Impatti pratici degli alimentatori a commutazione sugli amplificatori operazionali
Prima di entrare nel chip ADC, i segnali analogici generalmente richiedono il condizionamento del segnale utilizzando amplificatori operazionali per fornire la necessaria conversione di livello, filtraggio, pilotaggio del chip ADC e così via. Quando l'amplificatore operazionale si interfaccia con l'ADC, viene facilmente influenzato dall'alimentazione, il che influisce anche sulla stabilità dell'acquisizione dei dati del chip ADC. La Figura 2 è un tipico diagramma di interfaccia di un amplificatore operazionale e un ADC.
La maggior parte dei chip ADC hanno un condensatore di campionamento Cin all'estremità dell'ingresso analogico e il resistore R1 limita l'uscita di corrente dell'amplificatore operazionale. Il condensatore ceramico C1, che è molte volte più grande del condensatore di campionamento, carica rapidamente il condensatore di campionamento Cin attraverso C1 quando l'interruttore SW è chiuso. I valori specifici di R1 e C1 sono correlati alla stabilità dell'amplificatore operazionale, al tempo di configurazione, al tempo di campionamento dell'ADC e alla precisione di campionamento richiesta.
Va sottolineato che anche l'alimentazione dell'amplificatore operazionale gioca un ruolo significativo nel processo sopra descritto. Durante il processo di carica del condensatore da parte dell'amplificatore operazionale, è necessaria istantaneamente una grande corrente e il tempo di risposta al carico dell'alimentatore switching è insufficiente, il che causerà un'ondulazione di potenza significativa e influenzerà l'uscita dell'amplificatore operazionale. Ad esempio, se C1=10Cin=250pF, quando SW passa da un altro canale (presupponendo -5 V) al canale AI0 (presupponendo +5V), Cin passa da -5 V alla tensione su C1+5V e C1 carica rapidamente Cin. La tensione finale è (5 V × 10-5 V)/11=4.09 V e l'uscita dell'amplificatore operazionale deve passare da 5 V a 4,09 V. Se R1 è troppo piccolo, può facilmente causare problemi di stabilità nell'uscita dell'amplificatore operazionale e avere anche un impatto sulla corrente di uscita dell'amplificatore operazionale, influenzando la tensione di alimentazione.
Soprattutto quando si utilizza una pompa di carica per fornire una piccola alimentazione negativa all'amplificatore operazionale VCC, la caratteristica che la tensione di uscita della pompa di carica diminuisce con l'aumento del carico rende l'effetto più pronunciato. Il confronto mostra che quando l'amplificatore operazionale utilizza un alimentatore con regolatore lineare CC, i risultati dell'acquisizione ADC a 12 bit sono molto stabili e la variazione del risultato può raggiungere meno di 1 LSB; Al contrario, quando si utilizzano dispositivi a pompa di carica, se non è presente un filtraggio significativo nell'uscita della pompa di carica, il risultato dell'acquisizione dell'ADC può oscillare fino a 3LSB. Se R1 viene aumentato a 100 Ω, C1=10Cin, Se non si considera la resistenza di uscita dell'amplificatore operazionale, la corrente di uscita massima dell'amplificatore operazionale deve essere (5-4,09) V/100 Ω=9.1mA, che è inferiore alla corrente di uscita massima di un tipico amplificatore operazionale. Ma se R1 è troppo grande, ridurrà significativamente la frequenza del segnale che l'ADC può raccogliere. Durante il "tracciamento" di questo canale da parte dell'ADC, l'amplificatore operazionale non può completare la carica di C1 e Cin, determinando una grande differenza tra il campionamento e la tensione di ingresso dell'amplificatore operazionale, che causerà una distorsione armonica.
