基于Pspice的放大器環(huán)路的穩(wěn)定性分析

　　對(duì)于一個(gè)富有經(jīng)驗(yàn)的用戶來(lái)說(shuō)，當(dāng)一個(gè)具有較大反饋電阻RF的系統(tǒng)不穩(wěn)定時(shí)，意味著RF“尋找”運(yùn)算放大器反向輸入端的寄生電容，是產(chǎn)生振鈴和過(guò)沖的原因。在環(huán)路中，這種現(xiàn)象可稱(chēng)為“過(guò)相移”。反向輸入寄生電容由光電二極管電容和LMH6629輸入電容組成。LMH6629的更高帶寬令問(wèn)題進(jìn)一步惡化——總輸入電容的降低將足以引起過(guò)相移。對(duì)于這種情況，最有效的補(bǔ)救方法是在RF兩端并聯(lián)一個(gè)合適的電容(CF)。

　　為找出導(dǎo)致這一現(xiàn)象中低相位裕度的原因，除了全面的筆頭分析，設(shè)計(jì)人員只能反復(fù)試驗(yàn)，通過(guò)選擇合適的補(bǔ)償元件來(lái)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一個(gè)更嚴(yán)密的辦法就是通過(guò)仿真來(lái)獲取對(duì)各種頻率下環(huán)路特性的更深入了解。這種辦法比起筆頭分析法要快得多，既不需要復(fù)雜的運(yùn)算，也不會(huì)帶來(lái)計(jì)算錯(cuò)誤的可能。設(shè)計(jì)人員要做的是在開(kāi)環(huán)情況下觀察電路，以便了解環(huán)路增益(LG)的幅度和相位情況。仿真操作為用戶提供了能進(jìn)行高效分析的各種理想元件，從而使得上述分析成為可能。

　　在圖4的仿真電路中，環(huán)路已在AC(與相位裕度有關(guān))處斷開(kāi)，同時(shí)保留DC閉環(huán)，以建立合適的操作點(diǎn)。在輸出處用一個(gè)大串聯(lián)電感(L1)和一個(gè)大并聯(lián)電容(C1)即可完成仿真。

　　圖4：為了進(jìn)行仿真，插入大“L”和“C”以斷開(kāi)AC環(huán)路。

　　驅(qū)動(dòng)大電容(V_Drive)的交流電源可以設(shè)定為1V，在器件輸出端，仿真響應(yīng)如圖5中的LG函數(shù)所示。圖5中的0o低相位裕度印證了圖3中過(guò)高的閉環(huán)頻率響應(yīng)峰值。為確保電路的穩(wěn)定性，對(duì)應(yīng)的品質(zhì)因數(shù)即相位裕度應(yīng)大于45o。

　　圖5：開(kāi)環(huán)曲線表明相位裕度不足。

　　請(qǐng)注意：在頻率響應(yīng)仿真開(kāi)始之前，請(qǐng)確保將輸入電流源(取代光電二極管)設(shè)定為“AC 0”;顯示結(jié)果需將CF設(shè)為0pF;圖5中幅度用實(shí)線表示，相位角用虛線表示;當(dāng)相位裕度為0dB時(shí)，相位裕度對(duì)應(yīng)LG函數(shù)的相位角。

　　如圖6所示，為找到合適的補(bǔ)償電容值來(lái)改善相位裕度，我們可以將針對(duì)不同的CF值(圖4電路)的噪聲增益曲線和LMH6629開(kāi)環(huán)增益曲線放在一起。噪聲增益為V(Drive)/V(In_Neg)。請(qǐng)注意LG的仿真低頻值要大于0dB，因?yàn)長(zhǎng)MH6629的宏模型還包括了其差分輸入電阻。