Erősítő áramkör tervezésének automatizálása; Elektronika-Ma
Az erősítő áramkörének tervezésének automatizálására szolgáló félszakértői technikák a speciális hardverkövetelmények és a korlátozások kombinációjára vonzódnak. A tervező eszköznek nullán kell támogatnia ezeket a technikákat a megfelelő operációs erősítőn (op amp) és a külső alkatrészeken. Az 1. ábra két példát mutat be az alapvető áramkörökre, amelyek ilyen típusú eszközt igényelnek. Igen, ezek egyszerű topológiák - de a nehézséget az erősítők és a külső alkatrészek kiválasztásának részleteiben rejlik, hogy megfeleljenek az alkalmazás teljesítmény kritériumainak.
1.ábra: WEBENCH® erősítő tervező - operációs erősítő áramkörök tervezése.
Követelmények: Váltás többről egyre
Az utolsó követelmény az, hogy megtaláljuk a tökéletes működési erősítőt egy erősítő áramkör számára. Az TI (Texas Instruments) erősítők kiválasztásakor ez a kihívás megköveteli, hogy a tervező mintegy 1300 operációs erősítőből válogasson. Ezeknek az erősítőknek sokféle változata van az elektromos teljesítmény és a specifikációk tekintetében. A legfontosabb specifikációk tartalmazzák a tápfeszültség tartományát, a sávszélességet, a bemenet/kimenet szkennelési határértékeit és még sok mást. Ezen kemény korlátok csúcsán a legtöbb erősítő számos kritériumot alkalmaz, például a pontosságot, a zajot, az energiát, a hőmérséklet-eltolódást és/vagy az integrált áramkör költségeit.
A nulladik szinttől kezdődően az első feladat az erősítők rendezése az alapillesztés alapján a végleges tervhez. 1. lépésként a tervező meghatározza az alapáramkör működési értékeit. Ezeket az értékeket egy webalapú erősítőtervező eszközzel lehet megadni, például a WEBENCH® Amplifier Designer segítségével.
Az Amplifier Designer tervezőeszköz követelményoldalán (2. ábra) a kitöltendő mezők a következők:
• Tápfeszültségek
• Be- és kimeneti jelek az áramkörből
• Kimeneti terhelési feltételek
• Kimeneti sávszélesség kis jelek esetén
2. ábra: Az Amplifier Designer tervezőeszköz követelményeinek oldala az adatbevitelhez.
3. ábra: Bemeneti és kimeneti feszültségstílusok.
VCC = 12V VEE = 0V
VINMin = 5,5 V VINMax = 6,5 V
VOUTMin = 0,5 V VOUTMax = 11,5 V
IOUT áramforrás/szivárgás = 1mA Alacsony jelsávszélesség = 500kHz
A megfelelő működési erősítők megtalálása: kijelző
A következő tervező képernyőt az erősítő tervezésének létrehozása gombra kattintva kaptuk meg.
A 2. ábráról a 4. ábrára történő átmenet során a program meghatározza az ellenállások értékeit az operációs erősítő céláramkörében. Könnyű hozzárendelni az 1kΩ általános reakcióellenállás (R2) értékét. Az értékek kiválasztásához azonban jobb, ha az alábbi táblázat szerint követi az általános útmutatót.
A felsorolt erősítők sorrendje a kiválasztott optimalizálási paraméterektől függ.
A 4. ábra bal felső sarkában található a bemeneti tervezési kritériumok listája, a jobb oldalon pedig egy optimalizálási terület. Ennek az optimalizálási területnek három legördülő menüje van, a következő lehetőségekkel a tervezési prioritások beállításához:
• Pontosság • Zaj • Termikus sodródás • Tápegység • Költség
4. ábra: Erősítő tervező tervező eszköz nézet képernyő.
Az öt jellemzővel kapcsolatos válasz a Melyik nagyon fontos, fontos és kevésbé fontos?
A választások befejezése után a 4. ábra megoldási táblázata frissíti az eredményeket.
Ezenkívül a feltételek finomítása lehetséges a 4. ábra jobb felső sarkában található menük használatával. Az ezen a területen elérhető választási lehetőségek:
• Kapszulázási csoport
• Csatornák száma
• Zárócsap
Az ebben a szakaszban szereplő választás magától értetődik, bár a kiválasztás csökkenti az erősítők listáját.
Ha megváltoztatja az optimalizáló menüopcióit, például azt, hogy a Pontosságot a Nagyon fontos, a Termikus sodródás fontos és az Alacsony energiaáram értékre választja, az OPA140 megjelenik a Megoldástábla lista tetején.
A tervezési program szintézis képernyője
A következő lépés az Amplifier Design eszköz szintézis képernyőjére való váltás. Például a Megnyitás megnyitása gombot választották ki az OPA140 számára a kijelző megoldási táblázatából.
5. ábra: Erősítő Tervező tervezőeszköz szintézis képernyő.
Ezen a ponton kiválasztották az erősítőt és az áramkört teljesen meghatározták. Az erősítő tervező eszközének szintézis képernyője (5. ábra) lehetővé teszi a projekt elméleti megvalósíthatóságának feltárását. Az 5. ábra középsávja a kiválasztott füleket mutatja a számított teljesítményelemzés, a számított teljesítményértékek és az anyagjegyzék megtekintéséhez.
A teljesítményelemzési szegmens az 5. ábrán látható bemeneti/kimeneti grafikonokat készít.
Választható menük vannak az AC grafikus, szinuszos és téglalap alakú hullámalakú válaszok megtekintésére. Ezek a görbék nem egy szimuláció eredményei; az oldal számított elméleti grafikonokat mutat be. A vágy az, hogy gyorsan áttekintse az áramkör viselkedését, mielőtt továbblépne. A kiszámított teljesítményértékek lapja hét kategóriában képes megjeleníteni az áramkör jellemzőit:
6. ábra: Erősítő tervező tervező eszköz szimulációs képernyő.
1. Tervezési feltétel
2. Működési frekvencia értékek
3. Teljesítményigény
4. VOS/Ib hiba (kompenzációs feszültség/bemeneti torzítóáram)
5.. Nyerje a VOUT-ot az állóképesség toleranciájával szemben
6.. Hőmérséklet hiba
7. Teljes kimeneti zaj
E hét kategórián belül meghatározzák a teljesítményértékeket. Például az üzemi frekvenciaértékek (2. kategória) biztosítják az erősítő sávszélességét, az erősítő növekedési sebességét, a zárt hurok sávszélességét és a teljes teljesítmény sávszélességét (FPBW).
Szimuláció az erősítők tervezési eszközén belül
A TI SPICE szimulációs képernyőre való kattintáshoz kattintson a képernyő tetején található Sim gombra (az 5. ábra nem mutatja).
Az Amplifier Designer tervezőeszköz továbbítja a teljes áramkört a szimulációs képernyőn. A 6. ábrán látható erősítő-szimuláció a Texas Instruments PSPICE® modelljeivel hat szimulációs lehetőséget kínál:
1. Szinuszos hullám
2. Válasz lépés
3. Zárt hurkú válasz
4. DC seprők
5.. Teljes zaj
6.. Csoport késése
Mindezen szimulációs lehetőségek mellett a tervező eszköz biztosítja a megfelelő jelforrásokat. Lehetőség van ezen források méretének, gyakoriságának és időzítésének megváltoztatására.
Ha ez a szimulációs környezet nem megfelelő, lehetséges az áramkör TINA-TI ™ környezetben történő kisütése. A WEBENCH® Amplifier Designer a szimulációs képernyő tetején található Sim Export gombra kattintva kínálja ezt az exportálási lehetőséget (nem látható a 6. ábrán).
Következtetés
A WEBENCH Amplifier Designer tervezőeszköz automatikusan elvégzi az alapvető elemzési és termékválasztási tevékenységeket, amelyeket a tervezők általában az áramkörtervezés során végeznének - de egy lépéssel tovább lép. Átfogó értékelést nyújt az új áramkörről, egyszerűsítve az erősítő projekt integrációját a rendszer többi részébe.