靈活利用運算放大器的禁用引腳

在物聯網時代，電池供電應用日益興盛。本文將說明我們并非一定要在節省功耗和精度之間進行取舍。有些運算放大器有禁用引腳，如果使用得當，可以節省高達 99%的功耗，同時不影響精度。禁用引腳主要用于靜態工作(待機模式)。在這種模式下，所有IC都切換到低功耗狀態，不需要使用器件來處理信號。這使功耗降低了若干個數量級。

如果運算放大器需要用作 ADC 的緩沖放大器，如圖 1 所示，它必須處于工作狀態才能執行其功能。但是，如果通過禁用引腳將放大器切換到關斷模式，仍然可以保持低功耗。通常，只要 ADC 不需要向其采樣和保持功能塊讀入任何新數值，就可以使用關斷模式。

圖1. 具有ADC驅動器和基準電壓緩沖器的ADC輸入級的典型原理圖。

實現這個功能最簡單的方法是通過轉換開始命令。在標準 ADC中，首先將輸入(采樣保持)電容充電到要測量的值。這部分在信號發送至 ADC 進行轉換之前完成。然后將輸入電容隔離并連接到轉換器級的輸入端，即轉換開始。隨后轉換完成，并設置已完成信號，具體取決于轉換器類型?，F在真正的問題來了：運算放大器何時必須處于工作狀態?放大器必須比轉換開始信號提前工作足夠長的時間，才能確保內部輸入電容取得與待測信號相同的值。時間長短取決于輸入電容的大小、待測電壓的大小以及運算放大器驅動容性負載的速率等因素。

ADC (AD7980) 的數據手冊給出串聯 400 阻抗時，輸入電容值為 30pF。 但是，運算放大器可不是那么簡單。參數表中列出容性負載為 15pF，但也有可能更高，參見相應的曲線圖(圖2)。同時需要考慮 2.7nF 和 20 時使用低通濾波器的情況。

圖2. ADA4807的頻率響應。

此曲線圖表明模塊可以驅動足夠高的容性負載。禁用后，放大器需要大約 500ns 以達到滿量程輸出電平，本例中最大值為5V或4.096V。

為了安全起見，我們假設放大器在轉換開始前 750ns 開啟。將 1kSPS 至 1MSPS 的預估數據進行比較。

1kSPS 時，可能節省功耗 99.83%(總功耗0.02mW)，1MSPS時節省 92.41%(總功耗10.75mW)。這只是 ADC 驅動器節省的功耗;基準電壓緩沖器也可以節省功耗。

本例旨在說明現代器件具備的能力。在最短采樣時間為 500ns 時，SINAD偏差小于 0.5dB。對于驅動器，還需關注速度更快的相關器件并靈活地使用它們。我們只考慮了用作緩沖器的應用(增益=1)。對于反相或其他放大器，功耗節省也會隨具體情況有所不同。需要通過測量來進一步分析。

AD7980

16位分辨率、無失碼

呑吐速率：1 MSPS

低功耗

4 mW(1 MSPS，僅VDD)

7 mW(1 MSPS，總功耗)

70 μW (10 kSPS)

INL：典型值±0.6 LSB，最大值±1.25 LSB

信納比(SINAD)：91.25 dB(10 kHz時)

THD：-110 dB(10 kHz時)

原文標題：低功耗和高精度如何兼顧?利用好運放“禁用引腳”吧

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審核編輯：湯梓紅