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高精度運放如何在低功率實現快速多路復用

[日期:2015-04-10] 來源:  作者: [字體: ]

    前 言

    如果要設計一種負責測量多個模擬電壓(但不是所有同時測量)的系統,可以通過把測量結果多路復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行串行處理和數字化。這么做的好處是信號鏈路組件的數目和尺寸將比采用"按每個通道進行設計"時所需的小得多。正確地實現一種多路復用解決方案需要注意幾個細節,特別是假如您希望在通道之間實現快速切換、進行準確的測量和保持低功耗。

 

    快速響應

    多路復用增加了組合信號的頻率含量,這是因為當每次多工器切換通道,多路轉換信號都將改變數值。即使輸入信號并沒有快速地變化,多路轉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換做出快速響應。例如,倘若輸出信號在讀取下一個通道之前未完全穩定至目標準確度,則某個給定通道的測量值會取決于前一個通道的數值,這相當于通道至通道串擾。

    由于多工器的導通電阻不是零,因此常常需要采用一個運放來緩沖輸出。圖1示出了一款多路轉換的電路,其在MUX之前給每個通道布設一個運放,而在MUX之后則安置一個共享運放。這里我們考慮的是下游共享運放的性能。

     

     

    圖1:多路轉換的系統。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改變通道時快速轉換。LT6020特殊的輸入電路可避免在MUX輸入端上出現電壓毛刺

    具有低功耗的運放之速度往往很慢。特別地,運放的擺率通常與運放的電源電流緊密相關。這是因為可用于給內部電容器充電的電流占運放總電源電流的一個固定比例。

    另一方面,LT6020運放的擺率要比您依據其低電源電流所預計的高得多。該器件實現這一非凡功能的方法是根據輸入階躍的大小來調節擺率,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運放對于瞬態階躍響應的影響。對于傳統的運放,大信號響應比小信號響應慢得多。然而LT6020對一個10V階躍和一個±200mV階躍的響應一樣干凈。由于具有這種快速轉換和迅速穩定至一個新數值的能力,加上仍然僅吸收100μA的電源電流,因而使得LT6020成為布設在多工器之后的緩沖器之上佳選擇。

     

     

    圖2a:對于小的輸出信號,LT6020的運作情況與具有相同功率級別的其他運放相似。響應受增益帶寬的支配。

     

     

    圖2b:對于大的輸出信號,與功率級別相似的其他運放相比,LT6020維持了信號保真度。響應受擺率的支配。


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