模擬IC基礎(chǔ)學(xué)習(xí)(一):避免放大器不穩(wěn)定的設(shè)計:

?????? ?假設(shè)我們設(shè)計一個電壓跟隨器的運(yùn)算放大電路, 得到的輸出波形如下圖所示, 寄生的電感, 電容產(chǎn)生了振蕩的可能性, 令大家都會感覺頭痛.

?

　　圖1 buffer輸出波形

　　輸出波形的諧波沖激到底達(dá)到什么程度才能避免振蕩呢?

　　這里面涉及到一點(diǎn)基本理論, 稍微簡單的談一下.

　　一個RLC串聯(lián)電路, 它的傳輸函數(shù)可以寫成下式表示,

?

　　其中ζ稱為damping系數(shù), ζ一般大于1的話, 這個RLC的寄生電路成分不會產(chǎn)生振蕩危險,但是實(shí)際中, L往往很大, 而R有往往較小, 比如layout設(shè)計的時候, 過分的把信號線設(shè)的過窄等.

　　ζ如果過小,輸出信號的頻率特性在高頻處會像下圖那樣先有個沖起再下降, 所以有些電路, 設(shè)計者往往在仿真時看到的F3dB特性滿足要求, 但是實(shí)際測得的特性, 要比設(shè)計低很多, 也是因?yàn)榧纳腞CL值在仿真時用的估值和實(shí)際值有一定的誤差, 而這個誤差有可能會導(dǎo)致Ft特性假性增加, 實(shí)質(zhì)Ft要低于仿真結(jié)果不少.

?

　　圖2 電路的頻域響應(yīng)

　　我們了解ζ的作用后, 可以在設(shè)計時避開這個危險的沖激, 如圖1, 在時域中看到的波形, 為了消除沖激, 可在電路中刻意加入一定值的電阻來增大ζ值, 使電路獲得穩(wěn)定的頻域特性.

?

　　圖3 加入串聯(lián)電阻的效果

　　加入一個電阻后, 可以像上圖那樣, 獲得更穩(wěn)定的時域響應(yīng)波形.

　　如果更深一步的探討的話, 有時候加入電阻可能不能解決問題, 因?yàn)檫@個疊加在輸出波形的寄生沖激來自于其他地方, 比如由電路的GND線路混入, GND的不穩(wěn)定沖激可能直接疊加在輸出波形上, 這時候我們可以增加一個旁路電容, 或者把GND信號線加粗減少寄生電容等方法讓GND變得更穩(wěn)定一些.(其實(shí)也是通過ζ公式來增加C或者減小L來使ζ變得更大)

　　旁路電容對大家來說應(yīng)該不會陌生, 一般的電路都離不開它,比如前面那一篇博客里談到的LDO設(shè)計, 往往需要在芯片外接一個數(shù)nF的電容來穩(wěn)定信號, 這里稍微提一下旁路電路的一個注意點(diǎn), 雖然旁路電容可以降低低頻噪聲, 但是同時可能會引起高頻段噪聲的增加, 所以在高頻電路中同時需要加入電阻來降低寄生諧振成分的Q值. 這一點(diǎn)對射頻設(shè)計者來說也很重要.