使用二阶近似建模加速SPICE仿真：放大器模拟滤波器

"本文探讨了将放大器建模为模拟滤波器以提高SPICE仿真的效率，通过二阶近似和拉普拉斯转换的方法，能够显著减少仿真代码行数并提升仿真速度。针对高带宽放大器，采用这种方法特别有效，避免了计算逆变换和卷积带来的计算负担。文中提到了两种滤波器拓扑，即Sallen-Key和多反馈(MFB)滤波器，用于实现二阶传递函数，并展示了如何将放大器特性转换为这两种滤波器结构。设计示例中，通过测量放大器的过冲和建立时间，计算出二阶近似传递函数，并将其转化为模拟滤波器实现，以实现5倍增益放大器的快速仿真。" 在模拟电路设计中，SPICE仿真是一种广泛使用的工具，但传统的放大器模型基于实际组件，如电阻、电容、晶体管等，这可能导致仿真过程耗时较长。为了改善这种情况，文章提出了使用放大器行为的二阶近似。这种近似方法基于拉普拉斯变换，通过这种方式，可以将复杂的放大器模型简化为三行代码，极大地提高了仿真速度。 二阶传递函数在模拟滤波器设计中起着关键作用。Sallen-Key和多反馈滤波器拓扑是实现二阶传递函数的常用手段。Sallen-Key拓扑结构简单，适合初学者，而MFB拓扑则因其良好的高频响应性能在可编程增益放大器设计中更为常见。放大器的自然无阻尼频率和阻尼比可以通过这两个滤波器拓扑来等效设置，以匹配放大器的频率响应和瞬态特性。 设计过程包括对放大器的过冲和建立时间进行测量，然后根据这些参数计算二阶近似传递函数。这个传递函数可以映射到滤波器的电路参数，从而构建出模拟滤波器模型。这种转换使得在时域中的仿真可以快速完成，尤其对于高带宽放大器，避免了高采样频率下卷积计算的复杂性，提升了仿真效率。 将放大器建模为模拟滤波器是优化SPICE仿真效率的有效策略，它简化了模型，减少了计算量，同时也保持了对放大器行为的准确描述。通过适当的滤波器拓扑选择和参数计算，设计者可以快速地模拟各种放大器配置，尤其适用于高带宽和动态范围要求高的应用。