スイッチング電源がオペアンプに与える影響
一般的なアナログ信号は、ADC チップに入る前にオペアンプを使用して信号調整を行い、必要なレベル変換、フィルタリング、ADC チップの駆動などを行います。オペアンプと ADC の位相インターフェースは電源の影響を受けやすく、ADC チップの取得安定性にも影響します。図 2 は、オペアンプと ADC 間の一般的なインターフェース図です。
ほとんどの ADC チップの内部アナログ入力にはサンプリング容量 Cin があり、オペアンプの出力の抵抗 R1 は電流を制限し、セラミック コンデンサ C1 のサンプリング容量の数倍になるため、スイッチ SW が閉じた瞬間に、C1 を介してサンプリング容量 Cin が急速に充電されます。R1、C1 の特定の値は、オペアンプの安定性、確立時間、ADC サンプリング時間、必要なサンプリング精度によって異なります。
ここで注目すべきは、オペアンプの電源も上記のプロセスで大きな役割を果たすということです。オペアンプによるコンデンサの充電中は、瞬間的に大きな電流が必要となり、スイッチング電源の負荷応答時間が不十分なため、比較的大きな電源リップルが発生し、オペアンプの出力に影響を与えます。 たとえば、C1=10Cin=250pF を使用する場合、SW が他のチャネル (-5V と仮定) から AI0 チャネル (+5V と仮定) にカットされると、Cin は -5V から C1 +5V の電圧に切り替わり、C1 は Cin を急速に充電します。* 最終電圧は (5V × 10-5V)/11=4.09V で、オペアンプの出力は 5V から 4.09V に変わりますが、R1 が小さすぎるとオペアンプの出力安定性の問題が簡単には発生しません。また、オペアンプの出力電流も影響を及ぼし、電源電圧に影響します。
特に、チャージ ポンプを使用してオペアンプ VCC に小さな負電源を供給する場合、負荷が増加するにつれてチャージ ポンプの出力電圧が低下するという特性により、影響がより顕著になります。比較の結果、オペアンプに DC リニア安定化電源を使用すると、12- ビット ADC 取得結果が非常に安定し、結果の変化は最大 1LSB 以下であることがわかりました。対照的に、チャージ ポンプ デバイスを使用すると、チャージ ポンプの出力に大きなフィルターがない場合、ADC 取得結果が最大 3LSB まで揺れます。C1=10Cin のときに R1 を 100Ω に増やすと、オペアンプの出力抵抗を考慮に入れずに、オペアンプの出力電流を大きくする必要があります。電流の値は (5-4.09)V/100Ω=9.1mA) で、一般的なオペアンプの* 大出力電流よりも小さくなります。 しかし、R1 が大きすぎると、ADC がキャプチャできる信号の周波数が大幅に低下し、ADC のチャネルの「トラッキング」期間中に、オペアンプは C1 と Cin の充電を完了できず、サンプリングとオペアンプの入力電圧の差が大きくなり、高調波歪みが発生します。
