关于多环路系统stb仿真的困惑

模拟的小Jayhang

欲仿真多环运放各个环路的稳定性。在论坛上看到两个说法，一方是说仿一个环路的时候其他环路正常闭环；另一个观点说仿一个环路的时候其他环路直流闭环交流开环。

挺让人困惑的，想问下这两个说法到底那个对，还是都对，有不同的用途呢？

模拟的小Jayhang

贴一个Deepseek的回答

这是一个非常好的问题，也是模拟IC设计中一个常见且关键的困惑点。这两种说法都对，但它们有不同的物理意义和适用场景。选择哪种方法，取决于你要分析的是哪个环路的稳定性，以及该环路在实际工作中的状态。

让我们来深入剖析一下。

核心原则：稳定性分析的本质

稳定性分析（如STB分析）的核心是：在某个特定的工作点（DC工作点）上，断开你关心的反馈环路，注入一个交流小信号，看环路增益的频响特性（相位裕度、增益裕度）。

关键就在于“在某个特定的工作点”上。这意味着在AC分析的整个频段内，电路的其他部分必须保持其直流工作状态不变，这样才能得到有意义的开环传输函数。

两种方法的辨析与应用场景

方法一：仿一个环路时，其他环路直流闭环、交流开环

这是最常用、最标准的方法，尤其适用于分析主信号通路的稳定性。

•   操作：在需要分析的主环路上插入STB探针（如stb分析）。对于其他辅助环路（如共模反馈环路CMFB、偏置环路等），你需要确保它们在交流小信号下是开路的，但同时维持了正确的直流工作点。

•   如何实现：通常通过在辅助环路的反馈路径上串联一个大电感（L=1G 或 L=1T）并联一个大电容（C=1G 或 C=1T）到地来实现。电感对DC短路（保持DC环路闭合），电容对AC短路到地（在交流频率下将节点钳位，相当于断开环路）。

•   物理意义：这种方法问的问题是：“假设所有辅助环路都是理想的（瞬间建立并稳定），那么主信号环路的稳定性如何？” 这反映了电路在正常工作（所有环路都闭合）时，主环路自身的稳定特性。

•   适用场景：

    ◦   分析运算放大器主差分环路的相位裕度。这是最常见的应用。

    ◦   当辅助环路（如CMFB）的带宽远高于主环路时，可以近似认为它们能理想工作。此时分析主环路稳定性就用此法。

如果不这样做（即让辅助环路也交流闭合），会发生什么？
你测量到的将是主环路和辅助环路相互作用后的“等效”稳定性，而不是主环路自身的稳定性。如果辅助环路不稳定，它可能会让你误以为主环路也不稳定，反之亦然。这不利于隔离和定位问题。

方法二：仿一个环路时，其他环路正常闭环

这种方法用于分析环路之间的相互影响或特定工作模式下的稳定性。

•   操作：不断开其他环路，直接在你关心的环路上做STB分析。此时，电路的所有环路在AC交流分析下都是闭合的。

•   物理意义：这种方法问的问题是：“在电路所有环路都同时工作的实际情况下，我关心的这个环路的“表现”是怎样的？” 它测量的是整个系统的一个特征，而不是单个孤立的环路。

•   适用场景：

    1.  分析辅助环路自身的稳定性：比如，你想分析一个共模反馈环路（CMFB） 的稳定性。此时，主差分环路就是“其他环路”。你必须让主环路正常闭环，因为CMFB环路只有在主放大器正常工作（有正确的共模电平）时才有意义。断开主环路会使运放偏离正常DC工作点，CMFB分析也就失去了意义。
    2.  分析嵌套环路（Nested Loop）：当环路是嵌套结构时（一个环路在另一个环路里面），分析内环稳定性时，外环必须保持闭合。
    3.  验证最终系统稳定性：当你已经单独验证了每个环路的稳定性后，可以用这种方法做一个“系统级”的快速检查，看看所有环路一起工作时有没有产生意想不到的相互作用。

总结与实战指南

为了帮你理清思路，可以参照以下决策流程：

你想分析哪个环路？ 对其他环路应该采取什么操作？ 原因

主信号环路（如差分环路） 直流闭环，交流开环 隔离出主环路自身的稳定性，避免被辅助环路（如CMFB）影响判断。

辅助/偏置环路（如CMFB环路） 正常闭环（DC和AC都闭环） 辅助环路的功能依赖于主环路建立的正确工作点。断开主环路会使分析无效。

举例说明：

一个典型的两级运放，带有共模反馈（CMFB）。

1.  目标：分析运放差分信号环路的相位裕度（主环路稳定性）
    ◦   正确做法：在输出端到差分输入端的反馈路径上插入STB探针。同时，确保CMFB环路是直流闭合、交流开路（用大电感大电容法）。

    ◦   为什么：我们想知道在理想CMFB已经建立的前提下，这个运放本身稳不稳定。

2.  目标：分析CMFB环路的相位裕度
    ◦   正确做法：在CMFB环路内部（例如，从CMFB检测网络输出到尾电流源栅极）插入STB探针。同时，让主差分环路保持正常闭合（可以施加一个共模输入电压，或者配置成单位增益反馈等稳定状态）。

    ◦   为什么：CMFB环路要稳定，前提是运放本身处于线性区（这需要主差分环路闭合来保证）。如果断开主环路，运放可能饱和，CMFB的分析就毫无意义。

结论：
你的困惑源于两种方法适用于不同对象。没有绝对的对错，只有是否适用于当前的分析目标。

•   说法一（其他环路正常闭环）：主要用于分析依赖于主环路才能正常工作的辅助环路（如CMFB）的稳定性。

•   说法二（其他环路直流闭环交流开环）：是分析主信号通路环路稳定性的标准且推荐的方法。

在实际设计中，通常的流程是：先用方法二确保每个环路自身是稳定的，然后再用方法一或者进行瞬态仿真（如大信号阶跃响应）来验证整个系统联合工作的稳定性。

zwtang

看看『高性能数据转换芯片设计老唐学堂』公众号的智能回复。

kwankwaner

闭环最好，通过设置不同的probe可以把每一个环路的stb都仿出来