放大器上禁用引脚的动态使用

KOKOKO123 2023-02-16 375

模拟技术

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描述

Thomas Tzscheetzsch

电池供电的应用在物联网时代越来越流行。在本文中，我们将展示不必在省电和精度之间进行权衡。

一些运算放大器具有禁用引脚，如果使用得当，它们可以在不影响精度的情况下节省高达99%的功耗。禁用引脚主要用于静态操作（待机模式）。在这种模式下，所有IC都切换到低功耗状态，而无需将器件用于信号处理。这将功耗降低了几个数量级。

如果需要运算放大器作为ADC的缓冲放大器，如图1所示，它必须处于活动状态才能执行其功能。但是，如果放大器通过禁用引脚切换到关断模式，则功耗仍可保持较低水平。通常，只要ADC不必将任何新值读取到其采样并保持功能块中，就会使用省电模式。

运算放大器

图1.具有ADC驱动器和基准电压缓冲器的ADC输入级的典型原理图。

实现此目的的最简单方法是通过 start 命令进行转换。在标准ADC中，输入（采样和保持）电容首先充电至待测值。直到信号发送到ADC进行转换。然后，输入电容被隔离并连接到转换器级的输入端，此时转换开始。然后完成并设置完成信号，这取决于转换器类型。现在实际问题来了：运算放大器何时必须处于活动状态？它必须在转换开始信号之前足够长的时间处于活动状态，以确保内部输入电容具有与待测信号相同的值。时间长短取决于输入电容的尺寸、待测电压的大小以及运算放大器驱动容性负载的速率等因素。

ADC （AD7980）的数据手册给出了30 pF的输入电容值，阻抗为400 Ω。然而，对于运算放大器，事情就不是那么简单了。参数表中给出了15 pF的容性负载，但可能还有更多，如相应的图表所示（图2）。还需要考虑具有2.7 nF和20 Ω的低通滤波器。

运算放大器

图2.ADA4807的频率响应。

该图显示该模块可以驱动足够高的容性负载。禁用后，放大器需要大约500 ns才能建立到全输出电平，在本例中为最大5 V或4.096 V。

为了安全起见，我们假设放大器在转换开始前750 ns开启。比较了1 kSPS至1 MSPS的外推数据。

节省潜力从99 kSPS时的83.0%（总功耗为02.1 mW）到92 MSPS时的41.10%（总功耗为75.1 mW）不等。这只是ADC驱动器节省的成本;参比缓冲器还具有节约潜力。

此示例旨在展示现代设备的功能。在500 ns的最小采样时间下，SINAD偏差为<0.5 dB。就驾驶员而言，值得关注更快的衍生产品并动态操作它们。我们仅将应用程序视为缓冲器（增益 = 1）。对于反相或其他放大器，节省的成本将根据条件而有所不同。应进行测量以检查这一点。

审核编辑：郭婷

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