сторов (например, AD8271), который стоит меньше и обеспечивает лучшие характеристики, чем дискретный ОУ с четырьмя резисторами с 0,1-% допусками. В зависимости от требуемой величины CMRR на данной частоте, площади на печатной плате, точности системы и тока потребления можно выбрать полный монолитный инструментальный усилитель, например, AD8226. Мониторинг шин питания
В системе с однополярным питанием сдвиг фазы составляет 45°, когда амплитуда уменьшается на 3 дБ. Расчетные значения фазо- и амплитудночастотных характеристик приведены в таблице 1. Заметим, что даже на частоте в 100 раз ниже частоты среза сдвиг фазы еще превышает полградуса, а амплитуда немного меньше допустимой величины. Для систем, в которых следует обеспечить высокую точность как по амплитуде, так и по фазе, например, для систем мониторинга линий питания, можно использовать характеристики по переменному току одного канала ОУ для того, чтобы компенсировать фазовую характеристику другого канала ОУ. Базовая концепция такого подхода показана на рисунке 2. На рисунке 3 изображены фазовые характеристики для обычной однополюсной системы (на графике она обозначена как «нескомпенсированная») и для системы, показанной на рисунке 2 (на графике она обозначена как «скомпенсированная»). ПРИМЕРЫ НЕУДАЧНЫХ СХЕМ Счетверенный ОУ в сигнальной цепи
Для сигналов величиной несколько милливольт сигнальная цепь должна иметь малый уровень шума для того, чтобы поддерживать приемлемый уровень общего отношения сигнал-шум. Распределяя коэффициент усиления по цепи и выбирая соответствующий одиночный, сдвоенный или счетверенный ОУ, можно улучшить характеристики и снизить общую стоимость такой схемы. Например, при максимальном входном
Рис. 3. Фазовые характеристики обычной однополюсной системы и схемы с компенсацией фазы, показанной на рисунке 2
Рис. 4. ОУ в сигнальной цепи Таблица 1. Зависимость сдвига фазы и амплитуды от частота перегиба Нормализованная частота перегиба 0,001 0,01 0,1 0,5 1(fp) 2 10 100
Сдвиг фазы, град. 0,057 0,573 5,71 26,57 45 63,43 84,29 89,43
сигнале равном 50 мВ, 10-В напряжении и 2-кОм резисторе на выходе, потребуется коэффициент усиления равный 200. Четыре блока сигнальной цепи, показанной на рисунке 4, могут быть сконфигурированы как буфер, инвертирующий суммирующий усилитель с коэффициентом усиления –1 для регулировки смещения всей сигнальной цепи, фильтр Саллена-Кея с коэффициентом усиления 1 или усилительный каскад с коэффициентом усиления 200. Для реализации общих требований к сигнальной цепи из четырех блоков можно было бы выбрать счетверенный ОУ. Однако это было бы плохим решением по нескольким причинам. 1. Для того чтобы получить низкий уровень шума в первом каскаде, необходимо было бы выбрать счетверенный ОУ с малым уровнем шума, например, AD8674. 2. На печатной плате в этом случае возникнет паразитная емкостная связь между выход-
Амплитуда, дБ -4,34E-6 -4,34E-4 -0,086 -0,969 -3,01 -4,77 -20,04 -40,00
ным и входным каскадами и тепловая связь на кристалле между каналами ОУ. 3. Для последнего каскада потребуется большая величина произведения коэффициента усиления на ширину полосы пропускания. Лучшим решением (хотя и не единственным) было бы введение большего усиления в начальных каскадах сигнальной цепи. Слишком большое усиление в начальных каскадах может привести к перегрузке промежуточного каскада. Если коэффициент усиления в первом каскаде равен десяти, то вклад собственного шума второго каскада в суммарный шум уменьшается в 10 раз. Поскольку каждый каскад добавляет
Электронные компоненты №1 2011
65 А Н А Л О ГО В Ы Е КО М П О Н Е Н Т Ы
Рис. 2. Схема компенсации фазы на сдвоенном ОУ