本文主要講述對(duì)于同相比例放大電路的CF反饋電容的計(jì)算和設(shè)計(jì)，需要有一定的環(huán)路穩(wěn)定性基礎(chǔ)，對(duì)于這部分可以先閱讀 (全新視角帶你深入理解運(yùn)放的環(huán)路穩(wěn)定性) 。 當(dāng)運(yùn)算放大器做同向比例放大驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載，我們經(jīng)常會(huì)見(jiàn)到在反饋回路中有反饋電容CF的存在。

一、為什么要加CF?

以O(shè)PA452為例，通過(guò)Gain&Phase-Frequency曲線得知，OPA542相位裕度為40°，當(dāng)OPA542做同相比例放大驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載時(shí)，其輸出端內(nèi)部的寄生阻抗Ro與容性負(fù)載CL=1uF在環(huán)路中引入新的極點(diǎn)fpo1= 1/(2·π·Ro·CL)，導(dǎo)致系統(tǒng)相位裕度降低。

我們通過(guò)添加CF在環(huán)路中引入零極點(diǎn)，通過(guò)零點(diǎn)抵消fpo1,極點(diǎn)放在AOL小于0dB的高頻段。接下來(lái)借助1/β：反饋系數(shù)的倒數(shù)來(lái)分析設(shè)計(jì)零極點(diǎn)的合適位置。

引入CF后在1/β的極點(diǎn):fp1 = 1/(2·π·RF·CF)，零點(diǎn)fz1 = 1/[(2·π·RF//Rg)*·CF]。1/β曲線以放大倍數(shù)換算成dB開(kāi)始，由于CF 對(duì)高頻短路且 VOUT 直接反饋到運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，1/β 的最小值為0dB。因此1/β只有一個(gè)位于 fp1處的下降單極點(diǎn)，以 -20dB/decade下降直到0dB到fcl 處(如綠色曲線)。 β和引入fpo1后的Aol曲線(對(duì)應(yīng)藍(lán)色曲線)，兩者相疊加就是系統(tǒng)的環(huán)路增益Aol*β曲線。因此可以通過(guò)確定1/β與引入fop1后的Aol曲線相交的位置來(lái)確定Cf的值(注意1/β的零點(diǎn)就是β的極點(diǎn))。

二、如何確定Cf的值?

1/β與Aol(引入fpo1后)交點(diǎn)，即為最終環(huán)路增益曲線的0dB，1/β極點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置對(duì)應(yīng)的相位裕度增加了45°(單零點(diǎn)系統(tǒng)中，零點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置相位裕度為45°，10倍頻后增加到90°。而在1/β系統(tǒng)中，零極點(diǎn)成對(duì)出現(xiàn)，因此在零極點(diǎn)的中間位置是零點(diǎn)帶來(lái)相位裕度提升而極點(diǎn)還未起作用的位置)，在1/β 極點(diǎn)與零點(diǎn)的頻段中點(diǎn)反饋環(huán)路補(bǔ)償?shù)南辔辉６冗_(dá)到最大。

最佳相位裕度設(shè)計(jì)方法:

1.)確定fpo1=1/(2·π·Ro·CL)，然后在運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益曲線(規(guī)格書(shū))上，從fpo1處 以-40dB/decade下降到0dB處的頻率點(diǎn)，即是加入CL后的開(kāi)環(huán)增益的0dB的穿越頻率f(Aol=0dB)。

2.) 設(shè)計(jì)1/β零點(diǎn)位置來(lái)選擇CF：

方式一(Good):

fz1=f(Aol=0dB)，直接把CF引入的零點(diǎn)設(shè)置在0dB處，從而使得調(diào)整后的環(huán)路增益的Phase Margin≈45°。

方式二(Better):

fz1=f(Aol=NG)+[f(Aol=0dB)-f(Aol=NG)]/2，f(Aol=NG)是在加入CL后的開(kāi)環(huán)增益噪聲(對(duì)于同相比例放大噪聲增益即閉環(huán)增益)增益處的頻點(diǎn)，這樣把fz1設(shè)置在0dB和噪聲增益對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)中間位置。