精密的單電源光檢測電路設計方案
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
在同一個圖中,1/b 曲線以零dB開始隨頻率變化。1/b 隨著頻率的增加保持平滑,直到曲線末尾有一個極點產(chǎn)生,曲線便開始衰減20dB/10倍頻程。
圖（a）中令人感興趣的一點就是AOL（jw ）曲線和1/b 曲線的交點。兩條曲線交點的斜率示出了系統(tǒng)的相位容限,也預示著系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在圖中,交點斜率為－20dB/10倍頻程。在這種情況下,放大器將提供－90° 的相移,而反饋系數(shù)則提供零度相移。相移和系統(tǒng)的穩(wěn)定性均由兩條曲線的交點決定。1/b 相移和AOL（jw ）相移相加,系統(tǒng)的相移為－90° ,容限為90° 。從理論上說,如果相位容限大于零度,系統(tǒng)是穩(wěn)定的。但實際應用中相位容限至少應有45° 才能使系統(tǒng)穩(wěn)定。
在圖6的（c）中,AOL（jw ）曲線和1/b 曲線的交點表示一個在一定程度上穩(wěn)定的系統(tǒng)。此點 AOL（jw ）曲線正以－20dB/10倍頻程的斜率變化,而1/b 曲線正從20dB/10倍頻程的斜率轉換到0dB/10倍頻程的斜率。AOL(jw )曲線的相移為－90° 。1/b 曲線的相移則為－45° 。將這兩個相移相加后,總的相移為－135° ,即相位容限為45° 。雖然該系統(tǒng)看上去較穩(wěn)定,即相位容限大于0° ,但是電路不可能像計算或模擬那樣理想化,因為電路板存在著寄生電容和電感。結果,具有這樣大小的相位容限,這個系統(tǒng)只能是“一定程度上的穩(wěn)定”。
圖6中（b）、（d）均為不穩(wěn)定系統(tǒng)。在（b）圖中,AOL（jw ）以－20dB/10倍頻程的斜率變化。1/b 則以+20dB/10倍頻程的斜率變化。這兩條曲線的閉合斜率為40dB/10倍頻程,表示相移為－180° ,相位容限為0° 。
在（d）圖中,AOL（jw ）以－40dB/10倍頻程的斜率變化。而1/b 以0dB/10倍頻程的斜率變化。兩條曲線的閉合斜率為－40dB/10倍頻程,表示相移為－180° 。
通過模擬可表明使用非理想的光電二極管和運放模型會造成相當數(shù)量的振鈴或不穩(wěn)定因素。在頻率域內重新進行這種模擬會很快重現(xiàn)這種不穩(wěn)定因素。
系統(tǒng)的不穩(wěn)定性可用兩種方法校正：（1）增加一個反饋電容CF;（2）改進放大器,使其具有差分AOL頻率響應或差分輸入電容。
改變反饋電容。系統(tǒng)中影響噪聲增益1/b 頻率響應的有光電二極管的寄生電容、運放的輸入電容,其阻抗以ZIN表示,放大器反饋環(huán)路的寄生元件,其阻抗以ZF表示。
ZIN = RPD //1/[ jw （CPD+CCM+CDIFF）]
ZF = RF //1/ [jw （CRF+CF）] （3）
1/b = 1+ZF/ZIN 噪聲增益1/b 曲線的極點、零點如圖7所示。開環(huán)增益頻率響應和反饋系數(shù)的倒數(shù)1/b 間的閉合斜率必須小于或等于20dB/10倍頻程。 在圖7中,極零點頻率如下： fP1=1/(2p （RPD//RF）（CPD+CCM+CDIFF+CF+ CRF）） fP2 =1/(2p RS CPD） fZ=1/（2p RF（CF+CRF）） （4） |
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圖7 噪聲增益1/b 曲線的極零點圖從式（4）中容易地看出,加大CF將降低fP1,并降低高頻增益[1+（CPD+CCM+CDIFF）/（CF+CRF）]。
1/b 網(wǎng)絡的極點設計成1/b 與放大器的開環(huán)增益曲線相交的那一點。此時頻率就是這兩條曲線的幾何平均值。CF可計算如下
（5）
式（5）中fU是放大器的增益帶寬積。此時,系統(tǒng)具有45° 的總相位容限,階躍響應將呈現(xiàn)25%的過沖。對于使用MCP601放大器的電路,CF的值將為
這種最佳的計算結果是建立在假設放大器參數(shù)如帶寬或輸入電容以及反饋電阻值沒有改變,二極管的寄生電容也無改變基礎上的。
較保守的計算方法CF的取值為
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