A influência da comutação da fonte de alimentação em amplificadores operacionais
Antes do sinal analógico entrar no chip ADC, é necessário usar um amplificador operacional para condicionamento de sinal para fornecer a conversão de nível necessária, filtragem, driver do chip ADC e assim por diante. Quando o amplificador operacional faz interface com o ADC, ele é facilmente afetado pela fonte de alimentação, o que também afeta a estabilidade da aquisição do chip ADC. A Figura 2 é um diagrama de interface típico entre um amplificador operacional e um ADC.
A maioria dos chips ADC possui um capacitor de amostragem Cin na extremidade da entrada analógica e o resistor R1 limita a corrente de saída do amplificador operacional. O capacitor cerâmico C1, que é várias vezes maior que o capacitor de amostragem, carrega rapidamente o capacitor de amostragem Cin através de C1 quando a chave SW é fechada. Os valores específicos de R1 e C1 estão relacionados à estabilidade do amplificador operacional, tempo de estabelecimento, tempo de amostragem ADC e precisão de amostragem necessária.
Deve-se ressaltar que a fonte de alimentação do amplificador operacional também desempenha um papel significativo no processo acima. Durante o período de carga do capacitor do amplificador operacional, uma grande quantidade de corrente é necessária instantaneamente, e o tempo de resposta de carga insuficiente da fonte de alimentação chaveada causará ondulação de energia significativa, afetando a saída do amplificador operacional. Por exemplo, se C{{0}}Cin=250pF for usado, quando SW muda de outro canal (assumindo -5V) para o canal AI0 (assumindo mais 5V), Cin muda de -5V à tensão mais 5V em C1. C1 carrega Cin rapidamente e a tensão final é (5V × 10-5V)/11=40,09V, a saída do amplificador operacional precisa ser alterada de 5V para 4,09V. Se R1 for muito pequeno, pode facilmente causar problemas de estabilidade na saída do amplificador operacional e também pode impactar a corrente de saída do amplificador operacional, afetando a tensão da fonte de alimentação.
Especialmente ao usar uma bomba de carga para fornecer uma pequena fonte de alimentação negativa ao amplificador operacional VCC, a característica da tensão de saída da bomba de carga diminuindo com o aumento da carga torna o efeito mais óbvio. Em comparação, descobriu-se que quando o amplificador operacional usa uma fonte de alimentação regulada linearmente DC, os resultados de aquisição ADC de 12 bits são muito estáveis e os resultados podem variar em menos de 1 LSB; Por outro lado, ao usar dispositivos de bomba de carga, se a saída da bomba de carga não tiver um filtro grande, os resultados de aquisição do ADC podem atingir até 3LSB. Se R1 for aumentado para 100 Ω e C1=10Cin, sem considerar a resistência de saída do amplificador operacional, a * corrente máxima de saída do amplificador operacional é (5-4,09) V/100 Ω{ {9}}.1mA), que é menor que * a corrente de saída máxima de um amplificador operacional típico. Mas se R1 for muito grande, reduzirá significativamente a frequência do sinal que o ADC pode coletar. Durante o “rastreamento” deste canal pelo ADC, o amplificador operacional não consegue completar o carregamento de C1 e Cin, resultando em uma diferença significativa de tensão entre a amostragem e a entrada do amplificador operacional, o que pode causar distorção harmônica.
