简易方法：创建Spice运算放大器宏模型

"本文主要探讨了开发SPICE宏模型的简单方法，特别是针对那些缺乏现代精确模型的老式线性器件，如运算放大器。作者提出了一种基于器件规格参数创建SPICE模型的技术，强调了所需的参数列表，并通过一个双极性输入和CMOS输出级的运放三级拓扑结构示例进行了说明。输入级、中间级和输出级的详细组成部分被逐一介绍，包括相关方程式的应用。" 在开发SPICE宏模型时，首先要注意的是选择正确的参数。对于运算放大器，这些参数包括电源电压、开环增益、单位增益带宽、压摆率、输入共模范围、共模抑制比(CMRR)、电源抑制比(PSRR)、输入偏置电流(Ib)、输出偏置电流(Ios)、输入失调电压(Vos)、开环输出阻抗、相位裕度、宽带噪声和1/f噪声、电源电流以及短路电流。轨至轨输出的运放还需要考虑输出饱和电压和汇点/源点电流。 输入级通常由一对差分对(Q1/Q2)组成，配以电流源和电阻，用于设定共模电平、提供发射极负反馈以及设置次极。输入偏移电压和电流源(Ios)会影响模型的精度。中间级包含压控电流源和电压源，用于实现电压钳位和参考节点。输出级的设计则涉及到压控电压源和晶体管的组合，以适应不同的输出特性。 图1展示了一个非轨至轨双极性输入和CMOS输出的三级运放拓扑结构。输入级的EOS是一个重要的组成部分，包含了多个压控电压源，分别对应输入偏移电压、CMRR和PSRR等关键性能指标。中间级的压控电流源和电压源用于调整放大器的动态响应，而输出级的压控电压源和晶体管组合则是实现输出特性的关键。 为了创建SPICE宏模型，工程师需要将图1所示拓扑结构中的各组件转换为对应的SPICE方程式，并将这些方程式插入到网表中。蓝色方程式用于内部计算，而红色方程式则作为模型参数供网表使用。通过这种方式，可以创建一个能够准确反映实际器件行为的SPICE模型，即使对于没有现成模型的老式器件，也能提供足够的精度进行电路仿真。 总结来说，开发SPICE宏模型是一个涉及理解器件工作原理、参数提取和数学建模的过程。通过这种方法，工程师可以为任何类型的运放创建定制的模型，确保在设计过程中得到准确的仿真结果。