2 您需要多少相位裕度？

運算放大器迴路穩定性是透過相位裕度來衡量，也就是當輸出閉合迴路增益低於單位值時輸出訊號相移與 360 度的差值。每個運算放大器都存在固有的偏移 (例如主要極點)，而額外的偏移則取決於放大器周圍的應用和元件。

不同的經驗法則建議 30、45 甚至 60 度的相位裕度，但您真正需要多少才能確保可靠的性能？對於傳統的米勒補償運算放大器，可以模擬典型的製程變異並觀察對相位裕度的影響。

圖 1 以 1MHz 單位增益頻寬且 Zo = 300Ω Ω，粗略估計運算放大器的開環增益 (Aol) 和輸出阻抗 (Zo)。隨著製程變異，米勒電容器 (C26) 的值可能會變化約 ±30%，而隨著溫度的變化還會變化約 ±30%。此變化的總誤差為 ±30% × ±30% (即 ±30% + ±9% 或 ±39% 變化)。由於米勒電容器的值會改變運算放大器 Aol 中主要極點的位置，而這種變化會顯著影響單位增益頻寬和相位裕度，這就是為什麼這些規格始終以典型值提供的原因，即使對於精密放大器和高速放大器也是如此。

圖 1 TI 電路的開環增益和輸出阻抗 PSpice®

圖 1 中的放大器以負載電阻和電容進行設定，因此回饋迴路具有 45 度的相位裕度。對迴路穩定性的主要因素 (米勒電容器、開環輸出阻抗和放大器周圍的被動裝置) 執行 Monte Carlo 分析，將可顯示製程變異和溫度的變化會如何影響電路相位裕度的估計。

圖 2 繪製所產生的相位裕度。在此分析中，我分別對米勒電容器套用了 ±40% 的變化、Zo 為 ±15%、負載電容器為 ±10%，以及負載電阻器則為 ±5%。這些是米勒電容器和 Zo 的預期內部公差，以及許多通用應用的典型元件精密度。

圖 2 針對估計的製程變異和溫度偏移進行了 5,000 次 Monte-Carlo 分析

在這個變化中，回饋迴路的相位裕度的最小相位裕度為 19 度，比 45 度偏移了 26 度。隨著製程變異和溫度的變化，如果電路的相位裕度約為 27 度，則電路將保持穩定，儘管 45 度能提供良好的瞬態性能和安定時間。相位裕度越接近 0 度，輸出逸出最終值的程度就越大，而且穩定到最終輸出值所需的時間也越長。45 度的相位裕度提供了足夠的設計公差，可在不影響安定時間或觀察過度過衝的情況下，允許相位裕度發生變化。

雖然這些模擬有助於了解米勒電容器變化對性能的影響，但最終仍應由電路設計人員對其設計的性能負責。為了減少計算強度，我們假設了許多理想的屬性，而模擬的準確度則取決於所包含的非理想值。