2.2 運放的SPICE模型

　　運算放大器具有范圍較寬的技術(shù)指標(biāo)及性能參數(shù)，它對光檢測電路的穩(wěn)定性和噪聲性能影響很少。其主要參數(shù)示于圖3的模型中，它包括一個噪聲源電壓、每個輸入端的寄生共模電容、輸入端之間的寄生電容及與頻率有關(guān)的開環(huán)增益。

　　輸入差分電容CDIFF和輸入共模電容CCM是直接影響電路穩(wěn)定性和噪聲性能的寄生電容。這些寄生電容在數(shù)據(jù)手冊中通常規(guī)定為典型值，基本不隨時間和溫度變化。

　　另一個涉及到輸入性能的是噪聲電壓，該參數(shù)可模擬為運放同相輸入端的噪聲源。此噪聲源為放大器產(chǎn)生的所有噪聲的等效值。利用此噪聲源可建立放大器的全部頻譜模型，包括1/f噪聲或閃爍噪聲以及寬帶噪聲。討論中假設(shè)采用CMOS輸入放大器，則輸入電流噪聲的影響可忽略不計。

　　圖3 非理想的運放模型

　　當(dāng)運行SPICE噪聲模擬程序時，必須使用一個獨立的交流電壓源或電流源。為了模擬放大器的輸入噪聲RTI，一個獨立的電壓源VIN應(yīng)加在放大器的同相輸入端。另外，電路中的反饋電阻保持較低值（100W ），以便在評估中不影響系統(tǒng)噪聲。

　　圖3模型中的最后一個技術(shù)指標(biāo)為在頻率范圍內(nèi)的開環(huán)增益AOL（jw ），典型情況下，在傳輸函數(shù)中該響應(yīng)特性至少有兩個極點，該特性用于確定電路的穩(wěn)定性。

　　在這個應(yīng)用電路中，對運放有影響而未模擬的另一個重要性能參數(shù)是輸入共模范圍和輸出擺幅范圍。一般而言，輸入共模范圍必須擴展到超過負(fù)電源幅值，而輸出擺幅必須盡可能地擺動到負(fù)電源幅值。大多數(shù)單電源CMOS放大器具有負(fù)電源電壓以下0.3V的共模范圍。由于同相輸入端接地，此類性能非常適合于本應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)放大器對地的負(fù)載電阻為小于RF /10時，則單電源放大器的輸出擺幅可最優(yōu)化。如果采用這種方法，最壞情況下放大器負(fù)載電阻的噪聲也僅為總噪聲的0.5%。

　　SPICE宏模型可以模擬也可以不模擬這些參數(shù)。一個放大器宏模型會具有適當(dāng)?shù)拈_環(huán)增益頻率響應(yīng)、輸入共模范圍和不那么理想的輸出擺幅范圍。表1中列出了本文使用的三個放大器宏模型的特性。

　　光電二極管和放大器的寄生元件對電路的影響可容易地用SPICE模擬加以說明。例如，在理想情況下，可以通過使用ISC的方波函數(shù)和觀察輸出響應(yīng)來進(jìn)行模擬。

　　2.3 反饋元件模型

　　本應(yīng)用中應(yīng)該考慮的第三個即最后一個變量是放大器的反饋系統(tǒng)。圖4示出一個反饋網(wǎng)絡(luò)模型。

　　在圖4中，分離的反饋電阻RF也有一個噪聲成分eRF和一個寄生電容CRF。

　　寄生電容CRF為電阻RF及與電路板/接線板相關(guān)的電容。此電容的典型值為0.5pF到1.0pF。

　　CF是反饋網(wǎng)絡(luò)模型中包含的第2個分離元件，用于穩(wěn)定電路。

　　圖4 圖1所示系統(tǒng)反饋電路的

　　寄生元件模型

　　表1 本文提到的運放宏模型特性

　　將三個子模型（光電二極管、運放和反饋網(wǎng)絡(luò)）組合起來可組成光檢測電路的系統(tǒng)模型。如圖5所示。