只有理解了转换速率与放大器动态响应的关系,才能找到一个测量转换速率的正确方法
转换速率(Slew rate)限定一个 放大器输出偏移的最大比率。它确定不失真带宽(ADC驱动电路的一个重要参数)的极限。转换速率还影响 DAC 输出级、滤波器、视频放大器以及数据采集器可能达到的性能。如果你的电路性能依赖这一参数,你就必须通过测量来验证放大器的转换速率。
放大器动态响应
放大器动态响应包括:延迟时间、转换时间以及振荡时间(ring time)三部分(图 1)。延迟时间很短,几乎全都是由放大器的传输延迟引起的。放大器输出在延迟时间内不发生偏移。在转换时间内,放大器以可能的最大速度向最终值偏移。振荡时间确定放大器转换复原,并在规定的误差内停止变化的范围。稳定时间是从加上输入信号直到输出到达最终值并使之保持在规定误差范围内所经过的总时间(参考文献 1、2 和 3)。

图1,放大器动态响应包括延迟时间、转换时间和振荡时间三部分。通常在中间三分之二转换时间内测量转换速率。 转换速率的测量要在放大器增益为1时,在输出偏移的中间三分之二时间间隔内进行,测量单位是伏/微秒(
V/μS)。只要去掉开头和最后两个输出偏移时间间隔,就可以确保在有部分输入过载驱动期间的放大器增益带宽限制不会影响测量结果。
转换速率测量历来是比较简单的。早期放大器的典型转换速率为 1伏/微秒,后来的放大器的转换速率有时达到了数百伏/微秒。标准的实验室脉冲发生器可轻而易举地提供远优于放大器速度的上升时间。当转换速率达到 1000伏/微秒时,脉冲发生器的有限上升时间就开始成问题了。至少有一款型号为LT1818的新器件,其转换速率高达 2500伏/微秒,即 2.5伏/纳秒,这个速率与一个肖特基 TTL 门的渡越时间相当。这一速度几乎使所有脉冲发生器都失去了进行放大器转换速率极限测试的资格。
脉冲发生器上升时间对测量的影响 当试图准确地测定转换速率时,脉冲发生器上升时间的局限就成为一个重要的问题,这已被增益为1的放大器对不断加快的脉冲发生器上升时间的响应所证明(图 2)。数据显示,当脉冲发生器上升时间缩短时,转换速率呈非线性增加。转换速率随发生器上升时间的缩短而不断增大,虽然正在接近于零上升时间确定的边界,但却暗示信号源尚未驱使放大器达到转换速率的极限。要确定是否满足这一条件,就需要一台上升时间快于 1 纳秒的脉冲发生器。

图2,脉冲发生器的概括数据显示了缩短的上升时间提升了更高的转换速率。验证转换速率的限制需要具有上升时间小于1纳秒的脉冲发生器。 大多数通用脉冲发生器的上升时间在 2.5~10 纳秒范围内。上升时间低于 2.5 纳秒的脉冲发生器相对少见,只有少量高档脉冲发生器才能达到 1 纳秒上升时间(参考文献 2)。上升时间小于 1 纳秒的脉冲发生器更少见。这些仪器都使用秘密的工艺技术和异乎寻常的结构技术,特别是在需要 5~10V 较大摆幅的情况下(参考文献 4 至 16)。现有这种等级的仪器工作性能良好,但价格轻易就能达到 1 万美元;根据功能,价格可升高到 3 万美元。实验室以及生产环境中的转换速率测试可使用价格便宜得多的脉冲发生器。

图3,可变延迟触发上升时间小于1纳秒的脉冲发生器,图5集电极的充电线路确定了输出宽度:大约10纳秒。你可以在触发输出之前、期间或之后设定输出脉冲。 图 3 示出了一种产生上升时间短于 1 纳秒的脉冲电路。该电路的脉冲上升时间只有 360 皮秒,脉冲振幅是可调的。你还可以使输出脉冲出现为在触发器输出之前或出现在触发器输出之后。这一电路利用一个雪崩脉冲发生器来产生上升时间极快的脉冲。

图4,脉冲发生器的波形包括时钟(迹线A)、Q2的集电极斜坡(迹线B)、触发输出(迹线C)以及脉冲输出(迹线D),延迟确定了输出脉冲发生在触发输出之后大约170纳秒。 Q1和 Q2构成一个电流源,为 1000pF 电容器充电。当 LTC1799 时钟为高电平时,Q3 和 Q4 都导通(图 4 迹线 A)。相同情况下,电流源关断, Q2的集电极(迹线 B)接地。U1的锁存输入可以阻止U1作出响应,U1输出保持高电平。当时钟脉冲变为低电平时,比较器 U1的锁存输入被禁用,U1输出变为低电平。Q3和 Q4集电极电平升高,Q2导通,为 1000pF电容器提供恒定电流(迹线 B)。由此产生的线性斜波出现在 U1和 U2的正输入端。被一个来自 5V电源的电势偏置的U2,在斜波开始后 30 纳秒变为高电平,从而通过其输出网络提供“触发器输出”(迹线 C)。当斜波在 U1负输入端经过由电位器设定的延迟(本例约为 170 纳秒)后,U1变为高电平。U1变为高电平,就会触发雪崩输出脉冲(迹线 D)。这一电路允许
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