運算放大器：運放參數(shù)-建立時間分析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2023-07-19
運放的建立時間，對于其后的 ADC 至關(guān)重要。如一個 16bits 的 ADC，它的一個 LSB 對應(yīng)的電壓范圍是其滿量程的 15ppm, (百萬分之十五) 。如果驅(qū)動 ADC 的運放還沒有達到最終的值就被 ADC 采樣了。這必然會引起 ADC 的采樣誤差。
放大器的建立時間是當(dāng)運輸入為階躍信號時，運放的輸出響應(yīng)進入并保持在規(guī)定誤差帶所需的時間。這個誤差常見的值為 0.1%, 0.05%,0.01%。誤差大小與建立時間不是線性關(guān)系。如誤差 0.01%的建立時間可能是誤差 0.1%的建立時間的 30 倍以上。
下圖是運放的建立時間的示例說明圖，建立時間，就是從階躍信號開始到信號誤差達到目標(biāo)值的這段時間。如圖上可以看出，運放運階躍信號的響應(yīng)會是一個含有過沖和振鈴的二階響應(yīng)。這個響應(yīng)看上去很熟悉，像控制系統(tǒng)的二階響應(yīng)。所以以下的分析與控制系統(tǒng)有相似性。
運放的建立時間，主要有兩段組成，第一段是運放的輸出電壓從起始值到達目標(biāo)值附近，這一過程是一個非線性過程。這一段的時長是由給運放的補償電容充電的電流所決定的。
關(guān)于這個補償電壓，在運放的壓擺率中提到過。因此也可以理解為第一段時間與運放的壓擺率有關(guān)，（壓擺率的決定因素也是運放補償電容充電的快慢）。第二段時間是指輸出已經(jīng)接近最終目標(biāo)值了，進入這一階段后，運放處在準(zhǔn)線性區(qū)。
這一階段的特性，主要受運放的零-極點對(doublets)影響。在高速運放中，運放的 slew rate 非常高，因此第一段時間非常短，因此建立時間主要由第二段時間所決定。
從運放的指標(biāo)上講，運放的建立時間會受到大信號參數(shù)-壓擺率 (SR)的影響和小信號參數(shù)-閉環(huán)增益的影響。下圖是一款運放的建立時間與閉環(huán)增益的關(guān)系。
通過圖表可以看出，隨著閉環(huán)增益增加，建立時間也隨著增加。這是由于高增益時，運放的閉環(huán)帶寬會降低，因此調(diào)整輸出誤差的環(huán)路增益(AolB)也會減小。最終造成放大電路建立時間的增加。
對于數(shù)據(jù)采樣保持電路來說，建立時間是非常重要的。尤其對于 ADC 的輸入需要通過 multiplexer 在不同信號間切換的。一定要注意讓信號建立起來后，再進行采樣。否則會引起不可預(yù)知的誤差。
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