Hvordan bruke en chip-leverandør Op-Amp-modell i LTSpice: 10 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Introduksjon

LTspice er et gratis SPICE -simuleringsprogramvareverktøy med skjematisk fangst, bølgeformvisning og mange forbedringer som kjører på både Windows og Mac OS X. Jeg bruker den til å undersøke kretsadferd og eksperimentere raskt med nye kretser for laboratoriet mitt før jeg prototyper et PCB (trykt Kretskort) design. Læringskurven er lett å overvinne takket være støtte fra Analog Devices, Yahoos LTspice Support Group og kompatibilitet med de fleste vanlige SPICE -modellene som leveres av brikkeleverandører.

Denne instruksen vil demonstrere hvordan du kan gå utover komponentbiblioteket som følger med LTspice ved å inkludere en LMV321 op-amp-modell fra tre forskjellige brikkeleverandører for å lage en enkel forsterkerskjematisk som vist på tegningen. Hver av disse modellene fremhever forskjellige metoder som er tilgjengelige innen LTspice for bruk med det store utvalget av komponentmodeller som leveres fra forskjellige leverandørnettsteder. Hver av disse modellene har også forskjellige ytelsesfunksjoner. For å markere disse ytelsesproblemene, bruker jeg også disse tre modellene i en strøm-til-spenning-design.

Målgruppen er de som har erfaring med å plassere komponenter på en skjematisk og kjøre en simulering. På slutten av denne opplæringen vil du vite hvordan du skal tolke. SUBCKT -kommandoen i produsentmodeller for bruk med LTspices opamp2 Pin Table og Attribute -redaktører for å bruke produsentdeler i simuleringene dine.

Trinn 1: Last ned SPICE-modellene som er tilgjengelige for LMV321 Op-amp fra chipleverandører og plasser i ny katalog

Produsentens SPICE -modeller

Vi skal innlemme tre SPICE-modeller basert på LMV321 op-amp i denne opplæringen. Følg med mens jeg skisserer trinnene.

Lag en mappe for dine kommende LTspice -skjemaer, symboler og modeller. Jeg vil referere til denne katalogen som vår arbeidskatalog fremover.

Besøk disse brikkeleverandørnettstedene for å trekke ut SPICE-modellene for LMV321 op-amp:

• TI -nettsted (bruker National Semiconductor PSPICE Model): LMV321
• Maxim operasjonelle forsterkere Makromodeller: LMX321
• STMicroelectronics Macromodels: LMV3x opamp Macromodel

Se de tre tilknyttede diagrammene for spesifikke filer å laste ned når du skriver denne instruksen. I fremtiden må du kanskje søke etter modellnavnene hvis de er flyttet av brikkeleverandørene til nye websider.

For TI og STMicro vil du kopiere modellen fra de nedlastede zip -filene til arbeidskatalogen. For Maxim-modellen vil du høyreklikke på LMX321. FAM-filen på nettstedet deres og lagre den i LTspice-arbeidskatalogen.

På slutten av dette trinnet bør du ha disse tre kryddermodellfilene i arbeidskatalogen:

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

Hver av disse filene kan åpnes med et tekstredigeringsprogram for å se en felles struktur:

• dokumentasjon på toppen,
• . SUBCKT -kommando,
• krydderkommandoer som bygger ut modellen.

Trinn 2: Åpne det generiske 5-pinners LTspice Opamp2.asy-symbolet

Opamp2.asy er gjenbrukbar

Fra LTspice Fil -menyen Åpne opamp2.asy -symbolet fra installasjonskatalogen.

For Windows standardinstallasjon vil dette være:

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

Opamp2-symbolet er ikke tilordnet noen op-amp-modell. Så det vil ikke kjøre i en simulering. Av denne grunn er det en god startblokk, da den inneholder tegningen og lenker for oss å lage en op-amp som bruker de fem vanlige pinnene:

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

Vær forsiktig så du ikke åpner en av disse lignende symbolfilene ved en feiltakelse:

• opamp.asy (ligner opamp2.asy, men uten de to strømnålene)
• UniversalOpamp2.asy (en fullt funksjonell opamp med generisk modell)

Trinn 3: Bekreft Opamp2.asy Symbol Pin Order som samsvarer med LMV321. SUBCKT Pin Connection Information

Fest tabelltilordning ved hjelp av. SUBCKT

Åpne LMV321 opamp -modellen som tidligere er lagret som LMV321. MOD i arbeidskatalogen ved hjelp av din favoritt tekstredigerer. Nær toppen finner vi. SUBCKT -setningen.

En. SUBCKT definerer en gjenbrukbar SPICE -nettliste - lik en funksjon med navnet og tilhørende parametere på programvarespråk. Subkretssyntaksen for en op-amp levert av en produsent ser slik ut:

. SUBCKT

… element uttalelser …

. ENDS

Op-amp-navn er den eksterne referansen til navnet på op-amp og 5 N-ene er en liste over bestilte elektriske tilkoblinger til op-amp som beskrevet direkte over. SUBCKT-kommandoen. De elektriske tilkoblingene kan være i hvilken som helst rekkefølge, men vårt opamp2 -symbol antar denne rekkefølgen:

1. ikke-inverterende inngang (In+)
2. inverterende inngang (In-)
3. positiv strømforsyning (V+, Vss)
4. negativ strømforsyning (V-, Vee)
5. utgang (ut)

Åpne LMV321.asy -symbolet i vår arbeidskatalog i LTspice og se Pin -tabellen for å kartlegge tilkoblingsnavnene i. SUBCKT til tilkoblingsnavnene i symbolet vårt:

Vis -> Pin -tabell

Alle elektriske tilkoblinger er allerede i riktig rekkefølge for LTspice Pin Table, fra 1 til 5 slik:

• ikke-inverterende inngang (In+) = 1
• inverterende inngang (In-) = 2
• positiv strømforsyning (V+) = 3
• negativ strømforsyning (V-) = 4
• utgang (ut) = 5

Så vi trenger ikke å gjøre noen endringer i symbolets pin -tabell.

Trinn 4: Opprett attributtene for det nye LMV321 -symbolet og lagre filen som LMV321.asy

Opamp Symbol Attribute Assignment

Et siste trinn før du lagrer symbolfilen, er å navngi symbolet ved hjelp av Attributes Editor. Vi bruker det samme navnet som vist i. SUBCKT -linjen:

LMV321.

Åpne Attribute Editor fra menyen:

Rediger -> Attributter -> Rediger attributter

Gjør følgende endringer:

• Endre verdi til: LMV321 (bruk samme navn som i. SUBCKT kommandolinje)
• Endre beskrivelse til: Inkluder LMV321. MOD i skjematisk (mer om dette senere)

Klikk OK og lagre opamp2.asy som LMV321.asy i arbeidskatalogen.

Merknader:

• La X stå ved siden av Prefiks for å indikere at symbolet vises skjematisk,
• La symboltypen stå som celle, slik at modellfilen blir tolket riktig,
• Ikke lagre det modifiserte opamp2.asy -symbolet tilbake i LTspice -biblioteket eller andre skjemaer som kan stole på denne filen kan være ødelagt,
• Hvis du gjorde denne feilen (som jeg gjorde en gang), kan du gjenopprette den originale opamp2.asy -filen med en ny synkronisering ved å bruke kommandoen: Verktøy -> Synkroniser utgivelse.

Arbeidsmappen din skal ha disse filene nå:

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

Trinn 5: Lag testskjema og simuler ytelsen til LMV321 Op-amp

Test LMV321 Op-amp-modell i en simulering

Åpne en ny skjema fra LTspice: Fil -> Ny skjematisk

Vi vil lage en op-amp testkrets basert på en ikke-inverterende forsterker med en forsterkning på 2:

Gevinst = 1 + Rf / Rin

Legg til vår nyopprettede LMV321.asy -komponent fra arbeidskatalogen ved hjelp av kommandoen Komponent i LTspice -båndet.

Tips: Mange LTspice -brukere er ikke klar over at de må endre symbolets katalog til arbeidskatalogen. For å administrere tilgang til de nye filene, bytt elementet "Toppkatalog" til arbeidskatalogen.

Slå på forsterkeren med en 5 volt forsyning ved hjelp av spenningskomponenten.

Test op-amp med repeterende pulser fra 0,2 til 2,3 volt til den ikke-inverterende inngangen ved hjelp av en andre spenningskomponent.

Sett opp en forbigående analyse over et intervall på 500 mikrosekunder ved hjelp av LTspice -båndmenyen. Op SPICE -kommando.

Øk simuleringsytelsen med følgende alternativer med. OP -kommandoen:

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

.opsjoner plotwinsize = 0

Hvor:

• Gmin (hindre at noder flyter ved å definere en liten konduktans på tvers av ikke-lineære enheter)
• Abstol (begrense toleransen for strømmer hvor som helst i kretsen)
• plotwinsize (komprimeringskontroll der 0 indikerer ingen komporsjon)

Legg til en tittel i skjematikken ved hjelp av menyen Tekstbånd:

National Semiconductor LMV321-modell: Ikke-inverterende forsterker

Lagre skjematikken i arbeidskatalogen som: test_LMV321.asc

Kjør simuleringen for National Semiconductor LMV321 -modellen lastet ned fra TI -nettstedet:

Klikk på Kjør -ikonet på LTspice -båndmenyen

Mål V (ut) og V (In+) ved å bruke markøren over de tilhørende ledningene

Vær oppmerksom på at gevinsten er vist som 2, som vi spådde ovenfor.

Arbeidsmappen din skal ha disse filene nå:

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

Trinn 6: Lag LMX321 -symbolet fra LMV321 -symbolet

Lag LMX321.asy -symbol med riktige attributter og pinliste / netlistrekkefølge

Gå til arbeidskatalogen og åpne LMX321. FAM -modellen med din favoritt tekstredigerer for å se. SUBCKT -informasjonen (se diagram). Vi gjentar de to siste trinnene for å bygge en ny op-amp-komponent og testkrets.

Åpne vårt tidligere opprettede LMV321.asy -symbol fra LTspice i arbeidskatalogen:

Fil -> Åpne -> LMV321.asy

Merk: Hvis du ikke opprettet LMV321.asy -symbolet tidligere, kan du i stedet åpne opamp2.asy -symbolet.

Bruk Attributter Editor for å endre symbolet Verdi og beskrivelse (se diagram):

Rediger -> Attributter -> Attributtredigerer

• Verdi: LMX321
• Beskrivelse: Inkluder LMX321. FAM i skjematisk

Klikk OK

Bruk Pin -tabellen til å endre rekkefølgen på tilkoblingene slik at de stemmer overens med. SUBCKT -kommandoen (se diagram):

Vis -> Pin -tabell

Tilkoblingslisten fra 1 til 5 er i en annen rekkefølge enn listen for vår forrige LMV321 op-amp, så vi må endre Pin-tabellen for LMX321-symbolet som følger:

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

Klikk OK

Hvorfor? I. SUBCKT -beskrivelsen i modellen finner vi at In+ er tildelt "1", så vi tilordner In+ til 1 i vår pin -tabell. Men In- er tilordnet "3" i. SUBCKT-beskrivelsen, så vi tilordner In- til 3 i vår pin-tabell. Og så videre

Lagre det nye symbolet i arbeidskatalogen som LMX321.asy

Arbeidsmappen din skal ha disse filene nå:

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

Trinn 7: Gjenbruk testskjemaet og simuler ytelsen til LMX321 Op-amp

Test LMX321 Op-amp-modell i en simulering

Åpne vår forrige testkrets og endre op-amp-referansene til LMX321:

Fil -> Åpne -> test_LMV321.asc

Slett referansen til LMV321 op-amp i skjematikken vår.

Bruk komponentalternativet på LTspice-båndmenyen for å plassere LMX321.asy op-amp.

Erstatt referansen til modellen ved å høyreklikke på. INC -kommandoen i skjematisk tegning med:

. INC LMX321. FAM

Erstatt tittelen for å gjenspeile vårt nye skjematiske formål:

Maxim LMX321 modell: Ikke-inverterende forsterker

Alle de andre elementene i skjematikken vil forbli de samme.

Lagre skjematikken i arbeidskatalogen som test_LMX321.asc

Kjør simuleringen for Maxim LMX321 op-amp-modellen

Klikk på Kjør -ikonet på LTspice -båndmenyen

Mål V (ut) og V (In+) ved å bruke markøren over de tilhørende ledningene

Vær oppmerksom på at gevinsten vises som 2, som vi spådde ovenfor.

Arbeidsmappen din skal ha disse filene nå:

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

Trinn 8: Lag LMV3x -symbolet fra LMV321 -symbolet

Lag LMV3x.asy -symbol med riktige attributter og pin -tabell

Gå til arbeidskatalogen og åpne modellen LMV3x_macromodel.mod med din favoritt tekstredigerer for å se. SUBCKT -informasjonen (se diagram).

Åpne vårt tidligere opprettede LMV321.asy -symbol fra LTspice i arbeidskatalogen:

Fil -> Åpne -> LMV321.asy

Merk: Hvis du ikke opprettet LMV321.asy -symbolet tidligere, kan du i stedet åpne opamp2.asy -symbolet.

Bruk Attributter Editor for å endre symbolet Verdi og beskrivelse (se diagram):

Rediger -> Attributter -> Attributtredigerer

• Verdi: LM3x
• Beskrivelse: Inkluder LMV3x_macromodel.mod i skjematisk

Klikk OK

Bruk Pin -tabellen til å endre rekkefølgen på tilkoblingene slik at de stemmer overens med. SUBCKT -kommandoen (se diagram):

Vis -> Pin -tabell

Tilkoblingslisten har ikke tall, og parameterne er i enda en annen rekkefølge enn listen for våre to tidligere op-amp. SUBCKT-er. Det er ikke behov for numeriske oppføringer i. SUBCKT -kommandoen, men vi må endre Pin -tabellen for LM3x -symbolet slik at det stemmer overens med vår opprinnelige opamp2.asy -rekkefølge som følger:

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

Klikk OK

Hvorfor?. SUBCKT -beskrivelsen av de 5 pinnene er i en bestemt rekkefølge. Vi tar den første oppføringen til å være pin 1, som er Invertering Input (In-) parameteren. Så vi markerer In-oppføringen ved hjelp av Pin-tabellen som nummer 1. Den andre oppføringen vil være pin 2, som er merket som Non-Inverting Input (In+). Så vi markerer In+ oppføringen ved hjelp av Pin -tabellen som nummer 2. Og så videre

Lagre det nye symbolet i arbeidskatalogen som LMV3x.asy Arbeidskatalogen din skal ha disse filene nå:

• test_LMV321.asc
• LMV3x1.enkel
• LMX321.enkelt
• LMV321.enkelt
• LMX321. FAM
• LMV321. MOD
• LMV3x_macromodel.mod

Trinn 9: Gjenbruk testskjemaet og simuler ytelsen til LMV3x Op-amp

Fullfør LMV3 Op-amp modell og test i en simulering

Åpne vår originale testkrets og endre op-amp-referansene til LMV3x:

Fil -> Åpne -> test_LMV321.asc

Slett referansen til LMV321 op-amp i skjematikken vår.

Bruk komponentalternativet på LTspice-båndmenyen for å plassere LMV3x.asy op-amp

Erstatt referansen til modellen ved å høyreklikke på. INC -kommandoen i skjematisk tegning med:

. INC LMV3x_macromodel.mod

Erstatt tittelen for å gjenspeile vårt nye skjematiske formål:

STMicroelectronics LM3x-modell: ikke-inverterende forsterker

Alle de andre elementene i skjematikken vil forbli de samme.

Lagre den endrede skjematikken som test_LMV3x.asc i arbeidskatalogen.

Kjør simuleringen for STMicroelectronics LMV3x op-amp-modellen

Klikk på Kjør -ikonet på LTspice -båndmenyen

Mål V (ut) og V (In+) ved å bruke markøren over de tilhørende ledningene

Vær oppmerksom på at gevinsten er vist som 2, som vi spådde ovenfor.

Arbeidsmappen din skal ha disse filene nå:

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

Trinn 10: Sammenlign modellytelse og konklusjoner

Gjennomgå simuleringsmodeller i en strøm til spenningskrets

De ikke-inverterende forsterkerens op-amp-simuleringer vi har utforsket så langt, viser konsistente resultater for hver av de tre modellene. Nemlig en spenningsøkning på 2, som vi spådde.

Jeg vil forlate deg med en mer kretssimulering ved å bruke hver av de tre modellene. En "dårlig" designet strøm til spenningsomformer. Skjematisk viser en forutsagt Vout = Iin * R1.

For minimumsfeil på grunn av forspenningsstrøm bør den foreslåtte verdien for R2 være den samme som R1. I min krets bruker jeg bevisst en mye lavere verdi for R2 i et forsøk på å avsløre modellforskjeller utenfor normal designpraksis. Simuleringen skal også hjelpe oss med å visualisere den dårlige designfeilen som forutsies gjennom variasjonsavvik fordi R1 og R2 ikke er de samme.

I de tre simuleringene presterer Maxim LMX321 mest annerledes ved at Vout virker lavt og ingen variasjon i skjevhet eller ringing. Mens de to andre modellene, STMicros LMV3x og National Semi's LMV321 viser de forventede Vout -resultatene sammen med noen forskjeller i varians i forspenning eller ringeatferd.

For å konkludere

Jeg har vist tre forskjellige metoder når jeg importerer produsenter op-amp-modeller som bruker LMV321-familien for LTspice. Vi gjennomgikk modellen National Semiconductor LMV321 fra TIs nettsted, STMicroelectronics LMV3x -modellen og MAXIM LMX321 -modellen. Disse tre metodene skal hjelpe deg med å importere op-amp-modeller for en hvilken som helst annen del ved å bruke modellens. SUBCKT-kommando sammen med LTspices 'attributter og Pin Table-redaktører.

Jeg har også vist at noen modeller fungerer bedre enn andre som vist med skjematisk spenning til strømomformer. Testing av to eller flere modeller i simuleringsdesignene dine kan hjelpe deg med å få mer pålitelige resultater for dine behov.

Referanser:

LTspice Nedlasting og dokumentasjon

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

LTspice group - Yahoo Groups: mange filer delt, aktiv støtte for spørsmål

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: referanse til ikke-inverterende forsterker og strøm til spenningskonvertering op-amp kretser

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

Alle filer relatert til denne instruerbare er tilgjengelig for nedlasting som en zip -fil nedenfor.

ltspice_lmv321_simulation_files.zip