开关电源的负载响应时间不够影响运放的输出

时间：2014-07-02

开关电源对运算放大器的影响(1)
一般模拟量信号进入ADC芯片之前，要利用运算放大器进行信号调理，以提供必要的电平变换、滤波、ADC芯片驱动等等。运算放大器与ADC相接口时，容易受到电源的影响，从而也影响ADC芯片采集的稳定。图2是运算放大器与ADC的典型接口图。
大多ADC芯片内部的模拟输入端都具有一个采样电容Cin，电阻R1对运放输出限流，数倍于采样电容的陶瓷电容C1使得开关SW合上的瞬间，通过C1迅速给采样电容Cin充电。R1、C1的具体数值，与运放的稳定性、建立时间、ADC采样时间、需要的采样精度有关。
这里要指出的是，在上述过程中，运放的电源也会起很大的作用。在运放对电容充电期间，瞬间需要较大的电流，而开关电源的负载响应时间不够，将造成比较大的电源纹波，影响运放的输出。比如采用C1=10Cin=250pF，则当SW从别的通道（假设为-5V）切到AI0通道（假设+5V）时，Cin从-5V切换到C1上的电压+5V，C1迅速给Cin充电，较终电压为（5V×10-5V）/11＝4.09V，运放输出要从5V变到4.09V，R1太小容易带来运放输出稳定性问题，同时也会对运放输出电流带来冲击，影响电源电压。

特别是在采用电荷泵给运放-VCC提供小的负电源时，电荷泵输出电压随负载增大而降低的特性使得效果更加明显。比较发现，运放采用直流线性稳压电源时，12位的ADC采集结果很稳定，结果变动可达1LSB以下；相比之下，采用电荷泵器件时，如果电荷泵输出没有大的滤波，ADC采集结果晃动可达3LSB。如果增大R1为100Ω时，C1=10Cin，不考虑运放输出电阻时，需要运放输出电流的较大值为（5－4.09）V/100Ω＝9.1mA），小于一般运放的较大输出电流。但R1太大，将明显降低ADC所能采集到的信号频率，在ADC对该通道“跟踪”期间，运放无法完成对C1和Cin充电，使得该次采样与运放输入端电压相差较大，会造成谐波失真。

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