Dampak Praktis Peralihan Catu Daya pada Penguat Operasional
Sebelum memasuki chip ADC, sinyal analog umumnya memerlukan pengkondisian sinyal menggunakan penguat operasional untuk menyediakan konversi level yang diperlukan, penyaringan, penggerak chip ADC, dan sebagainya. Ketika penguat operasional berinteraksi dengan ADC, ia mudah terpengaruh oleh catu daya, yang juga mempengaruhi stabilitas akuisisi data chip ADC. Gambar 2 adalah diagram antarmuka khas penguat operasional dan ADC.
Kebanyakan chip ADC memiliki kapasitor sampling Cin pada ujung masukan analog, dan resistor R1 membatasi keluaran arus penguat operasional. Kapasitor keramik C1, yang beberapa kali lebih besar dari kapasitor sampling, dengan cepat mengisi kapasitor sampling Cin melalui C1 ketika saklar SW ditutup. Nilai spesifik R1 dan C1 terkait dengan stabilitas penguat operasional, waktu pengaturan, waktu pengambilan sampel ADC, dan akurasi pengambilan sampel yang diperlukan.
Perlu dicatat bahwa catu daya dari penguat operasional juga memainkan peran penting dalam proses di atas. Selama proses pengisian kapasitor oleh penguat operasional, diperlukan arus yang besar secara instan, dan waktu respons beban dari catu daya switching tidak mencukupi, yang akan menyebabkan riak daya yang signifikan dan mempengaruhi keluaran penguat operasional. Misalnya, jika C1=10Cin=250pF, ketika SW beralih dari saluran lain (dengan asumsi -5V) ke saluran AI0 (dengan asumsi+5V), Cin beralih dari -5V ke tegangan pada C1+5V, dan C1 dengan cepat mengisi daya Cin. Tegangan akhir adalah (5V × 10-5V)/11=4.09V, dan output penguat operasional perlu diubah dari 5V menjadi 4,09V. Jika R1 terlalu kecil, dapat dengan mudah menyebabkan masalah stabilitas pada keluaran penguat operasional dan juga berdampak pada arus keluaran penguat operasional sehingga mempengaruhi tegangan catu daya.
Terutama bila menggunakan pompa pengisi daya untuk memberikan catu daya negatif kecil ke penguat operasional VCC, karakteristik bahwa tegangan keluaran pompa pengisi daya berkurang seiring dengan bertambahnya beban membuat efeknya lebih terasa. Perbandingan menunjukkan bahwa ketika penguat operasional menggunakan catu daya regulator linier DC, hasil akuisisi ADC 12 bit sangat stabil, dan variasi hasil dapat mencapai kurang dari 1LSB; Sebaliknya jika menggunakan perangkat charge pump, jika tidak terjadi filtering yang signifikan pada output dari charge pump maka hasil perolehan ADC dapat berguncang hingga 3LSB. Jika R1 ditingkatkan menjadi 100 Ω, C1=10Cin, Tanpa mempertimbangkan resistansi keluaran penguat operasional, arus keluaran maksimum penguat operasional harus (5-4,09) V/100 Ω=9.1mA, yang lebih kecil dari arus keluaran maksimum penguat operasional pada umumnya. Namun jika R1 terlalu besar, maka frekuensi sinyal yang dapat dikumpulkan ADC akan berkurang secara signifikan. Selama "pelacakan" ADC pada saluran ini, penguat operasional tidak dapat menyelesaikan pengisian C1 dan Cin, sehingga terjadi perbedaan besar antara pengambilan sampel dan tegangan masukan penguat operasional, yang akan menyebabkan distorsi harmonik.
