利用DiffAmpCalc簡化全差分放大器系統(tǒng)設計

簡介

DiffAmpCalc™是一種交互式設計和參數仿真工具。它使耗時的計算自動化，從而輕松確定增益、終端電阻、功耗、噪聲輸出及輸入共模電壓的最佳水平。DiffAmpCalc通過為工程師提供高效且直觀的工具來減少設計風險。DiffAmpCalc的威力在于其以設計為導向的特性、易用性和內置差錯檢測功能。

該工具利用數據手冊上的參數以數學手段模擬放大器的行為，可加快ADI公司多款差分放大器的選型、評估和故障排除。數據手冊中未規(guī)定的參數，將根據數據手冊中的值和圖形進行外推。

其模擬的全差分放大器(FDA)有三類：帶用戶可選增益的FDA、帶預設增益的FDA以及全差分漏斗放大器。圖1為DiffAmpCalc圖形用戶界面(GUI)。本應用筆記說明DiffAmpCalc的主要特性。

圖1.DiffAmpCalc GUI

DIFFAMPCALC特性

DiffAmpCalc是一款強大的工具，擁有豐富的設計特性。其三個主要設計特性是電路定制、優(yōu)化首選項以及用于各類配置的大量動態(tài)數據。用戶有多個設計定制選項。圖2所示為用戶可選的輸入拓撲(Single Ended(單端)或Differential(差分))、輸入耦合(交流或直流)及輸入端接(Terminate(端接))選項。圖3所示為輸出負載選項：None(無)、Differential(差分)、以地為基準(GND Referred)或以某個電壓為基準(V Referred)。

圖2.輸入拓撲、輸入耦合和輸入端接選項

圖3.輸出負載選項

如需高差分增益，級聯放大器級是一個選擇。確定設計尺寸之后，有多個優(yōu)化特性可供使用，其中包括自動偏移、輸入跟蹤、增益計算、電阻容差和熱效應。

自動偏移(Auto Offset)開啟后，會自動調整輸入失調電壓，并將Vocm調到可用輸入和輸出電壓范圍的中心。此特性可使放大器的動態(tài)范圍最大化。

若想要保持平衡輸入，使能輸入跟蹤(Input Tracking)會很有用，因為它會自動平衡輸入幅度和失調。這是通過迫使反相和同相節(jié)點相等來實現的。選擇Auto Offset時，Input Tracking會禁用。Auto Offset和Input Tracking選項如圖4所示。

圖4.Input Tracking和Auto Offset

設置系統(tǒng)增益

DiffAmpCalc可簡化系統(tǒng)增益計算。將所需增益輸入實際增益(Actual Gain)文本框(參見圖5中的帶圈區(qū)域)以設置系統(tǒng)增益。

圖5.設置系統(tǒng)增益

它會提供所有元件值，利用滾動條可以按比例調整這些值。DiffAmpCalc的一個重要特性是，當用戶在拓撲(Topology)中選擇端接(Terminate)時(即選中圖2中的Terminate)，它會計算元件值。需要輸入端接來匹配阻抗。利用匹配阻抗選項，系統(tǒng)設計者可以靈活地定義輸入源。例如，若使用信號發(fā)生器作為FDA的輸入，則需要雙重端接。

雙重端接需要端接電阻。這些電阻會影響系統(tǒng)增益。為使雙重端接拓撲保持相同的系統(tǒng)增益，需要以迭代方式重新計算反饋電阻和增益電阻。該過程在ADA4930-1數據手冊中有說明。

當在拓撲中選擇Terminate時，DiffAmpCalc會自動計算元件值，從而簡化迭代計算。此特性會動態(tài)更新相應的反饋和增益元件值。DiffAmpCalc中的迭代計算默認是隱藏的。利用鍵盤快捷鍵Alt + V可使計算可見。再次按下Alt + V又會隱藏計算。

利用誤差預算和電阻熱噪聲效應，DiffAmpCalc很容易幫助優(yōu)化設計。通過選擇電阻容差(Resistor Tolerance)按鈕列出的下列選項之一，用戶可以選擇1%到5%范圍內的電阻容差：None(無)、1% (E192)、1% (E96)、2% (E48)或5% (E24)，如圖6所示。

當用戶定義環(huán)境溫度后，它就會計算電阻噪聲對性能的熱影響。電阻噪聲信息如圖7所示。

圖6.電阻容差選項

圖7.噪聲數據和輸入

仿真結果

每個節(jié)點的仿真結果會立即提供，因此可以進行實時分析。源電壓的節(jié)點數據和類似示波器的圖形以及放大器輸入/輸出電壓波形，對于快速了解元件和系統(tǒng)的權衡是很有利的。左鍵點擊類似示波器的顯示區(qū)，可以實現1×、2×、5×、10×、20×、50×和100×放大。右鍵點擊該顯示區(qū)會還原放大并縮小。

它會計算所有節(jié)點的直流和交流峰峰值電壓。輸入電壓指定為交流電壓，峰峰值疊加在直流失調偏置之上。如果峰值電流是考慮事項，則總功耗會被分為靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗。圖8中，節(jié)點電壓顯示在電路圖的畫圈區(qū)域中，類似示波器的圖形顯示在電路圖右側帶框區(qū)域中。功耗計算位于帶框示波器區(qū)域下方。