模型是通過數(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)計的技術(shù)——在這種情況下，其已被簡化到足以減少復(fù)雜性和仿真時間，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

在電力電子中，我們可以將MOSFET建模為簡單的壓控開關(guān)。在模擬電路中使用時，可以將處于飽和區(qū)域的相同MOSFET建模（小信號）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，我們可以簡單地將模型轉(zhuǎn)換為軟件。

需要宏模型開發(fā)

行為建模在IC開發(fā)的設(shè)計前和設(shè)計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題和所需的補(bǔ)救措施，因此是工程設(shè)計的重要組成部分。在設(shè)計過程開始之前就詳細(xì)描述行為，建模還有助于提高整體系統(tǒng)/設(shè)計性能。這有助于工程師在深入到設(shè)計過程之前修改和增強(qiáng)設(shè)計。

設(shè)計后模型開發(fā)更為普遍，并且通?？晒╇娐钒搴拖到y(tǒng)設(shè)計人員使用。在完成測試芯片的表征之后，制造商會發(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)還有一個障礙就是，設(shè)計人員可能沒有先進(jìn)的實驗室設(shè)置來充分測試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。

如果是客戶實驗室的原因，由于IP保護(hù)原因和仿真時間問題，不可能與客戶共享實際設(shè)計。開關(guān)模式電源轉(zhuǎn)換器的全芯片布局后仿真通常需要數(shù)周的時間才能對一個測試平臺（test bench）進(jìn)行完整的仿真。然而，可以開發(fā)出等效的宏模型，這樣就可以在幾分鐘內(nèi)完成仿真，而不會影響器件/IC的特性。

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

宏模型開發(fā)

宏建模涉及為IC或系統(tǒng)的一部分或全部開發(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。可以添加功能而使模型越來越逼真。目的仍然是復(fù)制系統(tǒng)的輸入/輸出特性。例如，開關(guān)模式電源（SMPS）中的運(yùn)算放大器用作誤差放大器，可以將其簡單地建模為具有高增益的壓控電壓源，隨后有一個低頻極點。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。如果某個關(guān)鍵參數(shù)（例如壓擺率）對系統(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間。在開發(fā)模擬宏模型的情況下，創(chuàng)建測試平臺以驗證針對芯片結(jié)果開發(fā)的模型，這項任務(wù)也同樣具有挑戰(zhàn)性。

可以為任何工程系統(tǒng)開發(fā)宏模型，以減少工作量、節(jié)省時間并保護(hù)設(shè)計知識產(chǎn)權(quán)（IP）。

行為和Spice宏模型開發(fā)

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

典型的開環(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;"/>

開關(guān)模式電源轉(zhuǎn)換器模型開發(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）實現(xiàn)或建模?？梢允褂肞Spice、TINA、Simplis、LT-Spice等工具開發(fā)這些模型。

SMPS Spice瞬態(tài)模型開發(fā)

SMPS瞬態(tài)模型開發(fā)包括對開關(guān)回路（包括電源開關(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)實現(xiàn)，例如軟啟動電路、因應(yīng)較慢模型的快速軟啟動電路、驅(qū)動器電路、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)動器和電源開關(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的這些個別模塊都應(yīng)建模到所需的程度，并分別進(jìn)行驗證。一旦完成了獨(dú)立模塊驗證，就完成了各個模型的系統(tǒng)級集成，并完成了系統(tǒng)級驗證，并可以通過粗調(diào)和精調(diào)來匹配平臺結(jié)果。

開發(fā)的宏模型針對測試平臺的平臺結(jié)果進(jìn)行了驗證，例如啟動、輸入瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)和負(fù)載瞬態(tài)行為。開發(fā)的宏模型還針對故障情況進(jìn)行了驗證，例如欠壓鎖定、電流限制，以及正在開發(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)行為模型開發(fā)

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

運(yùn)算放大器和跨導(dǎo)放大器模型開發(fā)

運(yùn)算放大器宏模型的開發(fā)包括復(fù)制運(yùn)算放大器的特性，例如輸出阻抗、開環(huán)增益（AOL）、共模抑制比（CMRR）、電源抑制比（PSRR）、爪型曲線（VOUT相對于IOUT的變化）、輸出失調(diào)電壓、壓擺率、響應(yīng)時間、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模型單元和累積運(yùn)算放大器模型形式針對平臺結(jié)果進(jìn)行了驗證。

帶隙參考模型開發(fā)

帶隙參考宏模型開發(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模型單元和累積BGR模型形式針對平臺結(jié)果進(jìn)行了驗證。

ADC模型開發(fā)

ADC模型開發(fā)包括引腳電流模型、瞬態(tài)仿真模型和時序圖模型開發(fā)。這些建模功能以單個模型單元和累積ADC模型形式針對平臺結(jié)果進(jìn)行了驗證。

其他宏模型

開發(fā)的其他宏模型包括電機(jī)驅(qū)動器、柵極驅(qū)動器、LED驅(qū)動器、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。功率開關(guān)（例如MOSFET等）的宏模型也已開發(fā)到一級到三級Spice模型。這些模型需要針對I/O緩沖器特性（包括電流電壓特性和電壓時間特性）進(jìn)行IBIS模型開發(fā)。

宏模型開發(fā)的優(yōu)勢包括：

?減少仿真時間；

?簡化集成電路；

?消除實驗室要求；

?減少設(shè)計周期時間；

?IP的保護(hù)。

模型開發(fā)是工程學(xué)的重要組成部分。模型開發(fā)的需求及其優(yōu)勢已進(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，可以減少評估板分發(fā)的成本，并且只需要對這些模型進(jìn)行少量修改，而無需重新設(shè)計PCB，就可以針對不同的測試平臺進(jìn)行測試。

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



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