假设我们设计一个电压跟随器的运算放大电路, 得到的输出波形如下图所示, 寄生的电感, 电容产生了振荡的可能性, 令大家都会感觉头痛.
输出波形的谐波冲激到底达到什么程度才能避免振荡呢?
这里面涉及到一点基本理论, 稍微简单的谈一下.
一个RLC串联电路, 它的传输函数可以写成下式表示,
其中ζ称为damping系数, ζ一般大于1的话, 这个RLC的寄生电路成分不会产生振荡危险,但是实际中, L往往很大, 而R有往往较小, 比如layout设计的时候, 过分的把信号线设的过窄等.
ζ如果过小,输出信号的频率特性在高频处会像下图那样先有个冲起再下降, 所以有些电路, 设计者往往在仿真时看到的F3dB特性满足要求, 但是实际测得的特性, 要比设计低很多, 也是因为寄生的RCL值在仿真时用的估值和实际值有一定的误差, 而这个误差有可能会导致Ft特性假性增加, 实质Ft要低于仿真结果不少.
我们了解ζ的作用后, 可以在设计时避开这个危险的冲激, 如图1, 在时域中看到的波形, 为了消除冲激, 可在电路中刻意加入一定值的电阻来增大ζ值,
使电路获得稳定的频域特性.
加入一个电阻后, 可以像上图那样, 获得更稳定的时域响应波形.
如果更深一步的探讨的话, 有时候加入电阻可能不能解决问题, 因为这个叠加在输出波形的寄生冲激来自于其他地方, 比如由电路的GND线路混入, GND的不稳定冲激可能直接叠加在输出波形上, 这时候我们可以增加一个旁路电容, 或者把GND信号线加粗减少寄生电容等方法让GND变得更稳定一些.(其实也是通过ζ公式来增加C或者减小L来使ζ变得更大)
旁路电容对大家来说应该不会陌生, 一般的电路都离不开它,比如前面那一篇博客里谈到的LDO设计, 往往需要在芯片外接一个数nF的电容来稳定信号, 这里稍微提一下旁路电路的一个注意点, 虽然旁路电容可以降低低频噪声, 但是同时可能会引起高频段噪声的增加, 所以在高频电路中同时需要加入电阻来降低寄生谐振成分的Q值. 这一点对射频设计者来说也很重要. |
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