Filter的环路稳定性如何改进？

laok_6 · 发表于 2010-7-5 16:26:40

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本帖最后由 laok_6 于 2010-7-5 16:35 编辑

做一个Filter，使用OpAmp-RC结构，截止频率1MHz，设计的运放加1pF负载时候带宽600MHz，增益66dB，相位裕度66度，加3pF电容负载时带宽变为250MHz，相位裕度72度。
我使用genesys生成了一个RC网络的结构，当我用Spectre跑的时候，AC特性基本和genesys一致，可当我分别仿里面各个环的环路稳定性时，环路增益在2.9GHz的位置，相位裕度就只有32度，尝试微调RC的取值，基本上对相位裕度没有改善，这说明应该是运放的问题，可是运放在2.8G那里的零极点根本看不到啊，这可怎么办？？？

lucia_wan · 发表于 2010-7-5 16:30:50

你做的filter的电路是什么样子的，最好贴出来看一下。
“分别仿里面各个环的环路稳定性”这个是什么意思？你的filter是几阶的？

laok_6 · 发表于 2010-7-5 17:14:26

2# lucia_wan
这是一个二阶节，一共是三级级联，六阶电路

打断环路测环路稳定性就是在运放输入端那里加上信号，测信号经过一圈环路之后反馈到输入信号之前那里的增益和相位

laok_6 · 发表于 2010-7-5 18:02:24

我个人感觉需要把GBW做到上GHz，才可能解决这个问题……唉，可惜现在没有时间重新做运放了，杯具啊…………

2steps · 发表于 2010-7-5 22:46:24

本帖最后由 2steps 于 2010-7-5 22:52 编辑

你可以在把那个跨接电容的一端接到Buffer（例如 source follower)的input，然后Buffer的output再接到op-amp的input。

P.S: 一般在Active-RC filter中，opamp的GBW最少要是 filter 的 corner frequency 的 30倍以上，以提高filter的精度。

lucia_wan · 发表于 2010-7-6 12:43:27

lz说的是稳定性问题，opamp的GBW加大却只是对精度有好处。
对于filter的仿真，我从没见别人把环单独的断开仿真ac的。你只要把你的传输函数带进去matlab，看你的二阶滤波器的Q处于什么量级就可以了，大于0.5就能稳定。

laok_6 · 发表于 2010-7-30 11:52:28

6# lucia_wan
原来可以这样子测试稳定性的，学到了。
我现在基本了解了导致这个问题的原因了。我的问题其实是这样的，在开环测试时候，运放的相位裕度是够的，但是在环路里面相位裕度不够。为什么在环路的时候会不够呢？仔细看我的那张仿真的图会发现，环路的GBW达到了2.7GHz，而其实我运放的GBW才只有500MHz左右。在一次文献

buchong.pdf (862.03 KB, 下载次数: 60 ) 的阅读中，我意识到运放的GBW和管子的截止频率直接相关，而管子的截止频率和管子的L，也就是栅长直接有关，于是我去查看了自己运放中的各个管子的L，发现我输出级的管子栅长设定为150nm！当初之所以取这么小的栅长，是因为想要提高阈值电压Vth。有人可能会说，人家都希望阈值电压变小，怎么你非要他变大呢？其实我的考虑是这样的，为了使得输出摆幅比较大，提高运放的线性度，势必要使输出级的过驱动电压比较小，而过驱动电压Vdsat=Vgs-Vth，而我输出级管子的Vgs基本是确定了，那我只有加大Vth来使得Vdsat变小。所以取了接近于工艺最小值的栅长。这样子就使得输出级管子的截止频率很大，在环路测试的时候使得环路GBW很高。我后来把输出级的L调整为250nm，环路的GBW真的降下来了，稳定性也就满足了。这就是我的一点体会。
此外，我还有一个问题，最后我的Filter并没有使用Tow-Thomas结构，因为他的二阶节中总有一节的一个环路有问题，他的相位裕度在低频段（也就是0Hz开始到几百Hz）直接就是0度，这可能和我的测试方法也有关系。我把这个问题向师兄提出之后，他防震出来的结论是：Tow-Thomas的RC网络把这一节的相位裕度强制在了0度，所以这个结构不值得冒险。所以我最后还是采用了Multiple Feedback结构。
想问一下有没有人了解Tow-Thomas结构到底为什么会有这样的问题？这个问题是否真的会影响到电路的稳定？

shadowsun · 发表于 2010-8-1 10:27:34

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overcomeyu · 发表于 2010-8-1 13:14:22

首先，环路不好随便打断的，因为环路有电流信号和电压信号，环路被打断后，可能你的电流信号就没有，这样仿真就不准确了；
其次，要是整个Filter AC响应没有问题，仿真一下tran，如果tran也没问题，基本不会有问题了；
环路不能只靠仿真来确认，仿真只是来验证想法的，关于Tow-Thamas的问题，应该是你的仿真方法的问题吧。

woyaofengle · 发表于 2010-8-5 16:08:18

fagagsdfg

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