一、運放電路上的延時有哪些
1、Ts:運放的建立時間
運放的建立時間主要分為兩階段,第一階段主要是運放輸出電壓從初始值到達目標值附近,這階段變化為非線性并且這段時間與壓擺率有關 (壓擺率的大小決定了給運放補償電容充電的快慢),第二階段是輸出已經接近目標值了,這階段變化為準線性,主要受運放的零-極點影響;在高速運放中,第一階段的時間很短,主要的建立時間都受第二階段影響。
根據運放的特性來看,運放的建立時間會受大信號-壓擺率,小信號-閉環增益影響
根據GBW=G*Freq,當閉環增益變大時,Freq就會變小,進而導致輸出誤差的環路增益(AolB)變小,從而影響運放建立時間變長。
2、Trc:RC濾波電路延時
RC低通濾波器用于防止震蕩電路,這種設計通常被應用于輸入端以及輸出端 通過電容充放電的反應時間來使信號穩定不變但同樣也使信號下降延遲了時間 。
二、如何選取合適的參數
1、運放的參數選取
影響到運放建立時間的主要參數為壓擺率、增益帶寬積兩個參數
壓擺率:Slew rate
SR=2ΠFreqVp
增益帶寬積:gain-bandwidth product
GBW=G*Freq
選擇運放時我們也應該注意以下兩點:
失真特性:對于ADC的驅動運放來說,我們通常需要選擇輸入輸出軌對軌的運放,防止不必要的輸出失真。
噪聲特性:對于運放的噪聲特性來說,為了不讓運放的噪聲對ADC的精度產生影響,一般會使運放的總噪聲在ADC噪聲的1/5左右。
2、rc參數選取
運放rc濾波分為輸入濾波與輸出濾波
a:差模濾波:
F=1/(2Π2Rs*Cdiff)
b:共模濾波:
F=1/(2ΠRs*Ccm)
以上兩種輸入濾波電路根據信號頻率選擇合適的參數即可,本文不過多介紹,有些電路可能應用差-共模濾波電路,主要注意Cdiff容值要大于Ccm,平衡Rs1-Ccm1、Rs2-Ccm2時間常數不匹配帶來的影響,一般取值Cdiff=Ccm*10
c:輸出濾波:
該圖為常見的SAR-ADC結構,針對該結構展開如何設計RC電路,首先RC電路在該結構中的作用有兩部分:
1、是對ADC的Csh進行充電,由于ADC采樣保持階段需要給采樣電容Csh充電。開始采樣時,Csh的電荷由輸入部分和RC濾波電容提供,保證在一定時間內達到精度的要求。顯然,隨著采樣精度和采樣率的不斷提高,驅動ADC的難度加大,因為必須在有限的時間內將Csh上的電壓達到滿足精度要求。所以我們在ADC前加入電容,當采樣保持階段時對Csh進行充電,保證采樣的精度。電阻則作為隔離作用,避免運放直接驅動容性負載,提升系統的穩定性。
2、RC網絡同時也限制了輸入信號的帶寬,并且降低了運放帶來的噪聲量,但是此時,帶寬的限制會使信號的延長建立時間,引起信號的失真。
基于以上兩點我們設計RC的目標就是在有限的的時間內將Csh上的電壓滿足精度要求。
Tap:采集時間、n:ADC采集位數
Cin選取參考MCU內部的采樣電容(sampling capacitance),一般取值為采樣電容的20倍左右。
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