Praktische Auswirkungen von Schaltnetzteilen auf Operationsverstärker
Vor dem Eintritt in den ADC-Chip erfordern analoge Signale im Allgemeinen eine Signalaufbereitung mithilfe von Operationsverstärkern, um die erforderliche Pegelumwandlung, Filterung, Ansteuerung des ADC-Chips usw. bereitzustellen. Wenn der Operationsverstärker mit dem ADC verbunden ist, wird er leicht durch die Stromversorgung beeinflusst, was sich auch auf die Stabilität der Datenerfassung des ADC-Chips auswirkt. Abbildung 2 ist ein typisches Schnittstellendiagramm eines Operationsverstärkers und eines ADC.
Die meisten ADC-Chips verfügen am analogen Eingangsende über einen Abtastkondensator Cin, und der Widerstand R1 begrenzt den Stromausgang 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 des Ladevorgangs des Kondensators durch den Operationsverstärker ist sofort ein großer Strom erforderlich, und die Lastreaktionszeit des Schaltnetzteils ist unzureichend, was zu einer erheblichen Leistungswelligkeit führt und den Ausgang des Operationsverstärkers beeinträchtigt. Wenn beispielsweise C1=10Cin=250pF ist und SW von einem anderen Kanal (unter der Annahme von -5 V) auf den AI0-Kanal (unter der Annahme von +5V) umschaltet, wechselt Cin von -5 V auf die Spannung an C1+5V und C1 lädt Cin schnell auf. Die endgültige Spannung beträgt (5 V × 10-5 V)/11=4.09 V, und 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 sich auch auf den Ausgangsstrom des Operationsverstärkers auswirken, was Auswirkungen auf die Versorgungsspannung hat.
Insbesondere wenn eine Ladungspumpe verwendet wird, um eine kleine negative Stromversorgung für den Operationsverstärker VCC bereitzustellen, wird der Effekt dadurch verstärkt, dass die Ausgangsspannung der Ladungspumpe mit zunehmender Last abnimmt. Der Vergleich zeigt, dass die 12-Bit-ADC-Erfassungsergebnisse sehr stabil sind und die Ergebnisschwankung weniger als 1 LSB erreichen kann, wenn der Operationsverstärker eine DC-Linearregler-Stromversorgung verwendet. Im Gegensatz dazu kann bei der Verwendung von Ladungspumpengeräten das ADC-Erfassungsergebnis bis zu 3LSB betragen, wenn keine signifikante Filterung im Ausgang der Ladungspumpe erfolgt. Wenn R1 auf 100 Ω erhöht wird, C1=10Cin, Wenn der Ausgangswiderstand des Operationsverstärkers nicht berücksichtigt wird, muss der maximale Ausgangsstrom des Operationsverstärkers (5-4,09) V/100 Ω=9.1mA betragen, was kleiner ist als der maximale Ausgangsstrom eines typischen Operationsverstärkers. Wenn R1 jedoch zu groß ist, verringert sich die Frequenz des Signals, das 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 großen Unterschied zwischen der Abtast- und der Eingangsspannung des Operationsverstärkers führt, was zu harmonischen Verzerrungen führt.
