基于Pspice的放大器環路的穩定性分析

　　對于一個富有經驗的用戶來說，當一個具有較大反饋電阻RF的系統不穩定時，意味著RF“尋找”運算放大器反向輸入端的寄生電容，是產生振鈴和過沖的原因。在環路中，這種現象可稱為“過相移”。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的更高帶寬令問題進一步惡化——總輸入電容的降低將足以引起過相移。對于這種情況，最有效的補救方法是在RF兩端并聯一個合適的電容(CF)。

　　為找出導致這一現象中低相位裕度的原因，除了全面的筆頭分析，設計人員只能反復試驗，通過選擇合適的補償元件來提高系統的穩定性。一個更嚴密的辦法就是通過仿真來獲取對各種頻率下環路特性的更深入了解。這種辦法比起筆頭分析法要快得多，既不需要復雜的運算，也不會帶來計算錯誤的可能。設計人員要做的是在開環情況下觀察電路，以便了解環路增益(LG)的幅度和相位情況。仿真操作為用戶提供了能進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，環路已在AC(與相位裕度有關)處斷開，同時保留DC閉環，以建立合適的操作點。在輸出處用一個大串聯電感(L1)和一個大并聯電容(C1)即可完成仿真。

　　圖4：為了進行仿真，插入大“L”和“C”以斷開AC環路。

　　驅動大電容(V_Drive)的交流電源可以設定為1V，在器件輸出端，仿真響應如圖5中的LG函數所示。圖5中的0o低相位裕度印證了圖3中過高的閉環頻率響應峰值。為確保電路的穩定性，對應的品質因數即相位裕度應大于45o。

　　圖5：開環曲線表明相位裕度不足。

　　請注意：在頻率響應仿真開始之前，請確保將輸入電流源(取代光電二極管)設定為“AC 0”;顯示結果需將CF設為0pF;圖5中幅度用實線表示，相位角用虛線表示;當相位裕度為0dB時，相位裕度對應LG函數的相位角。

　　如圖6所示，為找到合適的補償電容值來改善相位裕度，我們可以將針對不同的CF值(圖4電路)的噪聲增益曲線和LMH6629開環增益曲線放在一起。噪聲增益為V(Drive)/V(In_Neg)。請注意LG的仿真低頻值要大于0dB，因為LMH6629的宏模型還包括了其差分輸入電阻。