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技術(shù)專題
高頻和雜散電容下的放大器穩(wěn)定性
放大器是使現(xiàn)代生活成為可能的關(guān)鍵組件之一。從無(wú)線通信到電力電子，放大器需要穩(wěn)定且可預(yù)測(cè)地運(yùn)行，以使這些產(chǎn)品正常工作。穩(wěn)定性分析是我在物理學(xué)和工程學(xué)中最喜歡的主題之一，它總是傾向于出現(xiàn)在您最不希望看到的地方。這些地方之一是在放大器中。
具有反饋和增益的任何與時(shí)間相關(guān)的物理系統(tǒng)都具有系統(tǒng)將達(dá)到穩(wěn)定行為的條件。放大器的穩(wěn)定性將這些概念擴(kuò)展到了放大器，由于意外的反饋，系統(tǒng)輸出可能會(huì)增長(zhǎng)到不希望的飽和狀態(tài)。如果使用正確的設(shè)計(jì)和仿真工具，則可以在創(chuàng)建布局之前輕松解決電路模型中的潛在不穩(wěn)定性。
雜散電容如何影響射頻放大器的穩(wěn)定性
放大器電路中以及放大器IC的輸入和輸出端口之間的不穩(wěn)定源是寄生電容。該寄生電容存在于連接到放大器的走線之間。寄生電容對(duì)于將長(zhǎng)走線（即傳輸線）的阻抗設(shè)置為特定值至關(guān)重要。但是，寄生電容也為輸出端口和輸入端口之間的反饋提供了意外路徑。
由于此反饋路徑是電容性的，因此當(dāng)輸入/輸出信號(hào)頻率較高時(shí)，其阻抗較低。如今，這通常是在芯片級(jí)別解決的，但是隨著越來(lái)越多的RF放大器以越來(lái)越高的頻率運(yùn)行，PCB走線和焊盤的貢獻(xiàn)將變得越來(lái)越重要。僅有幾pF的寄生電容足以驅(qū)動(dòng)放大器在工作期
間不穩(wěn)定。
具有放大器寄生電容的電路模型。紅腳顯示的是電流可以作為負(fù)反饋傳播回同相輸入的位置
在板級(jí)，輸入端的雜散電容具有帶寬限制作用，其中帶寬減少了一個(gè)因子（1 +增益）。解決方案是在放大器端口上設(shè)計(jì)走線和焊盤，以使寄生電容最小，或者在反饋環(huán)路中添加一些補(bǔ)償電容。在高GHz頻段（例如，毫米波頻率）下，組件之間的間隔大于臨界長(zhǎng)度，因此您必須使用阻抗控制的布線。將某些組件集成到SoC中有助于消除此問(wèn)題，但是許多用于即將推出的設(shè)備的RF放大器仍封裝為單獨(dú)的組件。一個(gè)典型的例子是用于毫米波應(yīng)用的新型功率放大器。
評(píng)估放大器穩(wěn)定性的典型方法是使用制造商的評(píng)估板，并直接測(cè)量任何瞬態(tài)行為。另一個(gè)選擇是確定連接到放大器的輸入和輸出走線上的寄生電容，并將其包括在仿真中。這些仿真還允許您在放大器的反饋環(huán)路上使用補(bǔ)償電容器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以抵消寄生電容。