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[参考译文] OPA277:OPA188振荡问题

Guru**** 1133870 points
Other Parts Discussed in Thread: TI-PLABS-AMP-EVM, OPA188, OPA140, OPA211, OPA277, OPA171, THS4561, OPA365
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1168359/opa277-opa188-oscillation-issue

器件型号:OPA277
主题中讨论的其他器件:TI-PLABS-AMP-EVMOPA188OPA140OPA211OPA171THS4561OPA365

大家好、

我使用 TI-PLABS-AMP-EVM 的电路8来测试真实客户的电路。

电路8如下所示:

测试条件1:使用电路8进行测试、无论我使用 OPA277或 OPA188或 OPA171、OPA140或 OPA211、输出始终等于输入、这符合预期。 (6.5V 单电源、输入为2.5V 直流)

测试条件2:在实际应用中、有一些条件会使 C27命中并损坏。 为了重现这种情况、我从 EVM 板上移除了 C27并再次测试。 最终测试电路如下:

这次、会出现许多不同的问题。

  • 当运算放大器为 OPA277时、黄色线是2.28V 的直流输入、蓝色线是输出、有一个3.5Vpp 振荡:
  • 当运算放大器为 OPA188时、黄色线为2.28V 的直流输入、蓝色线为输出、有一个0.25Vpp 振荡:
  • 当运算放大器为 OPA171时、黄色线为直流输入、蓝色线为输出、当输入波动时、输出也会略微波动:
  • 当运算放大器为 OPA140 或 OPA211时、输出始终等于输入:

那么、您能帮我回答这两个问题吗?

1.为什么在我移除 C27时运算放大器会出现如此多的稳定问题?问题的根本原因是什么?

2、为什么 OPA140和 OPA211在测试条件2下仍然保持稳定、而 OPA277和 OPA188存在振荡问题? 哪种运算放大器规格可防止 OPA140和 OPA211发生振荡?

非常感谢。

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    您好 Brian、

    我在此仅限于 OPA277和 OPA140。 其他运算放大器的行为类似。

    移除 C27会导致相位裕度被破坏的不可稳电路、这对振荡有很高的危险。 请参阅下面的相位稳定性分析。 首先是常规低通滤波器、然后是修改后的电路:

    e2e.ti.com/.../brian_5F00_opa277.TSC

    具有 OPA140的电路也是不可瞬态的、但相位裕度更不会被破坏:

    不要起雾:两个电路都是不可瞬时的、因为两个电路的相位裕度都低于45°。 OPA140不像 OPA277那样出现振荡是绝对幸运的。 为了实现稳定的性能、目标是建立大约60°的相位裕度。

    Kai

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    Brian、C27为什么会损坏? 在任何情况下、Kai 都是对的、会产生不稳定的电路。 如果没有 C27、SKF 中基本上会有一个正反馈配置、其中 C27通常会在更高的 F 时将反馈路径分流掉。如果 C27会损坏、您应该期望该电路振荡。  

    此外、  

    60deg 是一个非常保守的目标、接近放大器级中的巴特沃斯响应。 我记得65.5deg 的相位裕度是巴特沃斯型。  

    45deg 实际上是许多国家/地区运算放大器的标称目标、可为营销目的获得带宽扩展。  

    我使用、  

    >30度,可能还可以  

    20至30度、有点令人担忧-如果很容易升高到30度以上、请这样做

    10至20度、绝对需要对其进行处理、以将其升高到20度以上、30度更适合。  

    <10度时、您应该会在生产和温度范围内产生振荡。  

    我想我在这篇文章中提到了其中的一些内容、然后#6专门针对 VFA。  

    https://www.planetanalogue.com/stability-issues-for-high-speed-amplifiers-introductory-background-and-improved-analysis-insight-5/

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    您好、Michael、

    30°相位裕度会导致阶跃响应过冲40%、如您的好文章中所示。 许多时域应用程序无法容忍这种情况。 即使相位裕度为45°的23%过冲也可能过大。

    此外、仿真中较高的相位裕度可补偿意外的电路板杂散电容(在高欧姆反馈环路中尤其有用)、负载电容和 Spice 模型本身的缺陷。 请只考虑许多模型、这些模型不能正确地为 OPAMP 的复杂输出阻抗建模、您也可以在文章中进行讨论  

    Kai

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    全部正确的 Kai、  

    正如我在该条中所说的那样,首先是在适用方面可以接受的。 我经常遇到这种情况的是使用 FDA 的 MFB 滤波器  

    较新的 FDA 是 RRout 和非常无功的 Zout -您可以实现非常好的 LP MFB、其中整个环路的相位裕度可能为20度、这一点很好、因为它远远超出通带、  

    其中一个例子就是我对 THS4561首页 MFB 滤波器进行了重新设计(为我自己而初始)、这是我振荡的原始滤波器、但我在这里修正了、  

    e2e.ti.com/.../THS4561-front-page-MFB-updated-ckt-Aug2018.docx

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    尊敬的 Kai:

    非常感谢您的详细解释。

    我还有另外两个问题:

    我看到相位裕度不够、但输入是直流信号。

      这是否意味着、如果相位裕度不够大、无论输入是什么、电路都将始终振荡?

    2.我的客户在其应用中使用正确的电路。 只有极少数情况下 C27会被击中和损坏、例如在发生暴力影响时。

      因此、我们需要选择一个运算放大器、当 C27断开时、电路仍可以正常工作。

      您能不能帮助我找到哪个规格最重要?(哪个规格使 OPA140的相位裕度比 OPA277高20倍?)

    谢谢、

    Brian

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    您好、Michael、

    事实上,这是一个汽车应用程序,经常发生崩溃。

    我的客户发现、在一些崩溃中、C27将会崩溃。 将出现振荡。

    因此、我使用该 EVM 板进行这些实验。

    我还会发现我最初是否移除了 C29。 无论 C27是否损坏、电路都将始终正常工作。

    您能帮我分析这种现象吗?

    谢谢、

    Brian  

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    您好 Brian、

    [引用 userid="529473" URL"~/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1168359/opa277-opa188-oscillation-issue/4395671 #4395671"]

    我看到相位裕度不够、但输入是直流信号。

      这是否意味着、如果相位裕度不够大、无论输入是什么、电路都将始终振荡?

    [/报价]

    是的、即使您只想处理直流信号、它也会振荡。 当电路由于相位裕度太小而出现不稳定性时、即使反馈电阻产生的电路噪声最小、运算放大器本身也足以导致振荡。 该噪声是宽带噪声、包含所有频率、包括相位裕度太小且保持振荡的条件已满的频率。 来自电源电压上电斜升的阶跃信号还包含所有频率、包括振荡频率、这会使不可稳态的 OPAMP 在上电后立即振荡。

    [引用 userid="529473" URL"~/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1168359/opa277-opa188-oscillation-issue/4395671 #4395671"]

    2.我的客户在其应用中使用正确的电路。 只有极少数情况下 C27会被击中和损坏、例如在发生暴力影响时。

      因此、我们需要选择一个运算放大器、当 C27断开时、电路仍可以正常工作。

    [/报价]

    首先、我会尝试找出电容器损坏的原因。 我这样说是因为如果盖子有被销毁的危险、那么所有其他部件也有被销毁的危险。 大多数 SMD 组件因振动或剧烈冲击导致的电路板弯曲而损坏。 然后、通过合适的灌封化合物封装整个电路板会有所帮助。 另一种补救办法是使用陶瓷电容器提供软端接:

    https://www.tdk-electronics.tdk.com/en/374108/tech-library/articles/products-technologies/products-technologies/automotive-grade-soft-termination-and-megacap-type-mlccs-with-c0g-characteristics/1952460

    通过使用引线式电容器(通孔)或采用塑料箔电容器、也可以避免内部裂缝。 并联安装多个电容器(例如三个3.3nF 电容器)而不使用一个电容器(10nF)有助于避免不稳定、即使在一个或两个电容器损坏的情况下也是如此。 另一种补救方法是避免使用此"关键"正反馈的有源低通滤波器拓扑、并仅使用无源低通滤波。

    但是、无论如何、客户都应该尽一切努力防止盖子和其他组件被完全损坏。

    您可以看到、我不想为电容受损的电路推荐 OPAMP、因为我认为相位裕度始终太小、与 OPAMP 相同。 此外、我不认为客户会对其低通滤波器的频率响应在电容损坏时发生的变化感到满意:

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    非常感谢。

    这是一个汽车应用、通常会发生不可避免的崩溃。  

    我还有另一个问题、我看过 TI 高精度实验室的视频、他们教我像这样进行仿真:

    我看到您的电路是:

    请告诉我为什么要这样做仿真?

    谢谢、

    Brian

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    您好 Brian、

    这种方法与 TI 的稳定性培训视频系列中所示的方法类似:

    https://training.ti.com/node/1138805

    "My (我的)"方法最初来自 TI 的前员工 Tim Green。

    我直接向 OPAMP 的输入引脚介绍激励、并查看反馈环路返回的内容。 根据频率响应和相位响应、我可以直接确定相位裕度。

    由于反馈环路在输入引脚处打开、反馈环路不再看到运算放大器的输入电容("C4"、"C5"和"C6")。 因此、输入电容必须在外部"安装"。

    "L2"和"L3"闭合直流反馈环路、并允许 OPAMP 输入正确地进行直流偏置。

    "C3"提供激励的交流耦合、而不会影响 OPAMP 输入的直流偏置。 由于交流耦合即使对于最低频率"L2"、"L3"和"C3"也不可见、因此选择的是"无限"高电平。

    这种较为丰富的方法的优势在于、运算放大器的复数输出阻抗也被纳入计算中。 查看 Michael 的链接。

    Kai

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    Brian、

    有多种方法可以仿真相位裕度、但两种方法 都应该提供 相同的结果-请参阅下文。

    感谢 Kai 和 Michael 的投入。

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    尊敬的 Kai:

    非常感谢您的详细解释。

    它确实对我有很大帮助。

    Brian

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    尊敬的 Kai:

    我发现一个有关相补角的新问题。

    当我使用 OPA365和不使用 C2仿真电路时。

    交流传输特性如下:

    当增益为0dB 时、相位裕度为34度。

    但当增益为19dB 时、相位裕度可以为1deg。

    我想知道这34度是否意味着电路是稳定的?

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    您好 Brian、

    很抱歉,我在这里回答了以下问题:

    https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1170725/phase-margin-issue

    "我会说电路不稳定。

    由于运算放大器的制造公差和模型的缺陷、相位裕度不仅应在0dB 增益点(122kHz)处大于45°、而且还应在附近。 由于相位裕度在100kHz 时一直下降到0°、我会说电路不稳定。

    您能否发布 TSC 文件并了解有关您的应用的更多信息?"

    Kai