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Análisis de la estabilidad (margen de fase) en circuitos de retroalimentación real

Así que tuve una brillante idea de utilizar la retroalimentación negativa para el control de desplazamiento de la corriente en mi circuito de adquisición de datos. Claro, usted podría hacer esto en el software, pero la eliminación de la desviación en la etapa de entrada reduciría el swing y permitir una mayor ganancia en el pre-ADC amplificador sin saturación, con lo que mejora la SNR.

Así que he diseñado este bucle de retroalimentación, y mi empresa que la construyó. Y oscilaba en alrededor de 50 khz, que probablemente no es ninguna sorpresa para la mayoría de los expertos, porque la única análisis de estabilidad que hice fue el triple de la verificación de que tenía la retroalimentación negativa.

El real bucle incluye un sample-and-hold amplificador (esta sección, que incluye \$C_{\text{track}}\$ y \$R_{\text{track}}\$ resistencias, ha sido probada en una iteración anterior), pero la oscilación se produce sólo durante el seguimiento de fase, por lo que he reproducido el lazo que existe durante el seguimiento de fase.

La idea central es que el bucle de retroalimentación debería obligar a las dos entradas de OA2 a la misma tensión (así, el voltaje de salida dividida por OA2 de lazo abierto de ganancia), por lo que \$V_{\text{out}}\$'s voltaje de offset se ve obligado a \$V_{\text{offset}}\$. A continuación, el muestreo y retención cambia a modo de retención y adquieren \$V_{\text{out}}\$.

CircuitLab Schematic vx9f56

Estudié obtener el margen de fase y margen en la escuela, pero estoy no he tenido la práctica reciente con eso y no estoy realmente seguro de cómo ir sobre la creación de una gráficas de Bode para este circuito real. OA1 y OA2 son un OPA2376 y OA3 es un OPA340. Hay conexiones adicionales para el suministro de pasar por alto, etc., que me dejó porque yo no creo que sean pertinentes a la ruta de señal. Pero siéntase libre de preguntar acerca de esas si hay una razón por la que importa para la estabilidad. Y el \$I_1\$ oferta representa la corriente del sensor, que no es realmente una fuente de corriente ideal.

¿Cómo desarrollar un Bode-parcela para circuitos como este usando no-ideal op-amps que contienen importantes polos además de los creados por mi los componentes pasivos? Acabo de leer el de las hojas de datos y superponer

Estoy preocupada porque la frecuencia de oscilación es tan baja y cerca de mi deseada de ancho de banda.

Estoy en lo cierto al pensar que el cambio de fase problema es causado por el op-amps rincón de frecuencias por debajo de 10 hz? Si yo uso un resistor de retroalimentación de red, voy a truncar la ganancia de lazo abierto, moviendo la frecuencia de la esquina a la derecha (donde el lazo abierto de la parcela se cruza con mi nuevo ganancia)? Y el cambio de fase se iniciará en una frecuencia más alta?

Mi impresión es que tanto OA1 y OA3 de unidad de la ganancia de voltaje (invertida), debido a la retroalimentación existente. Lo que deja OA2 como el problema. Cuál sería una buena retroalimentación para OA2 para estabilizar el general bucle, mientras se mantiene el desplazamiento de error pequeño y el tiempo de asentamiento no más de \$250 \mu s\$ (porque entonces tengo que cambiar en el modo hold)? O debería ser el ajuste de \$C_{\text{tia}}\$ y/o \$R_{\text{track}}\$ en su lugar, para mover los polos en lugar de crear otros nuevos?

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Steve Paulo Puntos 8263

Parece que puede tener básicamente construido un cambio de fase del oscilador alrededor de OA2.

Una mirada desde el punto de vista de OA2. A nivel local, OA2 está funcionando como un comparador con ningún local de retroalimentación en torno a las aplicaciones, lo que significa que es una etapa de ganancia con muy alta ganancia.

La retroalimentación negativa es suministrado a OA2 a través de la OA3 y OA1 etapas. Estas dos etapas de alta frecuencia roll off, lo que significa que existe un área de su funcionamiento, en el dominio de la frecuencia, en la que pasan algunos de señal, pero en algún cambio de fase.

Porque OA2 tiene una enorme ganancia, muy poca retroalimentación es necesaria para mantener la oscilación (es decir, muy poca señal tiene que pasar a través de OA3 y OA1). Necesitamos \$A\beta = 1\$, pero si \$A\$ es enorme, entonces \$beta\$ necesidad de ser pequeño.

A sólo 50 Khz, sin embargo, no es sólo acerca de 83 grados de cambio en el OA3 etapa, y alrededor de 55 grados en OA1. Que está lejos de 180. Para hacer el relevo, el bucle debe recoger bastantes grados de cambio de fase a partir de algunos de los op-amp no ideal de comportamientos, como la compensación interna de los polos. Pero la creencia es difícil de justificar. Mirando las hojas de datos, los op-amps está utilizando tiene al lado no hay cambio de fase de hasta 1 Mhz.

Otra cosa que está en juego: capacitancias parásitas fuera del amp op, o comentarios caminos que no son evidentes a partir de la esquemático (tal vez a través de la fuente de alimentación). Porque OA2 es muy abierta, va a amplificar la más mínima señal de que las olas en la parte superior de la tensión de referencia.

Los amplificadores son CMOS, por lo que tienen una muy alta impedancia de entrada, haciéndolos sensibles a los parásitos capacitancias de desviación. Dicen que usted tiene un \$10^{12}\Omega\$ impedancia de entrada. Una mera 0.001 pF capacitancia parásita que crea un poste con un 3dB frecuencia de 160 Hz!

Si el circuito no está oscilando a todos, adjuntando una sonda de osciloscopio para Vsal podría añadir suficiente capacitancia de derivación para crear un polo en la entrada de OA1 que añade el necesario cambio de fase para hacerlo oscilar.

¿Tiene usted pruebas de que el circuito oscile a 50 Khz (o oscilando a todos) cuando no estás de alcance, y has probado a tocar en más de un punto en el bucle?

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