Практическое влияние импульсных источников питания на операционные усилители
Перед входом в микросхему АЦП аналоговые сигналы обычно требуют обработки сигнала с использованием операционных усилителей для обеспечения необходимого преобразования уровня, фильтрации, управления микросхемой АЦП и т. д. Когда операционный усилитель взаимодействует с АЦП, на него легко влияет источник питания, что также влияет на стабильность сбора данных чипа АЦП. На рисунке 2 представлена типовая схема интерфейса операционного усилителя и АЦП.
Большинство микросхем АЦП имеют конденсатор выборки Cin на аналоговом входе, а резистор R1 ограничивает выходной ток операционного усилителя. Керамический конденсатор C1, который в несколько раз больше конденсатора выборки, быстро заряжает конденсатор Cin выборки через C1, когда ключ SW замкнут. Конкретные значения R1 и C1 связаны со стабильностью операционного усилителя, временем настройки, временем выборки АЦП и требуемой точностью выборки.
Следует отметить, что питание операционного усилителя также играет значительную роль в вышеописанном процессе. Во время процесса зарядки конденсатора операционным усилителем мгновенно требуется большой ток, а время реакции нагрузки импульсного источника питания недостаточно, что вызовет значительные пульсации мощности и повлияет на выходную мощность операционного усилителя. Например, если C1=10Cin=250pF, когда SW переключается с другого канала (при условии -5 В) на канал AI0 (при условии +5V), Cin переключается с -5 В на напряжение на C1+5V, и C1 быстро заряжает Cin. Конечное напряжение составляет (5 В × 10-5 В)/11=4.09 В, а выходное напряжение операционного усилителя должно измениться с 5 В до 4,09 В. Если R1 слишком мал, это может легко вызвать проблемы со стабильностью выхода операционного усилителя, а также повлиять на выходной ток операционного усилителя, влияя на напряжение источника питания.
Особенно при использовании накачки заряда для подачи небольшого отрицательного напряжения питания на операционный усилитель VCC, особенность, состоящая в том, что выходное напряжение накачки заряда уменьшается с увеличением нагрузки, делает эффект более выраженным. Сравнение показывает, что когда операционный усилитель использует источник питания с линейным стабилизатором постоянного тока, результаты сбора данных 12-битного АЦП очень стабильны, а изменение результата может достигать менее 1 младшего разряда; Напротив, при использовании устройств подкачки заряда, если на выходе подкачки заряда нет значительной фильтрации, результат сбора данных АЦП может колебаться до 3LSB. Если R1 увеличить до 100 Ом, C1=10Cin. Если не учитывать выходное сопротивление операционного усилителя, максимальный выходной ток операционного усилителя должен составлять (5–4,09) В/100 Ом=9.1мА, что меньше максимального выходного тока типичного операционного усилителя. Но если R1 будет слишком большим, это значительно уменьшит частоту сигнала, который сможет собрать АЦП. Во время «отслеживания» этого канала АЦП операционный усилитель не может завершить зарядку C1 и Cin, что приводит к большой разнице между дискретизацией и входным напряжением операционного усилителя, что приводит к гармоническим искажениям.
