part-20 建立时间Setting Time

关注运放建立时间的人并不多，到建立时间对于其后的ADC至关重要。

比如一个16位的ADC，最低位LSB对应的电压范围是满量程的15ppm（百万分之十五）。如果驱动ADC的运放还没有达到最终的值就被采样了就必然会引起误差。

放大器的建立时间是当运放的输入为阶跃信号时，运放的输出响应进入并保持在规定的误差范围内所需的时间。这个误差范围常见的有0.1%，0.05%，0.01%，悲剧的是误差大小和建立时间不是线性关系。下图是建立时间示例说明图，建立时间就是从阶跃信号开始到信号误差达到目标值的时间。

从图上可以看出，运放阶跃信号信号的响应是一个含有过冲和振铃现象的二阶响应。这个响应很像控制系统的二阶响应，所以一下分析其余控制系统的相似性。

运放的建立时间主要有两段组成，第一段是运放的输出电压从初始值到达目标值附近，这是一个非线性过程，这段时长由给运放的补偿电容充电的电流决定，关于这个补偿电压在压摆率里提到过，所以也可以理解这个时间和压摆率有关（压摆率的决定因素也是补偿电容充电的快慢）；第二段是指输出已经接近最终目标值了，进入这一阶段，运放处于准线性区。这一阶段的特性主要受到运放的

零-极点（doublets）影响。在高速运放中，运放的压摆率slewRate很高，因此第一段时间非常短，建立时间主要有第二阶段决定。

关于第二阶段时间，感兴趣可以参考B.Yeshwant Kamath的经典论文《Relationship Between Frequency Response and etting Time of Operational Amplifier》。

关于建立时间的测量方法，需要比较精密的电路和参数良好的仪器。有兴趣可以参考Measuring op amp setting time by using sample-and-hold technique

从运放的指标来说,运放的建立时间会受到大信号参数压摆率和小信号闭环增益的影响。下图是运放建立时间和闭环增益的关系。

通过图表可以看出，随着闭环增益的增加，建立时间也随着增加。这是由于高增益时，运放的闭环带宽会降低，因此调整输出误差的环路增益AolB也会减小，最终造成建立时间增加。

 

最后再说一句，对于数据采样保持电路来说，建立时间很重要。特别是对于需要用multiplexer多路开关在不同信号之间切换时，一定要注意等信号建立之后再采样，否则会引起不可预知的误差。