高精度運(yùn)放能在低功率實(shí)現(xiàn)快速多路復(fù)用

引言
　　如果要設(shè)計(jì)一種負(fù)責(zé)測量多個模擬電壓（但不是所有同時測量）的系統(tǒng)，可以通過把測量結(jié)果多路復(fù)用為單個輸出信號來簡化下游電路，隨后采用共享組件對原始電壓電平進(jìn)行串行處理和數(shù)字化。這么做的好處是信號鏈路組件的數(shù)目和尺寸將比采用“按每個通道進(jìn)行設(shè)計(jì)”時所需的小得多。正確地實(shí)現(xiàn)一種多路復(fù)用解決方案需要注意幾個細(xì)節(jié)，特別是假如您希望在通道之間實(shí)現(xiàn)快速切換、進(jìn)行準(zhǔn)確的測量和保持低功耗。
　　快速響應(yīng)
　　多路復(fù)用增加了組合信號的頻率含量，這是因?yàn)楫?dāng)每次多工器切換通道，多路轉(zhuǎn)換信號都將改變數(shù)值。即使輸入信號并沒有快速地變化，多路轉(zhuǎn)換信號也會快速改變，因此位于多工器之后的任何電路都必須對這些轉(zhuǎn)換做出快速響應(yīng)。例如，倘若輸出信號在讀取下一個通道之前未完全穩(wěn)定至目標(biāo)準(zhǔn)確度，則某個給定通道的測量值會取決于前一個通道的數(shù)值，這相當(dāng)于通道至通道串?dāng)_。
　　由于多工器的導(dǎo)通電阻不是零，因此常常需要采用一個運(yùn)放來緩沖輸出。圖1示出了一款多路轉(zhuǎn)換的電路，其在MUX之前給每個通道布設(shè)一個運(yùn)放，而在MUX之后則安置一個共享運(yùn)放。這里我們考慮的是下游共享運(yùn)放的性能。
　　
　　圖1：多路轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)。位于輸入端的LT6011緩沖器具有高輸入阻抗。位于MUX之后的LT6020能在MUX改變通道時快速轉(zhuǎn)換。LT6020特殊的輸入電路可避免在MUX輸入端上出現(xiàn)電壓毛刺
　　具有低功耗的運(yùn)放之速度往往很慢。特別地，運(yùn)放的擺率通常與運(yùn)放的電源電流緊密相關(guān)。這是因?yàn)榭捎糜诮o內(nèi)部電容器充電的電流占運(yùn)放總電源電流的一個固定比例。
　　另一方面，LT6020運(yùn)放的擺率要比您依據(jù)其低電源電流所預(yù)計(jì)的高得多。該器件實(shí)現(xiàn)這一非凡功能的方法是根據(jù)輸入階躍的大小來調(diào)節(jié)擺率，因此大輸入階躍和小輸入階躍的處理速度一樣快。
　　圖2a和2b比較了LT6020和一款具有相似功耗的傳統(tǒng)運(yùn)放對于瞬態(tài)階躍響應(yīng)的影響。對于傳統(tǒng)的運(yùn)放，大信號響應(yīng)比小信號響應(yīng)慢得多。然而LT6020對一個10V階躍和一個±200mV階躍的響應(yīng)一樣干凈。由于具有這種快速轉(zhuǎn)換和迅速穩(wěn)定至一個新數(shù)值的能力，加上仍然僅吸收100μA的電源電流，因而使得LT6020成為布設(shè)在多工器之后的緩沖器之上佳選擇。