Een Chip Vendor Op-Amp-model gebruiken in LTSpice - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Invoering

LTspice is een gratis SPICE-simulatiesoftwaretool met schematische opname, golfvormviewer en vele verbeteringen die zowel op Windows als Mac OS X draait. Ik gebruik het om het gedrag van circuits te onderzoeken en snel te experimenteren met nieuwe circuits voor mijn lab voordat ik een prototype maak van een PCB (gedrukt printplaat) ontwerp. De leercurve is gemakkelijk te overwinnen dankzij de ondersteuning door Analog Devices, Yahoo's LTspice Support Group en de compatibiliteit met de meest voorkomende SPICE-modellen die worden geleverd door chipleveranciers.

Deze Instructable laat zien hoe je verder kunt gaan dan de componentenbibliotheek die bij LTspice wordt geleverd door een LMV321 op-amp-model van drie verschillende chipleveranciers op te nemen om een eenvoudig versterkerschema te maken zoals weergegeven in de tekening. Elk van deze modellen belicht verschillende methoden die beschikbaar zijn binnen LTspice voor gebruik met de grote verscheidenheid aan componentmodellen die worden geleverd door websites van verschillende leveranciers. Elk van deze modellen biedt ook verschillende prestatiekenmerken. Om deze prestatieproblemen te benadrukken, hergebruik ik deze drie modellen ook in een Current-to-Voltage-ontwerp.

De doelgroep zijn degenen met enige ervaring met het plaatsen van componenten op een schema en het uitvoeren van een simulatie. Aan het einde van deze tutorial weet je hoe je het. SUBCKT-commando moet interpreteren in fabrikantmodellen voor gebruik met de opamp2 Pin Table en Attribute-editors van LTspice om onderdelen van de fabrikant in je simulaties te gebruiken.

Stap 1: Download de SPICE-modellen die beschikbaar zijn voor LMV321 Op-amp van chipverkopers en plaats ze in de nieuwe map

SPICE-modellen van de fabrikant

We gaan in deze tutorial drie SPICE-modellen opnemen op basis van de LMV321 op-amp. Volg mee terwijl ik de stappen schets.

Maak een map voor uw aankomende LTspice-schema's, symbolen en modellen. Ik zal in de toekomst naar deze directory verwijzen als onze werkdirectory.

Bezoek deze websites van chipleveranciers om de SPICE-modellen voor de LMV321 op-amp te extraheren:

• TI-website (gebruikt het National Semiconductor PSPICE-model): LMV321
• Maxim operationele versterkers Macromodellen: LMX321
• STMicroelectronics Macromodellen: LMV3x opamp Macromodel

Zie de drie bijbehorende diagrammen voor specifieke bestanden om te downloaden vanaf het schrijven van dit instructable. In de toekomst moet u wellicht naar de modelnamen zoeken als deze door de chipleveranciers naar nieuwe webpagina's zijn verplaatst.

Voor TI en STMicro kopieert u het model van de gedownloade zip-bestanden naar uw werkmap. Voor het Maxim-model klikt u met de rechtermuisknop op het LMX321. FAM-bestand op hun website en slaat u het op in uw LTspice-werkmap.

Aan het einde van deze stap zou u deze drie specerijmodelbestanden in uw werkmap moeten hebben:

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

Elk van deze bestanden kan worden geopend met een teksteditor om een gemeenschappelijke structuur te zien:

• documentatie bovenaan,
• . SUBCKT-opdracht,
• spice-commando's die het model uitbouwen.

Stap 2: Open het generieke 5-pins LTspice Opamp2.asy-symbool

Opamp2.asy is herbruikbaar

Vanuit het LTspice-bestandsmenu Open het opamp2.asy-symbool in uw installatiemap.

Voor de standaardinstallatie van Windows zou dit zijn:

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

Aan het opamp2-symbool is geen op-amp-model toegewezen. Het werkt dus niet in een simulatie. Om deze reden is het een goed startblok omdat het de tekening en links bevat voor ons om elke op-amp te maken die de vijf gemeenschappelijke pinnen gebruikt:

1. In+
2. In-
3. V+
4. V-
5. Uit

Zorg ervoor dat u niet per ongeluk een van deze vergelijkbare symboolbestanden opent:

• opamp.asy (vergelijkbaar met opamp2.asy maar zonder de twee voedingspinnen)
• UniversalOpamp2.asy (een volledig functionele opamp met generiek model)

Stap 3: Controleer of de Opamp2.asy-symboolpinvolgorde overeenkomt met de LMV321. SUBCKT-pinverbindingsinformatie

Pin-tabeltoewijzing met. SUBCKT

Open het LMV321 opamp-model dat eerder is opgeslagen als LMV321. MOD in uw werkmap met uw favoriete teksteditor. Bovenaan vinden we de. SUBCKT-instructie.

Een. SUBCKT definieert een herbruikbare SPICE-netlijst - vergelijkbaar met een functie met zijn naam en bijbehorende parameters in softwaretalen. De syntaxis van het subcircuit voor een op-amp geleverd door een fabrikant ziet er als volgt uit:

. SUBCKT

… element verklaringen …

. LOOPT AF

Op-amp-naam is de externe verwijzing naar de naam van de op-amp en de 5 N's zijn een lijst met bestelde elektrische verbindingen naar de op-amp, zoals direct boven het. SUBCKT-commando beschreven. De elektrische aansluitingen kunnen in willekeurige volgorde staan, maar ons opamp2-symbool gaat uit van deze volgorde:

1. niet-inverterende ingang (In+)
2. inverterende ingang (In-)
3. positieve voeding (V+, Vss)
4. negatieve voeding (V-, Vee)
5. uitgang (uit)

Open het LMV321.asy-symbool in onze werkdirectory binnen LTspice en bekijk de Pin-tabel om de verbindingsnamen in de. SUBCKT toe te wijzen aan de verbindingsnamen in ons symbool:

Bekijken -> Pinnentabel

Alle elektrische aansluitingen zijn al in de juiste volgorde voor onze LTspice Pin Table, van 1 tot 5 als volgt:

• niet-inverterende ingang (In+) = 1
• inverterende ingang (In-) = 2
• positieve voeding (V+) = 3
• negatieve voeding (V-) = 4
• uitgang (uit) = 5

We hoeven dus geen wijzigingen aan te brengen in de pinnentabel van het symbool.

Stap 4: Maak de attributen voor het nieuwe LMV321-symbool en sla het bestand op als LMV321.asy

Opamp Symbool Attribuut Toewijzing

Een laatste stap voordat u het symboolbestand opslaat, is om het symbool een naam te geven met behulp van de Attributen-editor. We zullen dezelfde naam gebruiken als getoond in de. SUBCKT-regel:

LMV321.

Open de Attribuut Editor vanuit het menu:

Bewerken -> Attributen -> Attributen bewerken

Breng de volgende wijzigingen aan:

• Verander de waarde in: LMV321 (gebruik dezelfde naam als in de. SUBCKT-opdrachtregel)
• Wijzig de beschrijving in: LMV321. MOD opnemen in schema (hierover later meer)

Klik op OK en sla de opamp2.asy op als LMV321.asy in uw werkmap.

Opmerkingen:

• Laat de X naast Prefix staan om aan te geven dat het symbool schematisch wordt weergegeven,
• Laat het symbooltype op cel staan zodat het modelbestand correct wordt geïnterpreteerd,
• Sla het gewijzigde opamp2.asy-symbool niet op in de LTspice-bibliotheek of andere schema's die op dit bestand kunnen vertrouwen, kunnen beschadigd zijn,
• Als je deze fout hebt gemaakt (zoals ik een keer deed), kun je het originele opamp2.asy-bestand herstellen door opnieuw te synchroniseren met het commando: Tools -> Sync Release.

Je werkmap zou nu deze bestanden moeten hebben:

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

Stap 5: Maak een testschema en simuleer de prestaties van de LMV321 Op-amp

Test LMV321 Op-amp Model in een simulatie

Open een nieuw schema vanuit LTspice: Bestand -> Nieuw schema

We zullen een op-amp-testcircuit maken op basis van een niet-inverterende versterker met een versterking van 2:

Versterking = 1 + Rf / Rin

Voeg onze nieuw gemaakte LMV321.asy-component toe vanuit uw werkmap met behulp van de opdracht LTspice-lintmenucomponent.

Hint: Veel LTspice-gebruikers zijn zich er niet van bewust dat ze de directory van het symbool moeten veranderen in hun werkdirectory. Om de toegang tot de nieuwe bestanden te beheren, schakelt u het item "Top Directory" naar hun werkdirectory.

Voed de op-amp met een voeding van 5 volt met behulp van de spanningscomponent.

Test de op-amp met herhalende pulsen tussen 0,2 en 2,3 volt naar de niet-inverterende ingang met behulp van een tweede spanningscomponent.

Stel een tijdelijke analyse in over een interval van 500 microseconden met behulp van de opdracht LTspice-lintmenu. Op SPICE-richtlijn.

Verhoog de simulatieprestaties met de volgende opties met het. OP-commando:

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

.opties plotwinsize=0

Waar:

• Gmin (voorkom dat knooppunten zweven door een kleine geleiding over niet-lineaire apparaten te definiëren)
• Abstol (beperk de tolerantie voor stromen overal in het circuit)
• plotwinsize (compressiecontrole waarbij 0 geen compressie aangeeft)

Voeg een titel toe aan ons schema met behulp van het menu Tekstlint:

National Semiconductor LMV321-model: niet-inverterende versterker

Sla het schema op in uw werkmap als: test_LMV321.asc

Voer de simulatie uit voor het National Semiconductor LMV321-model gedownload van de TI-website:

Klik op het pictogram Uitvoeren in het LTspice-lintmenu

Meet V(uit) en V(In+) met uw cursor over de bijbehorende draden

Merk op dat de winst wordt weergegeven als 2, zoals we hierboven voorspelden.

Je werkmap zou nu deze bestanden moeten hebben:

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

Stap 6: Maak het LMX321-symbool aan vanaf het LMV321-symbool

Maak een LMX321.asy-symbool met de juiste attributen en pinlijst / netlist-bestelling

Ga naar je werkmap en open het LMX321. FAM-model met je favoriete teksteditor om de. SUBCKT-informatie te bekijken (zie diagram). We herhalen de laatste twee stappen om een nieuwe op-amp-component en testcircuit te bouwen.

Open ons eerder gemaakte LMV321.asy-symbool van LTspice in uw werkmap:

Bestand -> Openen -> LMV321.asy

Opmerking: als u het symbool LMV321.asy niet eerder hebt gemaakt, kunt u in plaats daarvan het symbool opamp2.asy openen.

Gebruik de Attributen-editor om het symbool Waarde en Beschrijving te wijzigen (zie diagram):

Bewerken -> Attributen -> Attributeneditor

• Waarde: LMX321
• Beschrijving: LMX321. FAM opnemen in schema

Klik OK

Gebruik de pinnentabel om de volgorde van de verbindingen te wijzigen zodat deze correct aansluiten bij het. SUBCKT-commando (zie diagram):

Bekijken -> Pinnentabel

De verbindingslijst van 1 tot 5 staat in een andere volgorde dan de lijst voor onze vorige LMV321 op-amp, dus we zullen het Pin Table voor LMX321 symbool als volgt moeten veranderen:

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

Klik OK

Waarom? In de. SUBCKT-beschrijving binnen het model vinden we dat In+ is toegewezen aan "1", dus wijzen we In+ toe aan 1 in onze pinnentabel. Maar In- wordt toegewezen aan "3" in de. SUBCKT-beschrijving, dus we wijzen In- toe aan 3 in onze pinnentabel. Enzovoort

Sla het nieuwe symbool op in je werkmap als LMX321.asy

Je werkmap zou nu deze bestanden moeten hebben:

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

Stap 7: Hergebruik het testschema en simuleer de prestaties van de LMX321 Op-amp

Test LMX321 Op-amp Model in een simulatie

Open ons vorige testcircuit en verander de op-amp-referenties naar de LMX321:

Bestand -> Openen -> test_LMV321.asc

Verwijder de verwijzing naar de LMV321 op-amp in ons schema.

Gebruik de componentoptie in het LTspice-lintmenu om de LMX321.asy op-amp te plaatsen.

Vervang de verwijzing naar het model door met de rechtermuisknop op het. INC-commando in de schematische tekening te klikken met:

. INC LMX321. FAM

Vervang de titel om ons nieuwe schematische doel weer te geven:

Maxim LMX321-model: niet-inverterende versterker

Alle andere elementen van het schema blijven hetzelfde.

Sla het schema op in uw werkmap als test_LMX321.asc

Voer de simulatie uit voor het Maxim LMX321 op-amp-model

Klik op het pictogram Uitvoeren in het LTspice-lintmenu

Meet V(uit) en V(In+) met uw cursor over de bijbehorende draden

Merk op dat de winst wordt weergegeven als 2, zoals we hierboven voorspelden.

Je werkmap zou nu deze bestanden moeten hebben:

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

Stap 8: Maak het LMV3x-symbool vanaf het LMV321-symbool

Maak een LMV3x.asy-symbool met de juiste attributen en een pinnentabel

Ga naar je werkdirectory en open het LMV3x_macromodel.mod-model met je favoriete teksteditor om de. SUBCKT-informatie te bekijken (zie diagram).

Open ons eerder gemaakte LMV321.asy-symbool van LTspice in uw werkmap:

Bestand -> Openen -> LMV321.asy

Opmerking: als u het symbool LMV321.asy niet eerder hebt gemaakt, kunt u in plaats daarvan het symbool opamp2.asy openen.

Gebruik de Attributen-editor om het symbool Waarde en Beschrijving te wijzigen (zie diagram):

Bewerken -> Attributen -> Attributeneditor

• Waarde: LM3x
• Beschrijving: LMV3x_macromodel.mod opnemen in schema

Klik OK

Gebruik de pinnentabel om de volgorde van de verbindingen te wijzigen zodat deze correct aansluiten bij het. SUBCKT-commando (zie diagram):

Bekijken -> Pinnentabel

De verbindingslijst heeft geen nummers en de parameters staan in weer een andere volgorde dan de lijst voor onze vorige twee op-amp. SUBCKT's. Er zijn geen numerieke invoer nodig in het. SUBCKT-commando, maar we zullen de pintabel voor het LM3x-symbool als volgt moeten aanpassen aan onze oorspronkelijke opamp2.asy-volgorde:

• In+ = 2
• In- = 1
• V+ (positieve voeding) = 4
• V- (negatieve voeding) = 5
• Uit = 3

Klik OK

Waarom? De. SUBCKT-beschrijving van de 5 pinnen staat in een specifieke volgorde. We nemen de eerste invoer als pin 1, wat de parameter Inverting Input (In-) is. Dus markeren we de ingang met behulp van de pinnentabel als nummer 1. De tweede ingang is pin 2, die wordt aangeduid als de niet-inverterende ingang (In+). Dus markeren we het In+ item met behulp van de pinnentabel als nummer 2. En zo verder

Sla het nieuwe symbool op in uw werkdirectory als LMV3x.asy. Uw werkdirectory zou nu deze bestanden moeten hebben:

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

Stap 9: Hergebruik het testschema en simuleer de prestaties van de LMV3x Op-amp

Voltooi het LMV3-op-amp-model en test in een simulatie

Open ons originele testcircuit en verander de op-amp-referenties naar de LMV3x:

Bestand -> Openen -> test_LMV321.asc

Verwijder de verwijzing naar de LMV321 op-amp in ons schema.

Gebruik de componentoptie in het LTspice-lintmenu om de LMV3x.asy op-amp. te plaatsen

Vervang de verwijzing naar het model door met de rechtermuisknop op het. INC-commando in de schematische tekening te klikken met:

. INC LMV3x_macromodel.mod

Vervang de titel om ons nieuwe schematische doel weer te geven:

STMicroelectronics LM3x-model: niet-inverterende versterker

Alle andere elementen van het schema blijven hetzelfde.

Sla het gewijzigde schema op als test_LMV3x.asc in uw werkmap.

Voer de simulatie uit voor het STMicroelectronics LMV3x op-amp-model

Klik op het pictogram Uitvoeren in het LTspice-lintmenu

Meet V(uit) en V(In+) met uw cursor over de bijbehorende draden

Merk op dat de winst wordt weergegeven als 2, zoals we hierboven voorspelden.

Je werkmap zou nu deze bestanden moeten hebben:

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

Stap 10: Vergelijk modelprestaties en slotopmerkingen

Bekijk simulatiemodellen in een stroom-naar-spanningscircuit

De niet-inverterende versterker-op-amp-simulaties die we tot nu toe hebben onderzocht, laten consistente resultaten zien voor elk van de drie modellen. Namelijk een spanningsversterking van 2, zoals we voorspelden.

Ik wil u graag nog een circuitsimulatie achterlaten met elk van de drie modellen. Een "slecht" ontworpen stroom-naar-spanningsomvormer. Het schema toont een voorspelde Vout = Iin * R1.

Voor een minimale fout als gevolg van instelstroom moet de voorgestelde waarde voor R2 hetzelfde zijn als R1. In mijn circuit gebruik ik met opzet een veel lagere waarde voor R2 in een poging om modelverschillen buiten de normale ontwerppraktijken bloot te leggen. De simulatie moet ons ook helpen de slechte ontwerpfout te visualiseren die wordt voorspeld door variantie in vooringenomenheid, omdat R1 en R2 niet hetzelfde zijn.

In de drie simulaties presteert de Maxim LMX321 het meest anders doordat de Vout laag lijkt en geen variantie in bias of beltoon. Terwijl de andere twee modellen, STMicro's LMV3x en National Semi's LMV321 de verwachte Vout-resultaten laten zien, samen met enkele verschillen in variantie in vooringenomenheid of belgedrag.

Tot slot

Ik heb drie verschillende methoden laten zien die ik tegenkwam bij het importeren van op-amp-modellen van fabrikanten met behulp van de LMV321-familie voor LTspice. We hebben het National Semiconductor LMV321-model van de website van TI, het STMicroelectronics LMV3x-model en het MAXIM LMX321-model beoordeeld. Deze drie methoden zouden u moeten helpen om op-amp-modellen voor elk ander onderdeel te importeren met behulp van het. SUBCKT-commando van het model, samen met de Attributes en Pin Table-editors van LTspices.

Ik heb ook aangetoond dat sommige modellen beter presteren dan andere, zoals aangetoond met het schema van de spanning naar stroomomzetter. Het testen van twee of meer modellen in uw simulatieontwerpen kan u helpen om betrouwbaardere resultaten voor uw behoeften te krijgen.

Referenties:

LTspice downloaden en documentatie

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

LTspice group - Yahoo Groups: veel bestanden gedeeld, actieve ondersteuning voor vragen

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

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

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

Op Amp Circuit Collection: National Semiconductor Application Note 31, september 2002: verwijzing naar niet-inverterende versterker en stroom-naar-spanning-conversie op-amp-circuits

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

Alle bestanden met betrekking tot deze instructable kunnen hieronder als zip-bestand worden gedownload.

ltspice_lmv321_simulation_files.zip