电容负载稳定性：输出引脚补偿 之二
CMOS RRO：输出引脚补偿 我们的 CMOS RRO 输出引脚补偿实例如图 9.20 所示。这种实际电源应用采用 OPA569 功率运算放大器作为可编程电源。为了在负载上提供精确的电源电压，可以采用一种差动放大器 INA152 对负载电压实施差动监控。闭环系统可以补偿任何从可编程电源到负载的正/负连接中的线路压降造成的损耗。OPA569 上的电流限值设定为2A。在我们的实际应用中，这种电源具有灵活的配置，因此可以在差动放大器 INA152 的输出上提供多大达10nF 电容。这样是否能够实现可编程电源的稳定运行？http://www.21ic.com/d/file/201301/ab1e0b79f54af0ce751aac9431541a86.jpg图 9.20：可编程电源应用 我们在图 9.21 中详细说明了在我们的可编程电源应用中使用的 IC 的主要规格。http://www.21ic.com/d/file/201301/2ee3c10f4cdec99281e702e1771b0987.jpg图9.21：可编程电源 IC 主要规格 我们用于反馈的 INA152 差动放大器采用如图 9.22 所示的 CMOS RRO 拓扑。http://www.21ic.com/d/file/201301/9f9261ee11bcfa5aeeffa5c9d5eabbec.jpg图9.22：INA152 差动放大器：CMOS RRO 我们采用图 9.23 中的 TINA Spice 电路检查可编程电源的稳定性。我们的 DC 输出由 Vadjust 设定到3.3V，同时应用一个较小的瞬态方形波检查过冲与振铃。http://www.21ic.com/d/file/201301/efa4ef8368faac1b42d6b1545a2d7cd7.jpg图9.23：瞬态稳定性测试：原始电路 图 9.24 中的瞬态稳定性测试结果显然不够理想。我们不希望在未经进一步稳定性补偿情况下投产这种电路。 http://www.21ic.com/d/file/201301/39791cc3a435c5d4d17c0cbef5a0e036.jpg图9.24：瞬态稳定性图：原始电路 图 9.25 中的 TINA Spice 电路用于检查原始电路中的不稳定性是否由 INA152 输出端的 CX负载所引起。我们将采用瞬态稳定性测试进行快速检测。http://www.21ic.com/d/file/201301/d5d48aa4fbfb0c965069669fb6046564.jpg图9.25：差动放大器反馈：原始电路 图9.26可以证明我们的推测，即：是CX造成了差动放大器INA152的不稳定性。http://www.21ic.com/d/file/201301/131da07bf0accc813c518351290419f7.jpg图9.26：瞬态图：差动放大器反馈，原始电路 差动放大器由 1 个运算放大器以及 4 个精密比率匹配电阻器构成。这给我们的分析工作带来了挑战，因为我们无法直接接入内部运算放大器的 - 输入或 + 输入。在图 9.27 中我们可以看到差动放大器的等效示意图，同时可以看出测量 Aol 的明确方法。我们将采用 LT 断开任何相关 AC 频率的反馈，同时仍然保持准确的 DC 工作点（LT 对于相关 DC 频率短路，对于相关 AC 频率开路）。通过把 INA152 的 Ref 引脚连接到 VIN+ 引脚，我们可以创建一个非反相输入放大器。通过在 Sense 与 VOA 之间放置 LT，我们可以理想地在任何相关AC频率驱动运算放大器进入开路状态。INA152 运算放大器的内部节点 VM 可以在相关 AC 频率达到零点。VP 只需作为 VG1，然后我们可以轻松测出 Aol = VOA/VG1。请注意：我们只要把 VdcBias 设定为 1.25V 以便在 VOA 产生 2.5V DC，即可衡量 DC 工作点。 我们把图 9.27 的 INA152 Aol 测试电路概念转化成图 9.28 所示的 TINA Spice 电路。我们知道，用于 INA152 的 TINA Spice 宏模型是一种 Bill Sands 宏模型[参考：《模拟与 RF 模型》，(http://www.home.earthlink.net/%7Ewksands/)]，因此该宏模型可以精确匹配实际硅片。http://www.21ic.com/d/file/201301/6fef7e6c2e75a1640e9b47206ce10456.jpg图9.27：INA152 Aol 测试电路概念http://www.21ic.com/d/file/201301/f2d48d9c70549a8ebb0579b5f9bb98ab.jpg图9.28：TINA Spice INA152 Aol 测试电路 图 9.29 说明了根据 TINA Spice 仿真获得的 INA 152 详细 Aol 曲线。请注意：Aol 曲线中在 1MHz 时存在第二个极点，在基于 Aol 相位曲线的频率之外存在某些更高阶的极点，其在 1MHz 之外表现出比每十倍频程 -45度更陡的斜率。http://www.21ic.com/d/file/201301/2fafea96f1fa2abe1bbdd5d29559a7a0.jpg图 9.29：INA152 Aol TINA Spice 结果 由于我们已知道 INA152 是一款 CMOS RRO 差动放大器，因此，除了 Aol 曲线，还需要 Zo 进行稳定性分析。在图 9.30 中建立一个 Zo 测试电路概念。与图 9.28 的 Aol 测试电路相似，我们可以利用所示的 LT 与电路连接强迫 INA152 的内部运算放大器在任何相关 AC 频率进入开路状态。我们现在将采用设为 1Apk 的 AC 电流电源驱动输出，同时直接根据 VOA 的电压测量 Zo。http://www.21ic.com/d/file/201301/dc6e2cd42485f50b2a7c1802014654d8.jpg图 9.30：INA152 Zo 测试电路概念 我们在图 9.31 中建立了 TINA Spice INA152 Zo 测试电路。快速 DC 分析表明我们可以得到 INA152 的正确 DC 工作点。最好在利用 Spice 进行 AC 分析之前先执行 DC 分析，以便确定电路在任何电源轨下都不饱和，电源轨可能会造成错误AC分析结果。
http://www.21ic.com/d/file/201301/9c02f331ef08330a3106d88eb6631cbc.jpg图 9.31：INA152 Zo TINA 测试电路http://www.21ic.com/d/file/201301/aef66ac95d82fb590a7234ab0458ad48.jpg图 9.32：INA152 TINA Zo 曲线 图 9.32 的 TINA Zo 测试结果显示了 Zo 的典型 CMOS RRO 响应。我们可以看到在 fz="76".17Hz 时出现一个零点，在 fp="4".05Hz 时出现一个极点。 http://www.21ic.com/d/file/201301/1280ce68fd54ed09c33ad67bd393c29e.jpg图 9.33：INA152 Tina Ro 测量 我们在图 9.33 中根据由 TINA Spice 创建的 Zo 曲线测量 Ro。Ro = 1.45k 欧姆。 我们从测量的 Zo 图可以获得 Ro、fz 以及 fp。我们利用这些资料可以创建 INA152 的等效 Zo 模型，如图 9.34 所示。 http://www.21ic.com/d/file/201301/79fff450c8dea5c228e892c3871009bf.jpg图 9.34：INA152 Zo 模型 我们可以利用 TINA Spice 仿真器快速检测等效 Zo 模型与实际 INA152 Zo 相比的准确性。等效 Zo 模型结果如图 9.36 所示，并与图9.35 作了相关对比。由此可见，等效 Zo 模型非常接近，因此可以继续进行稳定性分析。
http://www.21ic.com/d/file/201301/ad059118ae3416e180a622b0c629dcba.jpg图 9.35：Zo 等效模型与 INA152 Zo 对比http://www.21ic.com/d/file/201301/129d2a779473fd7cd4bf645753933e9f.jpg图 9.36：TINA 图：INA152 等效 Zo 模型 现在我们可利用 Zo 等效模型分析负载电容 CL 对 INA152 输出的影响。从 Aol 曲线中，我们可以看到在CL＝10.98kHz 时造成的附加极点（如图 9.37 所示）。http://www.21ic.com/d/file/201301/bf8f5541820191b94c2bf4b4bfcd1c41.jpg图 9.37：计算 Zo 与 CL 造成的极点（fp2）
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