Buforowanie napięcia odniesienia
Dodatkowy bufor napięcia odniesienia może być zastosowany, jeśli wydajność prądowa użytego źródła napięcia odniesienia jest niewystarczająca. Do wykonania takiego bufora wystarczy zaimplementować wzmacniacz operacyjny w konfiguracji tzw. unity-gain czyli z wzmocnieniem równym jeden. Preferuje się tutaj zastosowanie układów charakteryzujących się niskim szumem które nie dość że spełniają wymagania co do prądu wyjściowego to są w stanie pracować z obciążeniem pojemnościowym. Dodatkowo warto także zwrócić uwagę iż nie każdy wzmacniacz operacyjny może pracować przy wzmocnieniu równym jeden, te które mogą są oznaczone jako 'unity gain stable' (przyp. tłum.). W kartach katalogowych rzadko kiedy specyfikuje się jako-taką impedancję wyjściową, jednakże da się ją często odczytać z wykresu impedancji w funkcji częstotliwości pracy. Taki wykres, dla układu AD8031 o pasmie 80 MHz pokazano poniżej.
Jak łatwo odczytać z wykresu impedancja wyjściowa jest mniejsza od 0.1 Ω przy 100 kHz i mniejsza niż 0.05 Ω przy napięciu stałym. Jest to zatem dobry wybór do buforowania napięcia odniesienia układu AD7980 pracującego przy 1 MSPS. Zachowanie niskiej impedancji przez możliwie szeroki zakres częstotliwości jest istotne dla konstrukcji dobrego drivera układu napięcia odniesienia. Kondensator filtrujący na tej linii nie jest w stanie nigdy wygładzić wszystkich wynikających z poboru prądu zakłóceń, nawet jeśli będzie miał znaczną pojemność. Częstotliwość zakłóceń prądowych w tej linii będzie funkcją częstotliwości próbkowania i pasma układu bufora napięcia odniesienia. Duży kondensator filtrujący poradzi sobie z wysokimi częstotliwościami wynikającymi z pracy układu ADC przy częstotliwości 1 MHz (taka jest częstotliwość próbkowania), natomiast niskie częstotliwości muszą być odfiltrowane przez driver. Punktem spotkania obu charakterystyk jest miejsce na spektrum w którym impedancja kondensatora jest już na tyle mała że przejmuje on rolę dostarczania prądu przy konkretnej częstotliwości. Poniżej tej częstotliwości prąd pobierany jest przede wszystkim z wzmacniacza operacyjnego, dlatego tak istotna jest jego impedancja dla niższych częstotliwości.
Układ AD8031 jest dobrym rozwiązaniem bufora napięcia odniesienia gdyż pracuje stabilnie z obciążeniami pojemnościowymi większymi niż 10 µF. Inne wzmacniacze operacyjne, takie jak ADA4841, także dobrze współpracują z obciążeniem pojemnościowym, jednakże nie są stabilne przy prądzie stałym (DC). Jednakowoż, mimo tego, i tak wskazanym jest testowanie układu przed ich aplikacją w układzie. Niewskazane z kolei jest dodawanie szeregowej rezystancji przed obciążeniem pojemnościowym, gdyż takowa znacznie zwiększa impedancję wyjściową (co widać na wykresie powyżej).
Dodatkową zaletą stosowania bufora napięcia odniesienia jest buforowanie napięcia dla systemów równoległych przetworników analogowo-cyfrowych o symultanicznym próbkowaniu. System taki, pokazany na poniższym schemacie, charakteryzuje się zwiększonym poborem prądu z napięcia odniesienia.
Każdy z układów ADC ma swój własny kondensator filtrujący, umieszczony blisko doprowadzeń napięcia odniesienia do układu. Ścieżki napięcia odniesienia są potem podłączone w topologii gwiazdy, do wyjścia bufora referencji. Takie połączenie minimalizuje przesłuch pomiędzy kanałami. Bufory charakteryzujące się niską impedancją i dużym prądem wyjściowym są w stanie wysterować znaczną ilość przetworników ADC naraz. Warto pamiętać iż w takim przypadku wzrasta pojemność obciążenia i układ musi być stabilny z taką pojemnością na obciążeniu.
Źródła:
http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/47-06/reference_design.html
Dodatkowy bufor napięcia odniesienia może być zastosowany, jeśli wydajność prądowa użytego źródła napięcia odniesienia jest niewystarczająca. Do wykonania takiego bufora wystarczy zaimplementować wzmacniacz operacyjny w konfiguracji tzw. unity-gain czyli z wzmocnieniem równym jeden. Preferuje się tutaj zastosowanie układów charakteryzujących się niskim szumem które nie dość że spełniają wymagania co do prądu wyjściowego to są w stanie pracować z obciążeniem pojemnościowym. Dodatkowo warto także zwrócić uwagę iż nie każdy wzmacniacz operacyjny może pracować przy wzmocnieniu równym jeden, te które mogą są oznaczone jako 'unity gain stable' (przyp. tłum.). W kartach katalogowych rzadko kiedy specyfikuje się jako-taką impedancję wyjściową, jednakże da się ją często odczytać z wykresu impedancji w funkcji częstotliwości pracy. Taki wykres, dla układu AD8031 o pasmie 80 MHz pokazano poniżej.
Jak łatwo odczytać z wykresu impedancja wyjściowa jest mniejsza od 0.1 Ω przy 100 kHz i mniejsza niż 0.05 Ω przy napięciu stałym. Jest to zatem dobry wybór do buforowania napięcia odniesienia układu AD7980 pracującego przy 1 MSPS. Zachowanie niskiej impedancji przez możliwie szeroki zakres częstotliwości jest istotne dla konstrukcji dobrego drivera układu napięcia odniesienia. Kondensator filtrujący na tej linii nie jest w stanie nigdy wygładzić wszystkich wynikających z poboru prądu zakłóceń, nawet jeśli będzie miał znaczną pojemność. Częstotliwość zakłóceń prądowych w tej linii będzie funkcją częstotliwości próbkowania i pasma układu bufora napięcia odniesienia. Duży kondensator filtrujący poradzi sobie z wysokimi częstotliwościami wynikającymi z pracy układu ADC przy częstotliwości 1 MHz (taka jest częstotliwość próbkowania), natomiast niskie częstotliwości muszą być odfiltrowane przez driver. Punktem spotkania obu charakterystyk jest miejsce na spektrum w którym impedancja kondensatora jest już na tyle mała że przejmuje on rolę dostarczania prądu przy konkretnej częstotliwości. Poniżej tej częstotliwości prąd pobierany jest przede wszystkim z wzmacniacza operacyjnego, dlatego tak istotna jest jego impedancja dla niższych częstotliwości.
Układ AD8031 jest dobrym rozwiązaniem bufora napięcia odniesienia gdyż pracuje stabilnie z obciążeniami pojemnościowymi większymi niż 10 µF. Inne wzmacniacze operacyjne, takie jak ADA4841, także dobrze współpracują z obciążeniem pojemnościowym, jednakże nie są stabilne przy prądzie stałym (DC). Jednakowoż, mimo tego, i tak wskazanym jest testowanie układu przed ich aplikacją w układzie. Niewskazane z kolei jest dodawanie szeregowej rezystancji przed obciążeniem pojemnościowym, gdyż takowa znacznie zwiększa impedancję wyjściową (co widać na wykresie powyżej).
Dodatkową zaletą stosowania bufora napięcia odniesienia jest buforowanie napięcia dla systemów równoległych przetworników analogowo-cyfrowych o symultanicznym próbkowaniu. System taki, pokazany na poniższym schemacie, charakteryzuje się zwiększonym poborem prądu z napięcia odniesienia.
Każdy z układów ADC ma swój własny kondensator filtrujący, umieszczony blisko doprowadzeń napięcia odniesienia do układu. Ścieżki napięcia odniesienia są potem podłączone w topologii gwiazdy, do wyjścia bufora referencji. Takie połączenie minimalizuje przesłuch pomiędzy kanałami. Bufory charakteryzujące się niską impedancją i dużym prądem wyjściowym są w stanie wysterować znaczną ilość przetworników ADC naraz. Warto pamiętać iż w takim przypadku wzrasta pojemność obciążenia i układ musi być stabilny z taką pojemnością na obciążeniu.
Źródła:
http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/47-06/reference_design.html
Fajne? Ranking DIY
