電源旁路——SPICE 仿真與現(xiàn)實的差距

作者：Bruce Trump，德州儀器 (TI)

最近，在我們的高精度放大器 E2E 論壇上，有人給我提了一個問題，并附上了一幅 SPICE 仿真原理圖（對此表示感謝?。?。它是一個運算放大器電路（具體是什么樣的電路已不重要），問題的重點是這個運算放大器電路在電源引腳上包括有一些旁路電容。當然，這可能是因為工程師的仿真程序直接導(dǎo)入電路板布局程序中。在最終電路中，這些旁路電容器至關(guān)重要。但是，仿真需要它們嗎？使用它們當然沒有害處，但是卻并不需要。DC 到 THz，零阻抗下 SPICE 的電壓源已經(jīng)堪稱“完美”，無需任何旁路電容。 下面兩個電路在 SPICE 中完全一樣。左側(cè)電源旁路電容器沒有什么作用；右側(cè)電源和接地長接點并未降低仿真性能。但是，在您的電路板上卻有巨大的差異。

如果您的電路板布局，在板上的合適位置沒有使用有效的旁路方法，也即沒有旁路電容，那么您可能無法獲得理想的性能?；蛘?，您可能會面臨討厭的振蕩問題。不要指責(zé) SPICE 仿真；它不可能為您找出這些問題。 即使您利用串聯(lián)電阻和電感對糟糕的電源旁路建模，宏模未必能夠精確地對不利影響建模。電源引腳上，各信號之間相互影響，并可能會引起振蕩。這種情況很復(fù)雜，不要嘗試對其進行建模。實際上，一些舊的宏模甚至不會將輸出電流建模為來自電源端的電流。我們提供的一些新的宏模非常優(yōu)秀，可以仿真放大器對電源噪聲的抑制程度，但卻無法正確地對其可能產(chǎn)生的不穩(wěn)定性或者振蕩進行建模。 在一些我們的 IC 設(shè)計中，我們通常會對這些影響進行建模。我們對整個電路進行了十分詳細的仿真—包括每個晶體管、電阻器和電容器。諸如引線電感和片上線路電阻以及不同電路板布局的電容等寄生組件都包括在內(nèi)。因此，我們常常會對非完美電源的各種影響進行建模，目的是查看它對器件的影響情況。但是，這種精細度已經(jīng)超出了宏模能夠仿真的程度。

使用 SPICE 宏模對您的放大器電路進行仿真是一種好方法，它讓您能夠清楚地看到許多電路工作時才會出現(xiàn)的問題。我們提供的大多數(shù)最新宏?！癎reen-Lis”版—非常優(yōu)秀，確實是業(yè)界最好、最完整的宏模。但它們也只是宏模而已。它們無法仿真電路的所有行為。另外，它們也無法為糟糕的電路布局和電源旁路負責(zé)。

閱讀運算放大器相關(guān)文本文件（請參見圖 2），可以讓您清楚地了解我們的宏模中所包含的一些性能屬性和性能表現(xiàn)。多年以來，我們一直向用戶提供宏模特性列表。我們免費版 SPICE 程序的 TINA-TI 中，可查看詳情，具體操作為：雙擊原理圖符號，然后點擊“進入宏”。十多年前的一些宏模應(yīng)該都不太復(fù)雜，因此可能沒有包括在這份列表中。

后續(xù)博文中，我們將進一步深入探究宏模和其他 SPICE 問題。