模型是通過(guò)數(shù)學(xué)方程式、等效電路、圖表、圖形或表格以及模型有效區(qū)域的推理、假設(shè)、近似和邊界條件而對(duì)器件或系統(tǒng)特性進(jìn)行的表示。行為建模也可以定義成一種近似設(shè)計(jì)的技術(shù)——在這種情況下，其已被簡(jiǎn)化到足以減少?gòu)?fù)雜性和仿真時(shí)間，但仍然能保持系統(tǒng)輸入輸出特性的完整性。

模型可以幫助我們理解系統(tǒng)，不僅可節(jié)省理解系統(tǒng)的時(shí)間和精力，而且還可提供相關(guān)信息，從而去除只有該器件/系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)人員才需要擔(dān)心的多余部分。圖1顯示了幾種典型MOSFET模型。

MOSFET根據(jù)使用方式的不同，可以有幾種型號(hào)

在電力電子中，我們可以將MOSFET建模為簡(jiǎn)單的壓控開(kāi)關(guān)。在模擬電路中使用時(shí)，可以將處于飽和區(qū)域的相同MOSFET建模（小信號(hào)）為壓控電流源。這些模型均未定義MOSFET。但是，它們可以準(zhǔn)確地描述MOSFET在這些應(yīng)用中的行為。

模擬電路和系統(tǒng)對(duì)行為建模提出了重大挑戰(zhàn)。在數(shù)字系統(tǒng)中，我們可以簡(jiǎn)單地將模型轉(zhuǎn)換為軟件。

需要宏模型開(kāi)發(fā)

行為建模在IC開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)前和設(shè)計(jì)后步驟中都占有一席之地。行為建模由于可以幫助工程師理解問(wèn)題和所需的補(bǔ)救措施，因此是工程設(shè)計(jì)的重要組成部分。在設(shè)計(jì)過(guò)程開(kāi)始之前就詳細(xì)描述行為，建模還有助于提高整體系統(tǒng)/設(shè)計(jì)性能。這有助于工程師在深入到設(shè)計(jì)過(guò)程之前修改和增強(qiáng)設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)后模型開(kāi)發(fā)更為普遍，并且通常可供電路板和系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員使用。在完成測(cè)試芯片的表征之后，制造商會(huì)發(fā)布仿真模型。這在許多方面都有幫助。IC制造商很難將PCB樣品分發(fā)給每個(gè)潛在客戶，并且成本也高。但是，模型是一些加密軟件/仿真器可讀文件，這樣IC制造商就可以輕松分發(fā)。

PCB樣品分發(fā)還有一個(gè)障礙就是，設(shè)計(jì)人員可能沒(méi)有先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)置來(lái)充分測(cè)試PCB。這也可能造成客戶流失，而共享加密模型的方法卻可以輕松解決。

如果是客戶實(shí)驗(yàn)室的原因，由于IP保護(hù)原因和仿真時(shí)間問(wèn)題，不可能與客戶共享實(shí)際設(shè)計(jì)。開(kāi)關(guān)模式電源轉(zhuǎn)換器的全芯片布局后仿真通常需要數(shù)周的時(shí)間才能對(duì)一個(gè)測(cè)試平臺(tái)（test bench）進(jìn)行完整的仿真。然而，可以開(kāi)發(fā)出等效的宏模型，這樣就可以在幾分鐘內(nèi)完成仿真，而不會(huì)影響器件/IC的特性。

在宏建模的情況下，可以單獨(dú)開(kāi)發(fā)每個(gè)要建模的IC功能，并在最后將它們集成在一起。因此，在IC模型中，建模的每個(gè)參數(shù)都可以獨(dú)立于模型的其余部分執(zhí)行，但是在實(shí)際的IC中情況并非如此。

宏模型開(kāi)發(fā)

宏建模涉及為IC或系統(tǒng)的一部分或全部開(kāi)發(fā)模型。這是一種忽略部分系統(tǒng)/IC行為的技術(shù)，需要記住預(yù)期和需要建模怎樣的最終結(jié)果?？梢蕴砑庸δ芏鼓Ｐ驮絹?lái)越逼真。目的仍然是復(fù)制系統(tǒng)的輸入/輸出特性。例如，開(kāi)關(guān)模式電源（SMPS）中的運(yùn)算放大器用作誤差放大器，可以將其簡(jiǎn)單地建模為具有高增益的壓控電壓源，隨后有一個(gè)低頻極點(diǎn)。輸出失調(diào)、共模抑制比（CMRR）、電源抑制比（PSRR）和壓擺率等參數(shù)的重要性不高，可以忽略。如果某個(gè)關(guān)鍵參數(shù)（例如壓擺率）對(duì)系統(tǒng)性能有影響，則僅需添加該參數(shù)。這種選擇性的功能建模還有助于減少仿真時(shí)間。在開(kāi)發(fā)模擬宏模型的情況下，創(chuàng)建測(cè)試平臺(tái)以驗(yàn)證針對(duì)芯片結(jié)果開(kāi)發(fā)的模型，這項(xiàng)任務(wù)也同樣具有挑戰(zhàn)性。

可以為任何工程系統(tǒng)開(kāi)發(fā)宏模型，以減少工作量、節(jié)省時(shí)間并保護(hù)設(shè)計(jì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）。

行為和Spice宏模型開(kāi)發(fā)

圖2顯示了典型的開(kāi)環(huán)DC-DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)洹?

典型的開(kāi)環(huán)DC-DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)?br style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;"/>

開(kāi)關(guān)模式電源轉(zhuǎn)換器模型開(kāi)發(fā)包括DC/DC和AC/DC轉(zhuǎn)換器同步和異步拓?fù)?，例如降壓、升壓、升降壓、反向升降壓、反向降壓、Cuk、Sepic、反激、Fly buck、半橋、全橋、推挽式轉(zhuǎn)換器、PFC（功率因數(shù)校正）升壓和LLC（電感、電感、電容器）等等。這些拓?fù)涠家呀?jīng)用線性和非線性閉環(huán)控制方案（例如電壓模式控制、峰值/谷值/平均電流模式控制、滯回模式等）實(shí)現(xiàn)或建模?？梢允褂肞Spice、TINA、Simplis、LT-Spice等工具開(kāi)發(fā)這些模型。

SMPS Spice瞬態(tài)模型開(kāi)發(fā)

SMPS瞬態(tài)模型開(kāi)發(fā)包括對(duì)開(kāi)關(guān)回路（包括電源開(kāi)關(guān)、誤差放大器、補(bǔ)償電路、比較器、鎖存器、振蕩器、斜率補(bǔ)償和其他關(guān)鍵特性）開(kāi)發(fā)精確的Spice模型。除工作回路外，還有其他重要功能也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，例如軟啟動(dòng)電路、因應(yīng)較慢模型的快速軟啟動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)器電路、峰值和谷值電感器電流限制、欠壓鎖定、打嗝，以及外部控制的功能，例如強(qiáng)制連續(xù)傳導(dǎo)、頻率折返以及許多其他功能。

任何典型的DC/DC轉(zhuǎn)換器都會(huì)具有基本模塊，例如誤差放大器（運(yùn)放或跨導(dǎo)放大器）、帶隙基準(zhǔn)、振蕩器、比較器、驅(qū)動(dòng)器和電源開(kāi)關(guān)以及保護(hù)電路，例如電流限制、欠壓鎖定（UVLO）和短路保護(hù)等。SMPS的這些個(gè)別模塊都應(yīng)建模到所需的程度，并分別進(jìn)行驗(yàn)證。一旦完成了獨(dú)立模塊驗(yàn)證，就完成了各個(gè)模型的系統(tǒng)級(jí)集成，并完成了系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證，并可以通過(guò)粗調(diào)和精調(diào)來(lái)匹配平臺(tái)結(jié)果。

開(kāi)發(fā)的宏模型針對(duì)測(cè)試平臺(tái)的平臺(tái)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，例如啟動(dòng)、輸入瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)和負(fù)載瞬態(tài)行為。開(kāi)發(fā)的宏模型還針對(duì)故障情況進(jìn)行了驗(yàn)證，例如欠壓鎖定、電流限制，以及正在開(kāi)發(fā)的集成電路模型所特有的任何其他故障原因。

SMPS穩(wěn)態(tài)行為模型開(kāi)發(fā)

電源應(yīng)用設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)建模的另一個(gè)重要方面是開(kāi)關(guān)模式電源轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)態(tài)行為模型開(kāi)發(fā)。這包括開(kāi)關(guān)頻率模型、效率模型，以及穩(wěn)定性模型（傳遞函數(shù)）的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證等方面。這些模型通常以Excel格式與上述模型一起開(kāi)發(fā)成設(shè)計(jì)計(jì)算器的一部分，用于物料清單（BOM）生成。

運(yùn)算放大器和跨導(dǎo)放大器模型開(kāi)發(fā)

運(yùn)算放大器宏模型的開(kāi)發(fā)包括復(fù)制運(yùn)算放大器的特性，例如輸出阻抗、開(kāi)環(huán)增益（AOL）、共模抑制比（CMRR）、電源抑制比（PSRR）、爪型曲線（VOUT相對(duì)于IOUT的變化）、輸出失調(diào)電壓、壓擺率、響應(yīng)時(shí)間、輸入和輸出噪聲、靜電放電（ESD）、限流等功能。這些建模功能以單個(gè)模型單元和累積運(yùn)算放大器模型形式針對(duì)平臺(tái)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。

帶隙參考模型開(kāi)發(fā)

帶隙參考宏模型開(kāi)發(fā)包括復(fù)制BGR（帶隙參考）特性，例如PSRR、線路瞬變、負(fù)載瞬變、壓降、線路調(diào)節(jié)、負(fù)載調(diào)節(jié)、靜態(tài)電流、輸出阻抗、電流限制、輸出電壓噪聲和輸入階躍響應(yīng)。這些建模功能以單個(gè)模型單元和累積BGR模型形式針對(duì)平臺(tái)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。

ADC模型開(kāi)發(fā)

ADC模型開(kāi)發(fā)包括引腳電流模型、瞬態(tài)仿真模型和時(shí)序圖模型開(kāi)發(fā)。這些建模功能以單個(gè)模型單元和累積ADC模型形式針對(duì)平臺(tái)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。

其他宏模型

開(kāi)發(fā)的其他宏模型包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、柵極驅(qū)動(dòng)器、LED驅(qū)動(dòng)器、LDO和其他電子集成電路，它們具有自己的獨(dú)特功能和特性，可以滿足器件功能的期望。功率開(kāi)關(guān)（例如MOSFET等）的宏模型也已開(kāi)發(fā)到一級(jí)到三級(jí)Spice模型。這些模型需要針對(duì)I/O緩沖器特性（包括電流電壓特性和電壓時(shí)間特性）進(jìn)行IBIS模型開(kāi)發(fā)。

宏模型開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢(shì)包括：

?減少仿真時(shí)間；

?簡(jiǎn)化集成電路；

?消除實(shí)驗(yàn)室要求；

?減少設(shè)計(jì)周期時(shí)間；

?IP的保護(hù)。

模型開(kāi)發(fā)是工程學(xué)的重要組成部分。模型開(kāi)發(fā)的需求及其優(yōu)勢(shì)已進(jìn)行了詳細(xì)討論，行為模型的類型及其重要性也已進(jìn)行了討論。

Spice模型是生產(chǎn)發(fā)布（RTM）標(biāo)準(zhǔn)的一部分，可以減少評(píng)估板分發(fā)的成本，并且只需要對(duì)這些模型進(jìn)行少量修改，而無(wú)需重新設(shè)計(jì)PCB，就可以針對(duì)不同的測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試。

常見(jiàn)的EL2480 四路電流型運(yùn)放的宏模式(Marco Mode)



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