Влияние импульсного источника питания на операционные усилители
Прежде чем аналоговый сигнал попадет в микросхему АЦП, необходимо использовать операционный усилитель для формирования сигнала, чтобы обеспечить необходимое преобразование уровня, фильтрацию, драйвер микросхемы АЦП и т. д. Когда операционный усилитель взаимодействует с АЦП, на него легко влияет источник питания, что также влияет на стабильность сбора данных микросхемы АЦП. На рисунке 2 представлена типичная схема интерфейса между операционным усилителем и АЦП.
Большинство микросхем АЦП имеют на аналоговом входе конденсатор выборки Cin, а резистор R1 ограничивает выходной ток операционного усилителя. Керамический конденсатор C1, размер которого в несколько раз больше, чем конденсатор выборки, быстро заряжает конденсатор выборки Cin через C1, когда переключатель SW замкнут. Конкретные значения R1 и C1 связаны со стабильностью операционного усилителя, временем установления, временем выборки АЦП и требуемой точностью выборки.
Следует отметить, что питание операционного усилителя также играет значительную роль в вышеописанном процессе. Во время периода зарядки конденсатора операционного усилителя мгновенно требуется большой ток, а недостаточное время реакции нагрузки импульсного источника питания вызовет значительные пульсации мощности, влияющие на выходную мощность операционного усилителя. Например, если используется C{{0}}Cin=250pF, когда SW переключается с другого канала (при условии -5V) на канал AI0 (при условии плюс 5 В), Cin переключается от -5В до напряжения плюс 5В на C1. C1 быстро заряжает Cin, и конечное напряжение составляет (5В × 10-5В)/11=4.09В, выходное напряжение операционного усилителя необходимо изменить с 5В на 4,09В. Если R1 слишком мал, это может легко вызвать проблемы со стабильностью выходного сигнала операционного усилителя, а также может повлиять на выходной ток операционного усилителя, влияя на напряжение источника питания.
Особенно при использовании накачки заряда для обеспечения небольшого отрицательного питания операционного усилителя VCC характеристика выходного напряжения накачки заряда, уменьшающаяся с увеличением нагрузки, делает эффект более очевидным. Для сравнения было обнаружено, что когда операционный усилитель использует источник питания с линейной регулировкой постоянного тока, результаты сбора данных 12-разрядного АЦП очень стабильны и могут отличаться менее чем на 1 младший бит; Напротив, при использовании устройств подкачки заряда, если выход подкачки заряда не имеет большого фильтра, результаты сбора данных АЦП могут колебаться до 3 младших разрядов. Если R1 увеличить до 100 Ом и C1=10Cin, без учета выходного сопротивления операционного усилителя, * максимальный выходной ток операционного усилителя составит (5-4,09) В/100 Ом{ {9}}.1 мА), что меньше * максимального выходного тока типичного операционного усилителя. Но если R1 слишком велик, это значительно уменьшит частоту сигнала, который может собрать АЦП. Во время «отслеживания» АЦП этого канала операционный усилитель не может завершить зарядку C1 и Cin, в результате чего возникает значительная разница в напряжении между дискретизацией и входом операционного усилителя, что может вызвать гармонические искажения.
