【導(dǎo)讀】在物聯(lián)網(wǎng)時代,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,同時不影響精度。禁用引腳主要用于靜態(tài)工作(待機模式)。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數(shù)量級。
如果運算放大器需要用作 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。
實現(xiàn)這個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?,F(xiàn)在真正的問題來了:運算放大器何時必須處于工作狀態(tài)?放大器必須比轉(zhuǎn)換開始信號提前工作足夠長的時間,才能確保內(nèi)部輸入電容取得與待測信號相同的值。時間長短取決于輸入電容的大小、待測電壓的大小以及運算放大器驅(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,輸入電容值為 30pF。 但是,運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)。同時需要考慮 2.7nF 和 20 時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,可能節(jié)省功耗 99.83%(總功耗0.02mW),1MSPS時節(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。在最短采樣時間為 500ns 時,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。
(來源:亞德諾半導(dǎo)體)
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