放大器在多路复用通道时行为不正常的原因

Gustavo Castro

有些人（尤其是工程师）声称，对超速违规提出异议的一种方法是索取雷达装置的校准证书。他们认为，如果校准过期，就不可能向驾驶员收费。无论这是否真的适用于任何人（仪器可能最近已经过校准），避开超速罚单的最安全方法是保持在限速以下。但是，如果您没有意识到自己走得太快了怎么办？这是一个通常行不通的借口。

放大器也会发生同样的情况。在某些应用中，工程师可能会忘记放大器输入可能连接到瞬变非常快的源。例如，采用由电压跟随器（或仪表放大器）缓冲的多路复用器，如图1所示。假设输入信号是静态的，并通过RC网络滤波以减少噪声带宽或RF干扰。放大器必须足够快，以便在转换之间建立，因此其选择必须考虑压摆率和带宽。然而，在实验室中，结果并不像预期的那样：放大器输出移动缓慢，并且具有具有长稳定尾的不寻常波形。建立时间远不及规格。可能是什么问题？

图1.带多路复用输入的电压跟随器。

很多事情都可能出错，但从根本上说，当通道转换时，放大器输入会过载。如果输出不能像输入一样快地移动（或者至少不能在输入之前移动），则两个输入端会出现较大的差分电压。这种情况会使输入晶体管饱和，增加输入偏置电流，使内部保护二极管正向偏置，或引起其他不良影响。对该通道开关的实际反应取决于输入拓扑、工艺技术和内部保护电路，并取决于瞬态速度和相邻通道之间的电压差。除了放大器对过载条件的反应外，增加的输入偏置电流（即使它只流过多路复用器和运算放大器之间的寄生电容）也会对多路复用器输入侧的电容进行充电或放电。这种改变原始电压电平的扰动只能通过连接电源和电容器的电阻器来恢复。如果滤波器的时间常数很大，放大器的输出端会出现一个长建立尾。

根据问题的根源，可以做几件事来解决问题。一种低成本的解决方案是添加电阻器，与连接到快速源（在本例中为多路复用器）的任何输入串联。这有助于通过增加源在瞬变期间看到的阻抗来避免输入饱和。在DAC输出端，或者如果放大器用于调理来自微控制器或FPGA的方波，一个简单的RC可以帮助减慢边沿，使放大器保持满意。每种情况都需要一些分析来确定最佳解决方案，但请注意瞬态条件。请记住，远离麻烦的最好方法是放慢速度！

审核编辑：郭婷