Как да използвате модел оператор на чип доставчик в LTSpice: 10 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Въведение

LTspice е безплатен софтуерен инструмент за симулация на SPICE със схематично улавяне, преглед на вълновата форма и много подобрения, който работи както в Windows, така и в Mac OS X. Използвам го, за да изследвам поведението на веригата и бързо да експериментирам с нови схеми за моята лаборатория, преди да прототипирам печатна платка Платка) дизайн. Кривата на обучение е лесна за овладяване благодарение на поддръжката от Analog Devices, групата за поддръжка на LTspice на Yahoo и нейната съвместимост с най -често срещаните модели SPICE, доставени от производители на чипове.

Този Instructable ще демонстрира как да надхвърлим библиотеката с компоненти, доставена с LTspice, като включи модел на оп-усилвател LMV321 от три различни производители на чипове, за да създаде проста схема на усилвател, както е показано на чертежа. Всеки от тези модели подчертава различни методи, налични в LTspice за използване с голямото разнообразие от модели на компоненти, доставени от различни уебсайтове на доставчици. Всеки от тези модели също има различни характеристики. За да подчертая тези проблеми с производителността, използвам повторно тези три модела в дизайн на ток към напрежение.

Целевата аудитория са тези с известен опит в поставянето на компоненти в схемата и провеждането на симулация. До края на този урок ще научите как да интерпретирате командата. SUBCKT в рамките на моделите на производителя за използване с LTspice opamp2 Pin Table и редактори на атрибути, за да използвате частите на производителя във вашите симулации.

Стъпка 1: Изтеглете SPICE моделите, налични за LMV321 Op-amp от доставчиците на чипове и ги поставете в нова директория

SPICE модели на производителя

В този урок ще включим три модела SPICE, базирани на операционния усилвател LMV321. Следвайте, докато очертая стъпките.

Създайте папка за предстоящите схеми, символи и модели на LTspice. Ще се отнасям към тази директория като към нашата работна директория занапред.

Посетете тези уебсайтове на доставчици на чипове, за да извлечете моделите SPICE за оп-усилвателя LMV321:

• Уебсайт на TI (използва Националния модел за полупроводникови PSPICE): LMV321
• Максимални операционни усилватели Макромодели: LMX321
• STMicroelectronics макромодели: LMV3x opamp макромодел

Вижте трите свързани диаграми за конкретни файлове за изтегляне към момента на писане на тази инструкция. В бъдеще може да се наложи да търсите имената на моделите, ако са били преместени от доставчиците на чипове на нови уеб страници.

За TI и STMicro бихте копирали модела от изтеглените zip файлове във вашата работна директория. За модела Maxim щракнете с десния бутон върху файла LMX321. FAM на техния уебсайт и го запазете във вашата работна директория LTspice.

В края на тази стъпка трябва да имате тези три файла с модели подправки във вашата работна директория:

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

Всеки от тези файлове може да бъде отворен с текстов редактор, за да видите обща структура:

• документация в горната част,
• . SUBCKT команда,
• команди за подправки, изграждащи модела.

Стъпка 2: Отворете общия 5-пинов LTspice Opamp2.asy символ

Opamp2.asy е за многократна употреба

От менюто LTspice File Отворете символа opamp2.asy от директорията за инсталиране.

За инсталирането по подразбиране на Windows това би било:

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

Символът opamp2 няма присвоен модел на оп-усилвател. Така че няма да работи в симулация. Поради тази причина той е добър стартов блок, тъй като съдържа чертежа и връзките, за да създадем всеки операционен усилвател, който използва петте общи пина:

1. В+
2. В-
3. V+
4. V-
5. Вън

Внимавайте да не отворите погрешно един от тези подобни файлове със символи:

• opamp.asy (подобно на opamp2.asy, но без двата захранващи щифта)
• UniversalOpamp2.asy (напълно функционален opamp с общ модел)

Стъпка 3: Проверете дали редът на изводите на символите на Opamp2.asy съответства на информацията за свързване на щифта LMV321. SUBCKT

Присвояване на таблица за закрепване с помощта на. SUBCKT

Отворете opamp модела LMV321, записан преди това като LMV321. MOD във вашата работна директория, като използвате любимия си текстов редактор. Близо до горната част можем да намерим израза. SUBCKT.

. SUBCKT дефинира многократно използвания SPICE мрежов списък - подобно на функция с нейното име и свързаните параметри в софтуерните езици. Синтаксисът на подсхемата за операционен усилвател, предоставен от производителя, изглежда така:

. PUBCKT

… изявления за елементи …

. ENDS

Името на оп-усилвателя е външната препратка към името на оп-усилвателя, а 5те N са списък с подредени електрически връзки към оп-усилвателя, както е описано директно над командата. SUBCKT. Електрическите връзки могат да бъдат в произволен ред, но нашият символ opamp2 приема този ред:

1. неинвертиращ вход (In+)
2. инвертиращ вход (In-)
3. положително захранване (V+, Vss)
4. отрицателно захранване (V-, Vee)
5. изход (Out)

Отворете символа LMV321.asy в нашата работна директория в LTspice и прегледайте Pin Table, за да съпоставите имената на връзките в. SUBCKT с имената на връзките в нашия символ:

Изглед -> Pin Table

Всички електрически връзки вече са в правилния ред за нашата LTspice Pin Table, от 1 до 5 по следния начин:

• неинвертиращ вход (In+) = 1
• инвертиращ вход (In-) = 2
• положително захранване (V+) = 3
• отрицателно захранване (V-) = 4
• изход (Out) = 5

Така че няма да се налага да правим каквито и да било промени в Pin таблицата на символа.

Стъпка 4: Създайте атрибутите за новия символ LMV321 и запишете файла като LMV321.asy

Присвояване на атрибут на символа на Opamp

Последна стъпка, преди да запишете файла със символи, е да назовете символа с помощта на редактора на атрибути. Ще използваме същото име, както е показано в реда. SUBCKT:

LMV321.

Отворете редактора на атрибути от менюто:

Редактиране -> Атрибути -> Редактиране на атрибути

Направете следните промени:

• Променете стойността на: LMV321 (използвайте същото име като в. SUBCKT командния ред)
• Променете описанието на: Включете LMV321. MOD в схемата (повече за това по -късно)

Щракнете върху OK и запазете opamp2.asy като LMV321.asy във вашата работна директория.

Бележки:

• Оставете X до Префикс, за да покажете, че символът ще се покаже схематично,
• Оставете типа на символа като клетка, така че файлът на модела ще бъде интерпретиран правилно,
• Не запазвайте променения символ opamp2.asy обратно в библиотеката на LTspice или други схеми, които могат да разчитат на този файл, може да са повредени,
• Ако сте направили тази грешка (както направих веднъж), можете да възстановите оригиналния файл opamp2.asy с повторно синхронизиране, като използвате командата: Инструменти -> Синхронизиране на освобождаване.

Работната ви директория трябва да има тези файлове сега:

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

Стъпка 5: Създайте тестова схема и симулирайте производителността на операционния усилвател LMV321

Тествайте модела на операционния усилвател LMV321 в симулация

Отворете нова схема от LTspice: Файл -> Нова схема

Ще създадем тестова верига за оп-усилвател на базата на неинвертиращ усилвател с печалба 2:

Усилване = 1 + Rf / Rin

Добавете нашия новосъздаден компонент LMV321.asy от работната ви директория, като използвате командата за меню на лентовото меню LTspice.

Съвет: Много потребители на LTspice не знаят, че трябва да променят директорията на символа в работната си директория. За да управлявате достъпа до новите файлове, превключете елемента „Топ директория“в работната им директория.

Захранвайте оп-усилвателя с 5-волтово захранване, като използвате компонента на напрежението.

Тествайте оп-усилвателя с повтарящи се импулси в диапазона между 0,2 и 2,3 волта към неинвертиращия вход, като използвате втори компонент на напрежението.

Настройте преходен анализ за интервал от 500 микросекунди, като използвате лентовото меню LTspice. Op SPICE директивна команда.

Увеличете ефективността на симулацията със следните опции с командата. OP:

.опции gmin = 1e-10 абстол = 1e-10

.options plotwinsize = 0

Където:

• Gmin (предотвратяване на плаващи възли чрез определяне на малка проводимост през нелинейни устройства)
• Abstol (ограничете толеранса за токове навсякъде във веригата)
• plotwinsize (контрол на компресията, където 0 показва липса на композиция)

Добавете заглавие към нашата схема, като използвате менюто Текстова лента:

Национален полупроводников модел LMV321: Неинвертиращ усилвател

Запазете схемата във вашата работна директория като: test_LMV321.asc

Изпълнете симулацията за модела National Semiconductor LMV321, изтеглен от уебсайта на TI:

Щракнете върху иконата Run в менюто на лентата LTspice

Измерете V (out) и V (In+), като използвате курсора върху свързаните проводници

Обърнете внимание, че печалбата е показана като 2, както предсказахме по -горе.

Работната ви директория трябва да има тези файлове сега:

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

Стъпка 6: Създайте символа LMX321, започвайки от символа LMV321

Създайте символ LMX321.asy с правилни атрибути и ред на списъци / списъци с мрежи

Отидете в работната си директория и отворете модела LMX321. FAM с любимия си текстов редактор, за да видите информацията. SUBCKT (вижте диаграмата). Повтаряме последните две стъпки, за да изградим нов компонент на оп-усилвател и тестова верига.

Отворете нашия създаден по -рано символ LMV321.asy от LTspice, намиращ се във вашата работна директория:

Файл -> Отваряне -> LMV321.asy

Забележка: Ако не сте създали символа LMV321.asy по -рано, вместо това можете да отворите символа opamp2.asy.

Използвайте редактора на атрибути, за да промените символа Стойност и описание (вижте диаграмата):

Редактиране -> Атрибути -> Редактор на атрибути

• Стойност: LMX321
• Описание: Включете LMX321. FAM в схематично

Щракнете върху OK

Използвайте Pin Table, за да промените реда на връзките, за да се подравнят правилно с командата. SUBCKT (вижте диаграмата):

Изглед -> Pin Table

Списъкът с връзки от 1 до 5 е в различен ред от списъка за предишния ни LMV321 оп-усилвател, така че ще трябва да променим Pin Table за LMX321 символа, както следва:

• В+ = 1
• В- = 3
• V+ (Vcc) = 5
• V- (Vee) = 2
• Изход = 4

Щракнете върху OK

Защо? В описанието. SUBCKT в модела откриваме, че In+ е присвоен на "1", така че присвояваме In+ на 1 в нашата Pin Table. Но In- се присвоява на "3" в описанието. SUBCKT, така че ние присвояваме In- на 3 в нашата Pin Table. И така нататък

Запазете новия символ във вашата работна директория като LMX321.asy

Работната ви директория трябва да има тези файлове сега:

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

Стъпка 7: Използвайте повторно тестовата схема и симулирайте производителността на операционния усилвател LMX321

Тествайте модела на операционния усилвател LMX321 в симулация

Отворете предишната ни тестова верига и променете препратките към оп-усилвателя към LMX321:

Файл -> Отваряне -> test_LMV321.asc

Изтрийте препратката към оп-усилвателя LMV321 в нашата схема.

Използвайте опцията компонент в лентовото меню на LTspice, за да поставите LMX321.asy оп-усилвателя.

Заменете препратката към модела, като щракнете с десния бутон върху командата. INC в схематичния чертеж с:

. INC LMX321. FAM

Заменете заглавието, за да отразява новата ни схематична цел:

Модел Maxim LMX321: Неинвертиращ усилвател

Всички останали елементи на схемата ще останат същите.

Запазете схемата във вашата работна директория като test_LMX321.asc

Изпълнете симулацията за модела на операторен усилвател Maxim LMX321

Щракнете върху иконата Run в менюто на лентата LTspice

Измерете V (out) и V (In+), като използвате курсора върху свързаните проводници

Обърнете внимание, че печалбата е показана като 2, както предсказахме по -горе.

Работната ви директория трябва да има тези файлове сега:

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

Стъпка 8: Създайте символа LMV3x, започвайки от символа LMV321

Създайте LMV3x.asy символ с правилни атрибути и пин таблица

Отидете в работната си директория и отворете модела LMV3x_macromodel.mod с любимия си текстов редактор, за да видите информацията. SUBCKT (вижте диаграмата).

Отворете нашия създаден по -рано символ LMV321.asy от LTspice, намиращ се във вашата работна директория:

Файл -> Отваряне -> LMV321.asy

Забележка: Ако не сте създали символа LMV321.asy по -рано, вместо това можете да отворите символа opamp2.asy.

Използвайте редактора на атрибути, за да промените символа Стойност и описание (вижте диаграмата):

Редактиране -> Атрибути -> Редактор на атрибути

• Стойност: LM3x
• Описание: Включете LMV3x_macromodel.mod в схематично

Щракнете върху OK

Използвайте Pin Table, за да промените реда на връзките, за да се подравнят правилно с командата. SUBCKT (вижте диаграмата):

Изглед -> Pin Table

Списъкът с връзки няма номера и параметрите са в друг различен ред от списъка за предишните ни два операционни усилвателя. SUBCKT. Няма нужда от цифрови записи в командата. SUBCKT, но ще трябва да променим Pin Table за LM3x символа, за да се подреди с оригиналния ни opamp2.asy ред, както следва:

• В+ = 2
• В- = 1
• V+ (положително захранване) = 4
• V- (Отрицателно захранване) = 5
• Изход = 3

Щракнете върху OK

Защо?. SUBCKT описанието на 5 -те пина е в определен ред. Взимаме първия запис за пин 1, който е параметърът Inverting Input (In-). Така че маркираме входа с помощта на Pin Table като номер 1. Вторият запис ще бъде пин 2, който е означен като неинвертиращ вход (In+). Така че маркираме записа In+, използвайки Pin Table като номер 2. И така нататък

Запазете новия символ във вашата работна директория като LMV3x.asy Работната ви директория трябва да има тези файлове сега:

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

Стъпка 9: Използвайте повторно тестовата схема и симулирайте работата на операционния усилвател LMV3x

Завършете модела на операционния усилвател LMV3 и тествайте в симулация

Отворете нашата оригинална тестова верига и променете препратките към оп-усилвателя към LMV3x:

Файл -> Отваряне -> test_LMV321.asc

Изтрийте препратката към оп-усилвателя LMV321 в нашата схема.

Използвайте опцията компонент в лентовото меню на LTspice, за да поставите LMV3x.asy оп-усилвателя

Заменете препратката към модела, като щракнете с десния бутон върху командата. INC в схематичния чертеж с:

. INC LMV3x_макромодел.mod

Заменете заглавието, за да отразява новата ни схематична цел:

STMicroelectronics LM3x модел: Неинвертиращ усилвател

Всички останали елементи на схемата ще останат същите.

Запазете променената схема като test_LMV3x.asc във вашата работна директория.

Изпълнете симулацията за модела на оп-усилвател STMicroelectronics LMV3x

Щракнете върху иконата Run в менюто на лентата LTspice

Измерете V (out) и V (In+), като използвате курсора върху свързаните проводници

Обърнете внимание, че печалбата е показана като 2, както предсказахме по -горе.

Работната ви директория трябва да има тези файлове сега:

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

Стъпка 10: Сравнете ефективността на модела и заключителните бележки

Прегледайте симулационните модели в верига ток към напрежение

Неинвертиращите симулации на оп-усилвател на усилвател, които изследвахме досега, показват последователни резултати за всеки от трите модела. А именно усилване на напрежението от 2, както прогнозирахме.

Бих искал да ви оставя с още една симулация на верига, използваща всеки от трите модела. "Лошо" проектиран преобразувател на ток в напрежение. Схемата показва прогнозен Vout = Iin * R1.

За минимална грешка поради ток на отклонение предложената стойност за R2 трябва да бъде същата като R1. В моята схема аз нарочно използвам много по -ниска стойност за R2 в опит да изложа моделните разлики извън нормалните дизайнерски практики. Симулацията също трябва да ни помогне да визуализираме лошата грешка в дизайна, предвидена чрез вариация в отклонението, тъй като R1 и R2 не са еднакви.

В трите симулации Maxim LMX321 се представя най -различно, тъй като Vout изглежда нисък и няма отклонение в пристрастията или звъненето. Докато другите два модела, LMV3x на STMicro и LMV321 на National Semi показват очакваните резултати от Vout, заедно с някои разлики в различията в пристрастията или поведението на звънене.

В заключение

Показах три различни метода, които се срещат при импортиране на модели на производители на операционни усилватели, използващи семейството LMV321 за LTspice. Прегледахме модела National Semiconductor LMV321 от уеб сайта на TI, модела STMicroelectronics LMV3x и модела MAXIM LMX321. Тези три метода би трябвало да ви помогнат да импортирате модели на операционни усилватели за всяка друга част, като използвате командата. SUBCKT на модела заедно с редакторите на атрибутите на LTspices и Pin Table.

Също така показах, че някои модели се представят по -добре от други, както е показано със схемата на преобразувателя на напрежение към ток. Тестването на два или повече модела във вашите симулационни проекти може да ви помогне да получите по -надеждни резултати за вашите нужди.

Препратки:

LTspice Изтегляне и документация

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

LTspice group - Yahoo Groups: много споделени файлове, активна поддръжка за въпроси

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

SPICE Бърз справочен лист v1.0, Standford EE133 - Зима 2001: препратка към. SUBCKT pp7-8

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

Колекция от оп усилватели: Национално приложение за полупроводникови бележки 31, септември 2002 г.: позоваване на неинвертиращ усилвател и схеми за оп-усилване за преобразуване на ток в напрежение

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

Всички файлове, свързани с тази инструкция, са достъпни за изтегляне като zip файл по -долу.

ltspice_lmv321_simulation_files.zip