广告

寄生峰值:使原本稳定的反馈回路不稳定的寄生反馈通路

2022-11-17 10:48:52 John Dunn 阅读:
我一直坚信电子比人更加聪明。即使是最优秀的工程师,也可能深受不易察觉的电子作用之害,尤其是在存在寄生反馈通路对原本稳定的反馈回路造成破坏而需要找到它时。本文就带大家看一个案例研究。

我一直坚信电子比人更加聪明。即使是最优秀的工程师,也可能深受不易察觉的电子作用之害,尤其是在存在寄生反馈通路对原本稳定的反馈回路造成破坏而需要找到它时。本文就带大家看一个案例研究。4o5ednc

我有一种多输出直流电源,其设计偶尔会出现回路不稳定,我正在寻找原因,进而寻求补救措施。我设置了一个注入信号,称为“E-test”,如图1所示。这样,通过检查与E1相关的E2,就可以查看反馈回路的增益和相位属性。4o5ednc

4o5ednc

图1:E-test的基本回路增益测试计划。4o5ednc

设计中有一个电流隔离栅,因此测试设置如2所示。4o5ednc

4o5ednc

图2:更详细的回路增益测试计划。4o5ednc

我们现在看看隔离栅电路是如何配置的(3)。4o5ednc

4o5ednc

图3:交替动作的钳位隔离栅电路。4o5ednc

在存在直流电流源驱动变压器次级中心抽头,通过变压器初级上的两个二极管引起交替钳位动作的情况下,信号输入电压E(左侧)就会转换为信号输出电压E(右侧)。由于两个NPN晶体管的Vcesat和四个二极管的正向压降,我们会损失一些电平,但却能非常接近地实现从输入到输出的线性传递函数。更详细的电路如图4所示。4o5ednc

4o5ednc

图4:比图3更详细的交替动作钳位隔离栅电路。4o5ednc

请注意1N4623稳压二极管上的8V电源。稍后我们将返回考虑这两个部分的性质。4o5ednc

5所示的一对曲线显示了隔离栅电路的输出和随后的PWM控制信号输出与隔离栅电路的输入之间的关系。为了实现反馈回路控制,这就是我们所需要的。4o5ednc

4o5ednc

图5:隔离栅电路的线性度。4o5ednc

虽然现在已有新的型号取代,但惠普HP(现是德科技)4395A网络分析仪仍可用于回路测试(图6)。4o5ednc

4o5ednc

图6:左侧是用于E-test的HP 4395A网络分析仪,右侧则绘出了如何将其连接到被测单元(UUT)。4o5ednc

4395A网络分析仪通过图7所示的1:1接口变压器连接到UUT。同轴电缆的编织层用作测试变压器的初级,而电缆的中心导体则用作测试变压器的次级。两个100Ω电阻为分析仪的RF输出提供近50Ω负载,而100Ω和10Ω两个电阻则形成了一个非常小的E-test,以便在执行测试时使电源的工作状态尽可能接近正常。4o5ednc

4o5ednc

图7:测试变压器及其与HP 4395A网络分析仪的连接。4o5ednc

我们在E-test的不同激励水平下进行了回路增益测试,结果让我们大吃一惊。4o5ednc

由于来自分析仪的测试信号电平从0dBm下降到-12dBm,因此我们得到了不同的测试结果(图8)。4o5ednc

4o5ednc

图8:在网络分析仪的激励为(a)0dBm、(b)-3dBm、(c)-6dBm、(d)-9dBm、(e)-10dBm和(f)-12dBm的情况下所看到的回路增益。4o5ednc

当将网络分析仪的输出电平设置为0dBm时,回路增益滚降特性起初看起来不错,但随着激励电平的改变,滚降特性发生了巨大变化。4o5ednc

结果发现罪魁祸首如9所示。4o5ednc

4o5ednc

图9:寄生反馈通路。4o5ednc

8V的电源来自PWM动作所控制的同一个逆变器,因此导致了如图9所示的寄生反馈通路。稳压二极管的导通电阻促进了这条通路,并且在我看来,Rz相对于测试激励的变化导致了奇怪的测试结果。4o5ednc

可以将稳压二极管替换为有源IC,如图10所示。4o5ednc

4o5ednc

图10:消除寄生反馈通路。4o5ednc

可通过使用具有极低动态电阻的LM136并改变一个电阻来恢复PNP晶体管的Q点,来消除寄生反馈通路。4o5ednc

测试结果如11所示。4o5ednc

4o5ednc

图11:去除了寄生通路的回路增益和回路相位。4o5ednc

随着寄生反馈通路的中断,在所有测试驱动电平的情况下,增益相位结果都很好并且彼此相似。4o5ednc

我们错误地假设电源是一个线性系统。由于稳压二极管的行为,电源实际上是一个非线性系统。4o5ednc

从头开始,可以说,在进行回路增益和回路相位测试时应始终在不同的激励电平下运行,从而查看测试结果是否在每个激励电平下相互匹配。如果结果并非如此,那么在某个地方就存在非线性,这就可能会给我们或我们的最终用户带来麻烦。4o5ednc

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:Sneaky peak: sneaky feedback paths that de-stabilize an otherwise stable feedback loop,由Franklin Zhao编译。)4o5ednc

本文为《电子技术设计》2022年11月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里4o5ednc

责编:Franklin
本文为电子技术设计原创文章,未经授权禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
John Dunn
John Dunn是资深电子顾问,毕业于布鲁克林理工学院(BSEE)和纽约大学(MSEE)。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 裸机系统上的模拟调试 我承认“模拟调试”这个标题有点神秘。阅读本文后,嵌入式固件开发人员可能会遭受认知失调的困扰,但相信我,这以后会说得通的。本标题暗示的是处理MCU中被处理信号的任务。
  • 手机信号强弱跟什么有关,手机信号放大器真的有用吗? 现代生活的各个方面都离不开手机,无论是衣食住行,还是社交娱乐,手机都极大的方便了我们的日常生活,而手机信号则会极大的影响我们的使用体验。不知道大家有没有这样的体验,明明手机信号显示的满格,甚至还是5G信号满格,但就是加载不出页面,那这到底是怎么一回事呢?EDN小编带您一起了解。
  • 有助于低压测量的精密同步检波放大器设计 本设计实例提出了一种实用电路,借此就可实现同步检测,进而以高线性度和出色的抗噪性对小直流电压进行放大。在涉及电流分流器、称重传感器和热电偶等的测量中需要使用这种电路。
  • 高通5G毫米波独立组网在我国取得重要突破 近日高通技术公司宣布,在中国完成的多项技术验证中实现了稳健的毫米波性能,实现5G毫米波独立组网 (SA) 性能突破,可满足未来中国毫米波商用部署需求,为进一步推动毫米波商用部署奠定了基础。
  • 智能控制如何降低能耗 全球超过 65% 的电力用于为工业环境、商业建筑和个人住宅中的电机和电源供电。据 Our World in Data 资料显示,60% 的电力来自燃烧煤炭和天然气,只有不到 10%的电力来自可再生能源。智能变频数字电机控制则可降低 25% 以上的能耗。智能数字电源控制可以更大限度地提高太阳能和风能的生产效率,并更大限度地减少超高能耗设备的电源功耗。在本文中,我们将探讨智能控制应用的一些趋势,以及分享智能控制如何降低能耗和提高可再生能源效率的示例。
  • 英伟达为中国“特供”A800芯片,数据传输速率比A100低 英伟达周一表示,已为中国开发了一种新的先进芯片,该芯片遵守美国旨在限制该国获得人工智能技术的新出口管制规则。该芯片被称为A800,是第三季度投入生产的A100芯片的替代品。
  • Google AI在3个变革性领域的新成果 Google AI在3个变革性领域取得的成果。
  • 如何使用示波器或数字化仪进行更好的测量 现代示波器和数字化仪正变得越来越好——更高的带宽、更好的垂直分辨率和更长的采集内存,更不用说有更多的固件工具可用于特定应用的测量了。有了所有这些高级分析功能,我们对一些简单而又非常古老的可提高测量准确性和精度的规则,有时就很难记住。本文希望通过一些好的实例来为大家提供帮助。
  • 使用示波器进行基本抖动测量 抖动有两种主要类型:随机抖动和确定性抖动。随机抖动是无界的,即它的值随着测量持续时间的增加而不断增加。随机抖动与噪声等随机过程相关。确定性抖动则是有界的,其幅度随着观察时间的增加而受到限制。确定性抖动又可细分为周期性抖动、数据相关抖动和有界不相关抖动。
  • 深入浅出探索量子技术 过去几年来,新的元器件与技术已开始与各种新旧学科相结合。模拟电路进一步结合量子物理学和激光等新技术,让研究人员开发出令人惊艳的尖端现场测量仪器。
  • 高速串行系统性能测试:如何编写自定义眼图模板? 如何评定高速串行系统的性能?在高速串行系统中,主要通过眼图测试。评估一个眼图的好和坏,通常利用一些常见的指标来衡量,比如眼高,眼宽,抖动,占空比等。为了简单而又直观地判断眼图的指标是否符合规范的要求,将规范指标的要求编写成一个眼图模板,然后利用示波器来调用这个模板,这样就可以直观看到眼图是否有碰到模板……
  • 量子计算提升汽车设计与制造效率 汽车制造商宝马和量子计算技术开发商Pasqal宣布已进入新的合作阶段,双方将携手研究量子计算算法对金属成形应用建模的适用性。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了