Phasenrandanalyse eines [selbstgebauten] PMOS LDO [mit LTspice]

Ich denke, die obere Grafik zeigt genau an, wo Instabilität auftritt: -

Der Phasenwinkel beträgt null Grad und die Verstärkung immer noch +45 dB. Mit anderen Worten, es ist die „Gewinnspanne“, die hier für Schwingungen sorgt.

Das transiente Diagramm scheint anzuzeigen, dass es bei 250 kHz oszilliert, während das AC-Diagramm mir sagt, dass es bei 100 kHz oszillieren könnte. Angesichts der Höhe der Verstärkungsspanne (45 dB) überrascht mich das nicht.

Die kompensierte Reaktion ist im Talbereich grenzwertig instabil, aber nicht ganz vollständig instabil. Ich würde mir vorstellen, dass es ein ziemliches Maß an Überschwingen / Klingeln geben würde, wenn es vorübergehenden Versorgungs- oder Laständerungen ausgesetzt wäre: -

Um meine Verwirrung mit einigen Diagrammen weiter zu erklären / zu beheben, zeichnet die hier verwendete Injektionsmethode den tatsächlichen Phasenrand und nicht die absolute Phase. Wenn also die Phasenreserve über 0 Grad (bei 0 dB) liegt, ist das die absolute Stabilitätsschwelle; dieser Phasenabstand von null Grad entspricht einer absoluten Phase von –180 Grad. Einige andere Veröffentlichungen und Software zeichnen die Stabilität in Bezug auf die absolute Phase, nicht die Marge, also war ich verwirrt ...

Hier sind zwei Diagramme, die offensichtlich eine erste offensichtliche Instabilität/Oszillation (minus 40 Grad Phasenabstand) und Stabilität (plus 60 Grad Phasenabstand; ich habe den ESR dafür auf 1 Ohm erhöht, verglichen mit meiner anfänglichen Postfixierung) zeigen. Diese Diagramme entsprechen größtenteils dem, was Andy gesagt hat, aber sie verwenden dasselbe Kriterium (Phasenabstand), sodass sie einfacher zu vergleichen sind.

Obwohl Sie Ihre Antwort gefunden haben, dachte ich, ich teile dies:

Ich habe im letzten LT-Spice-Seminar einen anderen Ansatz zur AC-Analyse kennengelernt, der auf mehreren Transientensimulationen und der Berechnung der Phase und Verstärkung mit Messaussagen basiert. Dies ist nützlich für Switchmode-Versorgungen (die LT-Switcher sind Zeitbereichsmodelle), und ich habe versucht, es auch auf Ihre Schaltung anzuwenden.

Es lief nicht ganz so gut, aber es könnte für andere Anwendungen hilfreich sein.

Anstelle einer Kleinsignal-Wechselspannungsquelle verwenden Sie also eine "normale" transiente Sinusspannungsquelle mit einer parametrisierten Frequenz.

Es wurde empfohlen, den alternativen Solver (einstellbar in den Optionen) zu verwenden, um die Genauigkeit der Ergebnisse zu erhöhen.

Dann müssen Sie einige Spice-Anweisungen platzieren, damit es funktioniert:

.param Freq=125K ; iterate to 0dB gain or use the .step statement below
.step dec param freq 1 10meg 5
.save V(a) V(b)
.option plotwinsize=0 numdgt=15

Die .saveAnweisung teilt LT-Spice mit, welche Knoten gespeichert werden sollen, sodass es nur auf die interessanten Knoten A und B reduziert wird. Die .optionAnweisung erhöht die Genauigkeit und schaltet die verlustbehaftete Komprimierung der Ergebnisse aus. .stepDa Sie eine Reihe von Simulationen durchführen werden, wählen Sie in Ihrer Aussage nicht zu viele Punkte aus . Für eine einfache Schaltung wie diese funktioniert die obige in Ordnung, aber in einer Switchmode-Schaltung verbrauchen Sie wahrscheinlich weniger.

Als nächstes folgen Maßangaben:

.measure Aavg avg V(a)
.measure Bavg avg V(b)
.measure Are avg  (V(a)-Aavg)*cos(360*time*Freq)
.measure Aim avg -(V(a)-Aavg)*sin(360*time*Freq)
.measure Bre avg  (V(b)-Bavg)*cos(360*time*Freq)
.measure Bim avg -(V(b)-Bavg)*sin(360*time*Freq)
.measure GainMag param 20*log10(hypot(Are,Aim) / hypot(Bre,Bim))
.measure GainPhi param mod(atan2(Aim, Are) - atan2(Bim, Bre)+180,360)-180

Grundsätzlich werden Betrag und Phase berechnet. Beachten Sie die Verwendung von ...Magund ...Phi, LT-Spice erkennt diese als komplexe Daten und zeichnet sie entsprechend auf.

Zuletzt der Simulationsbefehl:

.param t0=.2m
.tran 0 {t0+25/freq} {t0}

Der Parameter t0dient dazu, der Schaltung etwas Zeit zum Einschwingen (oder Hochfahren) zu geben, bevor die Daten gespeichert werden. Die Simulationszeit ist abhängig von der Frequenz, so dass 25 Perioden simuliert werden.

Nach der Simulation stehen die interessanten Ergebnisse im Spice-Log (Strg+L). Wenn Sie mit der rechten Maustaste klicken und "Plot .step'ed .meas data" auswählen, werden Sie gefragt, ob Mag und Phi als komplexe Daten interpretiert werden sollen, was Sie natürlich möchten.

Das Ergebnis sieht dann so aus:

Was ziemlich nahe an dem liegt, was Sie mit der AC-Analyse erhalten haben.

Wenn Sie den Ausgangskondensator trennen, beginnen die Dinge schief zu gehen. Ich denke, dieser Ansatz hat Probleme, wenn Ihr System nicht stabil ist:

Dies ist das Stabilitätsdiagramm, das ich erhalten habe, als ich den LDO des gleichen TI-Dokuments simuliert habe. Sie können sehen, dass die PM bei etwa 40 dB liegt, und dies beweist sich auch im Lasttransientenverhalten.

Das sichtbare Einschwingverhalten gilt für einen Schrittstrom von 0–200 mA.