Analiza stabilității (marja de fază) în circuite reale de feedback

Așa că am avut o idee bună să folosesc feedback negativ pentru a controla curentul de compensare în circuitul meu de achiziție de date. Desigur, puteți face acest lucru în software, dar eliminarea offset-ului la etapa de intrare ar reduce swing-ul și ar permite mai mult câștig în amplificatorul pre-ADC fără saturație, îmbunătățind astfel SNR.

Așa că am proiectat această buclă de feedback și compania mea a construit-o. Și a oscilat la aproximativ 50 kHz, ceea ce probabil nu este o surpriză pentru majoritatea experților, întrucât singura analiză de stabilitate pe care am făcut-o a fost tripla verificare a faptului că am avut feedback negativ.

Bucla reală include un amplificator de eșantionare și menținere (această secțiune, care include C track 'role = "presentation"> C track și cele două track-uri R role = "presentation"> R track, a fost demonstrată într-o iterație anterioară), dar oscilația are loc numai în timpul fazei pistei, așa că am reprodus bucla așa cum există în timpul fazei pistei.

Ideea centrală este că bucla de feedback ar trebui să forțeze ambele intrări ale OA2 la aceeași tensiune (bine, tensiunea de ieșire împărțită la câștigul buclei deschise a OA2), astfel încât tensiunea de compensare a lui V să iasă 'rol = "prezentare"> V out este forțat să V offset 'role = "presentation"> V offset. Apoi sample-and-hold intră în modul hold și obțin V out 'role = "presentation"> V out .

Am studiat Gain Margin și Phase Margin la școală, dar nu am avut practici recente în acest sens și nu știu cum să creez un complot Bode pentru acest circuit real. OA1 și OA2 sunt OPA2376 și OA3 este OPA340. Există conexiuni suplimentare pentru bypass-ul etc., pe care le-am lăsat, deoarece nu cred că sunt relevante pentru calea semnalului. Dar nu ezitați să întrebați despre acestea dacă au un motiv pentru stabilitate. Iar sursa de alimentare reprezintă curentul către senzor, care nu este într-adevăr o sursă de curent ideală. I 1 'rol = "prezentare"> I 1

Cum dezvolt un grafic Bode pentru circuite de genul acesta folosind amplificatoare de operare non-ideale care conțin poli mari pe lângă cele create de componentele mele pasive? Citiți doar cele din fișele tehnice și suprapuneți

Sunt îngrijorat deoarece frecvența de oscilație este atât de mică și aproape de lățimea de bandă dorită.

Sunt corect că problema schimbării de fază este cauzată de frecvențele de colț ale amplificatoarelor operaționale sub 10Hz? Dacă folosesc o rețea de feedback de rezistență, voi trunchia câștigul buclei deschise, schimbând frecvența de la colț la dreapta (unde urmele buclei deschise intersectează noul meu câștig)? Și schimbarea de fază va începe, de asemenea, la o frecvență mai mare?

Impresia mea este că OA1 și OA3 au câștig de tensiune unitate (invertor), datorită feedback-ului existent. Ceea ce lasă OA2 ca problemă. Care ar fi o buclă de feedback bună pentru ca OA2 să stabilizeze bucla în ansamblu, menținând în același timp eroarea de compensare mică și soluționând într-un timp redus (pentru că trebuie să intru în standby)? Sau, în schimb, ar trebui să reglez pista C tia și/sau R pentru a mișca coloanele existente în loc să creez altele noi? 250 μ s 'rol = "prezentare"> 250 μ s C tia' rol = "prezentare"> C tia R track 'role = "presentation"> R track

Uau, e minunat să pui această întrebare, arată curaj admirabil.

Analiza stabilității buclei din lumea reală.

„Cum dezvolt un grafic Bode pentru circuite de acest gen folosind amplificatoare de operare non-ideale care conțin poli mari în plus față de cele create de componentele mele pasive?”

Două întrebări trebuie luate în considerare la elaborarea proiectelor de circuite:

  1. Face acest design ceea ce trebuie să facă?
  2. Face acest proiect ceea ce se presupune (proiectat) să facă?

Prima întrebare este cea mai importantă, dar o vom ocoli acum pentru a ne uita la a doua, unde analiza stabilității s-ar încadra în procesul de proiectare. Va fi o demonstrație a unei tehnici bine cunoscute, analiza lui Bode, aplicată buclelor simple formate din OpAmps, rezistențe, condensatori și poli și zerouri ale semiplanului stâng. Deși poate fi extins la tipuri de bucle mai complicate, nu va fi acolo, deoarece va fi suficient de lung. Deci, nu veți găsi nicio discuție despre topologiile de buclă care comută periodic în timpul unui ciclu de funcționare, fără poli decolorați, fără zerouri rătăcite în jumătatea dreaptă a planului și fără alte trucuri murdare.

Analiza stabilității cuprinde trei pași:

Câteva lucruri de reținut cu privire la analiza lui Bode:

  • Aceasta este doar o tehnică liniară. Nu este permisă multiplicarea frecvenței în buclă. frecvența sursei scanate trebuie comparată cu intrarea și ieșirea fără ca energia să fie plasată în alte frecvențe pentru ca rezultatele să fie utile.
  • Este, de asemenea, o analiză mică a tipului de semnal AC.
  • Analiza se face numai pe bucle deschise. O analiză cu buclă închisă vă va oferi un răspuns plat zero dB până când câștigul buclei deschise scade sub zero dB. Deci, trebuie să spargeți bucla și apoi puteți vedea contribuția tuturor polilor și zerourilor din buclă.
  • Orice buclă al cărei câștig depășește zero dB la> 20 dB/deceniu (mai mult de un pol necompensat) va fi instabil.
  • Vrei cu adevărat o marjă de fază> 35 de grade.

Vom parcurge pașii 1 și 2 folosind bucla dvs. ca exemplu.

1. Rapid și murdar

steaguri rosii

Aruncați o privire rapidă asupra buclei pentru orice lucru care iese în evidență.