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？

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。

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。

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。

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。 

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。

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。

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。

图9.27：INA152 Aol 测试电路概念

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。 

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。

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。

图 9.31：INA152 Zo TINA 测试电路

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。 

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。 

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。

图 9.35：Zo 等效模型与 INA152 Zo 对比

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）。

图 9.37：计算 Zo 与 CL 造成的极点（fp2）