别被抓到超速

问题:

我的放大器进行通道多路复用时工作异常。 可能是什么原因?

RAQ:  Issue 113

答案:

有些人(尤其是工程师)声称,质疑争辩是否超速的一种方法就是要求提供雷达装置的校验证书。 他们认为,如果校验证书过期,司机就不该被罚款。 无论这是否真的适合所有人(仪器可能近期已经校准过),避开超速罚单最安全的方法仍是不要超过限速。 但是如果你没有意识到自己速度太快该怎么办呢? 这种理由通常都不管用。

同样的事情也发生在放大器上。 在一些应用中,工程师可能忘记了放大器输入与具有超快速瞬变的设备相连。 例如,由图1所示的电压跟随器(或仪器仪表放大器)对多路复用器进行缓冲。输入信号是静态的,并且由RC网络进行滤波,从而降低了噪声带宽或RF干扰。 放大器必须足够快以便在转换之间建立,所以选择时必须考虑压摆率和带宽。 然而,在实验室中,结果却并不如预期: 放大器输出移动缓慢,并且波形不正常,有建立长尾现象。 建立时间远不及规格。 问题可能在哪里?

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图1. 具有多路输入的电压跟随器。

许多事情可能出错,但根本问题是通道转换时放大器输入过载。 如果输出的移动速度不及输入(或者至少在输入移动前其没有移动),那么两个输入间会出现较大的差分电压。 这种状况可能使输入晶体管饱和、增加输入偏置电流、正偏内部保护二极管,或者造成其它意想不到的影响。 这种通道切换的实际反应取决于输入拓扑结构、工艺技术和内部保护电路,并且还取决于瞬变速度和相邻通道间的电压差异。 除了放大器对过载状况有所反应外,增加的输入偏置电流(即使它仅在多路复用器和运算放大器间的寄生电容中流动)还会对多路复用器输入端的电容充电或放电。 这种干扰改变了原电平,只能通过连接在干扰源与电容之间的电阻来恢复。 如果滤波器的时间常数很大,那么放大器的输出端就会出现较长的建立长尾现象。

根据问题的来源,可以做几件事来补救解决。 在这种情况下,低成本解决方案就是在与快速源(多路复用器)相连的各输入端添加串联电阻。 这有助于在瞬变过程中通过增加源的阻抗来避免使输入饱和。 在DAC输出中,或者如果放大器用于调理来自微处理器或FPGA的方波,则简单的RC有助于降低边沿速度,从而使放大器正常运行。 具体情况需要具体分析以确定最佳解决方案,但是请关注瞬变条件。 并且记住,远离麻烦的最好方法就是减速!

作者

Gustavo Castro

Gustavo Castro

Gustavo Castro [gustavo.castro@analog.com]是马萨诸塞州威明顿市线性和精密技术部门的应用工程师。其主要兴趣是精密信号调理和电子仪器的模拟与混合信号设计。2011年加入ADI公司之前,他在National Instruments从事高性能数字万用表和精密直流源设计工作达10年。Gustavo拥有墨西哥蒙特利技术学院电子系统学士学位和美国东北大学微系统与材料硕士学位。他拥有三项专利。