制约敏感型应用：降低SAR ADC驱动器的放大器功耗.doc

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1、制约敏感型应用：降低SARADC驱动器的放大器功耗由于SARADC的功耗随着每一代新器件的推出而不断降低，放大器成了功耗敏感型应用的制约因素。那么我们如何才能进一步降低功耗？在寻找可能的解决方案之前，让我们先考虑一下ADC功耗降低的原因。　　下图1直接显示了我们12位、4MSPSADS7881SARADC的功耗情况，是功耗显著降低的很好例证。　　　　　　图1：ADS7881功耗与采样率比较　　当运行在高时钟速率下时，唯一的省电方法就是降低供电电压。但这并非总是可行的。当在使用SARADC监测应用时，如果在系统完全唤醒状态下很

2、少有事件会提升采样速度，应考虑使用低占空比。　　这对ADC来说已经很好了，但却没有回答如何显著降低运算放大器功耗的问题。那么我们应该如何做呢？　　ADS7881是一款12位ADC，电压输入范围介于0V至+2.5V之间。　　我选用OPA836作为放大器，因其可使用与ADS7881相同的电源。使用+5V电压供电，我们可在电压保持在输入动态范围内的同时，最大限度降低ADC及其驱动器功耗。　　OPA836是一款采用2x2毫米QFN封装，具有出色压摆功能与线性度的1mA运算放大器，是电池供电应用的理想选择。虽然它是一款轨至轨输出（RR

3、O）器件，但只有在产生少量负电源时，其输出才能摆动至接地。正输出也存在同样的限制，不过在这里没有意义。应注意OPA836的产品说明书对最低/最高线性输出电压与饱和输出电压做了明确区分。　　对高低电压轨而言，线性工作预留电压空间为150/250mV，而饱和工作预留电压空间则为15/43mV。另外，由于OPA836的输入不是轨至轨输入（RRI），只含接地，因此电压范围可能只能局限在-0.2V至3.9V之间。避免这种局限性的合理方法是在增益超过1V/V的条件下使用OPA836。由于ADS7881的最大输入电压范围受+2.5V参考电

4、压限制，而我们面临的唯一限制是输出端的负轨，因此单位增益工作完全没有问题。因为OPA836是一款高速放大器，因此我们将获得超过56MHz的带宽以及超过100V/ms的压摆率，可确保带宽与任何信号电平保持恒定。　　ADS7881的最低有效位（LSB）大约是610mV。OPA836最大输入失调电压达500uV，可充分满足12位应用需求。　　由于可控制ADC的时钟速率，因此可在微控制器中生成一个信号来通过适当定时启用/禁用OPA836。OPA836的PD引脚可便捷与ADS7881的BUSY引脚、CONVST引脚或NAP引脚同步，将

5、OPA836置于禁用模式下。现在要解决的主要问题是放大器的开启时间，以及运算放大器和ADC之间的滤波器接口强制减速时间常数。　　如下图2所示，OPA836具有关断功能，其开启/关闭速度相当快，可轻松适应高占空比。　　　　　　图2：OPA836启用/禁用响应　　剩下的最大问题是放大器后的滤波器时间常数。　　解决这个问题的方法是当放大器处于关断模式时，控制放大器输出端的输出电压，如图3所示。　　　　　　图3：在禁用模式下保持放大器的共模电压输出　　　　　　图4：OPA836在输出端保持的中等电压下启用/禁用响应　　可以看到，图2

6、和图4之间唯一的差别是共模不同，放大器仍然有相同的开启/关闭时间常数。当ADC从采样状态进入保持状态时，放大器的唯一作用是保持适当的共模电压，帮助安排ADC进行下一次转换。当运算放大器处于禁用模式时，这可使用一款电阻分压器取代，以节省电源。