Объяснение влияния импульсного источника питания на операционный усилитель
Как правило, прежде чем аналоговые сигналы поступят в микросхему АЦП, следует использовать операционные усилители для формирования сигнала, чтобы обеспечить необходимое преобразование уровня, фильтрацию, управление микросхемой АЦП и так далее. Когда операционный усилитель взаимодействует с АЦП, на него легко влияет источник питания, что также влияет на стабильность сбора данных микросхемы АЦП. На рис. 2 представлена типовая схема интерфейса операционного усилителя и АЦП.
Большинство выводов аналогового входа в микросхемах АЦП имеют конденсатор выборки Cin, а резистор R1 ограничивает ток на выходе операционного усилителя. Когда переключатель SW замкнут, керамический конденсатор C1 в несколько раз превышает конденсатор выборки, быстро заряжает конденсатор выборки Cin через C1. Конкретные значения R1 и C1 связаны со стабильностью операционного усилителя, временем установления, временем выборки АЦП и требуемой точностью выборки.
Здесь следует отметить, что большую роль в вышеописанном процессе будет играть и питание операционного усилителя. Когда конденсатор заряжается операционным усилителем, мгновенно требуется большой ток, а времени реакции нагрузки импульсного источника питания недостаточно, что вызывает большие пульсации источника питания и влияет на выходной сигнал операционного усилителя. Например, если C{{0}}Cin=250pF, то при переключении SW с другого канала (при условии -5V) на канал AI0 (при условии +5V ), Cin переключится с -5В на напряжение +5В на C1, и C1 быстро зарядит Cin. * Конечное напряжение составляет (5В×10-5В)/11=4,09В, а выходное напряжение операционного усилителя будет составлять от 5В.
Особенно когда накачка заряда используется для подачи небольшого отрицательного напряжения на операционный усилитель -VCC, выходное напряжение накачки заряда уменьшается с увеличением нагрузки, что делает эффект более очевидным. Обнаружено, что когда операционный усилитель использует линейно регулируемый источник питания постоянного тока, результаты сбора данных 12-разрядного АЦП очень стабильны, а изменение результатов может быть ниже 1LSB. Напротив, при использовании устройства подкачки заряда, если выходной сигнал подкачки заряда не сильно фильтруется, результат сбора данных АЦП будет колебаться до 3LSB. Если R1 увеличить до 100 Ом, C1=10Cin. Без учета выходного сопротивления операционного усилителя * значение выходного тока операционного усилителя должно составлять (5-4,09)В/100 Ом=9,1 мА), что меньше, чем * Большой выходной ток общего операционного усилителя. Однако, если R1 слишком велик, это, очевидно, уменьшит частоту сигнала, который может собрать АЦП. Во время «отслеживания» этого канала АЦП операционный усилитель не может завершить зарядку C1 и Cin, из-за чего разница между этой выборкой и напряжением на входной клемме операционного усилителя становится большой, что приводит к гармоническим искажениям.
