Улучшение характеристик ИОН


PDF версия

Выбор источника опорного напряжения (ИОН) для аналого-цифровых схем с высоким разрешением является сложной задачей. Существует несколько способов ее решения, один из которых рассматривается в этой статье.

Источник опорного напряжения должен обладать высокой стабильностью и вносить мало шумов. Избавиться от широкополосного и низкочастотного шумов помогает пассивный фильтр R1, C2 и С3 на выходе ИОН (см. рис. 1). Угловая частота фильтра равна 1,59 Гц. Включение дополнительной RC-цепи позволит получить уровень шума, приемлемый для АЦП с 20-разрядной точностью. С другой стороны, к каждому биту прибавляется падение напряжения на резисторе R1, ухудшая качество преобразования.

Рис. 1. Принципиальная схема ИОН

В схеме на рисунке 1 для развязки ФНЧ от вывода опорного напряжения АЦП используется операционный усилитель (ОУ). Входной ток смещения OPA350 зависит от температуры. При 25°С он составляет 10 пА, а при 125°С — около 10 нА. Создаваемое им падение напряжения на резисторе R1 мало и не влияет на точность преобразования АЦП с разрядностью не более 23. При расчетах его следует учитывать как слагаемое погрешности ИОН.

Предположим, что исходная погрешность ИОН равна ±0,05%, а температурный коэффициент составляет 3 ppm/°С. Пусть опорное напряжение равно 4,096 В, тогда погрешность при комнатной температуре составляет 2,05 мВ, а при 125°С — на 1,23 мВ больше. Таким образом, собственная погрешность ИОН превышает погрешность напряжения смещения ОУ и входного тока смещения. АЦП «видит» общую погрешность ИОН, R1 и OPA350 как погрешность коэффициента усиления.

К выходу ОУ подключается АПЦ и конденсатор С4 емкостью 10 мкФ. Заряд на обкладках С4 обеспечивает стабильность напряжения на опорном выводе АЦП во время преобразования. Типичная емкость вывода — от 2 до 50 пФ. Выходное сопротивление ОУ при разомкнутой ОС равно 50 Ом, эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС) C4 составляет 2 мОм.

Стабильность усилителя определяется коэффициентом усиления ОУ. Соответственно, ею можно управлять с помощью конденсатора С4 и выходного сопротивления ОУ при разомкнутой ОС (Ro). В общем случае схема считается стабильной, если коэффициент усиления при разомкнутой и замкнутой ОС спадает со скоростью 20 дБ (см. рис. 2).

Рис. 2. АЧХ операционного усилителя

Частоты полюса fp и нуля fz для стабильной схемы вычисляются по формулам:

Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *