基于Pspice的放大器環(huán)路的穩(wěn)定性分析

　　大部分Pspice仿真器都允許使用圖6所示的“.STEP PARAM”語(yǔ)句來(lái)進(jìn)行多級(jí)仿真并顯示迭加的結(jié)果。其它仿真器可能有專用命令來(lái)實(shí)現(xiàn)此類同步仿真功能。最優(yōu)CF值在噪聲增益函數(shù)與LMH6629的開環(huán)增益曲線相交頻率處給噪聲增益函數(shù)設(shè)置了一個(gè)極點(diǎn)。由圖6可知，在本例中，CF=0.25pF。

　　大于0.25pF的更高CF值將會(huì)帶來(lái)帶寬損失，相應(yīng)地，若CF低于0.25pF，相位裕度又將不足。如果CF足夠高(本例中是7pF)，噪聲增益曲線有可能在低于20dB處與開環(huán)曲線相交。20dB是LMH6629的最小穩(wěn)定增益。這種情況下電路可能將不再穩(wěn)定或者放大器可能出現(xiàn)過(guò)高頻率響應(yīng)峰值。因此必須有一個(gè)穩(wěn)定范圍和最優(yōu)值。

　　圖7所示的是當(dāng)CF=0.25pF時(shí)，頻率函數(shù)LG的結(jié)果曲線。在沒有CF的情況下，相位裕度從原來(lái)的0o增加到61o。

　　圖7：開環(huán)曲線繪制驗(yàn)證CF令相位裕度得以改善。

　　找到最優(yōu)CF值后，可以重新查看初始的閉環(huán)配置(沒有大電感和電容加入到LG和NG的研究中)，在使用最優(yōu)CF值(此時(shí)是0.25pF)的情況下可以得到階躍響應(yīng)。圖8顯示了面向不同CF的響應(yīng)曲線，證實(shí)了CF值不論是偏大或是偏小，都會(huì)造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，或是振鈴時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間的延長(zhǎng);而最優(yōu)CF值可以在最小振鈴下實(shí)現(xiàn)非常好的階躍響應(yīng)。顯然，無(wú)論CF取值0pF還是7pF，電路都非常地不穩(wěn)定。這表明7pF時(shí)的振蕩頻率遠(yuǎn)高于0pF時(shí)的振蕩頻率，并不是因?yàn)樵肼曉鲆媾c放大器開環(huán)增益曲線的交接頻率較高(如圖6所預(yù)測(cè)的那樣)。

　　圖8：不同CF對(duì)應(yīng)的閉環(huán)階躍響應(yīng)。

　　實(shí)際考慮和實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較

　　利用基于Pspice的分析方法來(lái)研究合適的補(bǔ)償值，并通過(guò)仿真找到最佳響應(yīng)時(shí)的參數(shù)值后，接下來(lái)就是在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上驗(yàn)證仿真結(jié)果。圖9為一個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的驗(yàn)證設(shè)置示意圖。

　　圖9：TIA補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)臺(tái)驗(yàn)證設(shè)置。

　　以下是圖9實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)置的一些要點(diǎn)。

　　低電容值和實(shí)驗(yàn)臺(tái)優(yōu)化：為降低有效電容值，可以將RA、RB串在一起并與CF鄰接，這樣可以用一個(gè)市場(chǎng)上容易找到的電容(>1pF)來(lái)獲取皮法以下的電容值，而該值很難直接獲得。只要RB RF，該電路即可將CF的等效電容值降低1+ RB/RA倍。該方法可以得到一個(gè)0.20pF的等效電容，選用這樣的設(shè)置是因?yàn)?.25pF的仿真值會(huì)產(chǎn)生過(guò)阻尼實(shí)驗(yàn)臺(tái)響應(yīng)。物理電路板會(huì)存在一定的寄生電感和電容，它們可以被最小化，但是不能完全降低到0。因此，人們希望通過(guò)實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)試來(lái)促進(jìn)對(duì)仿真結(jié)果的優(yōu)化，特別是在處理皮法級(jí)以下的標(biāo)稱值時(shí)。等效電容為0.20pF時(shí)，檢測(cè)到的帶寬為70MHz;而當(dāng)?shù)刃щ娙轂?.25pF時(shí)，帶寬下降至55MHz。

　　等效光電二極管實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)置：為便于測(cè)試，所示的(Rin, Cin以及CD)前端配置允許使用標(biāo)準(zhǔn)的50?實(shí)驗(yàn)室設(shè)備來(lái)模擬光電二極管的性能。這里CD(假設(shè)為光電二極管電容)被設(shè)定為10pF。

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