[经验] 用SPICE仿真高精度数模转换器(转)

qwqwqw2088 2015-3-15 13:00 楼主

对于工程师来说，最令他们担心和紧张的时刻也许就是他们的设计从制造厂返回、准备进行测试的时候。虽然在实验室中首次看到我们的概念或者设计作品时令人很激动，但是有时我们也必须接受重大失败的现实。

在这篇博客中，我们将重点讲述系统性能预测及如何避免设计失败。可立即映入我脑海中能避免这些失败的术语就是“仿真”。当前，除了数模转换器 (DAC) 之外，用户可以在SPICE仿真工具中建模并仿真模拟信号链组件中的绝大多数组件。借助于针对高精度DAC的SPICE模型，在实现实际硬件前，电路板工程师不再需要完全依赖于手算结果。

我们可提供两款不同的SPICE模型。其中的一个使用简单的n位宽并行接口，如图1中所示，此模型与所有TINA-TI版本器件兼容。而另外一款模型使用一个串行SPI接口，如图2中所示，他与工业用TINA-TI器件兼容。两款不同的模型包括针对DAC和输出放大器的重要直流特性，诸如偏移误差、增益误差、输出电压到电源轨摆幅、温度漂移和静态电流。其他交流参数特性包括转换速率、稳定时间、加电毛刺脉冲和稳定性。SPI接口模型还完全复制了数字接口，并且可被用来仿真到DAC输入的数字信号链。

图1 – DAC8411 模型（并行）

图2 – DAC8411模型（串行）

预测和推断DAC或运算放大器在驱动特定负载时的运行方式是所有设计的一个重要方面。我们来看一个示例，在这个示例中我们用DAC8411 SPICE 模型来模拟稳定时间。

图3左侧显示DAC输出的瞬态仿真，代码步长从¼满量程到¾满量程。在这个仿真中，DAC正在驱动一个与200pF电容器并联的2kΩ电阻负载-同样的负载被用来指定数据表中的稳定时间。SPICE模型准确地复制了图3右侧显示的数据表中的典型特性曲线的稳定时间。

图3 – DAC8411 瞬态仿真

但是，如果你驱动的负载与数据表中指定的负载不同的话该怎么办呢？图4左侧显示了一个仿真。在这个仿真中，DAC输出上被施加了一个更大的值为20nF电容负载。在这个情况下，瞬态仿真显示出在DAC输出上有相当大的振铃，或者说是振荡，其原因是输出放大器在其上有较大电容负载时所表现出的不稳定性。所提供的完整SPICE模型有助于较早地捕捉到此类问题，这样的话，在首次原型机设计时就可以将补偿组件包含在内。