运放稳定性环路稳定性基础.pdfVIP

圳微控设计网www.M 运放稳定性（1）：环路稳定性基础 作者：Tim Green ，TI 公司Burr-Brown 产品战略发展经理 1.0 引言 本系列所采用的所有技术都将 以实例来定义，而不管它在其他应用中能否用普通公式来表达。为便于进行稳定 性分析，我们在工具箱中使用了多种工具，包括数据资料信息、技巧、经验、SPICE 仿真以及真实世界测试等， 都将用来加快我们的稳定运放 路设计。尽管很多技术都适用于电压反馈 放，但上述这些工具尤其适用于统一 增益带宽小于20MHz 的 压反馈 放。选择增益带宽小于20MHz 的原因是，随着运放带宽的增加， 路中的 其他一些主要因素会形成回路，如印制板 (PCB) 上的寄生电容、电容中的寄生电感以及电阻中的寄生 容与 感等。我们下面介绍的大多数经验与技术并非仅仅是理论上的，而且是从利用增益带宽小于20MHz 的运放、实 际设计并构建真实世界 路中得来的。 本系列的第1 部分回顾了进行稳定性分析所需的一些基本知识，并定义了将在整个系列中使用的一些术语。 数据资料信息、技巧、经验、Tina SPICE 仿真、测试； 目的：学习如何用数据资料信息、技巧、经验法则、Tina SPICE 仿真及测试来更容易地分析和设计运放，以 确保环路稳定性； 注：用于统一增益带宽小于20MHz 的 压反馈 放的技巧与经验法则。 1.1 波特图 （曲线）基础 幅度曲线的频率响应是 压增益改变与频率改变的关系。这种关系可用波特图上一条以分贝 (dB) 来表示的电压 增益比频率 (Hz) 曲线来描述。波特幅度图被绘成一种半对数曲线：x 轴为采用对数刻度的频率 (Hz) 、y 轴则为 采用线性刻度的电压增益 (dB) ，y 轴最好是采用方便的每主格45 刻度。 特图的另一半则是相位曲线 （相移 比频率），并被描绘成以度来表示的相移比频率关系。波特相位曲线亦被绘成一种半对数曲线：x 轴为采用对数 刻度的频率 (Hz) 、y 轴为采用线性刻度的相移 （度），y 轴最好是采用方便的每主格45 刻度。 圳微控设计网www.M 图字 （上、下）：Aol 曲线、幅度曲线、频率、相位曲线。 幅度 特图要求将 压增益转换成分贝 (dB) 。进行增益分析时，我们将采用以dB （定义为20Log10A ）表示 的电压增益，其中A 为以伏/伏表示的 压增益。 圳微控设计网www.M 图字 （上、下）：roll-off rate （下降速率）--增益随频率减小；decade （十倍频程）--频率按x10 增加或按x1/10 减小，从10Hz 到100 Hz 为一个decade （十倍频程）；octave （倍频程）--频率按x2 增加或按x 1/2 减小，从 10Hz 到20 Hz 为一个octave （倍频程）； 在电压增益 特图上，增益随频率变化的斜线可定义成按 +20dB/decade 或-20dB/decade 增加或减小。另一种 描述同样斜线的方法是按 +6dB/octave 或 -6dB/octave 增加或减小 （参见图1.4） 以下推导证明了20dB/decade 与 6dB/octave 的等效性： 圳微控设计网www.M 极点--单个极点响应在 特图 （幅度或增益曲线）上具有按 -20dB/decade 或 -6db/octave 斜率下降的特点。在 极点位置，增益为直流增益减去3dB 。在相位曲线上，极点在频率fP 上具有-45 的相移。相位在fP 的两边以 -45 /decade 的斜率变化为0 和 -90 。单极点可用图1.5 中的简单RC 低通网络来表示。请注意极点相位是如何 影响直到高于（或低于）极点频率10 倍频程处的频率的。 图字：实际函数、直线近似、频率； 圳微控设计网www.M 单极点 路等效 路图 极点位置= fp 幅度= -20dB/decade 斜线 - 斜线从fP 处开始、并继续随频率增加而下降 - 实际函数= -3dB down @ fp 相位= -45 /decade 斜率通过fp - fp 以上10 倍频程处相位= -90 - fp 以下10