2.2 運放的SPICE模型

　　運算放大器具有范圍較寬的技術指標及性能參數，它對光檢測電路的穩定性和噪聲性能影響很少。其主要參數示于圖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的開環增益。

　　輸入差分電容CDIFF和輸入共模電容CCM是直接影響電路穩定性和噪聲性能的寄生電容。這些寄生電容在數據手冊中通常規定為典型值，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，該參數可模擬為運放同相輸入端的噪聲源。此噪聲源為放大器產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噪聲。

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

　　在這個應用電路中，對運放有影響而未模擬的另一個重要性能參數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電源幅值，而輸出擺幅必須盡可能地擺動到負電源幅值。大多數單電源CMOS放大器具有負電源電壓以下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用領域。當放大器對地的負載電阻為小于RF /10時，則單電源放大器的輸出擺幅可最優化。如果采用這種方法，最壞情況下放大器負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。一個放大器宏模型會具有適當的開環增益頻率響應、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的方波函數和觀察輸出響應來進行模擬。

　　2.3 反饋元件模型

　　本應用中應該考慮的第三個即最后一個變量是放大器的反饋系統。圖4示出一個反饋網絡模型。

　　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/接線板相關的電容。此電容的典型值為0.5pF到1.0pF。

　　CF是反饋網絡模型中包含的第2個分離元件，用于穩定電路。

　　圖4 圖1所示系統反饋電路的

　　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、運放和反饋網絡）組合起來可組成光檢測電路的系統模型。如圖5所示。