Praktische gevolgen van schakelende voedingen op operationele versterkers
Voordat analoge signalen de ADC-chip binnenkomen, vereisen ze doorgaans signaalconditionering met behulp van operationele versterkers om de nodige niveauconversie, filtering, ADC-chipaansturing, enzovoort te bieden. Wanneer de operationele versterker een interface vormt met de ADC, wordt deze gemakkelijk beïnvloed door de stroomvoorziening, wat ook de stabiliteit van de data-acquisitie van de ADC-chip beïnvloedt. Figuur 2 is een typisch interfacediagram van een operationele versterker en ADC.
De meeste ADC-chips hebben een bemonsteringscondensator Cin aan de analoge ingang, en weerstand R1 beperkt de stroomuitgang van de operationele versterker. De keramische condensator C1, die meerdere malen groter is dan de bemonsteringscondensator, laadt de bemonsteringscondensator Cin tot en met C1 snel op wanneer de schakelaar SW gesloten is. De specifieke waarden van R1 en C1 houden verband met de stabiliteit van de operationele versterker, de insteltijd, de ADC-bemonsteringstijd en de vereiste bemonsteringsnauwkeurigheid.
Er moet op worden gewezen dat de voeding van de operationele versterker ook een belangrijke rol speelt in het bovenstaande proces. Tijdens het laadproces van de condensator door de operationele versterker is onmiddellijk een grote stroom vereist en is de belastingresponstijd van de schakelende voeding onvoldoende, wat een aanzienlijke stroomrimpel zal veroorzaken en de uitvoer van de operationele versterker zal beïnvloeden. Als C1=10Cin=250pF bijvoorbeeld, wanneer SW overschakelt van een ander kanaal (uitgaande van -5V) naar AI0-kanaal (uitgaande van+5V), schakelt Cin over van -5V naar de spanning op C1+5V, en C1 laadt Cin snel op. De uiteindelijke spanning is (5V × 10-5V)/11=4.09V, en de uitvoer van de operationele versterker moet veranderen van 5V naar 4,09V. Als R1 te klein is, kan dit gemakkelijk stabiliteitsproblemen in de uitgang van de operationele versterker veroorzaken en ook een impact hebben op de uitgangsstroom van de operationele versterker, waardoor de voedingsspanning wordt beïnvloed.
Vooral wanneer een ladingspomp wordt gebruikt om een kleine negatieve stroomtoevoer naar de operationele versterker VCC te leveren, maakt het kenmerk dat de uitgangsspanning van de ladingspomp afneemt bij toenemende belasting het effect duidelijker. Uit een vergelijking blijkt dat wanneer de operationele versterker een DC-lineaire regelaarvoeding gebruikt, de 12-bits ADC-acquisitieresultaten zeer stabiel zijn en de resultaatvariatie minder dan 1LSB kan bereiken; Als er daarentegen laadpompapparaten worden gebruikt en er geen significante filtering is in de uitvoer van de laadpomp, kan het ADC-acquisitieresultaat oplopen tot 3LSB. Als R1 wordt verhoogd naar 100 Ω, C1=10Cin, Als we geen rekening houden met de uitgangsweerstand van de operationele versterker, moet de maximale uitgangsstroom van de operationele versterker (5-4,09) V/100 Ω=9.1mA zijn, wat kleiner is dan de maximale uitgangsstroom van een typische operationele versterker. Maar als R1 te groot is, zal dit de frequentie van het signaal dat de ADC kan verzamelen aanzienlijk verminderen. Tijdens het "volgen" van dit kanaal door de ADC kan de operationele versterker het opladen van C1 en Cin niet voltooien, wat resulteert in een groot verschil tussen de bemonstering en de ingangsspanning van de operationele versterker, wat harmonische vervorming zal veroorzaken.
