收藏之模拟 退耦电容——我们都在使用,但这是为什么呢?
讲的太好了必须收藏一下;
来自《TI信号链精品博文集锦——看一个TI老工程师如何驯服精密放大器》第45小结
文章如下:
每个人都知道运放应该使用靠近运放供电管脚的退耦电容,对吗?但为什么要使
用这个退耦电容呢?举个例子,如果没有合适的退耦,运放会更容易产生振荡。了解
使用退耦电容的原因能够增加你对这个问题的理解和认知。
电源抑制比是运放抑制供电发生变化的能力。如图1所示,在低频段,运放的电源
抑制比是非常高的,但是随着频率的增加,电源抑制比会减小。在高频段,较小的电
源抑制比可能会导致运放振荡。
我们经常认为,外部的供电噪声会影响运放。但是,运放自身会产生一些问题。
例如,负载电流来源于运放的供电。如果没有合适的退耦,运放的供电端的阻抗就会
非常大。这会导致负载的AC电流在供电端产生一个AC电压,从而构成了一条无意的,
不可控的反馈回路。供电端的电感能够放大该AC电压。在高频段,运放的电源抑制比
比较低,这条无意的反馈回路能够引起振荡。
当然,运放内部电路也会带来一些影响。如果没有一个稳定的供电,内部电路的
节点之间也可能会产生反馈回路。内部电路的设计是为了使运放工作得更稳定,供电
端有较低的电阻。如果没有稳定的低阻抗的电源供电,运放的工作可能变得特别异常
且不可预测。
给运放的输入端加一个干净的正弦波,较差的退耦产生的反馈回路上可能是一个
失真的正弦波。如图2 所示,在供电端的信号电流经常是失真的,因为它仅仅是正弦
信号的一半。如果正端供电和负端供电的电源抑制比不相同,也会使输出波形失真。
如果负载电流很大,该问题会变得更加严重。电抗性负载会产生相位,使负载电
流产生相移,这可能会加剧这个问题。容性负载在反馈回路上会产生额外的相移,很
有可能会产生振荡。为了消除这些问题,我们需要较大容值的钽电容作为退耦电容,
并且需要特别注意该电容的布局,应直接连接在供电引脚上,且越近越好。
当然,并不是所有的低质量的退耦都会使运放产生振荡。如果没有足够的正向反
馈,或者相移并不是很大,并不会使运放振荡。但是,运放的性能会大大下降。较大
的过冲,较长的建立时间会影响频率响应和脉冲响应。
在以前的博客中曾经讨论过,TINA或者其它的SPICE仿真工具不能很好地仿真出
这些现象。SPICE中的电压源是相当稳定的,不会随着负载电流而产生变化。要想仿真
出实际的供电阻抗非常难,并且结果是不准确的。电源抑制比的值用我们最好的模型
macro来仿真,但是,反馈回路上的相位关系不可能完全准确。一般情况下,仿真是
很有用的,但并不能准确地预测出上述现象。
你不应该成为一个偏执狂------没有必要对退耦太过要求。对一些特别敏感的情况
和潜在的问题提高警惕就可以了。适当的理解和认知会使模拟设计变得更好。
阅读原文, 请参见: http://e2e.ti.com/blogs_/b/thesignal/archive/2013/04/23/
bypass-capacitors-yes-but-why.aspx
从电源抑制比看退耦
正负电源抑制比不对称的影响
电容的频率特性图