Der Einfluss von Schaltnetzteilen auf Operationsverstärker
Bevor das analoge Signal in den ADC-Chip gelangt, muss ein Operationsverstärker zur Signalaufbereitung verwendet werden, um die erforderliche Pegelumwandlung, Filterung, ADC-Chip-Treiber usw. bereitzustellen. Wenn der Operationsverstärker mit dem ADC verbunden ist, wird er leicht durch die Stromversorgung beeinflusst, was sich auch auf die Stabilität der ADC-Chip-Erfassung auswirkt. Abbildung 2 ist ein typisches Schnittstellendiagramm zwischen einem Operationsverstärker und einem ADC.
Die meisten ADC-Chips verfügen am analogen Eingangsende über einen Abtastkondensator Cin, und der Widerstand R1 begrenzt den Ausgangsstrom des Operationsverstärkers. Der Keramikkondensator C1, der um ein Vielfaches größer ist als der Abtastkondensator, lädt den Abtastkondensator Cin über C1 schnell auf, wenn der Schalter SW geschlossen ist. Die spezifischen Werte von R1 und C1 hängen mit der Stabilität des Operationsverstärkers, der Einrichtungszeit, der ADC-Abtastzeit und der erforderlichen Abtastgenauigkeit zusammen.
Es sei darauf hingewiesen, dass bei dem oben genannten Vorgang auch die Stromversorgung des Operationsverstärkers eine wesentliche Rolle spielt. Während der Kondensatorladephase des Operationsverstärkers ist sofort eine große Strommenge erforderlich, und die unzureichende Lastreaktionszeit des Schaltnetzteils führt zu erheblichen Leistungswelligkeiten, die sich auf den Ausgang des Operationsverstärkers auswirken. Wenn beispielsweise C{{0}}Cin=250pF verwendet wird und SW von einem anderen Kanal (unter der Annahme von -5V) auf den AI0-Kanal (unter der Annahme von plus 5 V) umschaltet, schaltet Cin um von -5V auf die Spannung plus 5V an C1. C1 lädt Cin schnell auf und die endgültige Spannung beträgt (5 V × 10-5 V)/11=4,09 V. Der Ausgang des Operationsverstärkers muss von 5 V auf 4,09 V geändert werden. Wenn R1 zu klein ist, kann es leicht zu Stabilitätsproblemen am Ausgang des Operationsverstärkers kommen, und es kann sich auch auf den Ausgangsstrom des Operationsverstärkers und damit auf die Versorgungsspannung auswirken.
Insbesondere wenn eine Ladungspumpe verwendet wird, um eine kleine negative Stromversorgung für den Operationsverstärker VCC bereitzustellen, macht die Eigenschaft, dass die Ausgangsspannung der Ladungspumpe mit zunehmender Last abnimmt, den Effekt deutlicher. Im Vergleich wurde festgestellt, dass die 12-Bit-ADC-Erfassungsergebnisse sehr stabil sind und die Ergebnisse um weniger als 1 LSB variieren können, wenn der Operationsverstärker eine linear geregelte Gleichstromversorgung verwendet. Wenn dagegen Ladungspumpengeräte verwendet werden und der Ladungspumpenausgang nicht über einen großen Filter verfügt, können die ADC-Erfassungsergebnisse bis zu 3LSB betragen. Wenn R1 auf 100 Ω und C1=10Cin erhöht wird, ohne Berücksichtigung des Ausgangswiderstands des Operationsverstärkers, beträgt der * maximale Ausgangsstrom des Operationsverstärkers (5-4.09) V/100 Ω{ {9}},1mA), was kleiner ist als der * maximale Ausgangsstrom eines typischen Operationsverstärkers. Wenn R1 jedoch zu groß ist, verringert sich die Signalfrequenz, die der ADC erfassen kann, erheblich. Während der ADC diesen Kanal „verfolgt“, kann der Operationsverstärker das Laden von C1 und Cin nicht abschließen, was zu einem erheblichen Spannungsunterschied zwischen der Abtastung und dem Eingang des Operationsverstärkers führt, was zu harmonischen Verzerrungen führen kann.
