Praktyczne skutki przełączania zasilaczy na wzmacniacze operacyjne
Przed wejściem do układu ADC sygnały analogowe zazwyczaj wymagają kondycjonowania sygnału przy użyciu wzmacniaczy operacyjnych w celu zapewnienia niezbędnej konwersji poziomu, filtrowania, sterowania układem ADC i tak dalej. Gdy wzmacniacz operacyjny łączy się z przetwornikiem ADC, łatwo wpływa na niego zasilacz, co wpływa również na stabilność gromadzenia danych przez układ ADC. Rysunek 2 to typowy schemat interfejsu wzmacniacza operacyjnego i przetwornika ADC.
Większość układów ADC ma kondensator próbkujący Cin na końcu wejścia analogowego, a rezystor R1 ogranicza prąd wyjściowy wzmacniacza operacyjnego. Kondensator ceramiczny C1, który jest kilkakrotnie większy niż kondensator próbkujący, szybko ładuje kondensator próbkujący Cin do C1, gdy przełącznik SW jest zamknięty. Konkretne wartości R1 i C1 są związane ze stabilnością wzmacniacza operacyjnego, czasem konfiguracji, czasem próbkowania ADC i wymaganą dokładnością próbkowania.
Należy zaznaczyć, że w powyższym procesie znaczącą rolę odgrywa także zasilanie wzmacniacza operacyjnego. Podczas ładowania kondensatora przez wzmacniacz operacyjny natychmiast pobierany jest duży prąd, a czas reakcji zasilacza impulsowego na obciążenie jest niewystarczający, co powoduje znaczne tętnienia mocy i wpływa na moc wyjściową wzmacniacza operacyjnego. Na przykład, jeśli C1=10Cin=250pF, gdy SW przełącza się z innego kanału (zakładając -5V) na kanał AI0 (zakładając+5V), Cin przełącza się z -5V na napięcie na C1+5V, a C1 szybko ładuje Cin. Końcowe napięcie wynosi (5 V × 10-5 V)/11=4.09 V, a napięcie wyjściowe wzmacniacza operacyjnego musi zmienić się z 5 V na 4,09 V. Jeśli R1 będzie za mały, może łatwo spowodować problemy ze stabilnością wyjścia wzmacniacza operacyjnego, a także mieć wpływ na prąd wyjściowy wzmacniacza operacyjnego, wpływając na napięcie zasilania.
Zwłaszcza w przypadku stosowania pompy ładującej w celu zapewnienia niewielkiego ujemnego zasilania wzmacniacza operacyjnego VCC, charakterystyka polegająca na tym, że napięcie wyjściowe pompy ładującej maleje wraz ze wzrostem obciążenia, efekt jest bardziej wyraźny. Porównanie pokazuje, że gdy wzmacniacz operacyjny wykorzystuje zasilacz z regulatorem liniowym DC, wyniki akwizycji 12-bitowego przetwornika ADC są bardzo stabilne, a zmienność wyników może osiągnąć mniej niż 1LSB; Natomiast w przypadku stosowania urządzeń z pompą ładującą, jeśli na wyjściu pompy ładującej nie ma znaczącego filtrowania, wynik akwizycji ADC może wzrosnąć do 3LSB. Jeśli R1 zostanie zwiększony do 100 Ω, C1=10Cin, nie biorąc pod uwagę rezystancji wyjściowej wzmacniacza operacyjnego, maksymalny prąd wyjściowy wzmacniacza operacyjnego powinien wynosić (5-4,09) V/100 Ω=9.1mA, czyli mniej niż maksymalny prąd wyjściowy typowego wzmacniacza operacyjnego. Ale jeśli R1 jest zbyt duży, znacznie zmniejszy częstotliwość sygnału, który może zebrać ADC. Podczas „śledzenia” tego kanału przez przetwornik ADC wzmacniacz operacyjny nie jest w stanie dokończyć ładowania C1 i Cin, co skutkuje dużą różnicą pomiędzy próbkowaniem a napięciem wejściowym wzmacniacza operacyjnego, co będzie powodować zniekształcenia harmoniczne.
