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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
这实际上输入信号的一阶微分,则原始信号可以写成
运放的压摆率最大值为,则运放输出信号的压摆率将位于如下区间:
依照这个思路进行建模
其中,
原始信号为
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
经过虚拟运放后的波形
在时域上,二者区别并不是十分明显。
原始信号频谱
经过虚拟运放信号频谱
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
经过模拟运放之后的SNR仅有58.0369dB
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。
运放压摆率对信号失真度和信噪比的影响
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