运算放大器稳定性系列之电容性负载的稳定性——具有双通道反馈的RISO(第四部分)

技术分类: 模拟设计  | 2008-02-13
作者:德州仪器 (TI) 线性应用工程经理 Tim Green

  如果推算的 FB#1 和 FB#2 叠加结果会产生所需的最终 1/b曲线,那么我们将通过如图10.60 所示的Tina SPICE 电路开展分析工作。同时,我们还可通过 Tina SPICE 电路,绘制出 Aol 曲线、最终的 1/b曲线以及环路增益曲线。

最终环路增益分析电路:CMOS RRO

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图 10.60 最终环路增益分析电路:CMOS RRO

  从图 10.61 中,我们可以看出,分析结果验证了我们所推算的最终 1/b曲线。在环路增益为零的fcl 处,推算的接近速率为 20dB/decade。

最终的 1/b曲线:CMOS RRO

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图 10.61 最终的 1/b曲线:CMOS RRO

  最终电路的环路增益相位曲线(采用 FB#1 和 FB#2)如图 10.62 所示。相移从未下降至 66.54 度以下(出现在频率为 146.43kHz 的地方),因为,在 fcl 处(频率为 172.64kHz),相位裕度为 87.79 度。

最终环路增益分析:CMOS RRO

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图 10.62 最终环路增益分析:CMOS RRO

  我们将采用图 10.63 中的 Tina SPICE 电路对我们的稳定电路进行最后的检验——瞬态稳定性测试。

最终瞬态稳定性测试电路:CMOS RRO

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图 10.63 最终瞬态稳定性测试电路:CMOS RRO

  图 10.64 中最终电路瞬态稳定性的测试结果符合我们其他所有的推算结果,从而研制出一款性能优良、运行

稳定的电路。而且,我们可以信心十足的将这种电路投入量产,因为它不会发生故障或在实际运行中出现异常。

最终瞬态稳定性测试电路:CMOS RRO

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图 10.64 最终瞬态稳定性测试电路:CMOS RRO

  通过图 10.65 中的 Tina SPICE 电路,可验证我们对 Vout/Vin 的推算是否正确。

最终 Vout/Vin 传输函数电路:CMOS RRO

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图 10.65 最终 Vout/Vin 传输函数电路:CMOS RRO

  从图 10.66 中,我们可以看出,Vout/Vin 的测试结果与我们推算的一阶分析结果一致,具体表现为:当频率为 253.88Hz 时,单极点开始下降。而且,当频率约为 167kHz(此时,FB#2 与 OPA734 Aol 曲线相交)时,出现第二个极点。

最终 Vout/Vin 传输函数:CMOS RRO

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图 10.66 最终 Vout/Vin 传输函数:CMOS RRO

  图 10.67 总结了一种易于使用的渐进式程序。这种程序轻松地将具有双通道反馈的 RISO 电容性负载稳定性技术应用于 CMOS RRO 输出运算放大器上。

  1)测量运算放大器的 Aol

  2)测量运算放大器的 Zo,并在图上绘制出其曲线

  3)确定 CO 和 RO

  4)创建 Zo 的外部模型

  5)计算 FB#1 低频 1/b(由 CO 和 CL 导致)

  6)将 FB#2 高频 1/b 设置为比 FB#1 低频 1/b 高 +10dB(为获得最佳的 Vout/Vin 瞬态响应和实现环路增益带宽内相移量最少)

  7)从 FB#2 高频 1/b 中选择 Riso 以及 RO

  8)从 CO、CL、Riso 和 RO 中,计算 FB#1 1/b fzx

  9)设置 FB#2 1/b fza = 1/10 fzx

  10)选择具有实际值的 RF 和 CF,以产生 fza

  11)采用 Aol、1/b、环路增益、Vout/Vin 以及瞬态分析的最终值,运行仿真以验证设计的可行性。

  12)核实环路增益相移的下降不得超过 135 度(>45 度相位裕度)

  13)针对低噪声应用:检查 Vout/Vin 扁平响应,以避免增益骤增àVout/Vi 中的噪声陡升

具有双通道反馈的  RISO 补偿程序:CMOS RRO

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图 10.67 具有双通道反馈的  RISO 补偿程序:CMOS RRO

  作者简介

  Tim Green 现任美国亚利桑那州图森市 TI 线性应用工程经理。他担任模拟与混合信号电路板/系统级设计工程师长达 24 年之久,其中包括:无刷马达控制、飞机喷气式发动机、导弹系统、功率运算放大器、数据采集系统以及 CCD 相机。Tim 最近的工作经验包括模拟与混合信号半导体战略营销。Tim 毕业于亚利桑那大学 (University of Arizona),获电子工程理学士学位。如欲联系作者,请发送邮件至 green_tim@ti.com

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