Question

什么是相位裕量？

Answer 1

相位裕量定义

相位裕量是分析运算放大器稳定性的一个重要参数，相位裕量是指运算放大器开环增益为0dB时的相位与180 ° 的差值，对于一个固定的运算放大器设计，相位裕量只有一个。如图1所示，可以看出在开环增益为0dB时，AD8648的频率约为25MHz，此时的相位值约为106 ° ，故相位裕量为74 。

图1 典型的运算放大器增益/相位曲线（取自AD8648数据手册）(略)

如果系统的环路增益大于等于0dB且相移超过180 ° 时，闭环的放大电路就会不稳定产生振荡，而相位裕量表明了距离产生自激振荡的裕量大小，这也是相位裕量成为标志运算放大器稳定性的一个重要参数的原因之一。

影响相位裕量的因素包括闭环回路的噪声增益和负载情况。一般而言，噪声增益愈小则相位裕量愈小，因此单位增益的系统是最难稳定的。同时，在选择运算放大器作为增益缓冲器时，应当注意运算放大器在单位增益接法下是否能保持稳定。纯阻性负载一般对相位裕量没有影响，感性负载对相位裕量有改善作用，而实际应用中最常应用的容性负载则会降低运算放大器电路的相位裕量，从而导致系统易产生自激振荡。

图2示意了时域和频域角度下，相位裕量对系统稳定性的影响。可以看出在时域中，相位裕量下降将导致信号的上升沿和下降沿的振荡加大，使得系统的稳定时间延长。而在频域中，相位裕量下降将使转折频率处出现尖峰。

图2 相位裕量减少对系统的影响(略)

对于有负载的系统，可以通过分析系统的频率响应获得相位裕量的计算公式。对于简单的系统，可以采用下面的简单步骤来判读系统是否稳定，即根据阶跃响应的过冲大小来估计相位裕量。对阶跃响应输入，一般可选用峰峰值为100mV的信号进行测试，这样可以避免压摆率的非线性问题，如果此时在系统的输出端观察到过冲或振荡，则需要重新考虑系统的稳定性。

图3给出了过冲与相位裕量的关系曲线，需要指出的是复杂的零极点网络可能不遵循此规律。

图3 过冲与相位裕量关系曲线(略)