本篇仿真介紹放大器的建立時間,也稱為上升時間。它是高速放大電路、或在SARADC驅動電路設計時,需要謹慎評估的參數。
1、建立時間定義
建立時間(SettingTime,ts)是指定放大器增益時,在輸入階躍信號作用下,輸出電壓全部進入指定誤差范圍內所需要的時間。指定誤差范圍通常為階躍信號電壓的±1%、±0.05%、±0.01%。
如圖2.139,輸入大階躍信號作為激勵時,輸出信號的建立時間包括死區時間、壓擺率消耗時間、恢復時間,涵蓋納秒級到毫秒級。
圖2.139建立時間示意圖
2、建立時間仿真
先來看一個錯誤理解的案例,2019年8月中旬,一位項目負責人通過微信發來電路的異常反饋。如圖2.140(a),電路使用ADA4622將電流信號轉化為電壓信號輸出,微處理器(MCU)控制ADG1208選擇反饋電阻實現量程切換。電路調試過程中發現,MCU切換反饋電阻后ADA4622需要較長的時間才能輸出信號,如圖2.140(b)所示,ADA4622輸出的時間間隔40ms,工程師疑惑為何建立時間這么長?
圖2.140ADA4622問題排查案例
這是一起將系統問題視為器件參數問題的案例。首先與工程師ADA4622建立時間參數與系統問題,然后針對現象將系統按功能分步驟測試,在MCU的控制模擬開關的環節,發現在控制信號輸出與MCU觸發標志信號之間存在很大延遲,后續建議工程師使用MCU中斷處理,延遲大大降低。
以上述ADA4622為例,如果進行建立時間參數的仿真,首先要明確的還是ADA4622數據手冊提供的測試條件。如圖1.141,在25℃環境中,ADA4622供電電源為±15V,電路增益為-1倍,輸出負載電阻2KΩ,負載電容15pf時,輸入10V階躍信號,測試建立時間的典型值為1.5us。
圖1.141ADA4622建立時間參數
基于數據手冊的測試條件,設計仿真電路,如圖2.142。輸入激勵使用幅值為±5V,頻率為20KHz的方波。
圖2.142ADA4622建立時間仿真電路
瞬態分析結果如圖2.143,在70.0005us時輸入信號發生反轉,輸出信號穩定在±0.1%范圍內的時間為71.5718us,仿真的建立時間是1.5713us,等同于ADA4622建立時間(至0.1%)的典型值1.5u,如圖1.141。
圖2.143ADA4622建立時間瞬態分析結果
放大器的建立時間的內容就這么簡短,但是在應用時需要注意的是數據手冊給出數據的測試條件與ADC驅動的對比方式,即數據手冊給出的指定誤差范圍通常為階躍信號電壓的±1%、±0.05%、±0.01%,在這個范圍內放大器認為是穩定。但是在SARADC驅動時,要滿足電壓恢復到±0.5LSB的電壓時,能確認輸入電壓穩定,所以在設計中要考慮SARADC的位數進行放大器選型。
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