如何設(shè)計(jì)精密運(yùn)算放大器 實(shí)現(xiàn)低功耗的快速多路復(fù)用

如果您正在設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量多個(gè)模擬電壓但不能同時(shí)測(cè)量所有模擬電壓的系統(tǒng)，您可以通過將測(cè)量多路復(fù)用為單個(gè)輸出信號(hào)來減少下游電路，然后使用共享組件對(duì)原始電壓電平進(jìn)行串行處理和數(shù)字化。好處是信號(hào)鏈組件的數(shù)量和大小只是每通道設(shè)計(jì)所需的數(shù)量和大小的一小部分。正確實(shí)施多路復(fù)用解決方案需要注意一些細(xì)節(jié)，特別是如果您想在通道之間快速切換，準(zhǔn)確測(cè)量并保持低功耗。

快速響應(yīng)

多路復(fù)用增加了組合信號(hào)的頻率成分，因?yàn)槊看?a href="http://ttokpm.com/tags/多路復(fù)用器/" target="_blank">多路復(fù)用器切換信道時(shí)，多路復(fù)用信號(hào)會(huì)改變值。即使輸入信號(hào)沒有快速變化，多路復(fù)用信號(hào)也會(huì)發(fā)生變化，因此多路復(fù)用器之后的任何電路都必須快速響應(yīng)這些轉(zhuǎn)換。例如，如果在讀取下一個(gè)通道之前輸出信號(hào)沒有完全穩(wěn)定到目標(biāo)精度，那么給定通道的測(cè)量值可能取決于前一個(gè)通道的值，相當(dāng)于通道間串?dāng)_。/p>

由于多路復(fù)用器具有非零導(dǎo)通電阻，因此通常需要使用運(yùn)算放大器緩沖輸出。圖1顯示了一個(gè)多路復(fù)用電路，在MUX之前具有每通道運(yùn)算放大器，之后是一個(gè)共用運(yùn)算放大器。這是我們?cè)诖丝紤]的共享下游運(yùn)算放大器的性能。

圖1。多路復(fù)用系統(tǒng)。輸入端的LT6011緩沖器具有高輸入阻抗。當(dāng)MUX改變通道時(shí)，MUX后的LT6020可以快速擺動(dòng)。 LT6020特殊輸入電路可避免MUX輸入端的電壓毛刺。

低功耗的運(yùn)算放大器往往速度較慢。特別是，運(yùn)算放大器壓擺率通常與運(yùn)算放大器電源電流密切相關(guān)。這是因?yàn)榭捎糜跒閮?nèi)部電容充電的電流是運(yùn)算放大器總電源電流的固定比例。

另一方面，LT6020運(yùn)算放大器具有比您預(yù)期的更高的壓擺率。它的低電源電流。它通過根據(jù)輸入步長(zhǎng)調(diào)整轉(zhuǎn)換速率來實(shí)現(xiàn)這一壯舉，因此大輸入步驟的處理速度與輸入步長(zhǎng)一樣快。

圖2a和2b顯示了對(duì)瞬態(tài)階躍響應(yīng)的影響LT6020與功耗相近的傳統(tǒng)運(yùn)算放大器相比。對(duì)于傳統(tǒng)運(yùn)算放大器，大信號(hào)響應(yīng)比小信號(hào)響應(yīng)慢得多。然而，LT6020的響應(yīng)速度與10V步進(jìn)相同，步長(zhǎng)為±200mV。這種快速轉(zhuǎn)換并快速穩(wěn)定到新值的能力，同時(shí)仍然只消耗100μA的電源電流，使得LT6020成為多路復(fù)用器之后的緩沖器的理想選擇。

避免毛刺

即使多路復(fù)用器后面的運(yùn)算放大器足夠快，還有一個(gè)經(jīng)常被忽視的重要細(xì)節(jié)。大多數(shù)精密運(yùn)算放大器在輸入級(jí)都有內(nèi)部保護(hù)二極管，以避免在輸入級(jí)反向偏置敏感的雙極晶體管。

當(dāng)多路復(fù)用器從一個(gè)通道切換到下一個(gè)通道時(shí)，一個(gè)端子的輸入電壓變化很快，輸出（因此反饋節(jié)點(diǎn)）尚未更改。這導(dǎo)致大電流尖峰流過內(nèi)部保護(hù)二極管。那股潮流來自哪里？它必須來自連接到多路復(fù)用器輸入的電路。如果該電路是高阻抗或慢，則該電流尖峰會(huì)引起電壓毛刺。然后，系統(tǒng)的輸出會(huì)嘗試跟隨輸入電壓毛刺，這樣輸出就無法準(zhǔn)確穩(wěn)定，直到電壓毛刺自身消失為止。

LT6020運(yùn)算放大器為這個(gè)問題提供了獨(dú)特的解決方案。它的輸入設(shè)備非常精確，但也足夠強(qiáng)大，允許超過5V的反向偏置。因此，一對(duì)背靠背齊納二極管不是內(nèi)部保護(hù)二極管，而是保護(hù)輸入。因此，對(duì)于5V或更低的輸入步長(zhǎng)，不會(huì)出現(xiàn)電流尖峰。圖3a和3b顯示LT6020運(yùn)算放大器在傳感器輸出端幾乎不會(huì)產(chǎn)生電壓毛刺，而傳統(tǒng)的精密運(yùn)算放大器（LT6011如圖所示）會(huì)導(dǎo)致大電壓毛刺。

結(jié)論

將精確信號(hào)正確地復(fù)用為一個(gè)輸出信號(hào)需要特別注意細(xì)節(jié)。 LT6020運(yùn)算放大器通過一系列獨(dú)特功能簡(jiǎn)化了多路復(fù)用解決方案的設(shè)計(jì)。例如，在這種低電源電流水平下，其壓擺率比其他運(yùn)算放大器快得多，使其能夠快速響應(yīng)通道變化。此外，其獨(dú)特的輸入保護(hù)方案可避免在使用傳統(tǒng)精密運(yùn)算放大器進(jìn)行通道切換期間導(dǎo)致上游毛刺的電流尖峰。