تاثیرات عملی منابع تغذیه سوئیچینگ بر تقویت کننده های عملیاتی

تاثیرات عملی منابع تغذیه سوئیچینگ بر تقویت کننده های عملیاتی

قبل از ورود به تراشه ADC، سیگنال های آنالوگ به طور کلی نیاز به تهویه سیگنال با استفاده از تقویت کننده های عملیاتی برای ارائه تبدیل سطح لازم، فیلتر کردن، هدایت تراشه ADC و غیره دارند. هنگامی که تقویت کننده عملیاتی با ADC ارتباط برقرار می کند، به راحتی تحت تأثیر منبع تغذیه قرار می گیرد، که همچنین بر پایداری جمع آوری داده های تراشه ADC تأثیر می گذارد. شکل 2 یک نمودار رابط معمولی تقویت کننده عملیاتی و ADC است.

اکثر تراشه های ADC دارای یک خازن نمونه برداری Cin در انتهای ورودی آنالوگ هستند و مقاومت R1 خروجی جریان تقویت کننده عملیاتی را محدود می کند. خازن سرامیکی C1 که چندین برابر بزرگتر از خازن نمونه برداری است، با بسته شدن سوئیچ SW، به سرعت خازن نمونه برداری Cin را از طریق C1 شارژ می کند. مقادیر ویژه R1 و C1 مربوط به پایداری تقویت کننده عملیاتی، زمان راه اندازی، زمان نمونه برداری ADC و دقت نمونه برداری مورد نیاز است.

لازم به ذکر است که منبع تغذیه تقویت کننده عملیاتی نیز در فرآیند فوق نقش بسزایی دارد. در طول فرآیند شارژ خازن توسط تقویت کننده عملیاتی، به طور لحظه ای جریان زیادی مورد نیاز است و زمان پاسخگویی بار منبع تغذیه سوئیچینگ ناکافی است که باعث ایجاد موج قابل توجهی از توان می شود و بر خروجی تقویت کننده عملیاتی تأثیر می گذارد. برای مثال، اگر C1=10Cin=250pF، زمانی که SW از کانال دیگری (با فرض -5 ولت) به کانال AI0 (با فرض+5 ولت) سوئیچ می‌شود، Cin از -5 ولت به ولتاژ C1+5V تغییر می‌کند و C1 به سرعت Cin را شارژ می‌کند. ولتاژ نهایی (5 ولت × 10-5 ولت)/{13}} ولت است و خروجی تقویت کننده عملیاتی باید از 5 ولت به 4.09 ولت تغییر کند. اگر R1 خیلی کوچک باشد، به راحتی می تواند مشکلات پایداری در خروجی تقویت کننده عملیاتی ایجاد کند و همچنین بر جریان خروجی تقویت کننده عملیاتی تأثیر بگذارد و بر ولتاژ منبع تغذیه تأثیر بگذارد.

مخصوصاً هنگام استفاده از پمپ شارژ برای تأمین یک منبع تغذیه منفی کوچک به تقویت کننده عملیاتی VCC، مشخصه کاهش ولتاژ خروجی پمپ شارژ با افزایش بار، تأثیر را بیشتر می کند. مقایسه نشان می دهد که وقتی تقویت کننده عملیاتی از منبع تغذیه تنظیم کننده خطی DC استفاده می کند، نتایج اکتساب ADC 12 بیتی بسیار پایدار است و تغییرات نتیجه می تواند به کمتر از 1LSB برسد. در مقابل، هنگام استفاده از دستگاه های پمپ شارژ، اگر فیلتر قابل توجهی در خروجی پمپ شارژ وجود نداشته باشد، نتیجه جذب ADC می تواند تا 3LSB را تکان دهد. اگر R1 به 100 Ω افزایش یابد، C1=10Cin، وقتی مقاومت خروجی تقویت‌کننده عملیاتی در نظر گرفته نمی‌شود، حداکثر جریان خروجی تقویت‌کننده عملیاتی باید (5-4.09) V/100 Ω{10}}mA باشد، که از حداکثر جریان خروجی یک تقویت‌کننده عملیاتی معمولی کوچک‌تر است. اما اگر R1 خیلی بزرگ باشد، فرکانس سیگنالی را که ADC می تواند جمع آوری کند به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. در طول "ردیابی" این کانال توسط ADC، تقویت کننده عملیاتی نمی تواند شارژ C1 و Cin را کامل کند و در نتیجه اختلاف زیادی بین نمونه برداری و ولتاژ ورودی تقویت کننده عملیاتی ایجاد می شود که باعث ایجاد اعوجاج هارمونیک می شود.