Análisis del margen de fase de un [diy] PMOS LDO [con LTspice]

Creo que el gráfico superior indica exactamente dónde ocurre la inestabilidad: -

Elángulodefaseesdecerogradosylagananciasiguesiendode+45dB.Enotraspalabras,esel"margen de ganancia" el que está causando la oscilación aquí.

El gráfico transitorio parece indicar que oscila a 250 kHz, mientras que el gráfico AC me dice que podría oscilar a 100 kHz. Esto no me sorprende dada la cantidad de margen de ganancia (45 dB).

La respuesta compensada es inestable en el límite en el área del canal pero no completamente inestable. Me imagino que habría un grado considerable de sobreexplotación / timbre cuando esté sujeto a cambios de carga o suministro transitorios: -

Entonces, para explicar con más detalle / solucionar mi confusión con algunos gráficos, el método de inyección que se usa aquí traza el margen de la fase real, no la fase absoluta. Entonces, si el margen de fase está por encima de 0 grados (a 0 dB), ese es el umbral de estabilidad absoluto; ese margen de fase de cero grados corresponde a una fase absoluta de -180 grados. Algunas otras publicaciones y la estabilidad del software en términos de la fase absoluta, no del margen, por lo que se confundió ...

Aquí hay dos gráficos que obviamente muestran la primera inestabilidad / oscilación obvia (menos 40 grados de margen de fase) y estabilidad (más 60 grados de margen de fase; he aumentado el ESR a 1 ohmio en comparación con mi publicación inicial fijar). Estos gráficos son en su mayoría duplicados de lo que dijo Andy, pero utilizan el mismo criterio (margen de fase), por lo que son más fáciles de comparar.

Aunque encontraste tu respuesta, pensé que compartía esto:

Aprendí un enfoque diferente para el análisis de CA en el último seminario de LT-Spice, que se basa en múltiples simulaciones transitorias y en el cálculo de la fase y la ganancia con declaraciones de medición. Esto es útil para los suministros de modo conmutado (los conmutadores LT son modelos de dominio de tiempo), y también intenté aplicarlo a su circuito.

No fue tan bien, pero podría ser útil para otras aplicaciones.

Entonces,enlugardeusarunapequeñafuentedevoltajedeCAdeseñal,seusaunafuentedevoltajesinusoidaltransitoria"normal", con una frecuencia parametrizada.

Se recomendó usar el solucionador alternativo (configurable en las opciones) para aumentar la precisión de los resultados.

Luego tienes que colocar algunas directivas de Spice para que funcione:

.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

La instrucción .save le dice a LT-Spice qué nodos guardar, por lo que se reduce solo a los nodos interesantes A y B. La instrucción .option aumenta la precisión y desactiva la compresión con pérdida de los resultados. Como realizarás una serie de simulaciones, no elijas muchos puntos en tu declaración .step , para un circuito simple como este, lo anterior funciona bien, pero en un modo de conmutación, probablemente uses menos.

Las siguientes son las declaraciones de medición:

.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

Básicamente se calculan la magnitud y la fase. Tenga en cuenta el uso de ...Mag y ...Phi , LT-Spice los reconocerá como datos complejos y los trazará en consecuencia.

Por último el comando de simulación:

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

El parámetro t0 es para darle tiempo al circuito para que se estabilice (o acelere) antes de que se guarden los datos. El tiempo de simulación depende de la frecuencia, por lo que se simulan 25 períodos.

Después de simular esto, los resultados interesantes están en el Registro de especias (Ctrl + L). Si hace clic con el botón derecho y selecciona "Trazar .step'ed .meas data", le preguntará si interpretará Mag y Phi como datos complejos, que por supuesto desea.

El resultado se ve así:

LoqueestábastantecercadeloqueobtuvisteconelanálisisdeCA.

Sidesconectaelcondensadordesalida,lascosasempiezanairmal,supongoqueesteenfoquetieneproblemassisusistemanoesestable:

Este es el gráfico de estabilidad que obtuve cuando simulé el mismo LDO del documento de TI. Puede ver que el PM está alrededor de 40db y esto también se demuestra en la respuesta de carga transitoria.

La respuesta transitoria vista es para un paso de 0-200mA actual.