方波驱动电路上升沿的问题

只看该作者 · 2013-1-28 21:44

本帖最后由 lzmilypforev 于 2013-1-29 00:45 编辑

下面是一个CCD的驱动电路，负载是1000p，上升沿由MMBT3940来完成，这个三极管的工作带宽是500MHz，

而电路的工作频率是10M，目的在于把TTL电平转换为电压为-4V~2V的方波信号。原始电路图，仿真电路图

和仿真结果在下图中。

电路要求在6.25ns内把电平由-4V拉到2V，根据计算，I=C*dV/dt=1000p*6v/6.25ns=0.96A，我实测了一下

MMBT3640的电流，令VEC=6V,VEB=1V(PNP管)，得到IC=190mA，因此6个管并起来应该是1.14A左右。但是实

际的电路做出来，上升沿为14ns，而根据上面的电流计算式，6个管合起来的电流仅仅为290mA左右。

我测了三极管MMBT3640的VEB，有大概10ns吧，电压是在0.75V以上的，也就是说，至少电流理论上是够的

。我猜是PZT2222A提供的电流不够，于是直接在图1 的“这里调节滑变，设成2V”处，直接接了一个2V，

从电源引出，结果还是不行。

有没有哪位有经验的同行给指点下？感激不尽啊！

1万 · 2013-1-28 21:53

呃，推荐上图，无图无真相。

只看该作者 · 2013-1-29 00:45

NE5532 发表于 2013-1-28 21:53
呃，推荐上图，无图无真相。

忘了上了。再看下呀，版主！

只看该作者 · 2013-1-29 10:57

两个建议
1. 将输入电容C18/C19换成4700pF或更大，然后试试。
2. 用低导通电阻的MOS管来代替MMBT3940。
三极管在接近饱和的时候（也就是Vce在1V左右的时候），放大倍数会明显下降。这就意味着三极管需要更大的基极电流才能饱和，或者说集电极能提供的电流明显下降。
你可以看看上升沿的后半段，明显上升变缓了，大半是这个原因造成的。
另外，即使三极管完全导通，仍然有0.2V左右的Vce。但MOS管没有这个压降，没有饱和，也没有放大倍数下降的问题。

只看该作者 · 2013-1-29 16:00

你的描述中，“令VEC=6V”，这是理想情况，电流当然很大。你可以试一下VEC=1V的情况，电流会小得多，电流放大倍数也小得多。这是三极管固有的特性，你可以看看三极管的工作曲线。
另外，从RC充电曲线来看，C两端电压接近电源电压时，电压上升速度也会慢很多。
所以再给你一个建议：瞬时过压充电。就是说在电容充电瞬间，把电源电压也瞬间抬升（也就是把OP213的第3脚瞬间抬升）。但不要抬升过量，避免过冲。

只看该作者 · 2013-1-29 16:16

william008 发表于 2013-1-29 10:57
两个建议
1. 将输入电容C18/C19换成4700pF或更大，然后试试。
2. 用低导通电阻的MOS管来代替MMBT3940。

你好，我把C18,C19换成了2200p，发现上升时间反而变慢了。下面给了两幅图，一个是1000p的情况，一个是2200p的情况。

上升沿用的管子的参数：

只看该作者 · 2013-1-29 16:19

william008 发表于 2013-1-29 16:00
你的描述中，“令VEC=6V”，这是理想情况，电流当然很大。你可以试一下VEC=1V的情况，电流会小得多，电流放 ...

这个明白了，那个瞬时抬升不能实现，那个电压是用滑变来控制的，没办法改，还有没有别的办法

只看该作者 · 2013-1-29 16:54

william008 发表于 2013-1-29 16:00
你的描述中，“令VEC=6V”，这是理想情况，电流当然很大。你可以试一下VEC=1V的情况，电流会小得多，电流放 ...

3640的文档里面说，IB较小时候，VBE SAT比较低，这样可以使VBE饱合的时间长一点，因此我把2.21K的R5和R25都提高了，提至4.7K时，对上升沿时间有帮助，但是帮助不是很明显，p秒级啊。。我觉得，把C18,C19都降低，使得IB也同时降低，也能产生上面一样的效果，所以减小电容也能提高IC。仿真软件真是坑啊，特么的不对。。

只看该作者 · 2013-1-30 09:50

我又想了想，有如下想法。
1. 数个三极管并联，由于不一致性，会有均流问题。所以总电流可能小于单个电流×4。能用一个大电流管，就不要用数个管并联。
2. 把C18/C19变大，上升沿反而变缓，我不太能理解，请高手解释。
3. R5和R25能起到作用太小，无需在上面下功夫。
4. 可以在MMBT3940前加一级PNP管，构成达林顿管，这样驱动能力会强很多。
5. 仍然认为换MOS管是最好的办法，建议你试试。MOS管导通时的等效电阻基本上是恒定的，不随输出电压变化。如果采用一个导通电阻是0.1欧的MOS管，则输出回路的时间常数是R*C=0.1*1n=0.1nS，可以得到很快的上升沿
6. 对于瞬时过压充电，为什么你说做不到？我已经提示你把OP213的第3脚瞬间抬升，你却没有领会。见附图，你可以用一个电容一个电阻来做到。
7. 注意Layout，从C119到负载的线都要短而粗。否则等效感抗会很大，上升沿不可能快。

只看该作者 · 2013-1-30 10:16

本帖最后由 lzmilypforev 于 2013-1-30 10:21 编辑

william008 发表于 2013-1-30 09:50
我又想了想，有如下想法。
1. 数个三极管并联，由于不一致性，会有均流问题。所以总电流可能小于单个电流× ...

首先多谢指点！！！
1.确实有均流问题，讨论下，这个管子最大直流电流是200mA，实际上交流变化的情况下肯定不能达到这么大电流，并联还是有必要。
2.C18/C19那个确实不懂，靠试。。。见笑。
3.R5,R25同意。
4.达林顿的我要试下。
5.MOS管的我也有一套电路，下面图有，用的FDS4897AC(图里面IRF7309用FDS4897AC代替)，上升沿最快可达2ns，但是我达不到它的条件，本以为稍微慢点也可以，不过原理上可能有些错误，加上电就发烫，，，有时输入信号是方波，但是输出不是，始终在低电平上。项目比较紧，就没再多下功夫。
6.Layout采用最短路径步的线，线宽0.5mm，线厚35um，走1A的电流没有问题。

FDS4897AC-perfect.pdf (407.85 KB)
我试下提升瞬时电流的方法先，完了上图，先仿真下。

只看该作者 · 2013-1-30 14:07

MOS管电路里面，R87的接法有误，所以下管会导通，输出低电平，下面两个稳压管的接法我没看懂是干什么用的。
MOS管是不能这么驱动的。有现成的MOS驱动芯片。至少你也要用三极管来搭一个驱动电路。

只看该作者 · 2013-1-30 18:59

william008 发表于 2013-1-30 14:07
MOS管电路里面，R87的接法有误，所以下管会导通，输出低电平，下面两个稳压管的接法我没看懂是干什么用的。 ...

R87的目的是给下管提供一个VGS，使下管在没有TTL信号输入时候能输出低电平，这个电路是可以工作的，是柯达的开发板上面的，不过换成10M时候就完了。。MOS我不太懂，所以就没怎么用，虽然我三极管用的也是一塌糊涂。。。

只看该作者 · 2013-1-30 21:00

降阻抗

只看该作者 · 2013-1-30 21:48

楼主可以在C18,C19上各并个10K的电位器试试，分别调节之

只看该作者 · 2013-1-31 11:31

C18/C19加大不可取。因为理论上在-4V到2V区间充放电需要0.96A,那么同样容量电容在0.3V到4.9V区间充放电也需要大致相同的冲放电流。这个值已经偏大，加大电容更不可取了。
实际上你前级驱动能力有限，这样C18/C19的充电幅值就受到限制。
建议大幅度降低C18/C19的容量值，还可以在C18/C19的回路上串联一个100-200欧的电阻（因为你基极驱动根本不需要很大电流），这样同时还能降低dI/dt以减小分布电感的影响。
无论是仿真还是用示波器，请关注C18/C19两端的波形，这两个波形正常了，后面的波形也就应该正常了。

只看该作者 · 2013-1-31 17:26

本帖最后由 DianGongN 于 2013-1-31 17:37 编辑

LZ看看这个芯片能不能直接用，可能有更好的芯片，LZ再找一找。

只看该作者 · 2013-1-31 18:57

bald 发表于 2013-1-31 11:31
C18/C19加大不可取。因为理论上在-4V到2V区间充放电需要0.96A,那么同样容量电容在0.3V到4.9V区间充放电也需 ...

多谢啊，马上试试！

只看该作者 · 2013-1-31 19:18

DianGongN 发表于 2013-1-31 17:26
LZ看看这个芯片能不能直接用，可能有更好的芯片，LZ再找一找。

应该能用，但是我们已经出板子了，如果不行，下一版再用这芯片，多谢啊，兄弟！

只看该作者 · 2013-1-31 20:41

将两电容改为47P左右，
另可以换电流大些的BJT少并几个，
并得越多延时越大
并注意均衡散热

只看该作者 · 2013-2-2 11:38

king5555 发表于 2013-2-1 23:15
設置靜态MMBT3640的Vbe电压为0.4V成为导通辺缘。或者三极管集极偏置小电流成为截止辺缘。 ...

设成0.6V，依然不管用啊

方波驱动电路上升沿的问题

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