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放大器建模为模拟滤波器可提高SPICE仿真速度

放大器建模为模拟滤波器可提高SPICE仿真速度

作者: David Karpaty

简介


放大器仿真模型通常是利用电阻电容、晶体管、二极管、独立和非独立的信号源以及其它模拟元件来实现的。一种替代方法是使用放大器行为的二阶近似(拉普拉斯转换),这可加快仿真速度并将仿真代码减少到三行。

然而,对于高带宽放大器,采用s域传递函数的时域仿真可能非常慢,因为仿真器必须首先计算逆变换,然后利用输入信号对其进行卷积。带宽越高,则确定时域函数所需的采样频率也越高,这将导致卷积计算更加困难,进而减慢时域仿真速度。

本文进一步完善了上述方法,将二阶近似合成为模拟滤波器,而不是 s域传递函数,从而大大提高时域仿真速度,特别是对于高带宽放大器。

二阶传递函数

放大器仿真模型的二阶传递函数可以利用Sallen-Key滤波器拓扑实现,它需要两个电阻、两个电容和一个压控电流源;或者利用多反馈(MFB)滤波器拓扑实现,它需要三个电阻、两个电容和一个压控电流源。这两种拓扑给出的结果应相同,但Sallen-Key拓扑更易于设计,而MFB拓扑则具有更好的高频响应性能,可能更适合可编程增益放大器,因为它更容易切换到不同的电阻值。

首先,利用二阶近似的标准形式为放大器的频率和瞬态响应建模:

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amplifier_modeling_cn.pdf (554.83 KB, 下载次数: 13)
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