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电源旁路——SPICE 仿真与现实的差距

时间:2019-08-16 作者:Bruce Trump 资深模拟工程师 阅读:
最近,在我们的高精度放大器 E2E 论坛上,有人给我提了一个问题,并附上了一幅 SPICE 仿真原理图。它是一个运算放大器电路,问题的重点是这个运算放大器电路在电源引脚上包括有一些旁路电容。当然,这可能是因为工程师的仿真程序直接导入电路板布局程序中。在最终电路中,这些旁路电容器至关重要。但是,仿真需要它们吗?

最近,在我们的高精度放大器 E2E 论坛上,有人给我提了一个问题,并附上了一幅 SPICE 仿真原理图(对此表示感谢!)。它是一个运算放大器电路(具体是什么样的电路已不重要),问题的重点是这个运算放大器电路在电源引脚上包括有一些旁路电容。当然,这可能是因为工程师的仿真程序直接导入电路板布局程序中。

在最终电路中,这些旁路电容器至关重要。但是,仿真需要它们吗?

使用它们当然没有害处,但是却并不需要。DC 到 THz,零阻抗下 SPICE 的电压源已经堪称“完美”,无需任何旁路电容。 下面两个电路在SPICE 中完全一样。左侧电源旁路电容器没有什么作用;右侧电源和接地长接点并未降低仿真性能。但是,在您的电路板上却有巨大的差异。

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如果您的电路板布局,在板上的合适位置没有使用有效的旁路方法,也即没有旁路电容,那么您可能无法获得理想的性能。或者,您可能会面临讨厌的振荡问题。不要指责 SPICE 仿真;它不可能为您找出这些问题。

即使您利用串联电阻和电感对糟糕的电源旁路建模,宏模未必能够精确地对不利影响建模。电源引脚上,各信号之间相互影响,并可能会引起振荡。这种情况很复杂,不要尝试对其进行建模。实际上,一些旧的宏模甚至不会将输出电流建模为来自电源端的电流。我们提供的一些新的宏模非常优秀,可以仿真放大器对电源噪声的抑制程度,但却无法正确地对其可能产生的不稳定性或者振荡进行建模。

在一些我们的 IC 设计中,我们通常会对这些影响进行建模。我们对整个电路进行了十分详细的仿真—包括每个晶体管、电阻器和电容器。诸如引线电感和片上线路电阻以及不同电路板布局的电容等寄生组件都包括在内。因此,我们常常会对非完美电源的各种影响进行建模,目的是查看它对器件的影响情况。但是,这种精细度已经超出了宏模能够仿真的程度。

使用 SPICE 宏模对您的放大器电路进行仿真是一种好方法,它让您能够清楚地看到许多电路工作时才会出现的问题。我们提供的大多数最新宏模—“Green-Lis”版—非常优秀,确实是业界最好、最完整的宏模。但它们也只是宏模而已。它们无法仿真电路的所有行为。另外,它们也无法为糟糕的电路布局和电源旁路负责。

阅读运算放大器相关文本文件(请参见图 2),可以让您清楚地了解我们的宏模中所包含的一些性能属性和性能表现。多年以来,我们一直向用户提供宏模特性列表。

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我们免费版 SPICE 程序的 TINA-TI 中,可查看详情,具体操作为:双击原理图符号,然后点击“进入宏”。十多年前的一些宏模应该都不太复杂,因此可能没有包括在这份列表中。

后续我们将进一步深入探究宏模和其他 SPICE 问题。

查看更多请点击:《看一个TI老工程师如何驯服精密放大器

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