סליחות: A Deep Dive into Single-Supply לעומת כפול-Supply Design

מגבר תפעולי הם העורכים של עיבוד אותות אנלוגי, המופיעים בשרשרת מיזוג אותות, מסננים פעילים, ממריצים אודיו, ממשקי חיישן, ואינספור מעגלים אחרים. בעוד הן חד-פעמיות והן כפולות-בדרך כלל כדי להתנצלות ממנתנים את אותם עקרונות של משוב ורווח, הם לכפות מגבלות ביצועים שונות ביסודן על אותות נדנדה, טווח משותף, רעש, וחסינות כללית, ומאחוריהן עוזרות של שני מהנדסים חזקים יותר מאשר מערכת ספרים.

Core Op-Amp Constraints Shaped על ידי רכבות אספקה

כדי להבין את ההשפעה של טופולוגיה האספקה, יש קודם כל להעריך כיצד הדגימות האמיתיות של ⁇ מאידיאל.שני מפרטים, בפרט, מוגבלים ישירות על ידי מסילות הכוח: קלט טווח מתח משותף (VFLT:0CMears FLT:1) ומופעי תפוקת מתח (VFLT:2outFLT 3).

במערכת כפולה-סופלית עם ±15 V Rails, VleaFLT:0CMearFLT:1 בדרך כלל משתרע מעט מעבר לרכבת שלילית מעט מעבר למסילות הרכבת החיובית, בהתאם לאדריכלות שלב קלט (למשל, שלבים PNP לעומת NPNAL זוגות קרקעיים שונים).

עיגולים של Op-Amp

דגימת חד-פעמי פועל עם רק מתח אספקה אחד התייחס לקרקע.התפוקה של הדגה יכולה להתנדנד ממתח של משיכה ליד הקרקע למתח של משיכה ליד הרכבת החיובית.כי אותות רבים בעולם האמיתי, כגון אודיו או פלטי חיישן, הם דו קוטבי (שלמעלה ומתחת לנקודת התייחסות), המעצב חייב לשנות את האות לקיצור של אמצע-בדרך כלל, הנקרא לעתים קרובות קרקע וירטואלית.

רשתות וירטואליות ורשתות

האתגר המרכזי בעיצוב חד-פעמי הוא להטית אות קלט כך שהוא נשאר בתוך טווח קלט משותף של הדגה ואת הפלט נדנדה בתוך חדר הראש הזמין. A מתנגד מחלק מהאספקה החיובית לקרקע יוצר מתח יציב באמצע-הנוחות של ה- ACFed.עבור אספקת 5 V, זוג של 10 k ⁇ מתנגדים מייצר V. זה אינו מוחל על המתח הלא-in-מסוגלכאורה אינו מערפל לסינון נמוך.

האימפולס של רשת הטיה זו מציג מסחר קריטי-off.השילוב המקביל של המתנגדים לפיצול (RIRFLT:0Hz EQuaFLT:1) = R1 ⁇ R2) מציג התנגדות של ה-Thevenin כפי הנראה על ידי דרישות ה-E-mp של שימוש לא-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-

לעקוף את הקרקע הווירטואלית עבור מערכות מרובות-Stage

כאשר שלבים מרובים של דגי אגד חולקים מפיץ התנגדות יחיד, זרמי אות משלב אחד יכולים לשנות את המתח ההטיה של אחר, גרימת crosstalk. a פשוט capacitor מן הקרקע הווירטואלית לאד (בדרך כלל 10-100 μF במקביל עם 0 מיקרוF) עוזר לשמור על אימפולס AC נמוך, אבל עבור עיצובים גבוהים, זה חכם לטבול את הקרקע וירטואלית עם מתח נוסף כי הוא מוסיף זרם יציב.

הפיכה AC הופכת חיונית. a קלט capacitor בסדרה עם מקור האות חוסם כל מהפך DC ממקור ומאפשר הטיה הפנימית להגדיר את נקודת ההפעלה. בדומה, פלט capacitor יכול לחסום את רמת DC באמצע המאוחר מלהגיע לשלב הבא. זה הפיכה עומס מוסיף רכיבים ומציג מאפיין גבוה מגובה כי יש לקחת בחשבון אם תגובה נמוכה הוא קריטי.

מילים לשיר Single-Supply Topologies

(הופנה מהדף אספקת יחיד משתמש מתפצל מתח להטיה רשת משוב שאינה מונעת (החיוב) מחברת מהפלט להפצת הקלט, עם התנגדות לקרקע.ב- DC, ה- capacitors מופיעים כעיגולים פתוחים, מה שמחייב את הפלט לייצב במתח ההטיה.

(הדגימות הבודדות הן נפוצות במכשור מופעל סוללות, מכשירים רפואיים מוחזקים, ממשקי חיישן נמוך-וולנטאז (FLT:0MCP600103)FLT:1 או FLT:2LMV358FLT 3: 3) נועדו במפורש עבור מערכות קלט ופלט (RRIO) על מתח נמוך, מיני ממין:2LMV358FLT 3, אשר דורשות אותות חד-פעמיים של פילטרים טבעיים של תאים אלה.

מגבלות של מבצע חד-פעמי

מעגלים חד-פעמיים נוטים לצרוך רכיבים פסיביים יותר להטיה והפיכה.התפוק מוגבלת על ידי מתח השכור של הדגמת של סמן, אשר עבור מכשירים ישנים או לא-rail-ל-להירידים יכול להיות כמה מאות מ"ל ממותגים של ה- ACamp מציג קיצוץ נמוך כי עשוי להיות בלתי מתקבל על ידי דיפלומה או נמוך מאוד, בנוסף לדגימה אחת של חומרת ביניים, אבל יכול להיות מסוגל לבודד את המקור המשולב הנוכחי.

בעיה נוספת לעתים קרובות נתפסת היא התנהגות הסטארט-אפ של מעגלים חד-פעמיים.כאשר הכוח מוחל לראשונה, הקרקע הווירטואלית עשויה לקחת עשרות אלפי שניות כדי לייצב, שבמהלכם הפלט של הדגה יכול להתנדנדנד למצב לא רצוי.

2 פרקים: Op-Amp Circuits

דגימת כפול-כולה משתמשת הן במתח חיובי והן שלילי יחסית לקרקע נפוצה.הרכבת ±15 V קלאסית אופיינית בציוד מעבדה ומכשיר אודיו מקצועי.הפניה הקרקעית יושבה באופן ריבועי בין הרכבות, כך אותות יכולים להתנדנדנד באופן סימטרי מעל ל-0 V ללא כל טריקים מוטהים.זה מפשטת את עיבוד האות AC של סימטריה.

המונחים: coupling and Signal Range

מכיוון שקרקע היא הפניה הטבעית אפסית, מעגלים דו-פעפיים ניתן להיות מוצמד DC מפלט לפלט ללא שינוי ברמת ההחלפה. An inverting amplifier with Dualאספקה יכול להגביר את אות קלט ±1 V ל ±10 V מבלי צורך בשלב קיבולי בדרך האות, בתנאי שהמקור עצמו הוא מוקרן.

תנוחת המתח הפלט יכולה לגשת לשתי המעקות, המוגבלת רק על ידי שלב הפלט של הדגימה של ההרחבה של ההרחבה (Pla-FLT) של ההרחבה (P-FLT) (Pla-FLT) (Ral-to-rail) של תפוקה כפולה-בדרך כלל-זמנית:2OPA2134FLT:3 יכול להגיע בתוך תנופה או שניים מכל רכבת כאשר עומסים אור VPT-T (V) עדיין מעל ל-T) מרשימים יותר מ-26.

Power Supply Symmetry ו-PSRR

אספקה כפולה דורשת שני הרגולטורים מתח או ממיר DC-DC פיצול.זה מוסיף עלות ולוח שטח.עם זאת, עם רכבת חיובית ושלילית נפרדת משפרת לעתים קרובות את יחס דחיית כוח (PSRR) נשמע סימטרי על הרכבות, ואת האותות הפנימיים של הדגמת אותות יכול להעצים אותו.

יישומים

כפול-בדרך כלל דגימת אודיו שולטים בעיבוד אודיו (equalizers, crossovers, מיקרופון preamps), מכשיר אנליטי (lock-in amplifiers, photodiodeance amps), ופילטרים פעילים שבו נדרשת התנהגות סימטרית של קידוד סימטרית.הם גם נפוצים בתאים גבוהים ומחשוב אנלוגי.

חדר ראש וטווח דינמי: השוואה קוונטית

(ה) הדינמיקה המקסימלית במעגל הדגימה קשורה ישירות למתח האספקה והטופולוגיה בשימוש.חשב על מערכת המופעלת על ידי אספקת V יחיד (V) הפלט יכול להתנדנדנדנדנדנדנדנדנדנדנדק:0SAT(L)veFLT:1 ל-VFLT:2SAT(H)FLT 3, אך אות העניין הוא 2.5SAT) LT5 לפני LT5 (VFLT5 LT5) LT5 (VF).

עכשיו לשקול מערכת כפולה-סופלית עם ±2.5 V Rails.המתח הכולל על המכשיר זהה ב 5 V. עם זאת, נדנדה סימטרית זמינה סביב ההתייחסות הקרקעית האמיתית היא 4.9 VirFLT:0 PPFLT:1 המערכת הדו-חמצני מספק כמעט כפול אות ACable עבור אותה אספקת חשמל הכולל כי אין צורך למתח דינמי למתח היגמה.

הבדל זה הופך קריטי במערכות דינמיות גבוהות טווח.אם יישום דורש יחס אות-לכאורה (SNR) של 90 dB, מערכת V יחיד-בדרך כלל 5 V חייב להשיג רצפת רעש מתחת 7.75 μV RMS. כפול-suply ± 2.5 VNR דורש רצפה רעש מתחת ל 15.5 μVMS כדי להשיג את אותה SNR, ביעילות יש צורך בדחיסה כפולה של מערכת אמפ נמוך יותר, או נמוך יותר.

רעש, משמעת ו-PSRR שיקולים

המחלק הווירטואלי-קרקע במעגל חד-פעמי מזרק רעש תרמי ישירות אל נתיב האות. אפילו עם קפיטור עקף, הרעש הנגדי מרשת הדיבידנד יכול להגביל את רצפת הרעש, במיוחד בשלבים גבוהים-גאין. גם עם פלט כפול-סופין להימנע מקור הרעש הנוסף הזה על ידי ריצוף הלא-in ישירות דרך התנגדות, בנוסף, ניתן להזיז את ה-cookremetre-p-p באופן מיידי יותר כדי למנוע את ה-p-to-p-to-to-p-to-p-to-to-cotchremetexremetexremer-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to

דחיית אספקת החשמל מושפעת גם. במערכת כפולה, רעש על הרכבות הוא לעתים קרובות נפוץ-מודד, אשר שלב הקלט של המגבר יכול לדחות. במערכת חד-פעמית, רעש אספקה הוא הפניה לקרקע, וכל חוסר דחייה ישירות זוגות לתוך רשת הטיה כראוי על ידי עקיפה זהירה הם חיוניים בשני המקרים, אבל שולי הוא כפול של שימוש אנלוגי (אוטרופי) לשימוש נפוץ.

ניהול חשמל ואימון סוללות

ניתוח חד פעמי מאיר בציוד המופעל על ידי סוללות.תא יחיד ליתיום-יון יכול לכפות הדגמה נמוכה, חיסול הצורך של משאבה מונעת או ממיר רפוי כדי ליצור רכבת שלילית.פשטה זו מפחיתה את הסגירה הנוכחית של ה-quiescent והחלפת רעש. הרבה מאובנים בעלי כוח נמוך צורכים רק microampers ויכולים לפעול במשך שנים על תא.

אם היישום כבר מכיל היצע סימטרי מסיבות אחרות, כגון קוד אודיו המשתמש ±12 V מסילות אנלוגי, הוספת דגימת כפול-היתר לא מייצג נטל נוסף של עיצוב כוח. במערכות בעלות חתימה מעורבת, זה נפוץ לראות 1 3.3 V רכבת עבור רכיבים דיגיטליים וספק אנלוגי דו קוטבית עבור שרשרת האות.

עיצוב מורכבות וספירה

מעגלים חד-פעמיים דורשים הטיה זהירה, AC הפיכה capacitors, ולעתים קרובות buffer עבור הקרקע הווירטואלית אם שלבים מרובים לשתף אותו. שלב רווח בסיסי לא מונע יכול לדרוש שלושה מתנגדים נוספים, שני capacitors, ואולי תוספת דגימה עבור הפניה באמצע-החול.זה מוסיף את האזור PCB ויכול להציג כישלונות הקשורים למחזור החיים של הפיכה אלקטרו-זמנית יכול להגדיל את היבש.

מעגלים כפולים זקוקים לאספקת חשמל מורכבת יותר, אך יכולים ליישם את אותה שלב של רווח עם כמה כמו שני מתנגדים ואין קפצופי הפיכה. עבור אלקטרוניקה צרכנית בנפח גבוה יותר, ה- Tradingoff הוא לעתים קרובות על ידי ארכיטקטורת הכוח הקיימת.אם המכשיר כבר יש סוללה אחת ולא מתח שלילי זמין, הוספת משאבה אחראית עולה כסף ומרחב.

המונחים: Active Filter Considerations

מסננים פעילים, כגון Sallen-Key או משוב מרובים להתנצלות, רגישים מאוד לנקודת התפעול של ה- O-amp. במערכת כפולה-שומן, קלטות של תצלום לא מונעות יכולות להיות ישירות התייחסות לקרקע, לפשט את תפקוד ההעברה ולבטל את הצורך ברשתות הטיה של DC.

במסנן פעיל חד פעמי, כל קלטות דגימה חייבות להיות מוטות עד אמצע ה-supply. זה מסבך את הפונקציה ההעברה מכיוון שמתח ההטיה מופיע כ- DC כי יש לקחת בחשבון, ואת ה- ACing capacitors אינטראקציה עם רשת משוב של מסנן, במיוחד כדי לבצע מסנן חד הרץ עם תדרים נמוכים מאוד (למשל, קיבולת כפולה) עבור יישומים כפולים, במיוחד עבור פילטרים גבוהים יותר, כמו גם.

בחירת ה-O-Amp הנכונה

(ב) עיצוב מעגל חד-פעמי, בחר דגימה עם טווח קלט משותף הכולל את הקרקע (או מעט מתחת) ופלט שיכול להתקרב אל הקרקע. Rail-to-rail קלט ופלט (FLT:0RRIOFLT: 801) מכשירים כגון: LT-FLT2, 000) כגון: LT-FLT2TLV9xFLT 3 או LT4D.

תמיד לבדוק את גליון הנתונים עבור טווח מתח משותף של מתח משותף לעומת היצע העלילה. הרבה דגימה לטעון "שבריר-ל-rail" קלט יכול רק להשיג אותו ברכבת אחת בתנאים ספציפיים.עבור עיצובים חד-פעמיים, לחפש מכשירים המבטיחים הפעלה למטה למסילות הרכבת השליליות (לעיתים קרובות - VFLT:0SFLT:1LT).

יישום מעשי: Audio Preamplifier

שקול מיקרופון אלקטרוראט מראשדג'ר.המיקרופון מספק אות AC קטן המובא על הטיה DC.עם עיצוב חד פעמי, קלט לא מונע של תצלום מוטה עד אמצע הסופפל, והתפוקה היא AC בשילוב עם מורכבות עצמית חיובית, למרות ביצועים נמוכים יותר של קו המטען, למרות ביצועים גמישים של קוגניציה, למרות ביצועים נמוכים יותר, למרות תפקוד זה עובד היטב ברזולוציה נמוכה של DDC, למרות תפקודים נמוך.

יישום מעשי: Sensor Interface

חיישן גשר, כמו מד מתח או חיישן לחץ, לעתים קרובות פלט מתח קטן שונה ממתח משותף-מומדה, כאשר מופעל מ אספקת V יחיד, הפלט של החיישן עשוי לשבת 2.5 V משותף: A יחיד-suply חיתוך אותות חד-חמצני ללא התייחסות חד-קוטבית (FLT) ללא התייחסות חד-קוטבית (FLT) גבוה יותר) קיבולת כפולה של קיבולת כפולה של קיבולת כפולה של קיבולת כפולה (D2.

מסגרת החלטה

(ה) בחר (FLT:0) single-SupplyFearal-ofLT:1; כאשר המערכת מופעלת סוללות, האות הוא AC יחדד, רכבת שלילית אינה זמינה, ועלות ו-BoM ספירה הם הנהגים העיקריים.בחר FLT:2Dual-SupplyFLT 3: כאשר האות הוא מוקף ו דו קוטבי, טווח דינמי נדרש רעש, הרצפה נמוכה מאוד, והם כבר בשימוש בשרשרת כפולה, כולל מנוע נמוך מאוד, כולל מנוע נמוך מאוד, כולל מנוע נמוך מאוד, כולל מנוע חד-זמנית, כולל אספקת חשמל חד-תועלת, ושרשרת כפולה.

משאבים חיצוניים לDives

מהנדסים המעוניינים לחקור את קצבאות העיצוב הללו יכולים להתייעץ עם המשאבים הסמכותיים הבאים:

  • (ב) [ה]ה]: [ה] [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]] [ה]], [ה]][ה]]]], [ה], [ה], [ה], [ה]], [ה], [ה]]]], [ה'[ה']']']'[ה'[ה']']']']']']'''''''''[ה'[ה'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
  • (ב) [ה]: [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]][ה]]]][ה]]]][ה]]]]][ה]]]], [התחילה] את ה[[המאה ה-20], ו[התחילה] את ה'[ה'], ו[ה'[ה'[ה']
  • (ב) [15] ויקרא יט): "הראו" (ב) ויקרא י"ד): "ב[[1924]]: "[[1924]]]]" (ב[[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מסקנה

ההחלטה בין מעגלי דגי דגימה חד-פעמיים ופולנית היא לעתים נדירות על אחד להיות טוב יותר באופן אוניברסלי מאשר השני; זה עומד להתאים את ארכיטקטורת הכוח ואת דרישות האותות. עיצובים חד-פעמיים מצטיינים בשלבים נמוכים, סוללות-מופצות על ידי יצירת רכבת שלילית יהיה סימן לא הכרחי.