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運(yùn)算放大器何時(shí)必須處于工作狀態(tài)?

analog_devices ? 來(lái)源:未知 ? 作者:李倩 ? 2018-03-19 14:41 ? 次閱讀
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問(wèn)題:

可以使用放大器的禁用引腳來(lái)節(jié)省功耗而不影響性能嗎?

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,電池供電應(yīng)用日益興盛。本文將說(shuō)明我們并非一定要在節(jié)省功耗和精度之間進(jìn)行取舍。

有些運(yùn)算放大器有禁用引腳,如果使用得當(dāng),可以節(jié)省高達(dá) 99%的功耗,同時(shí)不影響精度。禁用引腳主要用于靜態(tài)工作(待機(jī)模式)。在這種模式下,所有IC都切換到低功耗狀態(tài),不需要使用器件來(lái)處理信號(hào)。這使功耗降低了若干個(gè)數(shù)量級(jí)。

如果運(yùn)算放大器需要用作 ADC 的緩沖放大器,如圖 1 所示,它必須處于工作狀態(tài)才能執(zhí)行其功能。但是,如果通過(guò)禁用引腳將放大器切換到關(guān)斷模式,仍然可以保持低功耗。通常,只要 ADC 不需要向其采樣和保持功能塊讀入任何新數(shù)值,就可以使用關(guān)斷模式。

圖1. 具有ADC驅(qū)動(dòng)器和基準(zhǔn)電壓緩沖器的ADC輸入級(jí)的典型原理圖。

實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能最簡(jiǎn)單的方法是通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令。在標(biāo)準(zhǔn) ADC中,首先將輸入(采樣保持)電容充電到要測(cè)量的值。這部分在信號(hào)發(fā)送至 ADC 進(jìn)行轉(zhuǎn)換之前完成。然后將輸入電容隔離并連接到轉(zhuǎn)換器級(jí)的輸入端,即轉(zhuǎn)換開(kāi)始。隨后轉(zhuǎn)換完成,并設(shè)置已完成信號(hào),具體取決于轉(zhuǎn)換器類(lèi)型?,F(xiàn)在真正的問(wèn)題來(lái)了:運(yùn)算放大器何時(shí)必須處于工作狀態(tài)?放大器必須比轉(zhuǎn)換開(kāi)始信號(hào)提前工作足夠長(zhǎng)的時(shí)間,才能確保內(nèi)部輸入電容取得與待測(cè)信號(hào)相同的值。時(shí)間長(zhǎng)短取決于輸入電容的大小、待測(cè)電壓的大小以及運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載的速率等因素。

ADC (AD7980) 的數(shù)據(jù)手冊(cè)給出串聯(lián) 400 阻抗時(shí),輸入電容值為 30pF。 但是,運(yùn)算放大器可不是那么簡(jiǎn)單。參數(shù)表中列出容性負(fù)載為 15pF,但也有可能更高,參見(jiàn)相應(yīng)的曲線圖(圖2)。同時(shí)需要考慮 2.7nF 和 20 時(shí)使用低通濾波器的情況。

圖2. ADA4807的頻率響應(yīng)。

此曲線圖表明模塊可以驅(qū)動(dòng)足夠高的容性負(fù)載。禁用后,放大器需要大約 500ns 以達(dá)到滿(mǎn)量程輸出電平,本例中最大值為5V或4.096V。

為了安全起見(jiàn),我們假設(shè)放大器在轉(zhuǎn)換開(kāi)始前 750ns 開(kāi)啟。將 1kSPS 至 1MSPS 的預(yù)估數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

1kSPS 時(shí),可能節(jié)省功耗 99.83%(總功耗0.02mW),1MSPS時(shí)節(jié)省 92.41%(總功耗10.75mW)。這只是 ADC 驅(qū)動(dòng)器節(jié)省的功耗;基準(zhǔn)電壓緩沖器也可以節(jié)省功耗。

本例旨在說(shuō)明現(xiàn)代器件具備的能力。在最短采樣時(shí)間為 500ns 時(shí),SINAD偏差小于 0.5dB。對(duì)于驅(qū)動(dòng)器,還需關(guān)注速度更快的相關(guān)器件并靈活地使用它們。我們只考慮了用作緩沖器的應(yīng)用(增益=1)。對(duì)于反相或其他放大器,功耗節(jié)省也會(huì)隨具體情況有所不同。需要通過(guò)測(cè)量來(lái)進(jìn)一步分析。

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原文標(biāo)題:來(lái)自高級(jí)工程師Thomas的建議:靈活使用放大器的禁用引腳

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