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[参考译文] TLV6742:小信号的压摆率和上升时间

Guru**** 1074580 points
Other Parts Discussed in Thread: TLV6742, LMP7718, OPA837
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/938667/tlv6742-slew-rate-and-rise-time-of-small-signal

器件型号:TLV6742
主题中讨论的其他器件: LMP7718OPA837

您好!

TLV6742的压摆率低于客户要求、但客户系统的输入信号为2mV、这是一种小信号。 在高精度实验室培训中, 小信号阶跃输入的上升时间基于运算放大器的带宽, 上升时间与转换率规格不匹配。

问题:

1. 对于客户的系统:

 f_c=GBW/G_cl =10MHz/48=208kHz

 T_r=0.35/f_c =0.35/294kHz= 1.68μs μ s (上升时间)

这是否意味着无论输出电压是多少、上升时间都等于1.68μs μ s?  但我们的客户要求输出在1μs μ s 内达到3.3V。 上升时间是否与要求相冲突?

如果上升时间 与压摆率规格不匹配、是否意味着我可以选择 具有任意压摆率的放大器?

我对上升时间和压摆率感到困惑、我非常期待您的回复。

备份信息:

客户的输入信号:  

此致、

Wendy

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    上午 Wendy、  

    这确实是一个令人困惑的领域、其中高精度实验室重复了课本中的简化结果。

    您的增益足够高、可确保单极小信号响应。您在阶跃转换中关心的不是平均上升时间、而是峰值 dV/dT、并将其与可用的压摆率进行比较。 理想的一阶响应在时间零-为1/Tau 时具有峰值 dV/dT。 这种情况绝不会发生、因为所有系统都具有更高的极点、在时间为零时为您提供 dV/dt = 0。  

    在计算上升时间1.68us 以上、然后讨论稳定时间-这些是不同的问题、您需要许多时间常数(而不仅仅是上升时间的2.2X)才能达到最终值。  

    因此、我认为如果1uec 趋稳、您需要更多的 GBP (精度如何?) 进行了比较。 然后、您实际上可以针对输入时间波形对目标器件和电路进行仿真、 将数据转储到 Excel 中并运行逐点 dV/dT 以与器件中的压摆率进行比较-模型通常会显示压摆限制、如果达到压摆限制、我刚才介绍的操作将在 dV/dT 中显示平坦区域 转换。  

    我确实有相当多关于这个主题的已发布材料、但它更注重二阶阶阶阶跃响应、并且可能远远超出您的当前需求。 本质上、如果线性响应在输出边沿上产生从未超过可用压摆率的 dV/dt 曲线、则该响应将保持线性。  

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    您好 Wendy、

    这是否意味着无论输出电压是多少、上升时间都等于1.68μs μ s?   如果上升时间 与压摆率规格不匹配、是否意味着我可以选择 具有任意压摆率的放大器?   我对上升时间和压摆率感到困惑、我非常期待您的回复。

    否  下面是我将如何区分这些情况。  首先、输入是否明显分离?  换句话说、输入阶跃是否较大?  如果是、则放大器将进入其压摆率区域。  如果不是、则您处于小信号区域。

    如果您位于小信号区域、则上升时间由您所描述的公式决定。  无论输出如何、上升时间都是相同的、除非输出超过特定电压。  如果输出幅值过高、则放大器将受到压摆率的限制。  这称为全功率带宽。  因此、即使您处于小信号输入区域、也会限制输出无失真的变化量。  为了避免失真、您需要在该曲线内运行。  

    TI 高精度实验室的本节将更详细地介绍此主题。  如果您有任何疑问、请告诉我。

     

    此致、

    Daniel

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    Michael 和 Daniel、

    感谢您的推广回复和大力支持!

    输入信号可被视为2mVsin (500k*pi*t)的半正弦波。 但存在偏置、2.5V。 当我计算压摆率时,我应该使用2*pi*250kHz*(2mV*48),还是应该使用2*pi*250kHz*(2mV*48+2.5)? 由于存在偏置2.5V、我是否可以将输入信号视作小信号?

    电路连接在这里。 转换速率对于电路来说足够大? 此外、精度在1LSB = 3.3V/2^12 = 0.8mV.e2e.ti.com/.../slew-rate.TSC 范围内

    非常感谢您的帮助。

    此致、

    Wendy

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    感谢 Wendy 提供的文件、这不是一个压摆限制问题、而是低侧和高侧的 BW 问题、请参阅 e2e.ti.com/.../half-wave-amplifier-tune-up.docx

    这里是最后一个电路的 SSBW 形状、中带更好的平坦区域、  

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    您好、Michael、

    感谢您的帮助。  我走过了显而易见的答案、只是给出了一个通用的解释。

    此致、

    Daniel

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    这一员额由作者编辑,以反映对下列最后公式的更正。

    您好 Wendy、

    Michael 是对的。  器件没有足够的 GBW。   这是一个简化的说明。 通过仿真、您的信号增益约为67V/V  因此、噪声增益为67V/V + 1V/V = 68V/V  将放大器的 GBW (10MHz)除以噪声增益(68V/V)、即可得到147kHz 的电路带宽。  顺便说一下、这与仿真值相匹配。

    您的信号必须小于147kHz、在实际应用中、您希望保留一些显著的裕度。  如果我们看一下您的输入波形、我们可以将其近似为持续2us 的半正弦波或周期为4us 的正弦波。  这对应于250kHz 的信号频率、该频率比放大器在此增益下提供的速度快。  因此、您将需要更快的器件(更大的 GBW)。  同样、信号可能不是纯正弦波。  这只是一个近似值。

    我还想指出其他几个方面。  如果不限制带宽或压摆率、则任何小信号的上升时间都是相同的。  但是、您需要考虑这不是稳定时间。  上升时间是从最终输出值的10%到90%所需的时间。  稳定时间将更长、并且可能取决于放大器的稳定性。

    最后、在计算必要的压摆率时、我将使用以下公式:SR > 2 * PI *(250kHz)*(输出信号幅度)。  我不会担心任何偏移电压、而只是输出波的幅度。  我们尝试测量放大器的响应速度。  请注意、该公式对正弦信号有效。
    此致、
    Daniel
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    谢谢、一旦有一个启动 TINA 文件、我就会更加感兴趣。  

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    考虑所需 BW 的另一种方法是、您希望通过输入傅里叶级数的频谱分量。 此处的输入为50kHz、主要是奇次谐波、因此如果您要通过前4个奇次谐波、则需要通过9*50kHz 或450kHz 的平坦响应。 增益为66时、即30MHz GBP。  

    LMP7718是一个解压缩88MHz GBP、我必须减小 R (将输入 C 增加到10nF)以消除一些振铃、但现在输出 Vpp 与此1.3MHz BW 解决方案的预期完全相同、  

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    同时、Daniel 在最后通过这种回复方式读取时、您计算出一个所需的 SR、乘以2pFFmaxVpp。 实际上-   

    这个在过零时获取微分的经典方程使用 Vpeak 而不是 Vpp。 和

    2.在 LSBW 测试中测量 F-3dB 时、这个经典方程始终是错误的、您的测量值是否不是-3dB (同样、在傅里叶级数中、基波下降3dB)。 因此、还应存在0.707因子时间 Vpeak。  

    我在八十年代末就开始更改 SR 与 FPBW 相关的脚注、将该系数包括在内。 但是、很显然、我是唯一的一个-例如、从 OPA837规格表-这个规格表包含了应用手册 Xavier Ramus DID 中的0.8倍-这是一种经验调整-对于现代器件、这个映射只是近似值。  

    该应用手册是这对较新文章中的一个参考文献、用于将 SSBW 形状映射到峰值 dV/dT 以及如何从 LSBW 图中提取压摆率(在第2部分中)。  

    www.edn.com/.../

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    您好、Michael、

    1. 谢谢您的观看。  我已编辑了我的响应以显示更正。  非常有趣的是、我在下一句中引用了"输出波的幅度"。

    2. "LSBW"中的"W"代表什么?  我还没有听到这个理论。  我^、如果您必须将 Vpeak 乘以系数2 μ s (1/2)、这将为您提供更乐观的压摆率要求或峰值电压能力。

    此致、
    Daniel

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    大信号带宽(LSBW)这方面的几个缩略词之一、  

    它实际上不是一个理论,它是由100多种产品特性产生的。  

    如果您考虑 LSBW 测试滚降时发生的情况、频谱会以大量失真项进行扩展、而基波根据定义下降-3dB、这就是您测量它的地方。 因此、基波项的实际 dV/dT 必须为 Vpeak*0.707*LSBW、其中 Vpeak 是开始滚降之前的输出摆幅。  

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     您好、Michael、

    非常感谢您的出色分析、我从您那里学到了很多。

    此外、在阅读"转换增强型世界中的运算放大器压摆率是多少?、第1部分和第2部分"之后、我对这两个公式有疑问。

    这是否意味着对于小信号和大信号、我可以使用 eq.11和 eq.14来计算 dV/dT、并找到压摆率高于峰值 dV/dT 的插座就足够了?

    对于 eq.14、这是否意味着 eq.14只能在输入信号为大信号时使用?

    非常感谢您的支持、期待您的回复。

    此致、

    Wendy

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    Daniel、您好!

    我明白了! 非常感谢您的帮助!  

    此外、我是否可以询问如何计算信号增益? 它的计算方法是1Mohm/Root[15.1k Ω^2+(1/2*PI*250kHz*100p)^2]=61V/V 吗? 但 根据仿真、250k 时的增益为33.63 (48V/V)、峰值增益为37.43 (74V/V)。 因此,我在这里感到困惑。

    感谢您的帮助、期待您的回复!

    此致、

    Wendy

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    这些方程式没有通过 Wendy 得到、使用功能区中的小回形针来插入内容

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    早上 Michael、

    这一次是否显示它们?

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    是的、我看到您现在的意思是 Wendy、这些是关键结果

    1、方程式 11、如果您的信号是脉冲导向的、这将为您提供从小信号 F-3dB 到所需峰值 dV/dT 的轻松映射(二阶响应形状)。 这显然取决于您所需的最大输出步长

    2. eq 14、如果您的信号是正弦方向的、这将使您所需的 LSBW 与所需的压摆率相关、或者相反、如果您测量到 LSBW、它将告诉您近似值 提供的 SR。 在这里、您需要假设正弦测试时所需输出上的 Vpeak。  

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    您好、Michael、

    是否意味着何时使用这两个公式仅取决于输入信号的形状、而不取决于输入信号的值? 由于高精度实验室的培训 将±100mV 或更低的输入信号视为 小信号、 因此我想知道这两个公式的使用是否与输入信号的值相关?

    2. GBW 是否与压摆率有关?  

    假设是理想的运算放大器双极

    GBW =(q*Ibias)/(4*k*T*C)

    k =玻尔兹曼常数
    q =电子上的电荷
    T =温度

    压摆率= IBIAS/C

    这适用于经典的两级运算放大器、具有简单的"极点分离"
    补偿。  

    因此、GBW 和压摆率是完全相关的。

    添加额外的级和/或零、可能会发生变化
    更高的 GBW、而不会随之增加压摆率。

    因此、对于"实际"运算放大器、GBW 和压摆率不相关。

    我的理解是否正确?

    3.我不明白为什么小信号的 GBW 是限制;而大信号的压摆率是限制

    非常感谢、Michael。

    此致、

    Wendy

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    Wendy、

    数据表中的压摆率是针对大信号指定的、其中实际运算放大器输入电压(IN+- IN-)为100mV (或更高)。 它是运算放大器可以提供的最大压摆率。

    如果运算放大器输入电压(IN+- IN-)较小、这种情况在电路输入电压较小时会发生、则压摆率将会较低。  这是一个来自不同 CMOS 器件的图表、但此效应适用于包括 TLV6742在内的所有运算放大器。 因此、对于小输入和大增益、将需要更高的(数据表)压摆率。 我建议制作一个两级放大器、以便每个放大器都能更轻松地工作。

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    已根据排印错误编辑响应

    您好 Wendy、

    此答案参考了"如何计算信号增益?"问题

    这里会发生多种影响、花费时间推导整个传递函数并不总是最快的路径。  我建议做两件事。

    1、 按此处所示运行仿真。  这是最快的路线、只要您了解不同的单元将具有不同的规格、就会产生可靠的结果。

    2. 尝试直观地理解电路。  忽略 C1、您有一个增益为-R2/(Riso + R1)的简单反相放大器。  由于使用电容器、低信号频率将衰减。  因此、我们预计低频时的增益会上升。  在较高频率下、电路将受到放大器的 GBW 限制。  因此、在10MHz 时、您的增益必须降至0dB。  看起来这种下降的速率大于20dB/十倍频程、这意味着必须有更高的阶数效应。  它可以与输入电容相互作用(我尚未检查、但由于反馈晶体管较大、因此可以进行检查)。

    此致、

    Daniel

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    您好 Wendy、

    此答案是对您的问题" GBW 是否与压摆率相关?"的回答。

    首先、"理想运算放大器"具有无限带宽和压摆率。  也许这些方程意味着其他一些东西。

    放大器的带宽和压摆率有些相关、因为两者都与放大器的静态电流和补偿电容相关。  一般来说、更大的静态电流意味着更大的 GBW 和更大的压摆率。  但是、事情通常不是那么简单。  例如、器件可能具有特殊的输出功能、以检测何时转换并提高转换率。  因此、这可能是一般经验法则。  但情况肯定并非总是如此。

    简单介绍 GBW

    简单的压摆率说明

    此致、
    Daniel

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    您好 Wendy、

    这个答案是为了回应"我真的不明白为什么小信号的 GBW 是限制条件;而对于大信号、压摆率是限制条件"。

    当放大器在线性范围内运行时、负反馈环路按预期工作、以使输入尽可能靠近。  在该正常工作区域中、放大器的速度或信号处理速度受其带宽的限制。

    如果输入被拉取超过~100mV、则放大器将离开其正常工作区域。  当施加较大的阶跃电压或信号超过全功率带宽图时、会发生这种情况。  由于放大器的输入是分离的、因此放大器实际上就像比较器一样。  输出级将只需尽快更改输出电压。  这是运算放大器处于压摆区域的位置。

    此致、
    Daniel

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    输入信号的值由输出阶跃或 Vpp 大小(输入乘以增益)捕获

    这些理想公式适用于大约1970年代的运算放大器(教科书)。 我使用的大多数器件都具有压摆升压机制。 实际运算放大器 GBP 和 SR 无关、会使用许多拓扑技巧。  

    实际上、如果您不使用小信号进行压摆限制、GBP 可提供闭环带宽的概念(如果相位裕度小于80deg、则也是近似值)。  

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    您好 Wendy、

    我想我们现在已经回答了您的问题。  我是对的吗?

    此致、

    Daniel

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    Daniel 和 Michael、您好!

    是的。 你已经完全解决了我的问题。 非常感谢!

    此致、

    Wendy