Phase-Margin 75度，Transient 模擬有 ringing 現象

jpwang

各位前輩好,

目前在做two-stage OP, 應用需要的外掛電容高達 0.1u,  Rpath實際上為metal 走線電阻 (約幾十歐姆)

在做step response的 transient模擬時，看到ringing現象，
但是Phase-Margin (PM)有70度。

1. 個人的認知是PM如果足夠，應該不會有ringing。
2. 另外有讀到 damping factor 參數= 0.5* (f2/GBW)^1/2，如果這個參數太小，也會有 ringing現象。
    所以目前正朝著把 f2 (第一個 non-dominant pole) 往高頻推的設計方向在處理。
3. 增加 Rpath 有左半面零點的作用，增加PM, 改善 ringing現象, 但受限於驗證規格，Rpath就是只有metal走線阻值，無法再增加。

要請教a. 把 f2 往高頻推這樣的思考方向是否正確?
是不是還有其他角度可以去理解 ringing 與 PM 之間的關係。
感謝!

附上電路以及模擬圖形。

wangjius

单位增益带宽1.8KHz，输入信号频率5KHz

icdane

trust tran, not ac....

yeuhern0328

這張AC的表現感覺也有點異常, 建議樓主也再檢查一下各管子的偏置,
以及你跑AC的時間點是.op XXXus?
或是跑AC的initial condition是否正確?

你的電路不是High-pass filter, 起始相位也非0/180, 這些地方都可以重新檢視,
否則你單看AC說PhaseMargin=70, transient會ring, 好像有點兜不上

math123

PM只是一方面，step response才是最终的检验标准
例如不同架构的运放，不同架构的运放和锁相环，PM都是60度但是稳定性不同
不同的振铃幅度，频率，衰减时间，振铃的信号强度占运放主信号强度的比例都在影响着稳定性
按一般运放的理论来改善PM这个思路是对的，也就是说如果电路没错的话要继续增大PM

struggleX

wangjius 发表于 2023-1-9 14:55
单位增益带宽1.8KHz，输入信号频率5KHz

信号频率比单位增益带宽大2~3倍，而你的TRAN仿真结果里输出信号幅度和输入信号幅度大致相等，不太符合预期即使单极点的1.8kHz带宽放大器，其在5kHz也有至少6dB衰减了

另外，楼上也有人指出了，楼主的AC仿真结果有点奇怪，相位曲线为什么在主极点更低频率处不是平坦的？

chf1

我觉得可能出现了共模振铃或者差模振铃，建议先开环跑跑瞬态，看看有没有ringing的现象，如果有，说明共模反馈引入了较低的极点，需要进行补偿；如果没有，就跟输入端的电容和产生的极点有关系，也要进行补偿。而且，我觉得你给出的AC响应是否仍然有0dB的点（后面看不见），也就是相位裕度不唯一，并且可以确定你的增益裕度不唯一，这样用PM判断稳定性是不准确的。

骷髅书生

从波特图上没看出相位裕度70度

jpwang

關於.ac模擬為何在低頻的地方並不是平的，後來發現跟我模擬的方法有關。
1. 原本都是用LC的方式進行模擬，如下圖一所示。其中X跟Meg都是10^6的意思。
2. 本以為這樣的接法有符合"DC不影響偏壓，AC有切開迴路"的概念。
3. 但把頻率看得更細之後發現(下圖二)，低頻的地方增益下降，表示我這種模擬接法讓加上去的LC產生震盪! (應該是產生一個右半面的零點)
4. 這樣就能解釋為什麼相位Bode圖在低頻的地方不是0，而是上翹。

後來改變模擬方法(下圖三)就解決這個問題。(下圖四)

不過 ringing的現象依然未解決。

ericking0

ac_sim那张图没有问题，你的ac_2那种图方法错了；