El impacto de las fuentes de alimentación conmutadas en los amplificadores operacionales
Antes de ingresar al chip ADC, las señales analógicas generalmente requieren acondicionamiento de señal utilizando amplificadores operacionales para proporcionar la conversión de nivel necesaria, filtrado, control del chip ADC, etc. Cuando el amplificador operacional interactúa con el ADC, la fuente de alimentación lo afecta fácilmente, lo que también afecta la estabilidad de la adquisición de datos del chip ADC. La Figura 2 es un diagrama de interfaz típico de un amplificador operacional y ADC.
La mayoría de los chips ADC tienen un condensador de muestreo Cin en el extremo de entrada analógica y la resistencia R1 limita la salida de corriente del amplificador operacional. El condensador cerámico C1, que es varias veces más grande que el condensador de muestreo, carga rápidamente el condensador de muestreo Cin a través de C1 cuando el interruptor SW está cerrado. Los valores específicos de R1 y C1 están relacionados con la estabilidad del amplificador operacional, el tiempo de configuración, el tiempo de muestreo del ADC y la precisión de muestreo requerida.
Cabe señalar que la fuente de alimentación del amplificador operacional también juega un papel importante en el proceso anterior. Durante el proceso de carga del condensador por el amplificador operacional, se requiere una gran corriente instantáneamente y el tiempo de respuesta de carga de la fuente de alimentación conmutada es insuficiente, lo que provocará una ondulación de potencia significativa y afectará la salida del amplificador operacional. Por ejemplo, si C1=10Cin=250pF, cuando SW cambia de otro canal (suponiendo -5 V) al canal AI0 (suponiendo +5V), Cin cambia de -5 V al voltaje en C1+5V y C1 carga rápidamente Cin. El voltaje final es (5 V × 10-5 V)/11=4.09 V y la salida del amplificador operacional debe cambiar de 5 V a 4,09 V. Si R1 es demasiado pequeño, puede causar fácilmente problemas de estabilidad en la salida del amplificador operacional y también tener un impacto en la corriente de salida del amplificador operacional, afectando el voltaje de la fuente de alimentación.
Especialmente cuando se utiliza una bomba de carga para proporcionar una pequeña fuente de alimentación negativa al amplificador operacional VCC, la característica de que el voltaje de salida de la bomba de carga disminuye al aumentar la carga hace que el efecto sea más pronunciado. La comparación muestra que cuando el amplificador operacional utiliza una fuente de alimentación de regulador lineal de CC, los resultados de adquisición del ADC de 12 bits son muy estables y la variación del resultado puede alcanzar menos de 1LSB; Por el contrario, cuando se utilizan dispositivos de bomba de carga, si no hay un filtrado significativo en la salida de la bomba de carga, el resultado de la adquisición del ADC puede variar hasta 3LSB. Si R1 se aumenta a 100 Ω, C1=10Cin, sin considerar la resistencia de salida del amplificador operacional, la corriente de salida máxima del amplificador operacional debe ser (5-4.09) V/100 Ω=9.1mA, que es menor que la corriente de salida máxima de un amplificador operacional típico. Pero si R1 es demasiado grande, reducirá significativamente la frecuencia de la señal que el ADC puede recopilar. Durante el "seguimiento" de este canal por parte del ADC, el amplificador operacional no puede completar la carga de C1 y Cin, lo que resulta en una gran diferencia entre el muestreo y el voltaje de entrada del amplificador operacional, lo que causará distorsión armónica.
