高性能和低功耗:這一要求即將實(shí)現(xiàn) 在越來越多的應(yīng)用中,特別是在移動(dòng)、電池供電方面 設(shè)備。特別是在物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè) 4.0 和數(shù)字化時(shí)代,這些 手持設(shè)備使日常生活的許多方面都更輕松。在應(yīng)用程序中也是如此 從移動(dòng)生命體征監(jiān)測(cè)到機(jī)器和系統(tǒng)監(jiān)測(cè) 在工業(yè)環(huán)境中。對(duì)更高性能和最長電池壽命的需求 也出現(xiàn)在最終用戶產(chǎn)品中,例如智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備。
可用于供電的電池能量有限,因此需要高效 在活動(dòng)模式下具有最小電流的組件,可最大限度地延長設(shè)備運(yùn)行時(shí)間。 或者,較低的功耗允許實(shí)現(xiàn)相同的電池 使用低容量電池的使用壽命,減小尺寸、重量和成本。溫度 管理也不應(yīng)被忽視。在這里,更高效的組件 發(fā)揮積極作用??梢詼p少占用空間的冷卻管理 因?yàn)楫a(chǎn)生的熱量較低。有廣泛的 提供低功耗甚至超低功耗 (ULP) 組件。本文 特別關(guān)注低功耗運(yùn)算放大器。
功耗和性能之間的權(quán)衡
通常存在與操作功耗相關(guān)的權(quán)衡 在選擇合適的放大器時(shí)需要考慮的放大器。
較低的功耗通常也意味著較低的帶寬。但是,這也取決于 關(guān)于給定的放大器架構(gòu)和穩(wěn)定性要求。越高 寄生電容和電感,通常帶寬越低。因此 例如,跨阻放大器(電流反饋放大器)提供 帶寬相對(duì)較高,但精度較低。通過一些技巧, 帶寬功率比可以提高。
例如,增益帶寬(GBW)通常如下:
Gm是跨導(dǎo),或輸出電流與 輸入電壓(I外/V在),C為內(nèi)部補(bǔ)償電容。
增加帶寬的經(jīng)典方法是增加偏置電流,這將 增加 Gm以更多的功耗為代價(jià)。但我們不想做 用于降低功率。
通常,補(bǔ)償電容應(yīng)設(shè)置主極點(diǎn),因此理想情況下 負(fù)載電容完全不會(huì)影響帶寬。
較低的電容通常產(chǎn)生較高的帶寬,然后受到限制 受放大器的物理特性影響,但也會(huì)損害穩(wěn)定性, 而它通常會(huì)在低噪聲增益下提高穩(wěn)定性。不過 實(shí)際上,我們無法在較低的噪聲增益下驅(qū)動(dòng)那么大的純?nèi)菪载?fù)載。
使用低功耗運(yùn)算放大器的另一個(gè)權(quán)衡是通常更高的電壓 噪聲。但是,折合到輸入端的電壓噪聲通常是放大器的主要因素。 對(duì)總輸出寬帶噪聲的貢獻(xiàn),但它可能由 電阻噪聲??傇肼曂ǔS?輸入級(jí)(例如,集電極具有散粒噪聲,漏極具有熱效應(yīng) 噪音)。1/f 噪聲(閃爍噪聲)因架構(gòu)和 是由組件材料的特殊缺陷等引起的。 因此,它通常由組件尺寸決定。相比之下,電流 在較低的功率水平下,噪聲通常較低。然而,特別是在雙極性放大器中, 它也不應(yīng)被忽視。在1/f區(qū)域,1/f電流噪聲可以是 放大器輸出端總1/f噪聲的主要貢獻(xiàn)因素。其他權(quán)衡 在于失真性能和漂移值。通常使用低功耗運(yùn)算放大器 表現(xiàn)出更高的總諧波失真(THD),但與電流噪聲一樣, 雙極性放大器中的輸入偏置和失調(diào)電流隨減小而減小 電源電流。運(yùn)算放大器的另一個(gè)重要特性是 失調(diào)電壓。它通常通過輸入側(cè)的適應(yīng)來影響 組件,因此不會(huì)在 低功耗,因此VOS和VOS漂移在功率范圍內(nèi)是恒定的。外部電路 和反饋電阻(RF) 也會(huì)影響操作的性能 放大器。較高的電阻值會(huì)降低動(dòng)態(tài)功率和諧波 失真,但它們會(huì)增加輸出噪聲和與 偏置電流。
為了進(jìn)一步降低功耗,許多設(shè)備通常具有 待機(jī)或睡眠功能。這樣可以停用關(guān)鍵設(shè)備功能 不使用時(shí),僅在需要時(shí)重新激活。喚醒時(shí)間為 對(duì)于低功率放大器,通常更長。前面描述的權(quán)衡是 總結(jié)見表1。
功耗 ↓ | 反饋電阻(RF) ↑ | |
積極作用 |
電流噪聲 ↓ 偏置電流漂移 ↓ 失調(diào)電流漂移 ↓ |
動(dòng)態(tài)功率 ↓ 失真 (THD) @ 高頻 ↓ |
負(fù)面影響 |
帶寬 ↓ 電壓噪聲 ↑ 失真 (THD) @ 高頻 ↑ 喚醒時(shí)間 ↑ 驅(qū)動(dòng)器功率 ↓ |
輸出噪聲 ↑ 對(duì)偏置電流的影響 ↑ |
中性效果 |
失調(diào)電壓漂移 |
ADA4945-1雙極性差分放大器在這些特性之間提供了很好的折衷方案。由于其低直流偏移、直流失調(diào)漂移和出色的出色 動(dòng)態(tài)性能,非常適合眾多高分辨率、功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù) 采集和信號(hào)處理應(yīng)用,其中需要驅(qū)動(dòng)器 ADC,如圖1所示,使用ADA4945-1驅(qū)動(dòng)AD4022 ADC。包括 多種功耗模式,您可以優(yōu)化性能與功耗權(quán)衡 特定的轉(zhuǎn)換器。例如,其全功率模式應(yīng)與AD4020良好配對(duì),然后您可以為較低樣本切換到低功耗模式 AD4021或AD4022的速率。
圖1.高分辨率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的簡化信號(hào)鏈?zhǔn)纠?/strong>
審核編輯:郭婷
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