由于 SAR ADC 的功耗隨著每一代新器件的推出而不斷降低,，放大器成了功耗敏感型應(yīng)用的制約因素,。那么我們?nèi)绾尾拍苓M(jìn)一步降低功耗？在尋找可能的解決方案之前,，讓我們先考慮一下 ADC 功耗降低的原因,。

下圖 1 直接顯示了我們 12 位、4MSPS ADS7881 SAR ADC 的功耗情況,，是功耗顯著降低的很好例證,。

圖 1：ADS7881 功耗與采樣率比較

當(dāng)運(yùn)行在高時(shí)鐘速率下時(shí)，唯一的省電方法就是降低供電電壓,。但這并非總是可行的,。當(dāng)在使用 SAR ADC 監(jiān)測(cè)應(yīng)用時(shí)，如果在系統(tǒng)完全喚醒狀態(tài)下很少有事件會(huì)提升采樣速度,，應(yīng)考慮使用低占空比,。

這對(duì) ADC 來(lái)說(shuō)已經(jīng)很好了,，但卻沒有回答如何顯著降低運(yùn)算放大器功耗的問(wèn)題。那么我們應(yīng)該如何做呢,？

ADS7881 是一款 12 位 ADC,，電壓輸入范圍介于 0V 至 +2.5V 之間。

我選用 OPA836 作為放大器,，因其可使用與 ADS7881 相同的電源,。使用 +5V 電壓供電，我們可在電壓保持在輸入動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的同時(shí),，最大限度降低 ADC 及其驅(qū)動(dòng)器功耗,。

OPA836 是一款采用 2x2 毫米 QFN 封裝，具有出色壓擺功能與線性度的 1mA 運(yùn)算放大器,，是電池供電應(yīng)用的理想選擇,。雖然它是一款軌至軌輸出 (RRO) 器件，但只有在產(chǎn)生少量負(fù)電源時(shí),，其輸出才能擺動(dòng)至接地,。正輸出也存在同樣的限制，不過(guò)在這里沒有意義,。應(yīng)注意 OPA836 的產(chǎn)品說(shuō)明書對(duì)最低／最高線性輸出電壓與飽和輸出電壓做了明確區(qū)分,。

對(duì)高低電壓軌而言，線性工作預(yù)留電壓空間為 150/250mV,，而飽和工作預(yù)留電壓空間則為 15/43mV,。另外，由于 OPA836 的輸入不是軌至軌輸入 (RRI),，只含接地,，因此電壓范圍可能只能局限在 -0.2V 至 3.9V 之間。避免這種局限性的合理方法是在增益超過(guò) 1V/V 的條件下使用 OPA836,。由于 ADS7881 的最大輸入電壓范圍受 +2.5V 參考電壓限制,，而我們面臨的唯一限制是輸出端的負(fù)軌，因此單位增益工作完全沒有問(wèn)題,。因?yàn)?OPA836 是一款高速放大器,，因此我們將獲得超過(guò) 56MHz 的帶寬以及超過(guò) 100V/ms 的壓擺率，可確保帶寬與任何信號(hào)電平保持恒定,。

ADS7881 的最低有效位 (LSB) 大約是 610mV,。OPA836 最大輸入失調(diào)電壓達(dá) 500uV，可充分滿足 12 位應(yīng)用需求,。

由于可控制 ADC 的時(shí)鐘速率,，因此可在微控制器中生成一個(gè)信號(hào)來(lái)通過(guò)適當(dāng)定時(shí)啟用／禁用 OPA836。OPA836 的 PD 引腳可便捷與 ADS7881 的 BUSY 引腳、CONVST 引腳或 NAP 引腳同步,，將 OPA836 置于禁用模式下。現(xiàn)在要解決的主要問(wèn)題是放大器的開啟時(shí)間,，以及運(yùn)算放大器和 ADC 之間的濾波器接口強(qiáng)制減速時(shí)間常數(shù),。

如下圖 2 所示，OPA836 具有關(guān)斷功能,，其開啟／關(guān)閉速度相當(dāng)快,，可輕松適應(yīng)高占空比。

圖 2：OPA836 啟用／禁用響應(yīng)

剩下的最大問(wèn)題是放大器后的濾波器時(shí)間常數(shù),。

解決這個(gè)問(wèn)題的方法是當(dāng)放大器處于關(guān)斷模式時(shí),，控制放大器輸出端的輸出電壓，如圖 3 所示,。

圖 3：在禁用模式下保持放大器的共模電壓輸出

圖 4：OPA836 在輸出端保持的中等電壓下啟用／禁用響應(yīng)

可以看到,，圖 2 和圖 4 之間唯一的差別是共模不同，放大器仍然有相同的開啟／關(guān)閉時(shí)間常數(shù),。當(dāng) ADC 從采樣狀態(tài)進(jìn)入保持狀態(tài)時(shí),，放大器的唯一作用是保持適當(dāng)?shù)墓材ｋ妷海瑤椭才?ADC 進(jìn)行下一次轉(zhuǎn)換,。當(dāng)運(yùn)算放大器處于禁用模式時(shí),，這可使用一款電阻分壓器取代，以節(jié)省電源,。