压摆率和上升时间:不完全相同

什么是信号的带宽?,我们来看看上升时间和带宽之间的经典关系。关于上升时间的讨论经常会引出一个问题:这与转换率是一回事吗? 让我们来看一下压摆率,这个概念类似于上升时间,但有一些重要的区别。如图1所示,阶跃响应的上升时间定义为波形从最终值的10%过渡到90%所需的时间。(有时上升时间定义为20/80%。)请注意,上升时间定义为波形大小的百分比,与所涉及的电压无关。图1中的波形具有大约3μs的上升时间。 




图1.阶跃响应的上升时间是从最终值的10%过渡到90%所需的时间。

 
 

压摆率定义为波形的变化率,与斜率相同。它可以使用ΔV/Δt计算,如图2所示。 


图2.压摆率是波形的斜率,计算为ΔV/Δt 

图2显示了10%和90%点的ΔV/Δt计算,但计算可以在波形上的任何位置进行。真的,我们只是在寻找斜坡。请注意,压摆率以伏特/秒(或更常见的伏特/μs)为单位,与其衡量每单位时间电压变化的程度一致。 从图2中,我们可以计算出摆率: 


文本
现在想象一下图2中的阶跃响应大10倍的情况,从零伏到10伏,上升时间相同3μs。转换率计算如下: 
文本
果然,即使上升时间相同,压摆率也要大10倍,因为电压的变化速度要快得多。这突出了上升时间和压摆率之间的关键差异:上升时间忽略绝对电压电平,仅表示波形转换所需的时间,而压摆率则描述电压变化率。 正弦波情况 对于正弦波情况(图3),我们可以应用一些基本微积分来找到转换速率。 



压摆率(SR)是波形的斜率或导数。 
当余弦函数达到其最大值1时,转换速率将最大。同样的事情发生但当余弦函数达到-1时具有相反的符号。图3还示出了这些最大转换速率点出现在正弦波的过零点处。 
毫不奇怪,最大压摆率与波形频率及其幅度成正比。更大的波形转得更快。更高频率的波形也可以更快地转换。 


图3.正弦波在过零点处具有最大压摆率。
 

放大器规格
到目前为止,我们一直在讨论电压波形的压摆率,描述电压变化的速度。压摆率用于指定放大器性能,通常通过定义信号在放大器输出端的转换速度。这是放大器的最大压摆率,对于上升斜率和下降斜率波形可能不同。 放大器的带宽通常受压摆率性能的限制。全功率带宽(FPBW),也称为大信号带宽,定义为放大器在其最大输出电压摆幅下可产生的最高频率。假设FPBW受放大器最大转换速率的限制,可以通过重新排列前面的等式来计算FPBW。 





应用
摆率是运算放大器的重要规格,特别是在处理大输出摆幅时。参考文献2和3是关于压摆率如何影响运算放大器性能的更多信息的良好来源。 您可能会听到有关电源的压摆率,描述了电源从一个电压或电流设置变为另一个的速度。通常这与测试系统中的可编程电源有关,通过不同的测试条件进行排序。电压和电流转换速率可能是测试激励的一部分。也就是说,我们可能希望测试器件的性能,因为某些电压或电流在两个特定值之间以受控方式转换。或者,转换速率可用于控制被测器件的浪涌电流。 



您可能还会遇到与电磁干扰(EMI)有关的压摆率。具有尖锐边缘的信号倾向于辐射更高频率的内容。诸如数字逻辑器件和开关功率调节器之类的更快开关电路因其成为EMI的来源而臭名昭着。其中一些器件提供转换速率控制,允许设计人员选择边沿速度并控制发射。在其他情况下,可以添加外部电路以减慢边缘。例如,电路设计者可以将RC电路添加到数字时钟电路以降低转换速率和辐射发射。 

这是对转换率及其与上升时间的关系的简要概述。是的,有相似之处,但关键的区别在于转换速率描述了波形的实际变化率。 

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