ДЕРЖАВНИЙ СТАНДАРТ УКРАЇНИ
Система автоматизованого проектування
ПОБУДОВА МОДЕЛЕЙ
ОПЕРАЦІЙНИХ ПІДСИЛЮВАЧІВ
Загальні вимоги
Д
S3 № 2,3—94/15»
СТУ 2638-94Видання офіційне
ДЕРЖСТАНДАРТ УКРАЇНИ
Киї
вУДК A2l.373.6U
Грум П73
ДЕРЖАВНИЙ СТАНДАРТ УКРАЇНИ
СИСТЕМА АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЕКТУВАННЯ
ПОБУДОВА МОДЕЛЕЙ ОПЕРАЦІЙНИХ ПІДСИЛЮВАЧІВ
Загальні вимоги
ДСТУ
2638-94
СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛЕЙ ОПЕРАЦИОННЫХ
УСИЛИТЕЛЕЙ
Общие требования
SYSTEM OF COMPUTER-AIDED DESIGN
DEVELOPMENT OF OPERATIONAL AMPLIFIER’S MODELS
General requirements
Чяннкй від 61.OT.W
Цей стандарт поширюється на математичні моделі інтегральних мікросхем (ІМО операційних підсилювачів (ОП), які використовуються в системах автоматизованого проектування (САПР) радіоелектронної апаратури і установлює єдині вимоги до моделей ОП і єдині набори параметрів моделей ОП.
Стандарт призначається для розробників РЕА, які використовують автоматизовані системи схемотехнічного проектування (АСхП), а також для розробників алгоритмів та програм цих систем.
Виданім офіційне
© Держстандарт України, 11Н
Цей стандарт не може бути повністю чи частково віяиорепнй. тиражований
і розновекдажеинй 6м дракоду Держстандарту Украйні
Загальні положення
1J. В залежності від призначення та вимог, які пред'являються до моделей ОП, розроблюються моделі, які класифікуються на такі основні типи:
1} лінійні моделі для аналізу схем у частотній області;
лінійні моделі для аналізу статичних похибок у схемі;
нелінійні статичні моделі для аналізу низькочастотних схем у режимі великого сигналу;
нелінійні динамічні моделі для аналізу схем в усіх режимах.
Моделі будь-якого типу поділяються на моделі універсального та приватного застосування.
Як правило, в моделях приватного застосування не враховуються залежності параметрів від режиму роботи, а використання їх до- пускається у конкретно застережених режимах або схемах застосування.
Так приватні лінійні моделі для аналізу схем у частотній області часто розраховані на певний тип коректуючих ланцюгів, або на обмежений діапазон частот вхідного сигналу. Приватні лінійні моделі для аналізу статичних похибок розраховуються на певні значення живильних напруг та тип ланцюгів балансування. Найбільш повні нелінійні динамічні моделі дозволяють аналізувати будь-які схеми застосування ОП, але, як правило, займають багато пам'яті та часу електронно-обчислювальних машин (ЕОМ), а також мають складну методику визначення параметрів.
У програмах АСхП доцільно мати універсальну нелінійну динамічну модель ОП та ряд приватних моделей для конкретних, часто використовуваних, ділянок застосування.
2, Принципи побудови моделей ОП
Вимоги до нелінійних моделей ОП
Універсальна нелінійна динамічна модель ОП розроблюється для аналізу інтегральних ОП, значення електричних параметрів яких указуються в нормативній документації (НД), І повинна забезпечувати можливість аналізу схем ОП, як за нормальних, так і за граничнодопустимих значень електричних параметрів.
Модель повинна мати параметри, які розраховуються за електричними характеристиками ОП, наведеними в НД. Дозволяється розраховувати параметри моделі за даними вимірів електричних характеристик ОП відносно Його зовнішніх виводів.Модель повинна відображати електричні властивості ОП при будь-яких допустимих значеннях параметрів, що вказані в технічних умовах (ТУ) на них, тільки за рахунок зміни параметрів моделі.
Модель повинна відображати залежності електричних параметрів ОП від електричних режимів на його виводах у діапазоні допустимих змін (допустимі зміни обмежуються гранично-допустимими режимами застосування по ТУ).
Модель повинна враховувати такі електричні параметри ОП:
середній вхідний струм (liav);
різницю вхідних струмів (Ііо);
напругу зміщення нуля (Uio);
коефіцієнт впливу нестабільності джерел живлення на напругу зміщення нуля (KsvR);
вхідний опір (Ri);
коефіцієнт ослаблення синфазних вхідних напруг (Кети);
коефіцієнт підсилення напруги (Au);
струм споживання (Ісс);
вихідний опір (Ro);
максимальну вихідну напругу (Uomax);
вхідну ємність (Сі);
частоту одиничного підсилення (fl);
частоту зрізу (fco);
максимальну швидкість наростання вихідної напруги (SR).
Модель повинна враховувати залежність фазового зсуву та модуля коефіцієнта підсилення напруги від частоти вхідного сигналу.
Вимоги до лінійних моделей ОП
Приватна лінійна модель ОП для аналізу схем у частотній області І статичних похибок розроблюється для інтегральних ОП, електричні параметри яких встановлюються в НД.
Модель повинна забезпечувати можливість аналізу схем при номінальному значенні напруг джерел живлення та при номінальних або гранично-допустнмнх значеннях електричних параметрів ОП.
Модель повинна мати параметри, які розраховуються по електричним параметрам ОП, приведеним в ТУ, та довідковим даним, поданими в НД. Можливе розрахування параметрів моделі по даним вимірювання електричних характеристик відносно зовнішніх виводів ОП.
Модель повинна відображати електричні якості ОП при будь-яких допустимих значеннях параметрів, що вказані в ТУ на них, тільки за рахунок зміни параметрів моделі.
Модель повинна враховувати такі електричні параметри ОП:
середній вхідний струм (Itav);
різницю вхідних струмів (По);
напругу зміщення нуля (Uio);
коефіцієнт впливу нестабільності джерел живлення на напруву вміщення нуля (Ksvr);
3) вхідний опір (Ri);
коефіцієнт ослаблення сиифазних вхідних напруг (Ксшя);
коефіцієнт підсилення напруги (Au);
вихідний опір (Ro);
вхідну ємність (Сі);
частоту одиничного підсилення (fl);
частоту зрізу <fco).
Модель повинна враховувати залежність фазового зсуву та модуля коефіцієнта підсилення напруги від частоти вхідного сигналу^
Методи побудови моделей ОП
Для побудови моделей ОП використовують формальний, фізичний та комбінований методи.
Формальним методом модель будується тільки по зовнішнім електричним параметрам та характеристикам.
Фізичним методом модель будується на основі внутрішньої структури ОП, а її параметри визначаються по зовнішнім електричним параметрам та характеристикам. Під внутрішньою структурою необхідно розуміти принципіальну електричну схему мікросхеми. Еквівалентна схема моделі будується по принципіальній схемі ОП підстановкою на місце компонентів їх моделей.
При комбінованому методі за основу моделі приймається еквівалентна схема, отримана фізичним методом. Параметри моделей компонентів розраховуються по електричним параметрам ОП. Моделі компонентів, які не впливають на значення електричних параметрів ОП, із моделі виключаються і замінюються (при необхідності) елементами, які забезпечують функціонування всієї моделі ОП. Якщо при визначенні параметрів моделі компонента виникає багатозначність, то частина цих параметрів задається довільно (бажано враховувати тилові значення цих параметрів), а Інші обчислюються по електричним параметрам ОП.
Як приклад у додатку 1 подано опис універсальної нелінійної моделі ОП з вхідним каскадом на біполярних транзисторах, побудованої комбінованим методом. У додатку 2 приведена методика визначення параметрів цієї моделі.
У додатку 3 приведено опис лінійної моделі ОП, побудованої формальним методом, а в додатку 4 — методика визначення її параметрів.
Базові елементи для побудови моделей ОПДля введення в програму АСхП моделей ОП, програма повинна мати такий мінімальний набір базових елементів:
електричний опір. Двополюсник, струм якого лінійно залежить •ід прикладеної до нього напруги;
постійне джерело струму. Двополюсник, струм якого дорівнює Значенню величини заданого параметра;
постійне джерело напруги. Двополюсник, напруга на якому дорівнює значенню величини заданого параметра;
лінійнозалежне джерело струму. Двополюсник, струм якого лінійно залежить від напруги на іншому двополюснику моделі;
лінійнозалежне джерело напруги. Двополюсник, напруга на якому лінійно залежить від напруги на Іншому двополюснику моделі-;
нелінійне табличне джерело струму. Двополюсник, струм якого визначається по заданій таблиці в залежності від напруги на Іншому двополюснику моделі;
постійна ємність. Двополюсник, струм якого визначається як добуток величини заданого параметра на швидкість зміни прикладеної до нього напруги;
біполярний транзистор. Нелінійна модель біполярного транзистора;
польовий транзистор з керованим р-п переходом. Нелінійна модель польового транзистора з керованим р-п переходом.
Точність та ефективність моделей ОП
Модель з розрахованими параметрами для конкретного тя- пономіналу повинна бути випробувана за допомогою моделювання иа програмі АСхП схем виміру електричних параметрів ОП. Для кожного параметра визначається відносна похибка розрахованої величини по відношенню до початкової (виміряної чи приведеної з НД), яку використовували для розрахунку параметрів моделі. Якщо похибка не перевищує 5 %, то розрахунок параметрів моделі виконано правильно.
Вибираючи моделі, необхідно оцінити їх точність та обчислювальну ефективність.
Обчислювальна ефективність складається із двох складових: затрат пам'яті ЭОМ та затрат машинного часу.
Для оцінки затрат пам'яті різними моделями виконують моделювання тестової схеми, яка складається тільки із ОП одного типу, які моделюються однією моделлю. Затрати пам’яті будуть зворотно пропорціональними максимальній кількості ОП у цій схемі, яка аналізується програмою.
Оцінку точності та затрат машинного часу проводять на ■ наборі тестових схем, в який включають схеми типових вузлів РЕА, які використовують конкретні користувачі.
3. Методики визначення параметрів моделей ОП
Методика визначення параметрів — це система правил, за допомогою яких по електричним параметрам і характеристикам ОП одержують параметри моделі.
Методики визначення параметрів поділяються на два види:
методики для ручного розрахунку параметрів моделі;
методики для автоматизованого розрахунку параметрів моделі.
Під час розроблення методик для ручного визначення параметрів моделей ОП необхідно враховувати такі вимоги та допущення:
необхідно визначити спосіб (способи) отримання початкових електричних параметрів ОП;
необхідно задавати послідовність та правила (формули) розрахунку параметрів моделі ОП;
необхідно задавати правила перегляду параметрів моделі при зміні окремих електричних параметрів ОП, які забезпечують незмінними інші параметри;
під час розрахунку параметрів допускається використання чисельних методів розрахунку (трансцендентних виражень, систем рівнянь І т.п.), якщо цей розрахунок забезпечено розробленим програмним забезпеченням;
допускається уточнення окремих параметрів моделі за допомогою багатоваріантного аналізу на програмі АСхП.
Під час розроблення методик для автоматизованого розрахунку параметрів моделей ОП необхідно враховувати такі вимоги та допущення;
необхідно визначити спосіб (способи) одержання початкових електричних параметрів ОП;
необхідно визначити алгоритми складання та рішення рівнянь відносно параметрів моделей;
допускається уточнення окремих параметрів моделей за допомогою оптимізаційних процедур програми АСхП;
якщо алгоритми розрахунку параметрів моделі вимагають діалогової взаємодії з користувачем, то необхідно приводити алгоритми перерахунку параметрів моделі під час зміни окремих електричних параметрів ОП, що забезпечують незмінність інших параметрів.sfftv Збэа—94 сл
