Практичний вплив імпульсних джерел живлення на операційні підсилювачі
Перед тим, як потрапити в мікросхему АЦП, аналогові сигнали, як правило, потребують кондиціювання сигналу за допомогою операційних підсилювачів для забезпечення необхідного перетворення рівня, фільтрації, управління мікросхемою АЦП тощо. Коли операційний підсилювач взаємодіє з АЦП, на нього легко впливає джерело живлення, що також впливає на стабільність збору даних чіпом АЦП. На малюнку 2 представлена типова схема інтерфейсу операційного підсилювача та АЦП.
Більшість мікросхем АЦП мають вибірковий конденсатор Cin на кінці аналогового входу, а резистор R1 обмежує вихідний струм операційного підсилювача. Керамічний конденсатор C1, який у кілька разів більший за вибірковий конденсатор, швидко заряджає вибірковий конденсатор Cin через C1, коли перемикач SW закрито. Конкретні значення R1 і C1 пов'язані зі стабільністю операційного підсилювача, часом налаштування, часом дискретизації АЦП і необхідною точністю дискретизації.
Слід зазначити, що джерело живлення операційного підсилювача також відіграє значну роль у цьому процесі. Під час процесу заряджання конденсатора операційним підсилювачем миттєво потрібен великий струм, а час реакції на навантаження імпульсного джерела живлення недостатній, що спричинить значні пульсації потужності та вплине на вихід операційного підсилювача. Наприклад, якщо C1=10Cin=250pF, коли SW перемикається з іншого каналу (за умови -5V) на канал AI0 (за умови +5V), Cin перемикається з -5V на напругу на C1+5V, а C1 швидко заряджає Cin. Кінцева напруга становить (5 В × 10-5 В)/11=4.09 В, а вихід операційного підсилювача має змінитися з 5 В на 4,09 В. Якщо R1 занадто малий, це може легко спричинити проблеми зі стабільністю на виході операційного підсилювача, а також вплинути на вихідний струм операційного підсилювача, впливаючи на напругу джерела живлення.
Особливо при використанні насоса заряду для забезпечення невеликого негативного джерела живлення операційного підсилювача VCC, характеристика того, що вихідна напруга насоса заряду зменшується зі збільшенням навантаження, робить ефект більш вираженим. Порівняння показує, що коли операційний підсилювач використовує джерело живлення лінійного регулятора постійного струму, результати збору даних 12-розрядного АЦП є дуже стабільними, а варіація результату може досягати менше ніж 1 LSB; Навпаки, при використанні пристроїв накачування заряду, якщо немає значної фільтрації на виході накачування заряду, результат отримання АЦП може коливатися до 3LSB. Якщо R1 збільшити до 100 Ω, C1=10Cin, якщо не брати до уваги вихідний опір операційного підсилювача, максимальний вихідний струм операційного підсилювача повинен становити (5-4,09) В/100 Ω=9.1мА, що менше, ніж максимальний вихідний струм типового операційного підсилювача. Але якщо R1 занадто великий, це значно знизить частоту сигналу, який може зібрати АЦП. Під час «відстеження» цього каналу АЦП операційний підсилювач не може завершити зарядку C1 і Cin, що призводить до великої різниці між дискретизацією та вхідною напругою операційного підсилювача, що спричинить гармонійні спотворення.
