Impacts pratiques des alimentations à découpage sur les amplificateurs opérationnels
Avant d'entrer dans la puce ADC, les signaux analogiques nécessitent généralement un conditionnement du signal à l'aide d'amplificateurs opérationnels pour fournir la conversion de niveau, le filtrage, le pilotage de la puce ADC nécessaires, etc. Lorsque l'amplificateur opérationnel s'interface avec l'ADC, il est facilement affecté par l'alimentation électrique, ce qui affecte également la stabilité de l'acquisition de données de la puce ADC. La figure 2 est un schéma d'interface typique d'un amplificateur opérationnel et d'un CAN.
La plupart des puces ADC ont un condensateur d'échantillonnage Cin à l'extrémité d'entrée analogique et la résistance R1 limite la sortie de courant de l'amplificateur opérationnel. Le condensateur céramique C1, qui est plusieurs fois plus grand que le condensateur d'échantillonnage, charge rapidement le condensateur d'échantillonnage Cin via C1 lorsque l'interrupteur SW est fermé. Les valeurs spécifiques de R1 et C1 sont liées à la stabilité de l'amplificateur opérationnel, au temps de configuration, au temps d'échantillonnage ADC et à la précision d'échantillonnage requise.
Il convient de souligner que l’alimentation de l’amplificateur opérationnel joue également un rôle important dans le processus ci-dessus. Pendant le processus de charge du condensateur par l'amplificateur opérationnel, un courant important est requis instantanément et le temps de réponse de charge de l'alimentation à découpage est insuffisant, ce qui provoquera une ondulation de puissance importante et affectera la sortie de l'amplificateur opérationnel. Par exemple, si C1=10Cin=250pF, lorsque SW passe d'un autre canal (en supposant -5 V) au canal AI0 (en supposant+5V), Cin passe de -5 V à la tension sur C1+5V, et C1 charge rapidement Cin. La tension finale est de (5 V × 10-5 V)/11=4.09V et la sortie de l'amplificateur opérationnel doit passer de 5 V à 4,09 V. Si R1 est trop petit, cela peut facilement causer des problèmes de stabilité dans la sortie de l'amplificateur opérationnel et également avoir un impact sur le courant de sortie de l'amplificateur opérationnel, affectant ainsi la tension d'alimentation.
En particulier lors de l'utilisation d'une pompe de charge pour fournir une petite alimentation négative à l'amplificateur opérationnel VCC, la caractéristique selon laquelle la tension de sortie de la pompe de charge diminue avec l'augmentation de la charge rend l'effet plus prononcé. La comparaison montre que lorsque l'amplificateur opérationnel utilise une alimentation à régulateur linéaire CC, les résultats d'acquisition ADC 12 bits sont très stables et la variation du résultat peut atteindre moins de 1LSB ; En revanche, lors de l'utilisation de dispositifs à pompe de charge, s'il n'y a pas de filtrage significatif dans la sortie de la pompe de charge, le résultat de l'acquisition ADC peut atteindre 3LSB. Si R1 est augmenté à 100 Ω, C1=10Cin, sans prendre en compte la résistance de sortie de l'amplificateur opérationnel, le courant de sortie maximum de l'amplificateur opérationnel doit être de (5-4.09) V/100 Ω=9.1mA, ce qui est inférieur au courant de sortie maximum d'un amplificateur opérationnel typique. Mais si R1 est trop grand, cela réduira considérablement la fréquence du signal que l’ADC peut collecter. Pendant le « suivi » de ce canal par l'ADC, l'amplificateur opérationnel ne peut pas terminer la charge de C1 et Cin, ce qui entraîne une grande différence entre l'échantillonnage et la tension d'entrée de l'amplificateur opérationnel, ce qui provoquera une distorsion harmonique.
