirunmyyjiltä ja aseta uuteen hakemistoon

Valmistajan SPICE -mallit

Tässä opetusohjelmassa aiomme sisällyttää kolme SPICE-mallia, jotka perustuvat LMV321-op-vahvistimeen. Seuraa, kun hahmotan vaiheet.

Luo kansio tuleville LTspice -kaavioillesi, symboleillesi ja malleillesi. Viittaan tähän hakemistoon työhakemukseksemme jatkossa.

Käy näillä sirumyyjien verkkosivuilla ja poimi SPICE-mallit LMV321-op-vahvistimelle:

• TI -sivusto (käyttää National Semiconductor PSPICE -mallia): LMV321
• Maxim -operatiiviset vahvistimet Makromallit: LMX321
• STMicroelectronics Makromallit: LMV3x opamp Macromalli

Katso kolme liitettyä kaaviota, jotka koskevat ladattavia tiedostoja tämän ohjeen kirjoittamisen jälkeen. Jatkossa sinun on ehkä etsittävä mallien nimiä, jos sirun myyjät ovat siirtäneet ne uusille verkkosivuille.

TI ja STMicro kopioit mallin ladatuista zip -tiedostoista työhakemistoosi. Maxim-mallissa napsautat hiiren kakkospainikkeella LMX321. FAM-tiedostoa verkkosivustolla ja tallennat sen LTspice-työhakemistoosi.

Tämän vaiheen lopussa sinulla pitäisi olla nämä kolme maustemallitiedostoa työhakemistossasi:

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

Jokainen näistä tiedostoista voidaan avata tekstieditorilla nähdäksesi yhteisen rakenteen:

• asiakirjat ylhäällä,
• . SUBCKT -komento,
• spice -komennot mallin rakentamiseksi.

Vaihe 2: Avaa yleinen 5-nastainen LTspice Opamp2.asy -symboli

Opamp2.asy on uudelleenkäytettävä

LTspice File -valikosta Avaa opamp2.asy -symboli asennushakemistostasi.

Windowsin oletusasennuksessa tämä olisi:

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

Opamp2-symbolille ei ole määritetty op-amp-mallia. Joten se ei toimi simulaatiossa. Tästä syystä se on hyvä aloituslohko, koska se sisältää piirustuksen ja linkit, joiden avulla voimme luoda minkä tahansa op-vahvistimen, joka käyttää viittä yleistä nastaa:

1. +: Ssa
2. Sisään-
3. V+
4. V-
5. Ulos

Varo avaamasta yhtä näistä samankaltaisista symbolitiedostoista vahingossa:

• opamp.asy (samanlainen kuin opamp2.asy, mutta ilman kahta virtanappia)
• UniversalOpamp2.asy (täysin toimiva opamp yleisellä mallilla)

Vaihe 3: Tarkista, että Opamp2.asy -symbolin järjestys vastaa LMV321. SUBCKT -nastan yhteystietoja

Nastataulukon määritys. SUBCKT: n avulla

Avaa LMV321 -opamp -malli, joka on aiemmin tallennettu nimellä LMV321. MOD työhakemistoosi suosikkitekstieditorillasi. Yläosasta löytyy. SUBCKT -lause.

. SUBCKT määrittelee uudelleenkäytettävän SPICE -verkkolistan - samanlainen kuin funktio, jonka nimi ja siihen liittyvät parametrit ovat ohjelmistokielillä. Valmistajan toimittaman op-vahvistimen alipiirin syntaksi näyttää tältä:

. SUBCKT

… elementtilausunnot…

. ENDS

Op-vahvistimen nimi on ulkoinen viittaus op-vahvistimen nimeen ja 5 N: ää ovat luettelo tilattuista sähköliitännöistä op-vahvistimeen, kuten on kuvattu suoraan. SUBCKT-komennon yläpuolella. Sähköliitännät voivat olla missä tahansa järjestyksessä, mutta opamp2 -symbolimme olettaa tämän järjestyksen:

1. ei-invertoiva tulo (In+)
2. käänteinen tulo (In-)
3. positiivinen virtalähde (V+, Vss)
4. negatiivinen virtalähde (V-, Vee)
5. lähtö (Out)

Avaa LMV321.asy -symboli LTspice -työhakemistossamme ja katso nastataulukkoa.

Näytä -> Pin Table

Kaikki sähköliitännät ovat jo oikeassa järjestyksessä LTspice Pin Table -taulukollemme, 1-5 näin:

• ei-invertoiva tulo (In+) = 1
• käänteinen tulo (In-) = 2
• positiivinen virtalähde (V+) = 3
• negatiivinen virtalähde (V-) = 4
• lähtö (lähtö) = 5

Meidän ei siis tarvitse tehdä muutoksia symbolin nastataulukkoon.

Vaihe 4: Luo attribuutit uudelle LMV321 -symbolille ja tallenna tiedosto nimellä LMV321.asy

Opamp -symbolimääritysten määritys

Viimeinen vaihe ennen symbolitiedoston tallentamista on nimetä symboli Attribuutit -editorilla. Käytämme samaa nimeä kuin. SUBCKT -rivillä:

LMV321.

Avaa Attribuuttieditori valikosta:

Muokkaa -> Attribuutit -> Muokkaa määritteitä

Tee seuraavat muutokset:

• Muuta arvoksi: LMV321 (käytä samaa nimeä kuin. SUBCKT -komentorivillä)
• Vaihda kuvaus muotoon: Sisällytä LMV321. MOD kaavioon (lisää tästä myöhemmin)

Napsauta OK ja tallenna opamp2.asy nimellä LMV321.asy työhakemistoosi.

Huomautuksia:

• Jätä X etuliitteen viereen osoittamaan, että symboli näkyy kaaviona,
• Jätä symbolityyppi soluksi, jotta mallitiedosto tulkitaan oikein,
• Älä tallenna muokattua opamp2.asy -symbolia takaisin LTspice -kirjastoon tai muut kaaviot, jotka voivat luottaa tähän tiedostoon, voivat olla vioittuneita,
• Jos teit tämän virheen (kuten tein kerran), voit palauttaa alkuperäisen opamp2.asy -tiedoston uudelleen synkronoimalla komennolla: Työkalut -> Synkronointijulkaisu.

Työhakemistossasi pitäisi nyt olla seuraavat tiedostot:

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

Vaihe 5: Luo testikaavio ja simuloi LMV321 Op-amp: n suorituskykyä

Testaa LMV321 Op-amp-malli simulaatiossa

Avaa uusi kaavio LTspice: Tiedosto -> Uusi kaavio

Luomme op-amp-testipiirin, joka perustuu ei-invertoivaan vahvistimeen, jonka vahvistus on 2:

Vahvistus = 1 + Rf / Rin

Lisää äskettäin luotu LMV321.asy -komponentti työhakemistostasi LTspice -valintanauhan valikkokomentokomennolla.

Vihje: Monet LTspice -käyttäjät eivät tiedä, että heidän on muutettava symbolin hakemisto työhakemistoonsa. Jos haluat hallita uusien tiedostojen käyttöä, vaihda "Top Directory" -kohde niiden työhakemistoon.

Kytke op-vahvistimeen jännite 5 voltin jännitteellä.

Testaa op-vahvistin toistuvilla pulsseilla, jotka vaihtelevat välillä 0,2-2,3 volttia invertoimattomaan tuloon käyttämällä toista jänniteosaa.

Määritä ohimenevä analyysi 500 mikrosekunnin välein käyttämällä LTspice -valintanauhan valikkoa.

Paranna simulaation suorituskykyä seuraavilla vaihtoehdoilla. OP -komennolla:

.vaihtoehdot gmin = 1e-10 abstol = 1e-10

.options plotwinsize = 0

Missä:

• Gmin (estä solmujen kellumista määrittämällä pieni johtavuus epälineaaristen laitteiden välillä)
• Abstol (rajoita virtojen toleranssi missä tahansa piirissä)
• plotwinsize (pakkausohjaus, jossa 0 ei osoita pakkausta)

Lisää otsikko kaavioon käyttämällä Tekstinauha -valikkoa:

National Semiconductor LMV321 -malli: ei-invertoiva vahvistin

Tallenna kaavio työhakemistoosi nimellä: test_LMV321.asc

Suorita TI -verkkosivustolta ladatun National Semiconductor LMV321 -mallin simulaatio:

Napsauta Suorita -kuvaketta LTspice -valintanauhan valikossa

Mittaa V (ulostulo) ja V (tulo+) käyttämällä kohdistinta liittyvien johtojen päällä

Huomaa, että vahvistus näkyy muodossa 2, kuten edellä ennustimme.

Työhakemistossasi pitäisi nyt olla seuraavat tiedostot:

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

Vaihe 6: Luo LMX321 -symboli LMV321 -symbolista alkaen

Luo LMX321.asy -symboli oikeilla ominaisuuksilla ja pin- / netlist -järjestyksellä

Siirry työhakemistoosi ja avaa LMX321. FAM -malli suosikkitekstieditorillasi nähdäksesi. SUBCKT -tiedot (katso kaavio). Toistamme kaksi viimeistä vaihetta uuden op-amp-komponentin ja testipiirin rakentamiseksi.

Avaa aiemmin luotu LMV321.asy -symboli työhakemistossasi olevasta LTspicestä:

Tiedosto -> Avaa -> LMV321.asy

Huomautus: Jos et ole luonut LMV321.asy -symbolia aikaisemmin, voit avata sen sijaan opamp2.asy -symbolin.

Käytä Attribuutit -editoria muuttaaksesi symbolia Arvo ja kuvaus (katso kaavio):

Muokkaa -> Attribuutit -> Attribuuttieditori

• Arvo: LMX321
• Kuvaus: Sisällytä LMX321. FAM kaavioon

Napsauta OK

Käytä nastataulukkoa muuttaaksesi liitäntöjen järjestystä. SUBCKT -komennon mukaisesti (katso kaavio):

Näytä -> Pin Table

Yhteysluettelo 1-5 on eri järjestyksessä kuin edellisen LMV321-op-vahvistimen luettelo, joten meidän on muutettava LMX321-symbolin Pin-taulukko seuraavasti:

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

Napsauta OK

Miksi? Mallin. SUBCKT -kuvauksessa havaitsemme, että In+ on määritetty arvoon "1", joten osoitamme In+: n 1: lle Pin -taulukossamme. Mutta In- on määritetty "3": lle. SUBCKT-kuvauksessa, joten annamme In-3: n Pin-taulukossamme. Ja niin edelleen

Tallenna uusi symboli työhakemistoosi nimellä LMX321.asy

Työhakemistossasi pitäisi nyt olla seuraavat tiedostot:

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

Vaihe 7: Käytä testikaaviota uudelleen ja simuloi LMX321 Op-amp: n suorituskykyä

Testaa LMX321 Op-amp-malli simulaatiossa

Avaa edellinen testipiiri ja muuta op-amp-viitteet LMX321:

Tiedosto -> Avaa -> test_LMV321.asc

Poista kaaviosta viittaus LMV321-op-vahvistimeen.

Käytä LTspice-nauhavalikon komponentti-vaihtoehtoa LMX321.asy-op-vahvistimen sijoittamiseen.

Korvaa viittaus malliin napsauttamalla kaaviokuvan. INC -komentoa hiiren kakkospainikkeella seuraavasti:

. INC LMX321. FAM

Korvaa otsikko vastaamaan uutta kaavamaista tarkoitustamme:

Maxim LMX321 -malli: invertoimaton vahvistin

Kaikki muut kaavion osat pysyvät samana.

Tallenna kaavio työhakemistoosi test_LMX321.asc

Suorita simulaatio Maxim LMX321 op-amp -mallille

Napsauta Suorita -kuvaketta LTspice -valintanauhan valikossa

Mittaa V (ulostulo) ja V (tulo+) käyttämällä kohdistinta liittyvien johtojen päällä

Huomaa, että vahvistus näkyy muodossa 2, kuten edellä ennustimme.

Työhakemistossasi pitäisi nyt olla seuraavat tiedostot:

• test_LMX321.asc
• test_LMV321.asc
• LMX321.helppo
• LMV321.helppo
• LMX321. FAM
• LMV321. MOD
• LMV3x_macromodel.mod

Vaihe 8: Luo LMV3x -symboli LMV321 -symbolista alkaen

Luo LMV3x.asy -symboli oikeilla ominaisuuksilla ja nastataulukolla

Siirry työhakemistoosi ja avaa LMV3x_macromodel.mod -malli suosikkitekstieditorillasi nähdäksesi. SUBCKT -tiedot (katso kaavio).

Avaa aiemmin luotu LMV321.asy -symboli työhakemistossasi olevasta LTspicestä:

Tiedosto -> Avaa -> LMV321.asy

Huomautus: Jos et ole luonut LMV321.asy -symbolia aikaisemmin, voit avata sen sijaan opamp2.asy -symbolin.

Käytä Attribuutit -editoria muuttaaksesi symbolia Arvo ja kuvaus (katso kaavio):

Muokkaa -> Attribuutit -> Attribuuttieditori

• Arvo: LM3x
• Kuvaus: Sisällytä LMV3x_macromodel.mod kaavioon

Napsauta OK

Käytä nastataulukkoa muuttaaksesi liitäntöjen järjestystä. SUBCKT -komennon mukaisesti (katso kaavio):

Näytä -> Pin Table

Yhteysluettelossa ei ole numeroita ja parametrit ovat vielä toisessa järjestyksessä kuin kahden edellisen op-amp. SUBCKT: n luettelo.. SUBCKT -komennossa ei tarvita numeerisia merkintöjä, mutta meidän on muutettava LM3x -symbolin Pin -taulukko vastaamaan alkuperäistä opamp2.asy -järjestystä seuraavasti:

• + = 2
• In- = 1
• V+ (positiivinen virtalähde) = 4
• V- (negatiivinen virtalähde) = 5
• Ulos = 3

Napsauta OK

Miksi? 5 nastan. SUBCKT -kuvaus on tietyssä järjestyksessä. Otamme ensimmäisen merkinnän nastaksi 1, joka on Inverting Input (In-) -parametri. Merkitsemme siis tulon käyttämällä nastataulukkoa numerona 1. Toinen merkintä on nasta 2, joka on lueteltu ei-invertoivana tulona (In+). Joten merkitsemme In+ -merkinnän Pin -taulukon avulla numeroksi 2. Ja niin edelleen

Tallenna uusi symboli työhakemistoosi nimellä LMV3x.asy Työhakemistossasi pitäisi nyt olla seuraavat tiedostot:

• test_LMV321.asc
• LMV3x1.helppo
• LMX321.helppo
• LMV321.helppo
• LMX321. FAM
• LMV321. MOD
• LMV3x_macromodel.mod

Vaihe 9: Käytä testikaaviota uudelleen ja simuloi LMV3x-op-vahvistimen suorituskykyä

Täydennä LMV3 Op-amp -malli ja testaa simulaatiossa

Avaa alkuperäinen testipiiri ja muuta op-amp-viitteet LMV3x:

Tiedosto -> Avaa -> test_LMV321.asc

Poista kaaviosta viittaus LMV321-op-vahvistimeen.

Sijoita LMV3x.asy-op-vahvistin LTspice-nauhavalikon komponentti-vaihtoehdon avulla

Korvaa viittaus malliin napsauttamalla kaaviokuvan. INC -komentoa hiiren kakkospainikkeella seuraavasti:

. INC LMV3x_macromodel.mod

Korvaa otsikko vastaamaan uutta kaavamaista tarkoitustamme:

STMicroelectronics LM3x -malli: invertoimaton vahvistin

Kaikki muut kaavion elementit pysyvät samana.

Tallenna muokattu kaavio test_LMV3x.asc työhakemistoosi.

Suorita simulaatio STMicroelectronics LMV3x op-amp -mallille

Napsauta Suorita -kuvaketta LTspice -valintanauhan valikossa

Mittaa V (ulostulo) ja V (tulo+) käyttämällä kohdistinta liittyvien johtojen päällä

Huomaa, että vahvistus näkyy muodossa 2, kuten edellä ennustimme.

Työhakemistossasi pitäisi nyt olla seuraavat tiedostot:

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

Vaihe 10: Vertaa mallin suorituskykyä ja loppupäätelmiä

Tarkastele simulaatiomalleja nykyisestä jännitepiiriin

Tähän mennessä tutkimamme ei-invertoivat vahvistin-op-amp-simulaatiot osoittavat johdonmukaisia tuloksia jokaiselle kolmesta mallista. Nimittäin jännitteen nousu 2, kuten ennustimme.

Haluaisin jättää teille vielä yhden piirisimulaation käyttäen kutakin kolmesta mallista. "Huonosti" suunniteltu virran ja jännitteen muunnin. Kaaviossa on ennustettu Vout = Iin * R1.

Biasvirrasta johtuvan vähimmäisvirheen osalta ehdotetun arvon R2 tulisi olla sama kuin R1. Piirissäni käytän tarkoituksella paljon pienempää arvoa R2: lle yrittäessäni paljastaa mallieroja normaalin suunnittelukäytännön ulkopuolella. Simulaation pitäisi myös auttaa meitä visualisoimaan heikko suunnitteluvirhe, joka ennustetaan poikkeaman vaihtelun kautta, koska R1 ja R2 eivät ole samat.

Näissä kolmessa simulaatiossa Maxim LMX321 toimii kaikkein eri tavalla siinä mielessä, että Vout näyttää alhaiselta eikä poikkeamia puolueellisuudessa tai soitossa. Kaksi muuta mallia, STMicron LMV3x ja National Semin LMV321, näyttävät odotetut Vout -tulokset sekä joitakin eroja harha- tai soittokäyttäytymisessä.

Tiivistettynä

Olen näyttänyt kolme erilaista tapaa, joita tuotiin valmistajan op-amp-malleja käytettäessä LMV321-perhettä LTspice-laitteelle. Tarkistimme National Semiconductor LMV321 -mallin TI: n verkkosivustolta, STMicroelectronics LMV3x -mallin ja MAXIM LMX321 -mallin. Näiden kolmen menetelmän pitäisi auttaa sinua tuomaan op-amp-malleja mihin tahansa muuhun osaan käyttämällä mallin. SUBCKT-komentoa sekä LTspices-attribuutteja ja Pin Table -editoria.

Olen myös osoittanut, että jotkut mallit toimivat paremmin kuin toiset, kuten on osoitettu jännite -virtamuunnin kaavamaisesti. Kahden tai useamman mallin testaaminen simulaatiosuunnitelmissasi voi auttaa sinua saamaan luotettavampia tuloksia tarpeisiisi.

Viitteet:

LTspice Lataa ja dokumentoi

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

LTspice -ryhmä - Yahoo -ryhmät: paljon jaettuja tiedostoja, aktiivinen tuki kysymyksille

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

SPICE Quick Reference Sheet v1.0, Standford EE133 - Winter 2001: reference to. SUBCKT pp7-8

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

Op Amp Circuit Collection: National Semiconductor Application Note 31, syyskuu 2002: viittaus ei-invertoivaan vahvistimeen ja virran ja jännitteen muuntamisen op-amp-piireihin

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

Kaikki tähän ohjeeseen liittyvät tiedostot ovat ladattavissa zip -tiedostona alla.

ltspice_lmv321_simulation_files.zip