Sådan bruges en Chip Vendor Op-Amp-model i LTSpice: 10 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Introduktion

LTspice er et gratis SPICE -simuleringssoftwareværktøj med skematisk optagelse, bølgeform -fremviser og mange forbedringer, der kører på både Windows og Mac OS X. Jeg bruger det til at undersøge kredsløbets adfærd og eksperimentere hurtigt med nye kredsløb til mit laboratorium, før jeg prototyper et PCB (trykt Printkort) design. Læringskurven er let at overvinde takket være support fra Analog Devices, Yahoos LTspice Support Group og dens kompatibilitet med de mest almindelige SPICE -modeller, der leveres af chipleverandører.

Denne instruktør vil demonstrere, hvordan man går ud over komponentbiblioteket, der leveres med LTspice, ved at inkorporere en LMV321 op-amp-model fra tre forskellige chipleverandører for at oprette en simpel forstærkerskematisk som vist på tegningen. Hver af disse modeller fremhæver forskellige metoder, der er tilgængelige inden for LTspice til brug med de mange forskellige komponentmodeller, der leveres fra forskellige leverandørwebsteder. Hver af disse modeller har også forskellige ydelsesfunktioner. For at fremhæve disse ydelsesproblemer genbruger jeg også disse tre modeller i et strøm-til-spændingsdesign.

Målgruppen er dem med en vis erfaring med at placere komponenter på en skematisk og køre en simulering. Ved afslutningen af denne vejledning ved du, hvordan du fortolker. SUBCKT -kommandoen inden for producentmodeller til brug med LTspices opamp2 Pin Table og Attribute -redaktører til at bruge producentdele i dine simuleringer.

Trin 1: Download de SPICE-modeller, der er tilgængelige til LMV321 Op-amp fra chipleverandører og placer i nyt bibliotek

Fremstillings SPICE -modeller

Vi kommer til at inkorporere tre SPICE-modeller baseret på LMV321 op-amp i denne vejledning. Følg med, mens jeg skitserer trinene.

Opret en mappe til dine kommende LTspice -skemaer, symboler og modeller. Jeg vil fremover referere til dette bibliotek som vores arbejdskatalog.

Besøg disse chipsælgers websteder for at udtrække SPICE-modellerne til LMV321 op-amp:

• TI -websted (bruger National Semiconductor PSPICE Model): LMV321
• Maxim driftsforstærkere Macromodeller: LMX321
• STMicroelectronics Macromodels: LMV3x opamp Macromodel

Se de tre tilknyttede diagrammer for specifikke filer, der kan downloades under skrivningen af denne instruerbare. I fremtiden skal du muligvis søge efter modelnavnene, hvis de er blevet flyttet af chipleverandørerne til nye websider.

For TI og STMicro ville du kopiere modellen fra de downloadede zip -filer til dit arbejdskatalog. For Maxim-modellen vil du højreklikke på filen LMX321. FAM på deres websted og gemme den i dit LTspice-arbejdskatalog.

I slutningen af dette trin skal du have disse tre krydderimodelfiler i dit arbejdskatalog:

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

Hver af disse filer kan åbnes med et tekstredigeringsprogram for at se en fælles struktur:

• dokumentation øverst,
• . UBCKT kommando,
• krydderikommandoer, der bygger modellen op.

Trin 2: Åbn det generiske 5-benede LTspice Opamp2.asy-symbol

Opamp2.asy er genanvendelig

Fra menuen LTspice File Åbn symbolet opamp2.asy fra dit installationsmappe.

For Windows standardinstallation ville dette være:

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

Opamp2-symbolet er ikke tildelt nogen op-amp-model. Så det kører ikke i en simulering. Af denne grund er det en god startblok, da den indeholder tegningen og links til, at vi kan oprette en op-amp, der bruger de fem almindelige pins:

1. I+
2. I-
3. V+
4. V-
5. Ud

Pas på ikke at åbne en af disse lignende symbolfiler ved en fejltagelse:

• opamp.asy (ligner opamp2.asy, men uden de to power pins)
• UniversalOpamp2.asy (en fuldt funktionel opamp med generisk model)

Trin 3: Kontroller, at Opamp2.asy Symbol Pin -ordningen matcher LMV321. SUBCKT Pin Connection Information

Tildeling af pin -tabeller ved hjælp af. SUBCKT

Åbn LMV321 opamp -modellen, der tidligere er gemt som LMV321. MOD i dit arbejdskatalog ved hjælp af din foretrukne teksteditor. Nær toppen kan vi finde. SUBCKT -sætningen.

En. SUBCKT definerer en genanvendelig SPICE -netliste - svarende til en funktion med dens navn og tilhørende parametre på softwaresprog. Underkredssyntaksen for en op-amp leveret af en producent ser sådan ud:

. ABONCKT

… element sætninger …

. ENDS

Op-amp navn er den eksterne reference til navnet på op-amp og 5 N'erne er en liste over bestilte elektriske forbindelser til op-amp som beskrevet direkte over. SUBCKT kommandoen. De elektriske forbindelser kan være i enhver rækkefølge, men vores opamp2 -symbol antager denne rækkefølge:

1. ikke-inverterende input (In+)
2. inverterende input (In-)
3. positiv strømforsyning (V+, Vss)
4. negativ strømforsyning (V-, Vee)
5. output (Out)

Åbn LMV321.asy -symbolet i vores arbejdskatalog i LTspice og se Pin -tabellen for at kortlægge forbindelsesnavnene i. SUBCKT til forbindelsesnavnene i vores symbol:

Vis -> Pin -tabel

Alle de elektriske forbindelser er allerede i den rigtige rækkefølge til vores LTspice Pin Table, fra 1 til 5 sådan her:

• ikke-inverterende input (In+) = 1
• inverterende input (In-) = 2
• positiv strømforsyning (V+) = 3
• negativ strømforsyning (V-) = 4
• output (Out) = 5

Så vi skal ikke foretage ændringer i symbolets Pin -tabel.

Trin 4: Opret attributter til det nye LMV321 -symbol, og gem filen som LMV321.asy

Opamp Symbol Attribute Assignment

Et sidste trin, før du gemmer symbolfilen, er at navngive symbolet ved hjælp af Attributes Editor. Vi vil bruge det samme navn som vist i. SUBCKT -linjen:

LMV321.

Åbn Attribute Editor fra menuen:

Rediger -> Attributter -> Rediger attributter

Foretag følgende ændringer:

• Skift værdi til: LMV321 (brug samme navn som i. SUBCKT kommandolinje)
• Skift beskrivelse til: Inkluder LMV321. MOD i skematisk (mere om dette senere)

Klik på OK, og gem opamp2.asy som LMV321.asy i dit arbejdskatalog.

Bemærkninger:

• Forlad X ved siden af præfiks for at angive, at symbolet vises i skematisk,
• Lad symboltypen være som celle, så modelfilen bliver fortolket korrekt,
• Gem ikke det ændrede opamp2.asy -symbol tilbage i LTspice -biblioteket eller andre skemaer, der kan stole på denne fil, kan være ødelagt,
• Hvis du gjorde denne fejl (som jeg gjorde en gang), kan du gendanne den originale opamp2.asy -fil med en re -synkronisering ved hjælp af kommandoen: Værktøjer -> Synkroniser udgivelse.

Dit arbejdskatalog skal have disse filer nu:

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

Trin 5: Opret testskema og simuler LMV321 Op-amp's ydeevne

Test LMV321 Op-amp model i en simulering

Åbn en ny skematik indefra LTspice: Fil -> Ny skematisk

Vi opretter et op-amp testkredsløb baseret på en ikke-inverterende forstærker med en forstærkning på 2:

Gain = 1 + Rf / Rin

Tilføj vores nyoprettede LMV321.asy -komponent fra dit arbejdskatalog ved hjælp af kommandoen LTspice -bånd i menuen.

Tip: Mange LTspice -brugere er ikke klar over, at de skal ændre symbolets bibliotek til deres arbejdskatalog. For at administrere adgangen til de nye filer skal du skifte elementet "Top Directory" til deres arbejdskatalog.

Forsy op-amp med en 5 volt forsyning ved hjælp af spændingskomponenten.

Test op-amp med gentagne impulser fra 0,2 til 2,3 volt til den ikke-inverterende indgang ved hjælp af en anden spændingskomponent.

Opret en forbigående analyse over et interval på 500 mikrosekunder ved hjælp af LTspice -båndmenuen. Op SPICE -kommando.

Forøg simuleringsydelsen med følgende muligheder med. OP -kommandoen:

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

.optioner plotwinsize = 0

Hvor:

• Gmin (forhindrer noder i at flyde ved at definere en lille konduktans på tværs af ikke-lineære enheder)
• Abstol (begræns tolerancen for strømme overalt i kredsløbet)
• plotwinsize (komprimeringskontrol, hvor 0 angiver ingen komporence)

Tilføj en titel til vores skematik ved hjælp af tekstbåndsmenuen:

National Semiconductor LMV321 model: Ikke-inverterende forstærker

Gem skematikken i dit arbejdskatalog som: test_LMV321.asc

Kør simuleringen for National Semiconductor LMV321 -modellen downloadet fra TI -webstedet:

Klik på ikonet Kør i menuen LTspice -bånd

Mål V (ud) og V (In+) ved hjælp af markøren over de tilhørende ledninger

Bemærk, at gevinsten er vist som 2, som vi forudsagde ovenfor.

Dit arbejdskatalog skal have disse filer nu:

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

Trin 6: Opret LMX321 -symbolet fra LMV321 -symbolet

Opret LMX321.asy symbol med korrekte attributter og pinliste / netlist rækkefølge

Gå til dit arbejdskatalog, og åbn LMX321. FAM -modellen med din foretrukne teksteditor for at se. SUBCKT -oplysninger (se diagram). Vi gentager de sidste to trin for at bygge en ny op-amp-komponent og testkredsløb.

Åbn vores tidligere oprettede LMV321.asy -symbol fra LTspice i dit arbejdskatalog:

Fil -> Åbn -> LMV321.asy

Bemærk: Hvis du ikke tidligere har oprettet LMV321.asy -symbolet, kan du i stedet åbne opamp2.asy -symbolet.

Brug Attributter Editor til at ændre symbolet Værdi og beskrivelse (se diagram):

Rediger -> Attributter -> Attributeditor

• Værdi: LMX321
• Beskrivelse: Inkluder LMX321. FAM i skematisk

Klik på OK

Brug Pin -tabellen til at ændre rækkefølgen af forbindelser, så de stemmer overens med. SUBCKT -kommandoen (se diagram):

Vis -> Pin -tabel

Forbindelseslisten fra 1 til 5 er i en anden rækkefølge end listen for vores tidligere LMV321 op-amp, så vi bliver nødt til at ændre pin-tabellen til LMX321-symbolet som følger:

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

Klik på OK

Hvorfor? I. SUBCKT -beskrivelsen i modellen finder vi, at In+ er tildelt "1", så vi tildeler In+ til 1 i vores Pin -tabel. Men In- er tildelt "3" i. SUBCKT-beskrivelsen, så vi tildeler In- til 3 i vores Pin-tabel. Og så videre

Gem det nye symbol i dit arbejdskatalog som LMX321.asy

Dit arbejdskatalog skal have disse filer nu:

• test_LMV321.asc
• LMX321. let
• LMV321.nemt
• LMX321. FAM
• LMV321. MOD
• LMV3x_macromodel.mod

Trin 7: Genbrug testskematisk og simuler LMX321 Op-amp's ydeevne

Test LMX321 Op-amp model i en simulering

Åbn vores tidligere testkredsløb, og rediger op-amp-referencerne til LMX321:

Fil -> Åbn -> test_LMV321.asc

Slet referencen til LMV321 op-amp i vores skematiske.

Brug komponentindstillingen i LTspice-båndmenuen til at placere LMX321.asy op-amp.

Erstat referencen til modellen ved at højreklikke på. INC -kommandoen i den skematiske tegning med:

. INC LMX321. FAM

Erstat titlen for at afspejle vores nye skematiske formål:

Maxim LMX321 model: Ikke-inverterende forstærker

Alle de andre elementer i skematikken forbliver de samme.

Gem skematikken i dit arbejdskatalog som test_LMX321.asc

Kør simuleringen for Maxim LMX321 op-amp-modellen

Klik på ikonet Kør i menuen LTspice -bånd

Mål V (ud) og V (In+) ved hjælp af markøren over de tilhørende ledninger

Bemærk, at gevinsten er vist som 2, som vi forudsagde ovenfor.

Dit arbejdskatalog skal have disse filer nu:

• test_LMX321.asc
• test_LMV321.asc
• LMX321. let
• LMV321.nemt
• LMX321. FAM
• LMV321. MOD
• LMV3x_macromodel.mod

Trin 8: Opret LMV3x -symbolet fra LMV321 -symbolet

Opret LMV3x.asy -symbol med korrekte attributter og pin -tabel

Gå til dit arbejdskatalog, og åbn LMV3x_macromodel.mod -modellen med din foretrukne teksteditor for at se. SUBCKT -oplysningerne (se diagram).

Åbn vores tidligere oprettede LMV321.asy -symbol fra LTspice i dit arbejdskatalog:

Fil -> Åbn -> LMV321.asy

Bemærk: Hvis du ikke tidligere har oprettet LMV321.asy -symbolet, kan du i stedet åbne opamp2.asy -symbolet.

Brug Attributter Editor til at ændre symbolet Værdi og beskrivelse (se diagram):

Rediger -> Attributter -> Attributeditor

• Værdi: LM3x
• Beskrivelse: Inkluder LMV3x_macromodel.mod i skematisk

Klik på OK

Brug Pin -tabellen til at ændre rækkefølgen af forbindelser, så de stemmer overens med. SUBCKT -kommandoen (se diagram):

Vis -> Pin -tabel

Forbindelseslisten har ikke numre, og parametrene er i endnu en anden rækkefølge end listen for vores tidligere to op-amp. SUBCKT'er. Der er ikke behov for numeriske poster i. SUBCKT -kommandoen, men vi bliver nødt til at ændre Pin -tabellen for LM3x -symbolet for at stemme overens med vores originale opamp2.asy -rækkefølge som følger:

• I+ = 2
• I- = 1
• V+ (positiv strømforsyning) = 4
• V- (negativ strømforsyning) = 5
• Ud = 3

Klik på OK

Hvorfor?. SUBCKT -beskrivelsen af de 5 ben er i en bestemt rækkefølge. Vi tager den første post til at være pin 1, som er parameteren Inverterende input (In-). Så vi markerer In-posten ved hjælp af Pin-tabellen som nummer 1. Den anden post vil være pin 2, som er mærket som Non-Invertering Input (In+). Så vi markerer In+ posten ved hjælp af Pin -tabellen som nummer 2. Og så videre

Gem det nye symbol i dit arbejdskatalog som LMV3x.asy Dit arbejdskatalog skal have disse filer nu:

• test_LMV321.asc
• LMV3x1. Let
• LMX321. let
• LMV321.nemt
• LMX321. FAM
• LMV321. MOD
• LMV3x_macromodel.mod

Trin 9: Genbrug testskematisk og simuler LMV3x Op-amp's ydeevne

Komplet LMV3 Op-amp model og test i en simulering

Åbn vores originale testkredsløb, og rediger op-amp-referencerne til LMV3x:

Fil -> Åbn -> test_LMV321.asc

Slet referencen til LMV321 op-amp i vores skematiske.

Brug komponentindstillingen i LTspice-båndmenuen til at placere LMV3x.asy op-amp

Erstat referencen til modellen ved at højreklikke på. INC -kommandoen i den skematiske tegning med:

. INC LMV3x_macromodel.mod

Erstat titlen for at afspejle vores nye skematiske formål:

STMicroelectronics LM3x model: Ikke-inverterende forstærker

Alle de andre elementer i skematikken forbliver de samme.

Gem den ændrede skematik som test_LMV3x.asc i dit arbejdskatalog.

Kør simuleringen for STMicroelectronics LMV3x op-amp-modellen

Klik på ikonet Kør i menuen LTspice -bånd

Mål V (ud) og V (In+) ved hjælp af markøren over de tilhørende ledninger

Bemærk, at gevinsten er vist som 2, som vi forudsagde ovenfor.

Dit arbejdskatalog skal have disse filer nu:

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

Trin 10: Sammenlign modelydelse og afsluttende bemærkninger

Gennemgå simuleringsmodeller i et strøm til spændingskredsløb

De ikke-inverterende forstærker op-amp-simuleringer, vi hidtil har undersøgt, viser konsistente resultater for hver af de tre modeller. Nemlig en spændingsforøgelse på 2, som vi forudsagde.

Jeg vil gerne efterlade dig en kredsimulering mere ved hjælp af hver af de tre modeller. En "dårligt" designet strøm til spændingsomformer. Skematisk viser en forudsagt Vout = Iin * R1.

For minimumsfejl på grund af biasstrøm bør den foreslåede værdi for R2 være den samme som R1. I mit kredsløb bruger jeg med vilje en meget lavere værdi for R2 i et forsøg på at afsløre modelforskelle uden for normal designpraksis. Simuleringen skal også hjælpe os med at visualisere den dårlige designfejl, der forudsiges gennem varians i bias, fordi R1 og R2 ikke er det samme.

I de tre simuleringer fungerer Maxim LMX321 mest forskelligt, idet Vout virker lavt og ingen variation i bias eller ringning. Mens de to andre modeller, STMicro's LMV3x og National Semi's LMV321 viser de forventede Vout -resultater sammen med nogle forskelle i varians i bias eller ringeadfærd.

Afslutningsvis

Jeg har vist tre forskellige metoder, der stødte på, når jeg importerede producentens op-amp-modeller ved hjælp af LMV321-familien til LTspice. Vi gennemgik National Semiconductor LMV321 -modellen fra TI's websted, STMicroelectronics LMV3x -modellen og MAXIM LMX321 -modellen. Disse tre metoder skal hjælpe dig med at importere op-amp-modeller til enhver anden del ved hjælp af modellens. SUBCKT-kommando sammen med LTspices 'attributter og Pin Table-redaktører.

Jeg har også vist, at nogle modeller klarer sig bedre end andre, som vist med skemaet for spænding til strømomformer. Test af to eller flere modeller i dine simuleringsdesigner kan hjælpe dig med at få mere pålidelige resultater til dine behov.

Referencer:

LTspice Download og dokumentation

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

LTspice group - Yahoo Groups: masser af delte filer, aktiv support til spørgsmål

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, September 2002: reference til ikke-inverterende forstærker og strøm til spændingskonvertering op-amp kredsløb

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

Alle filer relateret til denne instruerbare kan downloades som en zip -fil herunder.

ltspice_lmv321_simulation_files.zip