基于Pspice的放大器環(huán)路的穩定性分析

　　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)行多級仿真并顯示迭加的結果。其它仿真器可能有專(zhuān)用命令來(lái)實(shí)現此類(lèi)同步仿真功能。最優(yōu)CF值在噪聲增益函數與LMH6629的開(kāi)環(huán)增益曲線(xiàn)相交頻率處給噪聲增益函數設置了一個(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(xiàn)有可能在低于20dB處與開(kāi)環(huán)曲線(xiàn)相交。20dB是LMH6629的最小穩定增益。這種情況下電路可能將不再穩定或者放大器可能出現過(guò)高頻率響應峰值。因此必須有一個(gè)穩定范圍和最優(yōu)值。

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

　　圖7：開(kāi)環(huán)曲線(xiàn)繪制驗證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(méi)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。圖8顯示了面向不同CF的響應曲線(xiàn)，證實(shí)了CF值不論是偏大或是偏小，都會(huì )造成系統的不穩定，或是振鈴時(shí)間和穩定時(shí)間的延長(cháng);而最優(yōu)CF值可以在最小振鈴下實(shí)現非常好的階躍響應。顯然，無(wú)論CF取值0pF還是7pF，電路都非常地不穩定。這表明7pF時(shí)的振蕩頻率遠高于0pF時(shí)的振蕩頻率，并不是因為噪聲增益與放大器開(kāi)環(huán)增益曲線(xiàn)的交接頻率較高(如圖6所預測的那樣)。

　　圖8：不同CF對應的閉環(huán)階躍響應。

　　實(shí)際考慮和實(shí)驗結果比較

　　利用基于Pspice的分析方法來(lái)研究合適的補償值，并通過(guò)仿真找到最佳響應時(shí)的參數值后，接下來(lái)就是在實(shí)驗臺上驗證仿真結果。圖9為一個(gè)實(shí)驗臺的驗證設置示意圖。

　　圖9：TIA補償實(shí)驗臺驗證設置。

　　以下是圖9實(shí)驗臺設置的一些要點(diǎn)。

　　低電容值和實(shí)驗臺優(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，選用這樣的設置是因為0.25pF的仿真值會(huì )產(chǎn)生過(guò)阻尼實(shí)驗臺響應。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)驗臺測試來(lái)促進(jìn)對仿真結果的優(yōu)化，特別是在處理皮法級以下的標稱(chēng)值時(shí)。等效電容為0.20pF時(shí)，檢測到的帶寬為70MHz;而當等效電容為0.25pF時(shí)，帶寬下降至55MHz。

　　等效光電二極管實(shí)驗臺設置：為便于測試，所示的(Rin, Cin以及CD)前端配置允許使用標準的50?實(shí)驗室設備來(lái)模擬光電二極管的性能。這里CD(假設為光電二極管電容)被設定為10pF。

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