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[参考译文] VCA810:避免阶跃响应过冲

Guru**** 2330840 points
Other Parts Discussed in Thread: VCA810
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/716849/vca810-avoiding-step-response-overshoot

器件型号:VCA810

大家好、我有一个应用需要使用 VGA、但我也需要获得单调阶跃响应。 对于"单调性"、我意味着我需要一阶响应并避免过冲、尤其是在输入信号的下降沿。 以 VCA810为例-这是我目前为止找到的最好的一款-查看数据表的图3和图4 (请参阅下图)。 对于小增益、响应为一阶(绿色圆圈)、但对于大增益、响应变为较高阶(红色圆圈)。 我注意到所有 VGA 显然都有这个"问题"。

因此,我的问题有两个:

  1. 为什么会发生这种情况? 为什么显然只有下降沿才会发生这种情况? 它是 VGA 架构的固有特性吗?
  2. 如何避免/改进这一点?

我无法在 VGA 之前放置前置放大器(然后使用较小的增益)、因为我需要支持非常宽的输入信号范围。 一个可能的想法是"反相"输入信号、以便下降沿成为上升沿、然后在 VGA 之后再次反相信号。 但这是一种亚差分解决方案、因为我还需要针对上升沿(即使不太重要)提供干净的响应。

任何想法都值得赞赏。

谢谢!

L.

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    您好、Larry、

    1.A.答案在图44中,有两个方面。 首先、如果您将放大器视为 LPF、则过冲是具有非无限谐波的方波傅里叶序列的时域响应。 这会导致在经过的最高频率下出现尖峰(过冲)。 对于更高的增益、带宽会更低。 其次、如果您熟悉反馈稳定性、40dB 增益中的极点在与 AOL 相交之前不会像其他极点那样变平、从而减小相位裕度(延迟输出误差校正)并降低稳定性。 (所有运算放大器固有的注意事项)
    B.这有时是由不对称边沿速率引起的;较快的边沿将暴露低相位裕度。 有时、它与非对称输出线性范围相关、您可能只需增加相对于电源轨的振幅即可使过冲变平。
    C.设计 VGA 的方法有很多、这些效果是专门针对这种情况的。 它正在优化其高增益以防止滤除低频噪声。
    2.正如您所说的,这是一个很好的方波放大器,但您可能需要考虑在输出上使用比较器来保证高电平和低电平。 另一个假设想法是使用贝塞尔滤波器来降低输入边沿、这不会将低通滤波固有的过冲的第一个原因注入到其中。
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    谢谢、非常有益!

    我想一下、最好的解决方案是在 VGA 之前放置一个单位增益滤波器、在 VGA 之后放置一个后置放大器、这样我就可以将 VGA 本身的增益限制在其"cross point"的20 dB 以下。 我无法使用比较器:即使我的输入信号与方波非常相似(实际上是脉冲:它是激光雷达应用)、它仍然是模拟信号、并由 ADC 采集。

    这会使我的信号链变得复杂一点、但使用低噪声/低偏移组件应该是可以的。

    我想向您发送一份原理图、只是为了检查您是否看到错误并获得意见。  我不希望将其发布在论坛中。 你可以给我一封电子邮件吗?

    同时、再次感谢您!

    L.

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    您好、Larry、

    我的电子邮件是 s-cashin@ti.com、但您能否更详细地解释为什么您不能接受任何负面过冲?

    此致、

    肖恩

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    你好、Sean、我已经向你发送了原理图。

    我可以在这里解释过冲问题、因为它可能对其他人有所帮助。 在"经典"激光雷达应用(而非"新"汽车应用)中、从 PMT/APD 接收的信号是一个脉冲、其中下降沿是最关键和最重要的部分。 需要很大的动态范围、因为光脉冲越远、接收到的回波就越弱 。

    在下图中、您可以看到典型的接收脉冲(Y 轴表示对 数、X 轴表示 ns)。 橙色迹线显示接收到的脉冲、蓝色迹线显示通过 VGA 后的脉冲、并有机会进行缩放以与输入脉冲重叠。 我不记得该实验的增益设置、它可能是20 dB 或更高。  这是一个 VGA、它在我们的设备的早期版本中配备(仅举个名称、它是 Analog Devices 的 AD8330)。

    从绝对值来看、过冲非常小(输入参考电压约为100uV)、但它完全干扰了脉冲的"尾"、在这里可能会检测到微小但重要的现象。 另一方面、对于一阶响应、即使尾线失真、信号仍然是单调的、您仍然可以从尾线中获得有用的"尖峰"。

    L.

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    您好、Larry、

    现在、我看到边沿速率很重要、我想回顾一下我关于输入滤波器的建议。 如果您能够承受损失的增益范围、那么您建议的使用后置放大器而不使用40dB 增益的解决方案听起来不错。 我将关闭此主题并回复您关于您电路的电子邮件。

    此致、

    肖恩