Impactul practic al comutării surselor de alimentare asupra amplificatoarelor operaționale
Înainte de a intra în cipul ADC, semnalele analogice necesită, în general, condiționarea semnalului folosind amplificatoare operaționale pentru a asigura conversia nivelului necesar, filtrarea, conducerea cipului ADC și așa mai departe. Atunci când amplificatorul operațional interfață cu ADC, acesta este ușor afectat de sursa de alimentare, care afectează și stabilitatea achiziției de date a chipului ADC. Figura 2 este o diagramă tipică a interfeței unui amplificator operațional și ADC.
Majoritatea cipurilor ADC au un condensator de eșantionare Cin la capătul de intrare analogică, iar rezistența R1 limitează ieșirea curentă a amplificatorului operațional. Condensatorul ceramic C1, care este de câteva ori mai mare decât condensatorul de eșantionare, încarcă rapid condensatorul de eșantionare Cin prin C1 când comutatorul SW este închis. Valorile specifice ale R1 și C1 sunt legate de stabilitatea amplificatorului operațional, timpul de configurare, timpul de eșantionare ADC și precizia de eșantionare necesară.
Trebuie subliniat că sursa de alimentare a amplificatorului operațional joacă, de asemenea, un rol semnificativ în procesul de mai sus. În timpul procesului de încărcare a condensatorului de către amplificatorul operațional, este necesar un curent mare instantaneu, iar timpul de răspuns la sarcină al sursei de alimentare comutatoare este insuficient, ceea ce va provoca o ondulare semnificativă a puterii și va afecta ieșirea amplificatorului operațional. De exemplu, dacă C1=10Cin=250pF, când SW trece de la un alt canal (presupunând -5V) la canalul AI0 (presupunând +5V), Cin trece de la -5V la tensiunea de pe C1+5V, iar C1 încarcă rapid Cin. Tensiunea finală este (5V × 10-5V)/11=4.09V, iar ieșirea amplificatorului operațional trebuie să se modifice de la 5V la 4,09V. Dacă R1 este prea mic, poate cauza cu ușurință probleme de stabilitate în ieșirea amplificatorului operațional și, de asemenea, poate avea un impact asupra curentului de ieșire a amplificatorului operațional, afectând tensiunea de alimentare.
În special atunci când se utilizează o pompă de încărcare pentru a furniza o mică sursă de alimentare negativă amplificatorului operațional VCC, caracteristica că tensiunea de ieșire a pompei de încărcare scade odată cu creșterea sarcinii face efectul mai pronunțat. Comparația arată că atunci când amplificatorul operațional utilizează o sursă de alimentare cu regulator liniar DC, rezultatele achiziției ADC pe 12 biți sunt foarte stabile, iar variația rezultatului poate ajunge la mai puțin de 1LSB; În schimb, atunci când utilizați dispozitive cu pompă de încărcare, dacă nu există o filtrare semnificativă în ieșirea pompei de încărcare, rezultatul achiziției ADC poate agita până la 3LSB. Dacă R1 crește la 100 Ω, C1=10Cin, când nu se ia în considerare rezistența de ieșire a amplificatorului operațional, curentul maxim de ieșire al amplificatorului operațional trebuie să fie (5-4,09) V/100 Ω{=9.1mA, care este mai mic decât curentul maxim de ieșire al unui amplificator operațional obișnuit. Dar dacă R1 este prea mare, va reduce semnificativ frecvența semnalului pe care ADC-ul îl poate colecta. În timpul „urmăririi” ADC a acestui canal, amplificatorul operațional nu poate finaliza încărcarea C1 și Cin, rezultând o diferență mare între eșantionare și tensiunea de intrare a amplificatorului operațional, ceea ce va provoca distorsiuni armonice.
