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高精度运放能在低功率实现快速多路复用
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2017-11-15
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引言
如果要设计一种负责测量多个模拟电压（但不是所有同时测量）的系统，可以通过把测量结果多路复用为单个输出信号来简化下游电路，随后采用共享组件对原始电压电平进行串行处理和数字化。这么做的好处是信号链路组件的数目和尺寸将比采用“按每个通道进行设计”时所需的小得多。正确地实现一种多路复用解决方案需要注意几个细节，特别是假如您希望在通道之间实现快速切换、进行准确的测量和保持低功耗。
快速响应
多路复用增加了组合信号的频率含量，这是因为当每次多工器切换通道，多路转换信号都将改变数值。即使输入信号并没有快速地变化，多路转换信号也会快速改变，因此位于多工器之后的任何电路都必须对这些转换做出快速响应。例如，倘若输出信号在读取下一个通道之前未完全稳定至目标准确度，则某个给定通道的测量值会取决于前一个通道的数值，这相当于通道至通道串扰。
由于多工器的导通电阻不是零，因此常常需要采用一个运放来缓冲输出。图1示出了一款多路转换的电路，其在MUX之前给每个通道布设一个运放，而在MUX之后则安置一个共享运放。这里我们考虑的是下游共享运放的性能。
图1：多路转换的系统。位于输入端的LT6011缓冲器具有高输入阻抗。位于MUX之后的LT6020能在MUX改变通道时快速转换。LT6020特殊的输入电路可避免在MUX输入端上出现电压毛刺
具有低功耗的运放之速度往往很慢。特别地，运放的摆率通常与运放的电源电流紧密相关。这是因为可用于给内部电容器充电的电流占运放总电源电流的一个固定比例。
另一方面，LT6020运放的摆率要比您依据其低电源电流所预计的高得多。该器件实现这一非凡功能的方法是根据输入阶跃的大小来调节摆率，因此大输入阶跃和小输入阶跃的处理速度一样快。
图2a和2b比较了LT6020和一款具有相似功耗的传统运放对于瞬态阶跃响应的影响。对于传统的运放，大信号响应比小信号响应慢得多。然而LT6020对一个10V阶跃和一个±200mV阶跃的响应一样干净。由于具有这种快速转换和迅速稳定至一个新数值的能力，加上仍然仅吸收100μA的电源电流，因而使得LT6020成为布设在多工器之后的缓冲器之上佳选择。
如果要设计一种负责测量多个模拟电压（但不是所有同时测量）的系统，可以通过把测量结果多路复用为单个输出信号来简化下游电路，随后采用共享组件对原始电压电平进行串行处理和数字化。这么做的好处是信号链路组件的数目和尺寸将比采用“按每个通道进行设计”时所需的小得多。正确地实现一种多路复用解决方案需要注意几个细节，特别是假如您希望在通道之间实现快速切换、进行准确的测量和保持低功耗。
快速响应
多路复用增加了组合信号的频率含量，这是因为当每次多工器切换通道，多路转换信号都将改变数值。即使输入信号并没有快速地变化，多路转换信号也会快速改变，因此位于多工器之后的任何电路都必须对这些转换做出快速响应。例如，倘若输出信号在读取下一个通道之前未完全稳定至目标准确度，则某个给定通道的测量值会取决于前一个通道的数值，这相当于通道至通道串扰。
由于多工器的导通电阻不是零，因此常常需要采用一个运放来缓冲输出。图1示出了一款多路转换的电路，其在MUX之前给每个通道布设一个运放，而在MUX之后则安置一个共享运放。这里我们考虑的是下游共享运放的性能。
图1：多路转换的系统。位于输入端的LT6011缓冲器具有高输入阻抗。位于MUX之后的LT6020能在MUX改变通道时快速转换。LT6020特殊的输入电路可避免在MUX输入端上出现电压毛刺
具有低功耗的运放之速度往往很慢。特别地，运放的摆率通常与运放的电源电流紧密相关。这是因为可用于给内部电容器充电的电流占运放总电源电流的一个固定比例。
另一方面，LT6020运放的摆率要比您依据其低电源电流所预计的高得多。该器件实现这一非凡功能的方法是根据输入阶跃的大小来调节摆率，因此大输入阶跃和小输入阶跃的处理速度一样快。
图2a和2b比较了LT6020和一款具有相似功耗的传统运放对于瞬态阶跃响应的影响。对于传统的运放，大信号响应比小信号响应慢得多。然而LT6020对一个10V阶跃和一个±200mV阶跃的响应一样干净。由于具有这种快速转换和迅速稳定至一个新数值的能力，加上仍然仅吸收100μA的电源电流，因而使得LT6020成为布设在多工器之后的缓冲器之上佳选择。
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