问:为什么沉淀时间很重要?

一个。运放稳定时间是保证数据采集系统性能的关键参数。为了准确的数据采集，在A/D转换器能够准确地数字化数据之前，运算放大器的输出必须稳定。然而，沉降时间通常不是一个容易测量的参数。

多年来，用于测量运算放大器稳定时间的技术和设备几乎无法跟上器件本身的性能。随着每一代运放在更短的时间内达到更高的精度，对测试设备、设计人员和用户提出了更高的要求。一个经常引起工程师分歧的主要难题是，某些技术和设备的组合是否真正测量了被测设备(DUT)，或者只是测试设置的某些限制属性。因此，新的测试设备和技术不断发展，以努力确定这一日益苛刻的参数。

在数据采集系统中，运放的输出应稳定在由系统采样率决定的时间段内驱动的a /D最终值的1 LSB[即2(-n) FS]以内。在满量程的1 LSB内沉降意味着A/D的沉降精度为±1/ 2lsb。因此，一个10位系统将需要运算放大器稳定在1024的一半，或大约0.05%。一个12位的系统将需要在4096的二分之一(0.01%)内稳定下来。对14位及更大的要求更为苛刻。沉降时间值如0.1%和0.01%是最广泛规定的。

虽然更大的满量程信号范围会增加LSB的尺寸，在一定程度上缓解了这个问题，但对于高频系统来说，这不是一种可行的方法。大多数高频A/ d的满量程为1v或至多2v。对于一个满量程信号为1v的10位系统，LSB约为1mv。对于12位系统，LSB约为250µV。为了解决全量程转换的沉降特性，必须处理接近四个数量级的动态范围。随着新型运算放大器(例如AD9631和AD9632)的稳定时间下降到20 ns到10 ns的范围，稳定时间的测量提出了相当大的挑战。

问:如何计算沉淀时间?

一个。多年来的一个关键要求是需要用快速、精确的信号源(通常称为平顶发生器)驱动运放的输入。顾名思义，这样的发生器将在时间t(0)的两个已知振幅水平之间有一个急剧过渡，应该具有最小的超调(或欠调)，然后在剩余的测量时间内保持平坦。在这种情况下，“平坦”意味着比放大器中测量的误差明显平坦。

需要很高的精度，以确保从运放的任何输出信号完全是由于它的沉降响应，而不是它对阶跃转换后输入端存在的信号的响应。该信号路径上的任何有源设备都需要比被测设备更好的沉降特性。

这种发电机实际上很难开发。一种相当“低技术含量”的装置在相当长的一段时间里一直被用作产生平顶过渡的手段;汞湿触点继电器的触点开孔连接到一个稳定的低阻抗电压源，可以用来产生一个相当干净(和惊人的快)的平顶脉冲。图中显示了一个执行此功能的简单电路。对于负向过渡，继电器闭合时，直流电压VSTEP加到被测设备的输入端，并对地施加50-欧姆电阻。当继电器断开时，输入节点迅速放电到地，产生输入过渡。开路继电器触点确保所有其他元件与放大器输入完全隔离;只要继电器保持打开，输入电平保持恒定(通过50 欧姆接地)。

下一个问题:直接测量输出需要处理一个大的动态范围。如果被测设备配置为逆变器，则可以创建一个减法器电路，该电路只查看错误信号，而不必处理输出的整个动态范围。该图显示了用于测量AD797 - 800ns典型的16位稳定时间至0.0015%的电路。

该电路中的被测件A1的增益配置为-1。从输入到输出的分压器形成第二个“假”求和节点，将在放大器的求和节点复制信号。100-欧姆电位器用于零直流电压。电位器的缓冲器由A2输入端的二极管钳位，以限制放大器的饱和效应。输出也同样受到箝位。

由于A2输出端的前后过渡电压相同(即差值为零)，因此该放大器由于阶跃变化而产生的沉降特性对于测量A1并不重要。因此，可以测量A2的输出，求出A1的沉降时间。

这种技术要求被测设备配置为反相放大器。电路可以工作在其他增益，但电阻值和直流平衡电位器的设置会对测量产生更大的影响。

问:还有其他技巧吗?

一个。另一种测量沉降时间的技术是利用数字示波器的计算能力。它计算一个波形，将沉降误差表示为被测设备采集的输入和输出信号之间的瞬时差，并将它们与理想沉降设备的值进行比较。得到的波形就是被测器的误差。

如果系统中存在增益误差，则在误差波形中表现为直流偏置。计算可以适用于任何增益的被测设备，无论是逆变还是非逆变。它还可以补偿信号发生器本身具有低频沉降尾。DUT对低频输入的响应不受该稳定时间的影响。

由于这种示波器主要是为了速度而设计的，为了在更高的分辨率下确定误差，必须使用平均。例如，如果示波器中使用的A/D只有8位分辨率，但精度优于8位，则可以平均多个周期以增加测量的有效分辨率。

问:还有吗?

一个。然而，测量稳定时间的第三种方法是直接观察输出。Data 6000可以直接数字化高达5v的信号，具有16位精度和10ps分辨率。唯一美中不足的是，该仪器依赖于用比较器探针进行重复采样。波形每次为每个采样点建立一个比特。因此，获得沉降特性可能非常耗时。这是尤其如此，当使用继电器型平顶发电机与1千赫的上频率。

Q。为什么数据表有时会定义短期和长期沉降特性?

一个。稳定时间的传统定义是从输入跃迁到放大器输出进入指定误差区并且不再离开的时间。这个概念相对来说并不复杂和直接。然而，在某些情况下，初始沉降速度很快，随后需要较长时间才能沉降到最终值。单电源放大器在下轨附近可能表现出这种特性。在大瞬态中，“热尾”是一种缓慢的漂移，在快速沉降到明显良好的初始精度之后，这种漂移持续了相当长的时间。

当阶跃跃迁引起运放内电压水平变化，在晶体管之间产生温度梯度时，就会产生热尾。当匹配的晶体管暂时处于不同的温度时，它们将不能很好地跟踪。芯片的热时间常数决定了恢复平衡所需的时间。运算放大器的设计是为了防止或减少这些影响，通过仔细放置器件和策略来产生热对称性，但这对于低水平的高精度器件来说比那些为高速设计的器件更容易，因为功率会发生大而快速的波动。

特别是，新的介质隔离工艺(如XFCB)在提高运放的原始速度方面取得了奇迹，但在最小化热尾的存在方面存在一些困难。这是因为该工艺为每个晶体管提供了一个单独的电介质“桶”。虽然这种介电隔离降低了寄生电容并大大加快了电气性能，但它也提供了隔热，减缓了热量向基板的耗散。

长尾的严重性取决于应用。例如，有些系统的取样速率与最初的短期沉降时间一致，不会受到长期漂移的严重影响。通信系统和其他系统，其中转换信号的频域特性是最重要的，是这种系统的例子。虽然长期的沉降误差会产生增益和偏置的变化，但长期的热尾对数字化信号的失真产物的贡献最小。对于这些系统，频域测量(如失真产品)比时域测量(如沉降时间)更重要。

另一方面，像视频和扫描仪这样的系统可能会产生一个阶跃输入，然后是一个长时间的稳定值。在此期间，运算放大器输出信号的重复A/D转换将跟踪长期沉降特性。对于这些系统来说，了解运算放大器的长期稳定特性是很重要的。

下图显示了AD8036的长期和短期稳定模式，AD8036是一款单位增益稳定的高速钳位放大器，是高速系统中a /D驱动器的理想选择。左图显示，在最初的大转变之后，产出仍比其长期最终值低0.09%左右。然而，右图显示，在300倍快的尺度上，大约16秒后，输出进入了局部0.01%的短期稳定区域，可以被一些系统有用地采样。AD8036的失真极低(在500-欧姆负载下，2次和3次谐波下降超过65 dB)，因此在这种性能至关重要的系统中，它将是一个很好的候选者。

参考电路

Robert Demrow，“运算放大器的稳定时间”，《最佳对话》，1967年至1991年，第32-42页。

-数字转换手册。诺伍德,马;器件，1986,pp. 312-317和436-439 (DAC建立时间)。