Comment utiliser un modèle d'ampli-op de fournisseur de puces dans LTSpice : 10 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

introduction

LTspice est un outil logiciel de simulation SPICE gratuit avec capture schématique, visualiseur de formes d'onde et de nombreuses améliorations qui s'exécute à la fois sur Windows et Mac OS X. Je l'utilise pour rechercher le comportement des circuits et expérimenter rapidement de nouveaux circuits pour mon laboratoire avant de prototyper un PCB (Imprimé Circuit imprimé). La courbe d'apprentissage est facile à maîtriser grâce au support d'Analog Devices, du groupe de support LTspice de Yahoo et à sa compatibilité avec les modèles SPICE les plus courants fournis par les fournisseurs de puces.

Ce Instructable montrera comment aller au-delà de la bibliothèque de composants fournie avec LTspice en incorporant un modèle d'ampli-op LMV321 de trois fournisseurs de puces différents pour créer un schéma d'amplificateur simple, comme indiqué sur le dessin. Chacun de ces modèles met en évidence différentes méthodes disponibles dans LTspice pour une utilisation avec la grande variété de modèles de composants fournis par divers sites Web de fournisseurs. Chacun de ces modèles présente également des caractéristiques de performances différentes. Pour mettre en évidence ces problèmes de performances, je réutilise également ces trois modèles dans une conception courant-tension.

Le public cible est constitué de personnes ayant une certaine expérience du placement de composants sur un schéma et de l'exécution d'une simulation. À la fin de ce didacticiel, vous saurez comment interpréter la commande. SUBCKT dans les modèles de fabricant à utiliser avec les éditeurs de table de broches et d'attributs opamp2 de LTspice pour utiliser les pièces de fabricant dans vos simulations.

Étape 1: Téléchargez les modèles SPICE disponibles pour l'ampli-op LMV321 auprès des fournisseurs de puces et placez-les dans un nouveau répertoire

Modèles SPICE de la manufacture

Nous allons incorporer trois modèles SPICE basés sur l'ampli-op LMV321 dans ce tutoriel. Suivez pendant que je décris les étapes.

Créez un dossier pour vos prochains schémas, symboles et modèles LTspice. Je ferai référence à ce répertoire comme notre répertoire de travail à l'avenir.

Visitez ces sites Web de fournisseurs de puces pour extraire les modèles SPICE pour l'ampli-op LMV321:

• Site Web de TI (utilise le modèle PSPICE de National Semiconductor): LMV321
• Macromodèles d'amplificateurs opérationnels Maxim: LMX321
• Macromodèles de STMicroelectronics: Macromodèle d'amplificateur opérationnel LMV3x

Voir les trois diagrammes associés pour les fichiers spécifiques à télécharger au moment de la rédaction de cette instructable. À l'avenir, vous devrez peut-être rechercher les noms de modèles s'ils ont été déplacés par les fournisseurs de puces vers de nouvelles pages Web.

Pour TI et STMicro, vous copiez le modèle des fichiers zip téléchargés dans votre répertoire de travail. Pour le modèle Maxim, vous devez cliquer avec le bouton droit sur le fichier LMX321. FAM sur leur site Web et l'enregistrer dans votre répertoire de travail LTspice.

À la fin de cette étape, vous devriez avoir ces trois fichiers de modèle spice dans votre répertoire de travail:

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

Chacun de ces fichiers peut être ouvert avec un éditeur de texte pour voir une structure commune:

• documentation en haut,
• commande. SUBCKT,
• commandes spice construisant le modèle.

Étape 2: Ouvrez le symbole générique LTspice Opamp2.asy à 5 broches

Opamp2.asy est réutilisable

Depuis le menu Fichier de LTspice Ouvrez le symbole opamp2.asy depuis votre répertoire d'installation.

Pour l'installation par défaut de Windows, ce serait:

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

Le symbole opamp2 n'a pas de modèle d'ampli-op qui lui est attribué. Il ne fonctionnera donc pas dans une simulation. Pour cette raison, c'est un bon bloc de départ car il contient le dessin et les liens pour nous permettre de créer n'importe quel ampli-op qui utilise les cinq broches communes:

1. Dans+
2. Dans-
3. V+
4. V-
5. Dehors

Veillez à ne pas ouvrir par erreur l'un de ces fichiers de symboles similaires:

• opamp.asy (similaire à opamp2.asy mais sans les deux broches d'alimentation)
• UniversalOpamp2.asy (un opamp entièrement fonctionnel avec un modèle générique)

Étape 3: vérifiez que l'ordre des broches du symbole Opamp2.asy correspond aux informations de connexion des broches LMV321. SUBCKT

Affectation de la table de broches à l'aide de. SUCKT

Ouvrez le modèle d'ampli op LMV321 précédemment enregistré sous le nom LMV321. MOD dans votre répertoire de travail à l'aide de votre éditeur de texte préféré. Près du haut, nous pouvons trouver l'instruction. SUBCKT.

Un. SUBCKT définit une netlist SPICE réutilisable - similaire à une fonction avec son nom et les paramètres associés dans les langages logiciels. La syntaxe du sous-circuit pour un ampli-op fourni par un fabricant ressemble à ceci:

. SUBCKT

… déclarations d'élément …

. PREND FIN

Le nom de l'ampli-op est la référence externe au nom de l'ampli-op et les 5 N sont une liste de connexions électriques ordonnées à l'ampli-op comme décrit directement au-dessus de la commande. SUBCKT. Les connexions électriques peuvent être dans n'importe quel ordre, mais notre symbole opamp2 assume cet ordre:

1. entrée non inverseuse (In+)
2. entrée inverseuse (In-)
3. alimentation positive (V+, Vss)
4. alimentation négative (V-, Vee)
5. sortie (Sortie)

Ouvrez le symbole LMV321.asy dans notre répertoire de travail dans LTspice et affichez la table des broches pour mapper les noms de connexion dans le. SUBCKT aux noms de connexion dans notre symbole:

Affichage -> Table des épingles

Toutes les connexions électriques sont déjà dans le bon ordre pour notre LTspice Pin Table, de 1 à 5 comme ceci:

• entrée non inverseuse (In+) = 1
• entrée inverseuse (In-) = 2
• alimentation positive (V+) = 3
• alimentation négative (V-) = 4
• sortie (Sortie) = 5

Nous n'aurons donc pas à apporter de modifications à la table des broches du symbole.

Étape 4: créez les attributs du nouveau symbole LMV321 et enregistrez le fichier sous LMV321.asy

Affectation d'attribut de symbole Opamp

Une dernière étape avant d'enregistrer le fichier de symboles consiste à nommer le symbole à l'aide de l'éditeur d'attributs. Nous utiliserons le même nom que celui indiqué dans la ligne. SUBCKT:

LMV321.

Ouvrez l'éditeur d'attributs à partir du menu:

Modifier -> Attributs -> Modifier les attributs

Effectuez les modifications suivantes:

• Remplacez la valeur par: LMV321 (utilisez le même nom que dans la ligne de commande. SUBCKT)
• Modifier la description en: Inclure LMV321. MOD dans le schéma (nous en parlerons plus tard)

Cliquez sur OK et enregistrez opamp2.asy sous le nom LMV321.asy dans votre répertoire de travail.

Remarques:

• Laissez le X à côté de Préfixe pour indiquer que le symbole s'affichera sous forme schématique,
• Laissez le type de symbole comme cellule afin que le fichier modèle soit interprété correctement,
• N'enregistrez pas le symbole opamp2.asy modifié dans la bibliothèque LTspice ou d'autres schémas pouvant s'appuyer sur ce fichier pourraient être corrompus,
• Si vous avez fait cette erreur (comme je l'ai fait une fois), vous pouvez restaurer le fichier opamp2.asy d'origine avec une resynchronisation à l'aide de la commande: Tools -> Sync Release.

Votre répertoire de travail devrait maintenant contenir ces fichiers:

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

Étape 5: créer un schéma de test et simuler les performances de l'ampli-op LMV321

Testez le modèle d'ampli-op LMV321 dans une simulation

Ouvrez un nouveau schéma depuis LTspice: Fichier -> Nouveau schéma

Nous allons créer un circuit de test d'amplificateur opérationnel basé sur un amplificateur non inverseur avec un gain de 2:

Gain = 1 + Rf / Rin

Ajoutez notre composant LMV321.asy nouvellement créé à partir de votre répertoire de travail à l'aide de la commande de composant de menu du ruban LTspice.

Astuce: de nombreux utilisateurs de LTspice ne savent pas qu'ils doivent changer le répertoire du symbole en leur répertoire de travail. Pour gérer l'accès aux nouveaux fichiers, basculez l'élément "Top Directory" vers leur répertoire de travail.

Alimentez l'ampli-op avec une alimentation de 5 volts en utilisant le composant de tension.

Testez l'ampli-op avec des impulsions répétées comprises entre 0,2 et 2,3 volts à l'entrée non inverseuse à l'aide d'un deuxième composant de tension.

Configurez une analyse transitoire sur un intervalle de 500 microsecondes à l'aide de la commande de directive. Op SPICE du menu du ruban LTspice.

Augmentez les performances de simulation avec les options suivantes avec la commande. OP:

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

.options plotwinsize=0

Où:

• Gmin (empêche les nœuds de flotter en définissant une petite conductance entre les appareils non linéaires)
• Abstol (limiter la tolérance pour les courants n'importe où dans le circuit)
• plotwinsize (contrôle de compression où 0 indique aucune compression)

Ajoutez un titre à notre schéma à l'aide du menu du ruban Texte:

Modèle National Semiconductor LMV321: amplificateur non inverseur

Enregistrez le schéma dans votre répertoire de travail sous: test_LMV321.asc

Exécutez la simulation pour le modèle National Semiconductor LMV321 téléchargé depuis le site Web de TI:

Cliquez sur l'icône Exécuter dans le menu du ruban LTspice

Mesurez V(out) et V(In+) à l'aide de votre curseur sur les fils associés

Notez que le gain est affiché comme 2, comme nous l'avons prédit ci-dessus.

Votre répertoire de travail devrait maintenant contenir ces fichiers:

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

Étape 6: Créer le symbole LMX321 à partir du symbole LMV321

Créer un symbole LMX321.asy avec des attributs corrects et une liste de broches / ordre de netlist

Accédez à votre répertoire de travail et ouvrez le modèle LMX321. FAM avec votre éditeur de texte préféré pour afficher les informations. SUBCKT (voir schéma). Nous répétons les deux dernières étapes pour construire un nouveau composant d'amplificateur opérationnel et un nouveau circuit de test.

Ouvrez notre symbole LMV321.asy précédemment créé à partir de LTspice situé dans votre répertoire de travail:

Fichier -> Ouvrir -> LMV321.asy

Remarque: si vous n'avez pas créé le symbole LMV321.asy plus tôt, vous pouvez ouvrir le symbole opamp2.asy à la place.

Utilisez l'éditeur d'attributs pour modifier la valeur et la description du symbole (voir schéma):

Édition -> Attributs -> Éditeur d'attributs

• Valeur: LMX321
• Description: Inclure LMX321. FAM dans le schéma

Cliquez sur OK

Utilisez la table des broches pour modifier l'ordre des connexions afin de s'aligner correctement avec la commande. SUBCKT (voir schéma):

Affichage -> Table des épingles

La liste de connexion de 1 à 5 est dans un ordre différent de la liste de notre précédent ampli-op LMV321, nous devrons donc modifier le tableau des broches pour le symbole LMX321 comme suit:

• In+ = 1
• In- = 3
• V+ (Vcc) = 5
• V- (Vé) = 2
• Sortie = 4

Cliquez sur OK

Pourquoi? Dans la description. SUBCKT du modèle, nous constatons que In+ est affecté à "1", nous affectons donc In+ à 1 dans notre table de broches. Mais In- est affecté à "3" dans la description. SUBCT, nous affectons donc In- à 3 dans notre table de broches. Etc

Enregistrez le nouveau symbole dans votre répertoire de travail sous le nom LMX321.asy

Votre répertoire de travail devrait maintenant contenir ces fichiers:

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

Étape 7: réutilisez le schéma de test et simulez les performances de l'ampli-op LMX321

Testez le modèle d'ampli-op LMX321 dans une simulation

Ouvrez notre précédent circuit de test et modifiez les références de l'ampli-op au LMX321:

Fichier -> Ouvrir -> test_LMV321.asc

Supprimez la référence à l'ampli-op LMV321 dans notre schéma.

Utilisez l'option de composant dans le menu du ruban LTspice pour placer l'ampli-op LMX321.asy.

Remplacez la référence au modèle par un clic droit sur la commande. INC dans le schéma de principe par:

. INC LMX321. FAM

Remplacez le titre pour refléter notre nouvel objectif schématique:

Modèle Maxim LMX321: amplificateur non inverseur

Tous les autres éléments du schéma resteront les mêmes.

Enregistrez le schéma dans votre répertoire de travail sous test_LMX321.asc

Exécutez la simulation pour le modèle d'ampli-op Maxim LMX321

Cliquez sur l'icône Exécuter dans le menu du ruban LTspice

Mesurez V(out) et V(In+) en utilisant votre curseur sur les fils associés

Notez que le gain est affiché comme 2, comme nous l'avons prédit ci-dessus.

Votre répertoire de travail devrait maintenant contenir ces fichiers:

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

Étape 8: Créer le symbole LMV3x à partir du symbole LMV321

Créer un symbole LMV3x.asy avec des attributs corrects et une table de broches

Accédez à votre répertoire de travail et ouvrez le modèle LMV3x_macromodel.mod avec votre éditeur de texte préféré pour afficher les informations. SUBCKT (voir schéma).

Ouvrez notre symbole LMV321.asy précédemment créé à partir de LTspice situé dans votre répertoire de travail:

Fichier -> Ouvrir -> LMV321.asy

Remarque: si vous n'avez pas créé le symbole LMV321.asy plus tôt, vous pouvez ouvrir le symbole opamp2.asy à la place.

Utilisez l'éditeur d'attributs pour modifier la valeur et la description du symbole (voir schéma):

Édition -> Attributs -> Éditeur d'attributs

• Valeur: LM3x
• Description: inclure LMV3x_macromodel.mod dans le schéma

Cliquez sur OK

Utilisez la table des broches pour modifier l'ordre des connexions afin de s'aligner correctement avec la commande. SUBCKT (voir schéma):

Affichage -> Table des épingles

La liste de connexion n'a pas de numéros et les paramètres sont dans un autre ordre différent de celui de la liste de nos deux précédents. SUBCKT d'ampli-op. Il n'y a pas besoin d'entrées numériques dans la commande. SUBCKT, mais nous devrons modifier la table des broches pour le symbole LM3x pour l'aligner sur notre ordre opamp2.asy d'origine comme suit:

• In+ = 2
• In- = 1
• V+ (Alimentation positive) = 4
• V- (Alimentation négative) = 5
• Sortie = 3

Cliquez sur OK

Pourquoi? La description. SUBCKT des 5 broches est dans un ordre spécifique. Nous considérons que la première entrée est la broche 1, qui est le paramètre Inverting Input (In-). Nous marquons donc l'entrée en utilisant le tableau des broches comme numéro 1. La deuxième entrée sera la broche 2, qui est étiquetée comme entrée non inverseuse (In+). Nous marquons donc l'entrée In+ en utilisant la table des broches comme numéro 2. Et ainsi de suite

Enregistrez le nouveau symbole dans votre répertoire de travail sous le nom LMV3x.asy Votre répertoire de travail devrait maintenant contenir ces fichiers:

• test_LMV321.asc
• LMV3x1.asy
• LMX321.asy
• LMV321.asy
• LMX321. FAM
• LMV321. MOD
• LMV3x_macromodel.mod

Étape 9: réutilisez le schéma de test et simulez les performances de l'ampli-op LMV3x

Modèle complet d'ampli-op LMV3 et test dans une simulation

Ouvrez notre circuit de test d'origine et modifiez les références de l'ampli-op au LMV3x:

Fichier -> Ouvrir -> test_LMV321.asc

Supprimez la référence à l'ampli-op LMV321 dans notre schéma.

Utilisez l'option composant dans le menu du ruban LTspice pour placer l'ampli-op LMV3x.asy

Remplacez la référence au modèle par un clic droit sur la commande. INC dans le schéma de principe par:

. INC LMV3x_macromodel.mod

Remplacez le titre pour refléter notre nouvel objectif schématique:

Modèle STMicroelectronics LM3x: amplificateur non inverseur

Tous les autres éléments du schéma resteront les mêmes.

Enregistrez le schéma modifié sous le nom test_LMV3x.asc dans votre répertoire de travail.

Exécutez la simulation pour le modèle d'amplificateur opérationnel STMicroelectronics LMV3x

Cliquez sur l'icône Exécuter dans le menu du ruban LTspice

Mesurez V(out) et V(In+) en utilisant votre curseur sur les fils associés

Notez que le gain est affiché comme 2, comme nous l'avons prédit ci-dessus.

Votre répertoire de travail devrait maintenant contenir ces fichiers:

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

Étape 10: Comparer les performances du modèle et les remarques finales

Examen des modèles de simulation dans un circuit courant-tension

Les simulations d'ampli-op d'amplificateur non inverseur que nous avons explorées jusqu'à présent montrent des résultats cohérents pour chacun des trois modèles. A savoir un gain de tension de 2, comme nous l'avions prédit.

Je voudrais vous laisser avec une autre simulation de circuit utilisant chacun des trois modèles. Un convertisseur courant-tension "mal conçu". Le schéma montre un Vout prédit = Iin * R1.

Pour une erreur minimale due au courant de polarisation, la valeur suggérée pour R2 doit être la même que R1. Dans mon circuit, j'utilise volontairement une valeur beaucoup plus faible pour R2 dans le but d'exposer les différences de modèle en dehors des pratiques de conception normales. La simulation devrait également nous aider à visualiser la mauvaise erreur de conception prédite par la variance du biais car R1 et R2 ne sont pas identiques.

Dans les trois simulations, le Maxim LMX321 fonctionne le plus différemment en ce que le Vout semble faible et aucune variation de biais ou de sonnerie. Alors que les deux autres modèles, le LMV3x de STMicro et le LMV321 de National Semi, affichent les résultats Vout attendus ainsi que certaines différences de variance dans le biais ou le comportement de sonnerie.

En conclusion

J'ai montré trois méthodes différentes rencontrées lors de l'importation de modèles d'amplificateurs opérationnels de fabricant à l'aide de la famille LMV321 pour LTspice. Nous avons examiné le modèle National Semiconductor LMV321 du site Web de TI, le modèle STMicroelectronics LMV3x et le modèle MAXIM LMX321. Ces trois méthodes devraient vous aider à importer des modèles d'ampli-op pour toute autre pièce à l'aide de la commande. SUBCKT du modèle ainsi que des éditeurs d'attributs et de table de broches de LTspices.

J'ai également montré que certains modèles fonctionnent mieux que d'autres, comme le montre le schéma du convertisseur tension-courant. Tester deux modèles ou plus dans vos conceptions de simulation peut vous aider à obtenir des résultats plus fiables pour vos besoins.

Les références:

Téléchargement et documentation de LTspice

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

Groupe LTspice - Yahoo Groups: beaucoup de fichiers partagés, support actif pour les questions

groups.yahoo.com/neo/groups/LTspice/info

Fiche de référence rapide SPICE v1.0, Standford EE133 - Hiver 2001: référence à. SUBCKT pp7-8

web.stanford.edu/class/ee133/handouts/general/spice_ref.pdf

Collection de circuits d'amplificateurs opérationnels: Note d'application de National Semiconductor, 31 septembre 2002: référence à l'amplificateur non inverseur et aux circuits d'amplificateur opérationnel de conversion courant-tension

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

Tous les fichiers liés à cette instructable sont disponibles en téléchargement sous forme de fichier zip ci-dessous.

ltspice_lmv321_simulation_files.zip