使用放大器的禁用引腳來(lái)節(jié)省功耗？

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    問(wèn)題：可以使用放大器的禁用引腳來(lái)節(jié)省功耗而不影響性能嗎？

    在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，電池供電應(yīng)用日益興盛。本文將說(shuō)明我們并非一定要在節(jié)省功耗和之間進(jìn)行取舍。

    有些運(yùn)算放大器有禁用引腳，如果使用得當(dāng)，可以節(jié)省高達(dá) 99%的功耗，同時(shí)不影響。禁用引腳主要用于靜態(tài)工作（待機(jī)模式）。在這種模式下，所有IC都切換到低功耗狀態(tài)，不需要使用器件來(lái)處理信號(hào)。這使功耗降低了若干個(gè)數(shù)量級(jí)。

    如果運(yùn)算放大器需要用作 ADC 的緩沖放大器，如圖 1 所示，它必須處于工作狀態(tài)才能執(zhí)行其功能。但是，如果通過(guò)禁用引腳將放大器切換到關(guān)斷模式，仍然可以保持低功耗。通常，只要 ADC 不需要向其采樣和保持功能塊讀入任何新數(shù)值，就可以使用關(guān)斷模式。

    圖1. 具有ADC驅(qū)動(dòng)器和基準(zhǔn)電壓緩沖器的ADC輸入級(jí)的典型原理圖

    實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能簡(jiǎn)單的方法是通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令。在標(biāo)準(zhǔn) ADC中，首先將輸入（采樣保持）電容充電到要測(cè)量的值。這部分在信號(hào)發(fā)送至 ADC 進(jìn)行轉(zhuǎn)換之前完成。然后將輸入電容隔離并連接到轉(zhuǎn)換器級(jí)的輸入端，即轉(zhuǎn)換開(kāi)始。隨后轉(zhuǎn)換完成，并設(shè)置已完成信號(hào)，具體取決于轉(zhuǎn)換器類型。現(xiàn)在真正的問(wèn)題來(lái)了：運(yùn)算放大器何時(shí)必須處于工作狀態(tài)？放大器必須比轉(zhuǎn)換開(kāi)始信號(hào)提前工作足夠長(zhǎng)的時(shí)間，才能確保內(nèi)部輸入電容取得與待測(cè)信號(hào)相同的值。時(shí)間長(zhǎng)短取決于輸入電容的大小、待測(cè)電壓的大小以及運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載的速率等因素。

    ADC (AD7980) 的數(shù)據(jù)手冊(cè)給出串聯(lián) 400 阻抗時(shí)，輸入電容值為 30pF。 但是，運(yùn)算放大器可不是那么簡(jiǎn)單。參數(shù)表中列出容性負(fù)載為 15pF，但也有可能更高，參見(jiàn)相應(yīng)的曲線圖（圖2）。同時(shí)需要考慮 2.7nF 和 20 時(shí)使用低通濾波器的情況。

    圖2. ADA4807的頻率響應(yīng)

    此曲線圖表明模塊可以驅(qū)動(dòng)足夠高的容性負(fù)載。禁用后，放大器需要大約 500ns 以達(dá)到滿量程輸出電平，本例中值為5V或4.096V。

    為了安全起見(jiàn)，我們假設(shè)放大器在轉(zhuǎn)換開(kāi)始前 750ns 開(kāi)啟。將 1kSPS 至 1MSPS 的預(yù)估數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

    1kSPS 時(shí)，可能節(jié)省功耗 99.83%（總功耗0.02mW），1MSPS時(shí)節(jié)省 92.41%（總功耗10.75mW）。這只是 ADC 驅(qū)動(dòng)器節(jié)省的功耗；基準(zhǔn)電壓緩沖器也可以節(jié)省功耗。

    本例旨在說(shuō)明現(xiàn)代器件具備的能力。在  短采樣時(shí)間為 500ns 時(shí)，SINAD偏差小于 0.5dB。對(duì)于驅(qū)動(dòng)器，還需關(guān)注速度更快的相關(guān)器件并靈活地使用它們。我們只考慮了用作緩沖器的應(yīng)用（增益=1）。對(duì)于反相或其他放大器，功耗節(jié)省也會(huì)隨具體情況有所不同。需要通過(guò)測(cè)量來(lái)進(jìn)一步分析。

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