Радиолоцман Электроника en
расширенный поиск +
  

04-09-2018

Динамическое использование вывода запрета усилителя

Analog Devices » AD7980, ADA4807, ADR4540

Журнал РАДИОЛОЦМАН, июнь 2018

Thomas Tzscheetzsch, Analog Devices

Analog Dialogue

Вопрос:

Можно ли для снижения энергопотребления использовать вывод запрета усилителя без ущерба для электрических характеристик?

Динамическое использование вывода запрета усилителя

Ответ:

В эпоху Интернета вещей все большую популярность приобретают приложения с батарейным питанием. В этой статье мы покажем, что между энергосбережением и точностью не должно быть компромисса.

У некоторых операционных усилителей есть выводы запрета, с помощью которых при правильном использовании можно сберечь до 99% энергии, не ухудшив точностных характеристик системы. Как правило, вывод запрета используется в статических операциях для перехода в режим покоя. В таком режиме все микросхемы переключаются в состояние низкого потребления мощности, и для обработки сигналов устройство не используется. Это снижает расход энергии на несколько порядков.

Если операционный усилитель используется в качестве входного буфера АЦП, как показано на Рисунке 1, для выполнения этой функции он должен быть активен. Однако потребляемую им мощность можно сделать низкой, если переключать усилитель в режим пониженного энергопотребления с помощью вывода запрета. В общем случае, режим снижения мощности используется всякий раз, когда АЦП не нужно считывать новые данные в свой блок выборки и хранения.

Динамическое использование вывода запрета усилителя
Рисунок 1. Типичная схема входного каскада АЦП с драйвером и опорным буфером.

Проще всего это можно сделать с помощью команды запуска преобразования. В стандартных АЦП первым до измеряемого напряжения заряжается входной конденсатор (выборки и хранения). Это происходит до того, как подается сигнал начала преобразования. Затем входной конденсатор изолируется и подключается к входам каскада преобразования, когда начинается этап дискретизации. По завершении этого этапа устанавливается сигнал конца преобразования, характер которого зависит от типа используемой микросхемы.

И теперь возникает главный вопрос: в течение какого отрезка времени операционный усилитель должен быть активным? Период активности должен начинаться достаточно задолго перед сигналом начала преобразования, чтобы быть уверенным, что напряжение на внутреннем входном конденсаторе приняло то же значение, что и измеряемый входной сигнал. Это время зависит от таких факторов, как емкость входного конденсатора, величина измеряемого напряжения и скорость, с которой операционный усилитель способен управлять емкостной нагрузкой.

Как следует из справочной документации на микросхему используемого в нашей схеме АЦП (AD7980), его входной импеданс образуется из входной емкости 30 пФ и последовательного сопротивления 400 Ом. Однако с операционным усилителем это не так просто. В таблице параметров операционного усилителя указана емкость нагрузки 15 пФ, но, как видно из соответствующей диаграммы (Рисунок 2), эта емкость может быть и больше. При этом необходимо учитывать выходной фильтр нижних частот с конденсатором 2.7 нФ и резистором 20 Ом.

Динамическое использование вывода запрета усилителя
Рисунок 2. Частотная характеристика ADA4807.

Из диаграммы видно, что микросхема может эффективно управлять большими емкостными нагрузками. После отключения усилителю требуется около 500 нс, чтобы выходное напряжение достигло полного уровня, который в нашем случае составляет максимум 5 В или 4.096 В.

Чтобы обеспечить достаточный запас, будем считать, что усилитель должен включаться за 750 нс до начала преобразования. Сравним данные для 1 квыб/с с данными, экстраполированными на 1 Мвыб/с.

Потенциал энергосбережения лежит в диапазоне от 99.83% (общее потребление 0.02 мВт) при скорости преобразования 1 квыб/с до 92.41% (общее потребление 10.75 мВт) при скорости преобразования 1 Мвыб/с. Это лишь вклад, вносимый в экономию мощности драйвером АЦП; аналогично можно снизить и среднюю мощность, потребляемую опорным буфером.

Этот пример призван показать, на что способны современные устройства. При минимальном времени выборки 500 нс отклонение SINAD (отношение суммы полезного сигнала, шума и искажений к сумме шума и искажений) составило менее 0.5 дБ. В случае с драйвером стоит выбирать более быстрые усилители и управлять ими динамически.

Мы рассмотрели только приложение, в котором усилитель используется как буфер с единичным усилением. Для инвертирующего или иных усилителей экономия энергии будет различной, в зависимости от условий. Чтобы проверить это, необходимо выполнить измерения.

Материалы по теме

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Dynamic Use of the Disable Pin on an Amplifier

Цена AD7980AD7980 на РадиоЛоцман.Цены — от 1,69 до 15 204 руб.
Тип корпуса: MSOP-10 Производитель: Analog Devices Inc. Аналого-цифровой преобразователь
ПоставщикПроизводительНаименованиеЦена
5 элементPRT-14425от 2 руб.
ТерраэлектроникаAnalog DevicesAD7980BRMZот 1 010 руб.
Стандарт СИЗAnalog DevicesAD7980BRMZ1 041 руб.
КимAnalog DevicesAD7980BRMZRL71 424 руб.
ЭлектроПластAnalog DevicesAD7980BRMZпо запросу
Все 39 предложений от 26 поставщиков »
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Рекомендуемые публикации по теме:
Новости  »
EXAR предлагает расширители ввода-вывода на 8 или 16 GPIO
Новости  »
"Децима" и "Первая Миля" объединияют усилия для продвижения на российском рынке контроллеров и средств ввода-вывода серии WAGO-I/O
Новости  »
Компания National Semiconductor выпустила контроллер ввода-вывода для мобильных применений
Новости  »
Британская полиция провела первый рейд против нарушителей запрета перепрошивки мобильников
Схемы  »
Единственная линия порта ввода-вывода микроконтроллера управляет шкальным индикатором

При перепечатке материалов с сайта прямая ссылка на РадиоЛоцман обязательна.

Приглашаем авторов статей и переводов к публикации материалов на страницах сайта.

Срезы ↓
Тепловизор Fluke TiX580
Тепловизор Fluke TiX580
Диапазон измеряемых температур: от 20 до +800 °C
Цена: от 1 458 000 руб.
Доставка: Россия
Лазерный дальномер Leica Disto D1
Дальномер Leica Disto D1
Дальность измерения: 0.2 - 40 м
Цена: от 4 999 руб.
Доставка: Россия
Тепловизор Testo 875-1i
Тепловизор Testo 875-1i
матрица 160x120 пкс, NETD < 50 мК
Цена: от 190 000 руб.
Доставка: Россия и страны СНГ
Рейтинг@Mail.ru