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技術(shù)專(zhuān)題
高頻和雜散電容下的放大器穩定性
放大器是使現代生活成為可能的關(guān)鍵組件之一。從無(wú)線(xiàn)通信到電力電子，放大器需要穩定且可預測地運行，以使這些產(chǎn)品正常工作。穩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)的物理系統都具有系統將達到穩定行為的條件。放大器的穩定性將這些概念擴展到了放大器，由于意外的反饋，系統輸出可能會(huì )增長(cháng)到不希望的飽和狀態(tài)。如果使用正確的設計和仿真工具，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定性。
雜散電容如何影響射頻放大器的穩定性
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定源是寄生電容。該寄生電容存在于連接到放大器的走線(xiàn)之間。寄生電容對于將長(cháng)走線(xiàn)（即傳輸線(xiàn)）的阻抗設置為特定值至關(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，因此當輸入/輸出信號頻率較高時(shí)，其阻抗較低。如今，這通常是在芯片級別解決的，但是隨著(zhù)越來(lái)越多的RF放大器以越來(lái)越高的頻率運行，PCB走線(xiàn)和焊盤(pán)的貢獻將變得越來(lái)越重要。僅有幾pF的寄生電容足以驅動(dòng)放大器在工作期
間不穩定。
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反饋傳播回同相輸入的位置
在板級，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計走線(xiàn)和焊盤(pán)，以使寄生電容最小，或者在反饋環(huán)路中添加一些補償電容。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(cháng)度，因此您必須使用阻抗控制的布線(xiàn)。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備的RF放大器仍封裝為單獨的組件。一個(gè)典型的例子是用于毫米波應用的新型功率放大器。
評估放大器穩定性的典型方法是使用制造商的評估板，并直接測量任何瞬態(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(xiàn)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)路上使用補償電容器進(jìn)行實(shí)驗，以抵消寄生電容。