VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV MIKROELEKTRONIKY MODELOVÁNÍ A POČÍTAČOVÉ SIMULACE DETEKTOR POKLESU NAPĚTÍ BATERIE S LT1078 SEMESTRÁLNÍ PROJEKT AUTOR PRÁCE Tomáš Trýska DATUM ODEVZDÁNÍ: 29. 4. 2010
1. Zadání a) Získejte z Internetu nebo jiným způsobem model SPlCE a katalogový list ( datasheet") přesného nízkopříkonového operačního zesilovače LT1078 fy Linear Technology. b) Součástku stručně popište - funkce, parametry, výčet možných aplikací c) S integrovaným obvodem sestavte obvod, který generuje řídící signály při poklesu napětí olověného akumulátoru pod hodnoty 10,9V a 10,05V, podle doporučeného zapojeni uvedeného v katalogovém listu popište co nejdetailněji funkci zapojení. d) Změřte závislosti výstupních napětí obou operačních zesilovačů na napětí baterie a vyneste je do grafů. Odečtěte překlápěcí úrovně a srovnejte s hodnotami z katalogového listu. e) Na základě statistické analýzy obvodu při uváženi Gaussova pravděpodohnostního rozložení hodnot odporů s tolerancemi z katalogového listu sestrojte histograrny obou přek1ápěcích úrovní a stanovte jejich střední hodnoty a směrodatné odchylky. f) Proveďte další experiment dle vlastního uvážení. g) Odevzdejte protokol s těmito údaji: hlavička se zadánim, s jménem autora a datem odevzdáni, charakteristika modelované součástky podle bodu b), SPICE model prvku spolu s údaji o způsobu jeho získání, schémata z kata1ogového listu s odkazem na tento list a popis testovaného zapojení podle rodu c), výpisy vstupních souborů SPlCE (připadně výstupy ze schématického editoru) pro dané simulace dle bodů d), e) f), doprovázené popisem simulaci sjejich výsledky (relevantní výpisy z výstupních souborů a výstupy z PROBE), slovní komentář k získaným výsledkům, přehled literatury a včech dalších použitých zdrojù informaci včetně internetové adresy, odkud byl stažen katalogový list a další údaje o součástce, výpis vlastní knihovny, v niž bude model integrovaného obvodu, případně modely dalších součástek, které jste pro Váš projekt použili.
2. Charakteristika modelované součástky dle bodu b) LT1078 je přesný nízkopříkonový zesilovač od firmy Linear Technology. Vyrábí se v osmipinovém SO pouzdře a jsou pro něj typické tyto vlastnosti: 50mA maximální výstupní proud 70mV maximální napěťový offset 250pA maximální proudový offset 0.6mV P-P, 0.1Hz - 10Hz napěťový šum 3pA P-P, 0.1Hz - 10Hz proudový šum 0.4mV/ C drift napěťového offsetu 200kHz vstupní šířka pásma 0.07V/ms rychlost přeběhu společné napájení obou OZ v pouzdře nepotřebuje srážecí rezistor Možné aplikace: bateriově a solárně napájené systémy přenosná zařízení zesilovač pro bezdrátové přijímače satelitní obvody filtry
3. Spice model a zdroj Model i datasheet jsem našel přímo na stránkách firmy Linear Technology. http://www.linear.com/pc/downloaddocument.do?navid=h0,c1,c1154,c1009,c1021,p1276,d11648 Následuje soubor modelu: * Version 2.0 Copyright Linear Technology Corp. 10/19/04. All rights reserved. *.SUBCKT LT1078 3 2 7 4 6 ;(+IN -IN V+ V- OUT) * INPUT RC1 4 80 26530 RC2 4 90 26530 Q1 80 102 10 QM1 Q2 90 103 11 QM2 RB1 2 102 600 RB2 3 103 600 DCM1 105 102 DM2 DCM2 105 103 DM2 VCMC 105 4 0.4 C1 80 90 8.66e-12 RE1 10 12 4958 RE2 11 12 4958 IEE 7 12 2.412e-6 RE 12 0 82920000 CE 12 0 1.579E-12 * INTERMEDIATE GCM 0 8 12 0 1.501E-10 GA 8 0 80 90 3.77e-5 R2 8 0 100000 C2 1 8 3e-11 GB 1 0 8 0 244.9 * OUTPUT RO1 1 110 100 RO2A 1 0 1083 RO2B 6 110 817 EC 17 0 110 0 1 D1 1 17 DM1 D2 17 1 DM1 D3 110 13 DM2 D4 14 110 DM2 D5 6 110 DM2 D6 110 6 DM2 VC 7 13 1.49 VE 14 4 0.7911 IP 7 4 4.259e-5 DSUB 4 7 DM2 * MODELS.MODEL QM1 PNP(IS=8e-16 BF=199.2).MODEL QM2 PNP(IS=8.012E-16 BF=200.8).MODEL DM1 D(IS=3.718E-24).MODEL DM2 D(IS=8e-16).ENDS LT1078
4. Schéma testovaného zapojení Datasheet jsem stáhl taktéž ze stránek firmy Linear Technology. http://cds.linear.com/docs/datasheet/10789fe.pdf Schéma vnitřního zapojení součástky: Schéma diagnostikovaného zapojení:
5, 6. Netlist, výstupy, popis Popis zapojení: Mnou diagnostikované zapojení slouží jako detektor poklesu napětí olověné baterie. Oba operační zesilovače zde slouží jako komparátory a na jejich výstupu je nízká úrověň při napětím nižším 10,9V, respektive 10,05V u druhého. Toho je docíleno použitím zenerovy diody připojené na invertující vstup, na níž je trvale napětí cca 1,2V. Odpory v první a druhé větvi nastavujeme překlápěcí úroveň. Toto zapojení najde široké uplatnění všude tam, kde používáme olověné 12V baterie, kdy spolu s dalším zapojením (které ale není součástí tohoto úkolu) je chrání před hlubokým vybitím. Následuje netlist: detektor poklesu napeti s LT1078 Vbat 1 0 DC 9V R1 1 2 2meg R2 1 3 2meg R3 1 4 910k R4 2 0 255k R5 3 0 280k Xzen 4 0 LT1004 Xoz1 2 4 1 0 LO LT1078 Xoz2 3 4 1 0 SD LT1078.subckt LT1004 1 2 Ezen 1 2 Table {temp} (-55, 1.232, -35, 1.233, -15, 1.234, + 5, 1.2345, 25, 1.235, 45, 1.235, 65, 1.234, 85, 1.2335, + 105, 1.2325, 125, 1.231).ends.lib.lib LT1078.lib.dc lin Vbat 9V 12V 0.001V.probe.end Graf průběhu napětí na výstupech:
Překlápěcí úrovně dle datasheetu jsou 10,05 a 10,9 V. Při měření s kurzory jsem se dostal k hodnotám 10,045 a 10,910. Myslím, že přesnost je dostatečná. V bodu e) mám za úkol vytvořit histogramy překlápěcích úrovní. 1) histogram a překlápěcí úroveň Low Battery 2) histogram a překlápěcí úroveň System Shutdown Vždy v horní půlce obrázku je vidět rozložení histogramu a v dolní vlastní rozložení překlápěcích úrovní. U LO =10,9235 LO =0,1297 U SD =10,0684 SD =0,1368
V bodě f) jsem měl za úkol vytvořit vlastní simulaci. Rozhodl jsem se pro zkoušku zátěží. Chtěl jsem ověřit, zda-li zátěž nějak ovlivní rozhodovací úroveň. Odpor jsem krokoval v rozmezí 1 Ω 1 MΩ po desetinásobcích. Z následujícího grafu vyplývá, že tento odpor na rozhodovací úroveň nemá vliv. Pokud je odpor příliš malý, aktivuje se proudová ochrana na výstupu a sníží se výstupní napětí. 7. Použitá literatura a zdroje PSPice model: katalogový list: DC analýza: Monte Carlo: http://www.linear.com/pc/downloaddocument.do? navid=h0,c1,c1154,c1009,c1021,p1276,d11648 http://cds.linear.com/docs/datasheet/10789fe.pdf http://user.unob.cz/biolek/vyukavut/prednasky/bmps/pro_studenty5.pdf nastudováno stylem pokus - omyl podle OrCAD Capture Simulace provedena v OrCAD PSpice 10.0.