在电子电路设计中，尤其是模拟电路，高增益和大带宽通常是设计师追求的目标，因为它们可以提升信号处理能力和响应速度。然而，这样的设计往往伴随着潜在的问题，比如电路振荡。在本文中，我们将深入探讨这个问题及其解决方案。
电路振荡可能是由于直流(DC)工作条件不稳定导致的。当输出偏移电压超出增益级和放大器的预期范围时，可能预示着存在振荡的风险。振荡现象通常表现为噪声增加、输出偏移电压变化以及静态电流的异常增长。这些现象可能被掩盖，因为高增益的直流耦合电路会放大交流(AC)信号，使得输出偏移电压看起来像是电位问题。
解决振荡的关键在于消除正反馈环路和确保足够的相位裕度。正反馈环路是导致系统不稳定的主要原因，它发生在放大器的输出信号以某种方式返回到输入端，并与输入信号相加，形成增强效应。如果系统的相位裕度不足（即系统相位超前于其幅值穿越-180度的点），那么系统可能会进入振荡状态。
图1展示了一个多级放大器的电路示意图，其中使用了电源层来降低电源噪声。每个放大器的本地旁路电容有助于滤除电源噪声，但在大型电路中，全局电源旁路电容也至关重要，以防止电源轨的扰动影响到其他级。例如，如果最后一级驱动一个重负载，电流变化会导致电源轨波动，进而影响到前面的级。如果这种扰动未得到适当抑制，就可能形成正反馈，导致振荡。
为了解决这个问题，一种常见的方法是在各级之间加入电源隔离，例如通过串联电感器。图2展示了这种方法的应用，其中在电源路径上添加电感器可以阻止电源轨扰动的传播。在这个例子中，使用了LMH6629作为第一级放大器，OPA684作为第二级和第三级放大器，实现了良好的频率响应和宽广的带宽。
需要注意的是，电源抑制比(PSRR)也是关键因素，它决定了电源噪声对放大器输出的影响。如果PSRR不足以抵消各级之间的信号增益，那么电源噪声会被放大，形成正反馈环路。因此，优化电源布局，确保各级之间的电源独立性和良好的PSRR，是避免振荡的重要步骤。
总结来说，实现高增益和大带宽的电路设计虽然具有挑战性，但通过仔细分析直流工作条件，消除正反馈环路，确保足够的相位裕度，以及优化电源布局和使用适当的旁路电容，可以有效地防止电路振荡。设计师必须对每一个环节进行细致考虑，以保证系统的稳定性和性能。
