工程师们几十年来一直在努力理解神秘的共模电压 (VCM) 与输出电压 (VOUT) 比较图。尽管 VCM 与VOUT 形状经常会因器件及设置配置的不同而不同,但最常见的形状则如图 1 所示。
随着 VCM 接近电源电压,内部的输入/输出限制会限制器件的 VOUT 范围。因此,所应用 VCM 的输出摆幅通常取决于内部运算放大器拓扑、电源电压、增益以及参考电压。
图1. INA114 的共模电压与输出电压范围比较
图1中产品说明书图表的测试条件是 VS = ±15V,EF = 0V。
很多应用都需要不同的工作条件,因此需要定制的 VCM 与VOUT 比较图。精确的 SCE 模型和NA-TITM 测试电路可生成这些图表,获得更进一步的了解。
图2是一个 TINA-TI 测试电路,可生成 INA114 的VCM 与VOUT 比较图。您可在这里下载仿真文件。如果您还没有安装 TINA-TI 软件,可在这里安装。
图2. 用于生成 VCM 与VOUT 比较图的 TINA-TI 测试电路
“CM”源可生成一个 1Hz 共模信号,峰至峰幅度等于两个电源的整个范围。
“DM”源和两个非独立源 VCVS1 与VCVS2 可生成由该器件放大的差分输入信号。我将“DM”幅值设定为 600mVpp,以防止输入明显超过电源电压。
为测试该器件的输出极限,我通过将 R1 设定为 1.02kΩ,选择 50V/V 的增益。通过 1 秒瞬态分析得出了图 3 中的图表。
图3. VCM 与VOUT 的瞬态分析
注意,随着 VCM 接近电源电压,VOUT 将接近零。为了使瞬态分析看起来更像产品说明书曲线,我使用后处理器的 XY 绘图特性绘制出了输出电压 (X) 与共模电压 (Y) 的比较图。图4中的图表表明:在这些测试条件下,仿真图表与 INA114 产品说明书曲线关系密切。
图4. INA114 的TINA-TI 仿真图表(左)与产品说明书图表(右)
通过使用或修改该 TINA-TI 测试平台,不仅可快速评估 SPICE 模型 VCM 与VOUT 特性比较的准确性,而且还可仿真改变工作条件的效果,如图 5 所示。
图5. VREF = 7.5V 时,VCM 与VOUT 的仿真比较图
因此,下次您对感到困惑时,请务必