オペアンプに対するスイッチング電源の実際的な影響
通常、アナログ信号は、ADC チップに入力される前に、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提供するオペアンプを使用した信号調整が必要です。オペアンプが ADC と接続する場合、電源の影響を受けやすく、ADC チップのデータ収集の安定性にも影響します。図 2 は、オペアンプと ADC の典型的なインターフェイス図です。
ほとんどの ADC チップにはアナログ入力端にサンプリング コンデンサ Cin があり、抵抗 R1 によってオペアンプの電流出力が制限されます。セラミックコンデンサＣ１はサンプリングコンデンサの数倍の大きさであり、スイッチＳＷが閉じるとＣ１を介してサンプリングコンデンサＣｉｎを急速充電する。 R1 と C1 の具体的な値は、オペアンプの安定性、セットアップ時間、ADC サンプリング時間、および必要なサンプリング精度に関連します。
上記のプロセスでは、オペアンプの電源も重要な役割を果たしていることに注意してください。オペアンプによるコンデンサの充電過程では、瞬間的に大電流が必要となり、スイッチング電源の負荷応答時間が不十分となり、大きな電力リップルが発生し、オペアンプの出力に影響を与えます。たとえば、C1=10Cin=250pF の場合、SW が別のチャンネル (-5V と仮定) から AI0 チャンネル (+5V と仮定) に切り替わると、Cin は -5V から C1+5V の電圧に切り替わり、C1 は Cin を急速充電します。最終的な電圧は (5V × 10-5V)/11=4.09V で、オペアンプの出力は 5V から 4.09V に変化する必要があります。 R1 が小さすぎると、オペアンプの出力に安定性の問題が容易に発生し、オペアンプの出力電流に影響を及ぼし、電源電圧にも影響を与える可能性があります。
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、負荷の増加に伴ってチャージポンプの出力電圧が低下する特性により、その影響がより顕著になります。比較すると、オペアンプが DC リニア レギュレータ電源を使用している場合、12 ビット ADC の取得結果は非常に安定しており、結果の変動は 1LSB 未満に達する可能性があることがわかります。対照的に、チャージ ポンプ デバイスを使用する場合、チャージ ポンプの出力に重大なフィルタリングがない場合、ADC の取得結果は最大 3LSB まで変動する可能性があります。 R1を100Ωに増やすとC1=10Cin、オペアンプの出力抵抗を考慮しない場合、オペアンプの最大出力電流は(5-4.09)V/100Ω=9.1mAとなる必要があり、一般的なオペアンプの最大出力電流より小さくなります。ただし、R1 が大きすぎると、ADC が収集できる信号の周波数が大幅に減少します。 ADC によるこのチャネルの「トラッキング」中、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間に大きな差が生じ、高調波歪みが発生します。
