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运放压摆率对信号失真度和信噪比的影响

压摆率(SlewRate)是反应运放动态性能的一项参数,压摆率越大说明运放的延迟越小,对阶跃信号的响应也越迅速。

详细的关于压摆率的成因和参数说明,详见TI的一篇文章:

http://www.deyisupport.com/question_answer/analog/amplifiers/f/52/t/21086.aspx

本文着重介绍由于压摆率不够带来的失真及其影响。

信号的压摆率由下式给出

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这实际上输入信号的一阶微分,则原始信号可以写成

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运放的压摆率最大值为技术分享,则运放输出信号的压摆率将位于如下区间:

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依照这个思路进行建模

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其中,

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原始信号为

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限幅器值域位于 [-0.8,0.8]

添加零阶保持器是为了将连续信号转为离散信号。

运行仿真

原始信号波形

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经过虚拟运放后的波形

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在时域上,二者区别并不是十分明显。

原始信号频谱

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经过虚拟运放信号频谱

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从频域上看,有非常多的谐波。

下面定量计算总谐波失真(THD),以评价失真程度

原始信号的THD为-10.0244dB

经过模拟运放之后的THD为-10.0138dB

由于MATLAB默认取6次谐波,两者差距并不大。

再计算一下信噪比(SNR)

原始信号的SNR为292.05dB

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经过模拟运放之后的SNR仅有58.0369dB

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总结一下,运放的压摆率过低,会在大动态信号情况下增加系统噪声,而这一点在时域是很难直接看出来的。

在实际工程中,对于正弦信号,可由如下公式计算最小压摆率极限值,并取适当余量。

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