在模拟系统中抓取小信号
文章作者:Gustavo Castro
在本文中，我们讨论模拟系统中的一个小信号的内容以及对某种设计近似和简化的影响。
以下是一个问题：我为应用程序选择的放大器的数据表指定了一个小信号带宽以及大信号带宽，它们是完全不同的规格。如何确定我的信号是否有资格符合小或大？
答案：当我们谈论放大器的带宽时，我们真的在谈论放大器使用小信号模型的频率响应。假设电路围绕偏置点的线性导出该模型，或者，换句话说，其增益保持恒定独立于所施加的信号。如果信号足够小，则该模型的运作良好，并且无法检测其与现实的偏差。
每个人都喜欢使用此模型，因为它简化了设计和分析过程。如果我们要使用大信号模型 - 即，包括所有非线性方程式 - 电路将变得非常复杂，至少对于像我这样的凡人。1因此，小信号模型和正弦信号将复杂性提高到可管理的水平。
严格地说，即使是最小的实际信号也会使晶体管电路(例如，运放)的偏置点发生一点变化。信号越大，就越难以忽略非线性效应，最明显的就是失真。在某一时刻，信号变得太快、太大以至于放大器达到了它的旋转速率极限——相当于放大器输出的最大变化速率，通常用伏特/微秒(V/µs)来表示。
当旋转速率受限时，放大器滞后，在信号开始下降之前没有达到信号峰值，总体结果是信号幅度小于预期。此时，放大器已经达到了较大的信号带宽。通常这发生在频率低于小信号带宽，信号是最明显的扭曲。但信号不会突然变成失真惨败;相反，失真随着振幅和频率的增加而逐渐增加。当失真超过系统的容忍度时，我们可以说信号太大了。
那么，我们如何知道放大器是否足够快以处理信号？首先，像往常一样，确保小的信号带宽足以实现所需的增益。如果是，则在数据表中查找大信号带宽规范（或绘图）。如果不可用，最简单的解决方案是转到基本原理并使用公式：
SR [v /μs] =峰值幅度×6.28×频率[MHz]
一个好的经验法则是选择一个比所需的转换速率多10倍的放大器。然后，查看数据表上在所需频率和幅值处的失真曲线，以确保信号对放大器来说足够小。
例如，ADA4807-1作为电压跟随器的转换速率为225 V /μs，具有±5 V电源。即使放大器的小带宽约为180MHz，放大器也不会超过36MHz，具有2 V P-P信号。并且对于4 V P-P，相同的理论极限将达到约18MHz。更多的over, slew rate is usually measured with a step, under which internal slew enhancement circuits kick in to improve settling time, but response to sinusoidal signals can actually be a bit slower (the data sheet specifies 28MHz for large signal bandwidth with 2 V p-p). The distortion plots in the typical characteristics section show the harmonic distortion increase with frequency and amplitude, from which it is possible to determine if you can take your signal citius, altius, and fortius (faster, higher, and stronger).
笔记：
[1]这是一个更适合运行模拟的计算机的工作，即使是，我们也选择简化，使它们能够在合理的时间内达到数字解决方案。
关于作者
Gustavo Castro是一种模拟设备线性和精密技术组的应用工程师。他的主要兴趣是精密信号调理和电子仪器的模拟和混合信号设计。在加入2011年的模拟设备之前，他在National Instruments设计了10年的设计高性能数字多米和精密直流源。Gustavo于2000年从TecnológicodeMonterrey，墨西哥和他的M.S获得电子工程学士学位。东北大学微系统和材料学位。他拥有三项专利。