Оптимизация характеристик сигнальных каскадов
Как добиться оптимальных характеристик сигнального каскада на входе аналогово-цифрового преобразователя? Основных способов — два: выбор элемента буферизации датчика емкостного заряда на входе АЦП и уменьшение влияния шума. В данной статье инженера компании National Semiconductor рассмотрен каждый из них.
БУФЕРИЗАЦИЯ ДАТЧИКА
Буферизация с применением операционного усилителя необходима в тех случаях, когда датчик не справляется с емкостной нагрузкой АЦП. Поскольку во многих случаях требуется работа от общего источника питания, то при выборе операционного усилителя руководствуются возможностью его работы от того же напряжения питания, что и АЦП. При этом необходимо учитывать, что единый источник питания, помимо таких преимуществ, как снижение уровня сложности и стоимости системы, вносит ограничение по значению амплитуды сигнала на входе и выходе операционного усилителя. Например, при использовании такого АЦП, как ADC121S101 (рис. 1), у которого опорное напряжение выступает также в качестве напряжения питания, становится необходимым применение операционного усилителя, допускающего изменение входного синфазного сигнала от нуля до напряжения источника питания, как, например, LMP2011. Таким образом, значение выходного сигнала, близкого к напряжению источника питания, как у LMP2011, позволит разработчикам использовать максимальный ресурс АЦП.
После выбора операционного усилителя с приемлемыми техническими характеристиками необходимо учитывать его полосу пропускания. Усиление сигнала может потребоваться в тех случаях, когда максимальная амплитуда выходного сигнала датчика меньше опорного напряжения АЦП. Отношение величины коэффициента усиления к ширине полосы про-
пускания (GBWP) операционного усилителя определяет значение его полосы пропускания (при коэффициенте передачи -3 дБ). Данное условие справедливо для ОУ с коэффициентом усиления, равным 1. Таким образом, граница полосы пропускания определяется как отношение GBWP, которое постоянно для заданного операционного усилителя, к Ку.ос. (коэффициент усиления операционного усилителя с обратной связью), т.е.:
fnp= GBWP/Ky.oc.
Например, если РМР2011 с GBWP=3 МГц преобразовать на Ky.oc. = 10V/V, то полоса пропускания результирующего усилителя будет равна 300 кГц.
Поскольку полосу пропускания ОУ с обратной связью определяет частота, при которой коэффициент усиления равен -3 дБ, то эту частоту можно определить как значение, при котором выходное напряжение составляет 70,7% от входного. Таким образом, значению частоты с усилением -3 дБ будет соответствовать погрешность 29,3%. Для АЦП
National Semiconductor объявила результаты за первый квартал 2007 финансового года
National Semiconductor Corporation объявила о чистой прибыли в 120,1 миллион долларов, что в среднем составило 35 центов в расчете на акцию по сравнению с 24 центами в квартале прошлого года. Процентный показатель валовой прибыли достиг 61,7% по сравнению с 56,2% в прошлом году. Валовой доход в первом квартале финансового 2007 года, который закончился 27 августа 2006, составила 541,4 миллиона долларов, на 5,4% ниже, чем в 4-м квартале, но выше на 9,6%, чем в первом квартале 2006 года.
Прогноз прибыли на второй квартал финансового 2007 года обещает уменьшение прибыли на 2-5% последовательно, главным образом, за счет отказа от производства некоторых линеек продукции.
погрешности выражаются в младших разрядах (м.р.). Один м.р. определяется как Уион/2п, где Vhoh — опорное напряжение, а п — разрешающая способность АЦП. Например, 1 м.р. 8-разрядного АЦП равен Vhoh/256. Если система требует точности от АЦП 1/2 м.р., то погрешность коэффициента усиления должна быть равна (1-1/2п+1), или 99,8% для 8-разрядного АЦП. Для гарантированного нахождения погрешности коэффициента усиления операционного усилителя в рам-
ках заданных требований необходимо вычислить максимальную рабочую частоту (гмакс) операционного усилителя. Это достигается путем аппроксимации частотной характеристики ОУ с частотной характеристикой однополюсного фильтра. Кривая, показанная на рис. 2, содержит коэффициент усиления (Ку) и частоту при коэффициенте усиления -3 дБ (fo), близкую к 1.
Выражение для данной кривой имеет вид:
Для получения погрешности 1/2 м.р. в 8-разрядной системе, нормализованная гмакс операционного усилителя равна
Таким образом, если при использовании 8-разрядного АЦП необходимо добиться точности 1/2 м.р., то эффективная полоса пропускания ОУ должна быть 0,062 х GBWP. ОУ РМР2011 с GBWP=3 МГц при конфигурации усиления, равной 1, должен иметь эффективную полосу пропускания 186 кГц. Эффективная полоса пропускания еще более сужается при увеличении коэффициента усиления. Нормализованная гмакс для погрешности
1/2 м.р. при использовании АЦП с различной разрешающей способностью вычисляется следующим образом:
|
