匹配模拟信号的电压规模与模数转化器 (ADC) 的输入规模或许是个应战。超越 ADC 的输入规模将导致不正确的读数,并且假如输入超出电源轨规模太多,衬底电流就有或许流入 ADC,这有或许导致闭锁乃至损坏器材。但是,将输入电压规模约束到较低和较保存的水平,又浪费了 ADC 的动态规模和分辨率。
图 1 所示的简略运算扩展器限幅器避免了上述问题。最大可答应输入电压加到 U1 的非反相输入上,输出经过小信号二极管 D1 反应到反相输入。ADC 的基准电压假如可用,能够用作限幅基准。当输入电压低于基按时,U1 的输出被驱动至正轨,D1 被反向偏置,输入信号无改动经过。当输入高于箝位电压时,运算扩展器输出反向,经过 D1 封闭环路,然后有效地成为一个单位增益跟从器,跟从箝位电压。输入电阻器 R1 约束运算扩展器输出有必要汲取的电流。第二个运算扩展器 U2 履行互补的负向限幅功用,避免信号低于地电平。因而在这个比如中,输出信号约束在 4.096V 至 0V 之间。
图 1
这个电路虽然概念很简略,但对运算扩展器却有共同要求。首要,大多数新式运算扩展器在输入端都跨接了背对背二极管,以避免大的差分电压加到输入上,由于这或许导致器材损坏,或引起输入失调电压漂移。在这个电路中,这类二极管会使输出信号低于正箝位电压的起伏不超越 1 个二极管的压降,或许使输出信号高于负箝位电压的起伏不超越 1 个二极管的压降。要确认特定运算扩展器是否有这类二极管,或许需求进行某些检测。有些器材的数据表中显现存在输入二极管,有些则不显现。这类二极管存在的另一指示是,输入电流的肯定最大额定值约束在几 mA。
此外,运算扩展器输出有必要赶快从“未箝位”转化到“箝位”状况,以箝位快速上升的信号,避免发生风险的过冲。别的还期望运算扩展器以轨至轨输入和输出方法运转,以便扩展器能够用挨近电源约束的电压作业。
LT6015 系列运算扩展器包含 LT6016 双通道和 LT6017 四通道版别,处理了上述问题。该系列运算扩展器输入没有二极管,因而答应接受 +/-80V 的差分电压,这不会对任何实践 ADC 使用形成约束。此外,输入电压能够比 V- 轨高 80V 或低 25V,因而该器材能够接受或许对其他器材形成损坏的输入。
LT6015 愈加共同,该器材答应 V+ 至 V- 电源规模高达 60V,与大多数运算扩展器比较,这使该器材能够用来箝位更高的电压。LT6015 的转化率为 0.75V/µs,这就使该器材能够箝位上升速度相对较快的信号。低于 100 µV 的典型失调电压可保证箝位电平十分精确。
图 2 显现,由 +/-10V 电源驱动的 LT6105 将一个 7V 峰至峰值 1kHz 正弦波箝位在 0V 至 4V。在图中很难看到箝位动作,不过假如将输出扩展,在图 3 中能够看到一个小的过冲。在图 4 中,将输入频率进步到 30kHz 后能够显现出,箝位动作所用时刻不到 10µs,然后将该电路的作业带宽约束到几 kHz。经过约束电源电压轨,使其挨近箝位约束电压,还能够进步箝位速度,这减小了输出要进入箝位形式而有必要转化的电压规模。已然 LT6105 的输出在十分接近电源轨的规模内摇摆,那么简直不需求额定扩展电压规模。
图 2
图 3
图 4
这个电路的另一个约束是,输出阻抗由 R1 决议,该阻抗有必要至少是几百欧姆,以约束运算扩展器的输出电流。有些 ADC 有必要由低阻抗驱动,因而或许需求缓冲扩展器 U3。选用四通道 LT6017 就能够用单个器材完结所有这些功用。