在过去几年中，Spice模式毫无疑问的在市场上被广泛采用。一方面是由于IC制造商努力的向客户提供精确的模式，另一方面则是系统设计工程师也逐渐要求采用更加精确的模式，在这过程当中，无形地促进了Spice巨集模式(macro model)的创新发展。
许多IC公司都自认为拥有最佳或具革命性新特性的模式产品，但他们往往未能向使用者提供用于验证其巨集模式精确度的测试电路。而最常用的模式，应该是运算放大器巨集模式。精确的运算放大器巨集模式非常有用，但对于一般使用者而言，这种模式会带来严重的问题。
大多数系统设计工程师在将运算放大器巨集模式实作到综合性电路之前，都会对其进行测试。但不幸的是，面对错误的模拟结果，系统设计师会直接向IC制造商的应用工程师抱怨，指称其开发模式毫无用处、一文不值。而当应用工程师试图了解问题模式运作的具体情况时，得到的回答却是「哦，在采用贵公司竞争对手提供的另一种模式时，电路就能得出正确的结果。」
事实上，每一种模式都不尽相同，有的可能不支持某个特定设置。因此笔者认为，最好的办法并不是弄清楚各个运算放大器巨集模式存在的缺陷，而是提供一套能够支持任何运算放大器巨集模式的电路，也就是提供出一套适用于向各种运算放大器巨集模式的全能测试电路。
究竟需要测试哪些参数？
巨集模式的区别主要在于其测试参数的复杂程度。它与规格书很相似，该模式应该模拟运算放大器认为适合与相关的应用参数。像是对于轨到轨输出运算放大器，工程师需要测试并验证输出饱和电压与负载电流的关系。同样的，低杂讯放大器，其模式至少必须可模拟出电压杂讯。
排除这些区别之后，各种放大器巨集模型可能会具有一些相同的参数；这些值得关注的参数一般都是模拟的启始参考。
开回路增益和相位容限
系统设计师在评估其放大器巨集模式的性能时，一般会先测试其开回路增益 (open loop gain) 与频率的关系。这个测试非常重要，因为设计师可以利用一个简单的小电路，了解模式的DC增益、-3dB频率、交叉频率（如果是电压回授放大器，则为增益频宽积）和相位容限(phase margin )。
图1所示为测试电路。 RC网路确保输出的偏压在适当的DC电压。在较高频率下，电容会将反相输入短路接地，使运算放大器处于开回路形态。这个电路采用了一个较大的电容，以尽快降低频率（2πRC），因此既使被测出运算放大器的主极点频率极低，工程师也可以模拟并实现平稳的变化，下降速率为20dB/十倍频程。
在测试开回路增益和相位时，工程师选择的频率范围应当高于放大器的单位增益频宽。
在使用轨到轨输出模式时，用户必须向测试电路施加规格书中规定的负载，否则模拟结果可能发生错误，尤其是DC增益（AOL=gmRL）部份。
变动率︰
这是一个放大器速度参数，所有模式都应当能够模拟这个参数。变动率等于定电流与补偿电容的比值。
根据所用的巨集模式，工程师可决定变动率的电容应置于输入端或一个单独的网路中。
由于已经知道Idt=Cdv的关系，因此可直接利用图2所示电路，根据输出值，计算出变动率。工程师只需写入命令，在探针萤幕上显示的输出电压值之前，键入字母「d」。
在执行变动率模拟时，请确保将模式设置为暂态 (transient)，让输入讯号具备足够快的上升时间和下降时间（边缘），不会对变动率造成限制。同时工程师必须根据运算放大器的速率，选择相应的输入讯号频率。输入讯号频率过高会导致收敛问题。
CMRR和PSRR︰
虽然有部份模式无法模拟这两个参数，但是这两个参数却是同样重要的。通常，CMRR（共模抑制比）和PSRR（电源抑制比）模拟电路是由一个简单的RC网路、一个电阻分压器和一个电压控制电源构成，工程师可以在模式中轻松实施这两个参数。
由于调变的存在，在非反相配置中， CMRR变得尤其重要；此外如果应用的电源容易受到干扰，那么，PSRR就非常重要。
工程师可借助图3和图4所示测试电路模拟这两个参数。如果正确地模拟了这两个参数，极点和零点位置就应当与数据表中的曲线图一致。
请注意，只要在电压探棒之前写入一个负符号，即可反转图表萤幕上的CMRR值或PSRR值。
输出阻抗︰
通常规格书中不会包含这个参数，但是有时必须测试这个参数。
如果正确的实现了模拟结果，工程师可以透过输出阻抗，更加精确地计算出放大器在驱动电容性负载时的稳定时间。
设计旨在实现稳定性的补偿方案时，也需要根据输出阻抗，计算出适当的元件值。
工程师可在频域内，以这个测试电路，使用3种不同的增益值，模拟出对应的输出阻抗。输出电压与1A电源电流的比值即为输出阻抗。
图3A显示，LMV791的输出阻抗约为100Ω。
| 《图十 输出阻抗测试电路，增益分别为1、10和100》 |
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电压和电流杂讯︰
在放大器巨集模式设计改进方面，电压和电流杂讯的改善较为显著。在现有的一些模式中，工程师可利用其闪烁杂讯组件模拟电压杂讯，精确地模拟电流杂讯。在巨集模式中实现杂讯模拟并不需要消耗太多的运算能力或时间，这个任务的困难点在于工程师必须采用正确的方程式，才能使电压杂讯密度曲线具备类似于规格书曲线图的1 /f转角。利用二重对数尺度上的电压输出器（电源电压为0伏特）输出值，用户可以轻松测试电压杂讯密度。用户还可以利用这个电路，在非反相输入端串联一个100kΩ的电阻，模拟电流杂讯密度。请务必将探针窗口中显示的测得结果除以100E3，或者使用者选用的其他电阻值。
选用的电阻值越高，产生的电流杂讯越显著，相比之下，电压杂讯和热杂讯变得微不足道。
请确定在Pspice的分析设置窗口中指定输出电压。在图5A所示例子中详述了输出电压为V（伏特），输入电压为Vin，并核对「启用杂讯」选框。
输入偏置电流和输入偏移电压︰
这两个参数大概是最容易模拟的参数。输入偏移电压可以轻松实现为输入端的电压控制电源，规格书表中规定了其电压值。
总而言之，工程师们甚至可以利用前面介绍的任何电路，来测试Vos和IB。工程师只要启用Pspice中主动式的电压探针和电流探针，就可以得到图7所示电路。其中，输入偏置电流为1.5pA，输入偏移电压为1.48mV。
请注意,电源电流为1.15v @ ±2.5V。
这个参数有时也被称为下降电压差。在轨到轨输出模式中，这个参数尤为重要，因为它表明了输出随负载电流的变化而变化，特别是在负载较高或者需要支持动态范围的情况下，有助于用户选择适当的运算放大器。
这个测试电路采用了一个简单的直流扫描分析，利用2个数值相等正负相反的输入电压，复制负载电流的来源和汲取。
电源电流与电源电压︰
利用下面这个测试电路，工程师可以扫描电源电流，检测放大器在不同的电源电压下，将消耗多少电流。对于功耗比较敏感型的应用，这个测试尤其重要。
工程师可以在模式中轻松实现电源电流曲线斜率。
过流和暂态反应︰
这个测试电路有2个用途︰测试暂态反应（不论是小讯号还是大讯号）和过流。
过流参数表明了放大器在驱动电容性负载时的振荡情况。过流在时域上是一个稳定性的量测参数，等于频域内的峰值。
有些巨集模式借助额外的被动元件来精确模拟过流，但一般而言，只要相位容限是精确的，模拟的过流就应当十分接近精确值。
工程师还可以利用这个测试电路，检测暂态反应。在测试暂态反应时，无需使用100pF电容；不过有些规格书可能要求在测量小讯号暂态反应时，将一个较小的电容用作负载。如果是这种情况，请使用规格书中规定的电容。
共模电压范围（CMVR）︰
这个参数表明了输入讯号电压的范围，以及该输入讯号电压与电源电压之间的差距。
图11A所示的第一个测试电路采用了一个电压控制电源。在使用图12A所示的第二个测试电路时，所采用的电压范围为-2.5至2.5V。
相位逆向︰
有些放大器，当输入讯号电压超出输入共模电压范围时，就会发生相位逆向的情形。在发生这种情况时，输出讯号的极性将发生变化，可能损害运算放大器，导致系统自锁。
这个测试电路是一个简单的电压输出器，具备6V正弦波输入。图13B所示输出波形表明，和运算放大器一样，巨集模式未发生相位逆向，输入讯号电压钳制在±2.5V之内。
结论︰
采用了前面介绍的这些测试电路，并不表示无需对器件执行标准测试。确切地说，这些测试电路的用途仅仅是帮助工程师们灵活、迅速地评估巨集模式的精确度而已。
（作者为美国国家半导体公司放大器市场行销经理）
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