放大器上禁用引腳的動(dòng)態(tài)使用

我可以使用放大器的禁用引腳在不損失性能的情況下節(jié)省功耗嗎？

電池供電的應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代越來(lái)越流行。在本文中，我們將展示不必在省電和精度之間進(jìn)行權(quán)衡。

一些運(yùn)算放大器具有禁用引腳，如果使用得當(dāng)，它們可以在不影響精度的情況下節(jié)省高達(dá)99%的功耗。禁用引腳主要用于靜態(tài)操作（待機(jī)模式）。在這種模式下，所有IC都切換到低功耗狀態(tài)，而無(wú)需將器件用于信號(hào)處理。這將功耗降低了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

如果需要運(yùn)算放大器作為ADC的緩沖放大器，如圖1所示，它必須處于活動(dòng)狀態(tài)才能執(zhí)行其功能。但是，如果放大器通過(guò)禁用引腳切換到關(guān)斷模式，則功耗仍可保持較低水平。通常，只要ADC不必將任何新值讀取到其采樣并保持功能塊中，就會(huì)使用省電模式。

圖1.具有ADC驅(qū)動(dòng)器和基準(zhǔn)電壓緩沖器的ADC輸入級(jí)的典型原理圖。

實(shí)現(xiàn)此目的的最簡(jiǎn)單方法是通過(guò) start 命令進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在標(biāo)準(zhǔn)ADC中，輸入（采樣和保持）電容首先充電至待測(cè)值。直到信號(hào)發(fā)送到ADC進(jìn)行轉(zhuǎn)換。然后，輸入電容被隔離并連接到轉(zhuǎn)換器級(jí)的輸入端，此時(shí)轉(zhuǎn)換開(kāi)始。然后完成并設(shè)置完成信號(hào)，這取決于轉(zhuǎn)換器類(lèi)型?，F(xiàn)在實(shí)際問(wèn)題來(lái)了：運(yùn)算放大器何時(shí)必須處于活動(dòng)狀態(tài)？它必須在轉(zhuǎn)換開(kāi)始信號(hào)之前足夠長(zhǎng)的時(shí)間處于活動(dòng)狀態(tài)，以確保內(nèi)部輸入電容具有與待測(cè)信號(hào)相同的值。時(shí)間長(zhǎng)短取決于輸入電容的尺寸、待測(cè)電壓的大小以及運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載的速率等因素。

ADC （AD7980）的數(shù)據(jù)手冊(cè)給出了30 pF的輸入電容值，阻抗為400 Ω。然而，對(duì)于運(yùn)算放大器，事情就不是那么簡(jiǎn)單了。參數(shù)表中給出了15 pF的容性負(fù)載，但可能還有更多，如相應(yīng)的圖表所示（圖2）。還需要考慮具有2.7 nF和20 Ω的低通濾波器。

圖2.ADA4807的頻率響應(yīng)。

該圖顯示該模塊可以驅(qū)動(dòng)足夠高的容性負(fù)載。禁用后，放大器需要大約500 ns才能建立到全輸出電平，在本例中為最大5 V或4.096 V。

為了安全起見(jiàn)，我們假設(shè)放大器在轉(zhuǎn)換開(kāi)始前750 ns開(kāi)啟。比較了1 kSPS至1 MSPS的外推數(shù)據(jù)。

節(jié)省潛力從99 kSPS時(shí)的83.0%（總功耗為02.1 mW）到92 MSPS時(shí)的41.10%（總功耗為75.1 mW）不等。這只是ADC驅(qū)動(dòng)器節(jié)省的成本;參比緩沖器還具有節(jié)約潛力。

此示例旨在展示現(xiàn)代設(shè)備的功能。在500 ns的最小采樣時(shí)間下，SINAD偏差為<0.5 dB。就駕駛員而言，值得關(guān)注更快的衍生產(chǎn)品并動(dòng)態(tài)操作它們。我們僅將應(yīng)用程序視為緩沖器（增益 = 1）。對(duì)于反相或其他放大器，節(jié)省的成本將根據(jù)條件而有所不同。應(yīng)進(jìn)行測(cè)量以檢查這一點(diǎn)。

審核編輯：郭婷