靈活利用運(yùn)算放大器的禁用引腳

在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，電池供電應(yīng)用日益興盛。本文將說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)，不需要使用器件來處理信號。這使功耗降低了若干個(gè)數(shù)量級。

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)動器和基準(zhǔn)電壓緩沖器的ADC輸入級的典型原理圖。

實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能最簡單的方法是通過轉(zhuǎn)換開始命令。在標(biāo)準(zhǔn) ADC中，首先將輸入(采樣保持)電容充電到要測量的值。這部分在信號發(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)換器級的輸入端，即轉(zhuǎn)換開始。隨后轉(zhuǎn)換完成，并設(shè)置已完成信號，具體取決于轉(zhuǎn)換器類型。現(xiàn)在真正的問題來了：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)換開始信號提前工作足夠長的時(shí)間，才能確保內(nèi)部輸入電容取得與待測信號相同的值。時(shí)間長短取決于輸入電容的大小、待測電壓的大小以及運(yùn)算放大器驅(qū)動容性負(fù)載的速率等因素。

ADC (AD7980) 的數(shù)據(jù)手冊給出串聯(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單。參數(shù)表中列出容性負(fù)載為 15pF，但也有可能更高，參見相應(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)到滿量程輸出電平，本例中最大值為5V或4.096V。

為了安全起見，我們假設(shè)放大器在轉(zhuǎn)換開始前 750ns 開啟。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。對于驅(qū)動器，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)。對于反相或其他放大器，功耗節(jié)省也會隨具體情況有所不同。需要通過測量來進(jìn)一步分析。

AD7980

16位分辨率、無失碼

呑吐速率：1 MSPS

低功耗

4 mW(1 MSPS，僅VDD)

7 mW(1 MSPS，總功耗)

70 μW (10 kSPS)

INL：典型值±0.6 LSB，最大值±1.25 LSB

信納比(SINAD)：91.25 dB(10 kHz時(shí))

THD：-110 dB(10 kHz時(shí))

原文標(biāo)題：低功耗和高精度如何兼顧?利用好運(yùn)放“禁用引腳”吧

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審核編輯：湯梓紅