運(yùn)算放大器：運(yùn)放參數(shù)-建立時(shí)間分析-KIA MOS管

運(yùn)放的建立時(shí)間，對(duì)于其后的 ADC 至關(guān)重要。如一個(gè) 16bits 的 ADC，它的一個(gè) LSB 對(duì)應(yīng)的電壓范圍是其滿量程的 15ppm, (百萬(wàn)分之十五) 。如果驅(qū)動(dòng) ADC 的運(yùn)放還沒(méi)有達(dá)到最終的值就被 ADC 采樣了。這必然會(huì)引起 ADC 的采樣誤差。

放大器的建立時(shí)間是當(dāng)運(yùn)輸入為階躍信號(hào)時(shí)，運(yùn)放的輸出響應(yīng)進(jìn)入并保持在規(guī)定誤差帶所需的時(shí)間。這個(gè)誤差常見的值為 0.1%, 0.05%,0.01%。誤差大小與建立時(shí)間不是線性關(guān)系。如誤差 0.01%的建立時(shí)間可能是誤差 0.1%的建立時(shí)間的 30 倍以上。

下圖是運(yùn)放的建立時(shí)間的示例說(shuō)明圖，建立時(shí)間，就是從階躍信號(hào)開始到信號(hào)誤差達(dá)到目標(biāo)值的這段時(shí)間。如圖上可以看出，運(yùn)放運(yùn)階躍信號(hào)的響應(yīng)會(huì)是一個(gè)含有過(guò)沖和振鈴的二階響應(yīng)。這個(gè)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(yùn)放的建立時(shí)間，主要有兩段組成，第一段是運(yùn)放的輸出電壓從起始值到達(dá)目標(biāo)值附近，這一過(guò)程是一個(gè)非線性過(guò)程。這一段的時(shí)長(zhǎng)是由給運(yùn)放的補(bǔ)償電容充電的電流所決定的。

關(guān)于這個(gè)補(bǔ)償電壓，在運(yùn)放的壓擺率中提到過(guò)。因此也可以理解為第一段時(shí)間與運(yùn)放的壓擺率有關(guān)，（壓擺率的決定因素也是運(yùn)放補(bǔ)償電容充電的快慢）。第二段時(shí)間是指輸出已經(jīng)接近最終目標(biāo)值了，進(jìn)入這一階段后，運(yùn)放處在準(zhǔn)線性區(qū)。

這一階段的特性，主要受運(yùn)放的零-極點(diǎn)對(duì)(doublets)影響。在高速運(yùn)放中，運(yùn)放的 slew rate 非常高，因此第一段時(shí)間非常短，因此建立時(shí)間主要由第二段時(shí)間所決定。

從運(yùn)放的指標(biāo)上講，運(yùn)放的建立時(shí)間會(huì)受到大信號(hào)參數(shù)-壓擺率 (SR)的影響和小信號(hào)參數(shù)-閉環(huán)增益的影響。下圖是一款運(yùn)放的建立時(shí)間與閉環(huán)增益的關(guān)系。

通過(guò)圖表可以看出，隨著閉環(huán)增益增加，建立時(shí)間也隨著增加。這是由于高增益時(shí)，運(yùn)放的閉環(huán)帶寬會(huì)降低，因此調(diào)整輸出誤差的環(huán)路增益(AolB)也會(huì)減小。最終造成放大電路建立時(shí)間的增加。

對(duì)于數(shù)據(jù)采樣保持電路來(lái)說(shuō)，建立時(shí)間是非常重要的。尤其對(duì)于 ADC 的輸入需要通過(guò) multiplexer 在不同信號(hào)間切換的。一定要注意讓信號(hào)建立起來(lái)后，再進(jìn)行采樣。否則會(huì)引起不可預(yù)知的誤差。

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