低功耗和高精度如何兼顾？利用好运放“禁用引脚”吧

在物联网时代，电池供电应用日益兴盛。本文将说明我们并非一定要在节省功耗和精度之间进行取舍。有些运算放大器有禁用引脚，如果使用得当，可以节省高达 99%的功耗，同时不影响精度。禁用引脚主要用于静态工作（待机模式）。在这种模式下，所有IC都切换到低功耗状态，不需要使用器件来处理信号。这使功耗降低了若干个数量级。

如果运算放大器需要用作 ADC 的缓冲放大器，如图 1 所示，它必须处于工作状态才能执行其功能。但是，如果通过禁用引脚将放大器切换到关断模式，仍然可以保持低功耗。通常，只要 ADC 不需要向其采样和保持功能块读入任何新数值，就可以使用关断模式。

图1. 具有ADC驱动器和基准电压缓冲器的ADC输入级的典型原理图。

实现这个功能最简单的方法是通过转换开始命令。在标准 ADC中，首先将输入（采样保持）电容充电到要测量的值。这部分在信号发送至 ADC 进行转换之前完成。然后将输入电容隔离并连接到转换器级的输入端，即转换开始。随后转换完成，并设置已完成信号，具体取决于转换器类型。现在真正的问题来了：运算放大器何时必须处于工作状态？放大器必须比转换开始信号提前工作足够长的时间，才能确保内部输入电容取得与待测信号相同的值。时间长短取决于输入电容的大小、待测电压的大小以及运算放大器驱动容性负载的速率等因素。

ADC (AD7980) 的数据手册给出串联 400 阻抗时，输入电容值为 30pF。 但是，运算放大器可不是那么简单。参数表中列出容性负载为 15pF，但也有可能更高，参见相应的曲线图（图2）。同时需要考虑 2.7nF 和 20 时使用低通滤波器的情况。

图2. ADA4807的频率响应。

此曲线图表明模块可以驱动足够高的容性负载。禁用后，放大器需要大约 500ns 以达到满量程输出电平，本例中最大值为5V或4.096V。

为了安全起见，我们假设放大器在转换开始前 750ns 开启。将 1kSPS 至 1MSPS 的预估数据进行比较。

1kSPS 时，可能节省功耗 99.83%（总功耗0.02mW），1MSPS时节省 92.41%（总功耗10.75mW）。这只是 ADC 驱动器节省的功耗；基准电压缓冲器也可以节省功耗。

本例旨在说明现代器件具备的能力。在最短采样时间为 500ns 时，SINAD偏差小于 0.5dB。对于驱动器，还需关注速度更快的相关器件并灵活地使用它们。我们只考虑了用作缓冲器的应用（增益=1）。对于反相或其他放大器，功耗节省也会随具体情况有所不同。需要通过测量来进一步分析。

AD7980

• 16位分辨率、无失码
• 呑吐速率：1 MSPS
• 低功耗
  4 mW（1 MSPS，仅VDD）
  7 mW（1 MSPS，总功耗）
  70 μW (10 kSPS)
• INL：典型值±0.6 LSB，最大值±1.25 LSB
• 信纳比(SINAD)：91.25 dB（10 kHz时）
• THD：-110 dB（10 kHz时）