Praktické dopady spínania napájacích zdrojov na prevádzkové zosilňovače
Pred vstupom do čipu ADC analógové signály vo všeobecnosti vyžadujú úpravu signálu pomocou operačných zosilňovačov, aby sa zabezpečila potrebná konverzia úrovne, filtrovanie, riadenie čipu ADC atď. Keď je operačný zosilňovač prepojený s ADC, je ľahko ovplyvnený napájaním, čo tiež ovplyvňuje stabilitu zberu dát čipu ADC. Obrázok 2 je typický diagram rozhrania operačného zosilňovača a ADC.
Väčšina čipov ADC má na analógovom vstupe vzorkovací kondenzátor Cin a rezistor R1 obmedzuje prúdový výstup operačného zosilňovača. Keramický kondenzátor C1, ktorý je niekoľkonásobne väčší ako vzorkovací kondenzátor, rýchlo nabije vzorkovací kondenzátor Cin cez C1 pri zopnutí spínača SW. Konkrétne hodnoty R1 a C1 súvisia so stabilitou operačného zosilňovača, časom nastavenia, časom vzorkovania ADC a požadovanou presnosťou vzorkovania.
Je potrebné zdôrazniť, že napájanie operačného zosilňovača tiež zohráva významnú úlohu vo vyššie uvedenom procese. Počas procesu nabíjania kondenzátora operačným zosilňovačom je okamžite potrebný veľký prúd a doba odozvy záťaže spínaného zdroja je nedostatočná, čo spôsobí výrazné zvlnenie výkonu a ovplyvní výstup operačného zosilňovača. Napríklad, ak C1=10Cin=250pF, keď sa SW prepne z iného kanálu (za predpokladu -5V) na kanál AI0 (za predpokladu+5V), Cin sa prepne z -5V na napätie na C1+5V a C1 rýchlo nabije Cin. Konečné napätie je (5V × 10-5V)/11=4.09V a výstup operačného zosilňovača sa musí zmeniť z 5V na 4,09V. Ak je R1 príliš malý, môže ľahko spôsobiť problémy so stabilitou na výstupe operačného zosilňovača a tiež mať vplyv na výstupný prúd operačného zosilňovača, čo ovplyvňuje napájacie napätie.
Najmä pri použití nabíjacej pumpy na zabezpečenie malého záporného napájania operačného zosilňovača VCC, charakteristika, že výstupné napätie nabíjacej pumpy klesá so zvyšujúcou sa záťažou, robí efekt výraznejším. Porovnanie ukazuje, že keď operačný zosilňovač používa napájanie DC lineárneho regulátora, výsledky získavania 12-bitového ADC sú veľmi stabilné a odchýlka výsledkov môže dosiahnuť menej ako 1 LSB; Naproti tomu pri použití zariadení s nabíjacou pumpou, ak na výstupe nabíjacej pumpy nie je žiadne výrazné filtrovanie, môže výsledok získavania ADC otriasť až 3 LSB. Ak sa R1 zvýši na 100 Ω, C1=10Cin, Ak neberieme do úvahy výstupný odpor operačného zosilňovača, maximálny výstupný prúd operačného zosilňovača musí byť (5-4,09) V/100 Ω=9.1mA, čo je menšie ako maximálny výstupný prúd typického operačného zosilňovača. Ak je však R1 príliš veľký, výrazne zníži frekvenciu signálu, ktorý môže ADC zbierať. Počas "sledovania" tohto kanála ADC nemôže operačný zosilňovač dokončiť nabíjanie C1 a Cin, čo má za následok veľký rozdiel medzi vzorkovaním a vstupným napätím operačného zosilňovača, čo spôsobí harmonické skreslenie.
