淺談信號路徑性能的加強(qiáng)
為傳感器提供緩沖
若傳感器無法驅(qū)動模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電容負(fù)載,可以利用運算放大器為其提供緩沖。由于許多應(yīng)用系統(tǒng)都規(guī)定只可采用一個電源供應(yīng),因此所選運算放大器的工作電壓必須與模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電壓相同,這一點非常重要。雖然共用供電電壓有助于精簡系統(tǒng)設(shè)計,節(jié)省成本,但運算放大器因為受供電電壓的掣肘,以致其輸入輸出能力無法得到充分發(fā)揮。以 adc121s101為例,由于芯片的參考電壓 (vref) 也同時是供電電壓,因此選用設(shè)有軌到軌輸出 (rro) 功能的運算放大器如 lmp2011 較為理想。因為 lmp2011 放大器芯片設(shè)有軌到軌輸出功能,所以系統(tǒng)設(shè)計工程師可以利用模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的整個動態(tài)范圍,以確�？梢允褂盟休敵龃a。
選定具備適當(dāng)輸入/輸出能力的運算放大器之后,便要考量放大器的增益帶寬。若信號源的最高輸出低于參考電壓,緩沖級便可能需要為其提供增益。若運算放大器配置為單位增益放大器,其頻率會受增益帶寬積 (gbwp) 所限,以致只能選用 3db頻率。由于運算放大器的增益帶寬積屬于不變的常數(shù),因此我們只要采用增益為 acl 的閉環(huán)配置便可降低放大器的帶寬,降幅高達(dá) acl 倍,其計算公式為：
由于閉環(huán)帶寬與放大器的頻率同樣是 3db,放大器若以這個頻率操作,其輸出是輸入值的 70.7%,因此若以 3db 頻率作為基準(zhǔn)衡量,輸出振幅的誤差會高達(dá) 29.3%。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的誤差以最低有效位 (lsb) 作為計算單位。1 lsb定義為 vref/2n,定義中的 vref 為參考電壓,而 n 則是模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的分辨度。例如,8 位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的 1 lsb 是 vref/256。對于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器最低有效位準(zhǔn)確度必須高達(dá) 1/2 lsb的系統(tǒng)來說,8 位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入增益準(zhǔn)確度必須高達(dá) 1 1/2n+1,亦即 99.8%。為了保證運算放大器的增益準(zhǔn)確度足以滿足系統(tǒng)的特定要求,必須計算出運算放大器的最高操作頻率 (fmax)。先假定運算放大器的頻率大約相當(dāng)于單極濾波器的頻率響應(yīng)。圖 1 所示的曲線圖顯示增益 (av) 及 3db 頻率 (fo) 已按照 1 加以規(guī)范化。以下是這條曲線的公式：
