Deze vraag heeft betrekking op de werking van een op-amp. Ik weet wat slew rate is, maar ik weet niet helemaal zeker of het goed is om een hoge slew rate te hebben.
Voor zover ik weet, zou een hogere slew rate de op-amp in staat moeten stellen om de output volgens de input zonder tijdvertraging. Is mijn begrip juist?
Wat zijn de effecten als gevolg van beperkingen van de slew rate?
Opmerkingen
- De zwenksnelheid is niet alleen afhankelijk van de frequentie. Het hangt ook af van de spanning.
- Ja, een hoge slewrate kan het signaal getrouwer reproduceren. Componenten met een hogere zwenksnelheid kosten meer, dus men probeert met zo min mogelijk weg te komen. Componenten met een hoge zwenksnelheid vereisen ook meer voedingsstroom en grotere condensatoren en veroorzaken ruis in de omliggende componenten.
- Een hoge zwenksnelheid is niet altijd een goede zaak. Bij fourier vereist een perfecte blokgolf versterking bij alle frequenties – duidelijk onmogelijk – maar versterkers met hoge zwenksnelheid hebben meer versterking bij hoge frequenties, wat stabiliteitsproblemen kan veroorzaken en de noodzaak van een zorgvuldige lay-out kan stimuleren.
Answer
Slew rate limieten zullen vervorming veroorzaken bij een hoge uitgangsfrequentie en amplitude. Als je versterker een beperkte slew rate heeft, zal het aanbrengen van een periodieke golfvorm (sinus, vierkant, etc.) resulteren in iets dat een beetje op een zaagtandgolf lijkt. Dit kan frequentieharmonischen creëren die niet aanwezig zijn in het originele signaal, vooral wanneer het bronsignaal een zuivere sinusgolf is. Over het algemeen moet u een voldoende hoge slew-rate hebben voor de hoogste frequentie en uitgangsspanning die uw circuit moet ondersteunen.
De slew rate is een andere term voor helling. De maximale helling van een sinusgolf is gelijk aan zijn amplitude maal zijn hoekfrequentie (afgeleide van \ $ A \ sin (2 \ pi ft) \ $ bij de nuldoorgang op \ $ t = 0 \ $ is \ $ 2 \ pi f A \ $). Dus een 1 MHz-signaal met een amplitude van 1 V (2 V piek tot piek) heeft een maximale helling van \ $ 2 \ pi \ maal 1 \ text {V} \ maal 1 \ text {MHz} = 6.28 \ text {V} / \ mu \ text {s} \ $. Als je versterker een slew rate heeft van minder dan \ $ 6,28 \ text {V} / \ mu \ text {s} \ $, dan krijg je een driehoekige golf als je probeert om hem een 1 MHz 1 V sinusgolf te laten produceren. Merk op dat de slew rate te maken heeft met de uitgangsspanning van de opamp, niet met de gain. Dat gezegd hebbende, heeft het meestal meer invloed op circuits met een hoge versterking omdat de signalen meestal groter zijn.
In op-amps zijn slew-rate en bandbreedte vaak gekoppeld – high-speed-op-amps hebben meestal hoge slew-rates, anders zouden ze niet erg handig zijn. Met hoge slew-rates kan een op-amp om overshoot of ring met een grotere outputzwaai dan een opamp met gelijkwaardige bandbreedte maar een lagere slew-rate. Langzamere slew-rates kunnen in veel gevallen helpen om overshoot en beltoon te beperken. Een ander ding om te overwegen is de voeding – de uitgangsstroom moet ergens. Zeer snelle opamps met slew-rate vereisen een voeding met zeer lage impedantie. Hiervoor kan het nodig zijn om meerdere condensatoren met verschillende waarden zeer dicht bij de opamp te plaatsen – meestal een combinatie van grote bulkcapaciteit en kleine omloopdoppen met hoge frequentie.
Zwenksnelheidbeperkingen kunnen nuttig zijn om de harmonische inhoud van digitale signalen te verminderen. Sommige apparaten hebben de neiging om zeer snelle flanken te produceren (bijv. FPGAs) die, hoewel noodzakelijk voor communicatie met hoge bandbreedte, problemen kunnen veroorzaken bij communicatie met een lagere snelheid s. Snelle randen kunnen worden gekoppeld aan aangrenzende sporen en kunnen overspraak en intersymboolinterferentie veroorzaken. Het beperken van de slew rate kan dit verminderen. Het verzenden van seriële gegevens over een beperkte bandbreedte (bijv. Voor een RF-link) maakt ook gebruik van slew rate-beperking om de bandbreedte van het signaal te beperken.
Opmerkingen
- Ja, een beperkte slewrate zal vervorming veroorzaken bij hoge amplitudes en freq, maar ik denk dat het meer wordt gekenmerkt door laagdoorlaatfiltering dan door harmonische generatie die nog hogere slewrates nodig zou hebben om significant te worden. Slewrate-beperking wordt gebruikt om harmonischen in communicatielijnen te voorkomen.
- Wel, het hangt ervan af over welk signaal u ‘ praat. Een perfecte sinusgolf heeft geen harmonischen, maar een sinusgolf die door een versterker met beperkte snelheid wordt gestuurd, krijgt door de vervorming enkele harmonischen. In communicatiesystemen is de startgolf een blokgolf die vanwege de helling van de randen harmonischen tot ongelooflijk hoge frequenties kan hebben. Door de zwenksnelheid te beperken lijkt het meer op een sinusgolf en worden als gevolg daarvan enkele van die harmonischen verzwakt.
Answer
Er zijn verschillende problemen die kunnen voortkomen uit het hebben van “te veel” slew rate:
-
Slew rate correleert losjes met op-amp bandbreedte, dus het gebruik van een op-amp met een veel hogere slew rate dan werkelijk nodig is, betekent dat u uw circuit gevoelig maakt voor dingen waarvoor het niet gevoelig hoeft te zijn.
-
Een op-amp met een hoge slew-rate is meer vatbaar voor ringing . Mogelijk moet u het circuit compenseren om dit op te lossen.
-
Echt snelle op-amps werken vaak niet alsof je wordt gerund met eenheidswinst.
Sommige op-amp-datasheets zullen direct naar buiten komen en je dit vertellen. Een voorbeeld is de OPA227 en OPA228 . De OPA228 is ongeveer 4 × sneller, maar is alleen stabiel bij winsten van 5 of hoger. De OPA227 heeft een faseafleidingskap aan de binnenkant die de bandbreedte beperkt, waardoor hij een eenheid kan zijn -gain stabiel.
Soms verbergt de op-amp-datasheet dit feit, zoals bij de AD8397 . De datasheet vertelt je dat het “eenheidswinst stabiel” op pagina 1, maar dan verdiep je je in de details en vind je de eerste grafiek op pagina 9 die een piek laat zien in de bandbreedte versus winstcurve bij eenheidswinst. Dit komt in feite neer op positieve feedback, wat betekent dat alles wat je nodig hebt een stimulus is bij de piekfrequentie om een goede kans te hebben om een oscillator te creëren. U kunt eindigen met een circuit dat prima werkt op uw werkbank, maar elders faalt vanwege een andere RFI-omgeving.
Antwoord
U geeft vooral om de slew rate, wanneer de uitgangsspanning hoog is. (Meerdere volt) Bij lagere amplitudes geef je meer om het GBW-product. Sommige opamps geven de volledige vermogensbandbreedte aan, de BW bij maximale uitgangsamplitude. In het algemeen wordt dit bepaald door de slew rate.
Answer
Opamps kunnen voor veel doeleinden worden gebruikt. Over het algemeen zal men een slew rate willen hebben die snel genoeg is dat de opamp nooit slew-rate worden beperkt tijdens het verwerken van een continu AC-signaal. Als daarentegen een opamp wordt gebruikt om een discontinu signaal te verwerken dat een aantal opeenvolgende DC-niveaus vertegenwoordigt, wordt de uitvoer van de opamp gesampled enige tijd nadat de invoer verandert, kan een zwenksnelheid die langzaam is maar nog steeds voldoende is om de uitvoer het vereiste niveau te laten bereiken voordat het wordt bemonsterd, de kans op doorschieten verkleinen in vergelijking met een snellere zwenksnelheid.
Een andere manier van dingen kijken is zeggen dat als de invoer van een op-amp van nature vrij is van overgangen die scherper zouden zijn dan wat er gewenst of nodig is in de output, dan zou men een opamp moeten gebruiken waarvan de slew rate ten minste zo snel is als de maximale slew rate die vanaf de input zal worden aangestuurd. Als de ingang echter extreem scherpe overgangen kan bevatten en de uitgang deze niet hoeft te reproduceren, kan het gebruik van een slew-rate-limited versterker gratis helpen om de scherpte van de overgangen in de uitgang en de rinkelen of andere onaangenaamheden die een dergelijke scherpte kan veroorzaken. Het gebruik van een opamp met een hogere slew rate dan nodig kan de hoeveelheid hulp die wordt geboden verminderen.