SPICE

图1电阻spice模型，此香料模型具有八个级别

电压噪声电平会产生闪烁和平坦频带噪声. 为了仅产生4nV /√H2的平带噪声电阻spice模型，所有二极管和晶体管的模型参数kf和af应分别设置为0和1. 为了将模型的噪声背景降低到一位纳伏级，可能需要通过尽可能减小电阻值来降低模型的约翰逊噪声（参考文献3）.

在减小电阻值之前，首先计算标准电阻值并完成所有仿真调整. 然后将电阻值减小到1Ω，可以调节电压噪声电平，并重新计算跨导以及每个阶段的时间常数，以保持相同的传递函数. 通常，电阻器R5，R6，R9，R10，R1和R12可以设置为1Ω. 如果要建模的放大器具有数百纳伏的输入信号，则无需降低约翰逊噪声. 初始噪声模拟将告诉您是否需要此步骤. 一旦将模型的平带噪声设置为低于放大器的噪声背景，就可以调整DN，R17和V5来改变闪烁噪声和平带噪声.

所选运放的输入级包含五个双极性晶体管，用于对实际IC结构进行建模. 对于使用NMOS或PMOS级的运算放大器（请参见附件1，“典型输入级”）. 输入级包含模型电流源IOS，模型电压源VOS和压控电压源. R1和R2确定设备的CMRR.

第一增益级将输入级和第一增益级的联合增益设置为1，这简化了第二增益级中的摆率限制元件的计算. 二极管D2至D5和V1至V4用于钳位输出电压摆幅. 将V1的值增加到V4将减小最大输出电压摆幅. 可以通过调节V1和V3来控制最大输出电压摆幅VOH，而通过V2和V4来控制最小输出电压摆幅VOL. 电压极限必须出现在开环增益阶段；否则，后续节点将尝试模拟大信号（数百千伏）的生成.

第二个增益级通过调节跨导模块G3和G4以及分量R7，R8，C2和C3来设置开环电压增益，带宽和放大器的摆率.

中值功率参考级包括两个等效电阻R9和R10. 这些电阻器用于产生中值参考电压. 将这些电阻值设置为1Ω可以减少模型的Johnson电压噪声. 由于存在功率隔离级，流经这些电阻的大电流不会出现在仿真结果中.

共模增益级包括两个电压控制电流源，这些电流源驱动两个等效电阻，这些电阻与连接到电源轨的电感器串联连接（请参见附件2，“ VCCS阶段的工作原理”） ）. 电感模拟较高输入频率下CMRR的下降. 控制电流源的是相对于中值电压的输入共模电压. 输入级电阻器R1和R2产生共模电压. 每个源的跨导设置为直流时的放大器CMRR的倒数除以相关的电阻值. 电感将Z平面零点添加到共模增益，这等效于将极点添加到CMRR. 在对共模电压进行调整和频率整形之后，使用压控电压源EOS将其添加回输入级.

功率隔离级包括两个压控电压源和一个电流源. 这样，可以使用节点列表中的项目设置放大器的总电流. 它还将内部电流与看到的外部电流隔离开来，从而使模型能够为低功率低压噪声放大器提供正确的静态电流. 设计折衷方案是无法使用输出电流的电路. 禁用该电路后，该模型无需考虑负载电流.

输出阶段的工作并不明显. 经过适当的频率整形后，放大器的输出信号将根据G7和G8输入点的中间电源电压显示为电压. 跨导块G7和G8驱动两个等效电阻器，这些电阻器连接到电源轨. 它们充当有源电流发生器. G7和G8产生正确的电流，以为其并联电阻提供所需的电压降（图2）.

通过模拟正确的输出电阻，可以减小放大器负载的DC开环增益. 二极管D6和D7以及直流电源V5和V6用于模拟输出短路保护. 发生故障时，输出电压将钳位到先前的频率整形阶段. 调整V5和V6的值以设置输出短路保护的极限值.

计算参数

计算Spice模型的参数时，需要各种规格的运算放大器数据手册和IC设计信息（表1）. 将以下方程式放在Excel表中，您可以修改关键的规格，并快速查看运算放大器性能的影响. 从数据表中，可以将EOS和IOS直接导入模型中. 如果型号需要，通常可从数据手册中获得输入差分电容器规格. C2和C3的值可以通过将输入差分对尾电流IEE与放大器压摆率相关来确定. 此步骤确定单极RC网络的最大频率，并设置单位增益带宽. 放大器数据手册中很少提供IEE值，因此必须从IC设计人员处获得. 对于参考文献2中的放大器，方程计算结果为55.55 pF:

接下来，使用主极的频率方程式确定R7和R8的值. 该公式设置了RC网络的断点. 您可以通过查看放大器数据手册的开环增益图来获得主极点频率fP1（图3）. 由参考2中的放大器获得的值为573MΩ:

使用数据表中的AVOL和电阻值R7 / 8来确定压控电流源的跨导:

对于参考文献2中的放大器，跨导部分计算的结果为0.0046. 该模型使用第一个增益级，并将输入级和第一个增益级的联合增益设置为1. 现在，可以计算出G3和G4的输入电压产生的尾电流为200＆TImes. 10-6，流经R7和R8.

在压摆率限制期间，电阻R3或R4钳位200Ω/ s的电流吸收器. 在正输入电压下，R4承载电流. 输入电压为负值意味着电流将流过R3. 该电流流过4.45kΩ电阻，导致压降为0.89V. 该电压降出现在G1和G2的输入处. 要将输入级和第一级的联合增益设置为1，必须计算G1和G2的跨导，以便在它们的输入为0.89V时，输出电压等于0.0434V. 如果将与G1和G2的输出并联的电阻值设置为1Ω，则电压将等于电流，因此可以计算G1和G2的跨导:

如果手边没有设计审查文档，则可以将R3和R4设置为1Ω，以计算出现在G1和G2输入上的电压. 如果集电极电流是从IC设计人员那里获得的，则可以直接将其输入模型:

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