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在物联网和便携式设备快速发展的背景下,低功耗设计成为系统工程师面临的核心挑战之一。运算放大器代理商-中芯巨能将介绍一种实用的节能方法——通过合理使用具有禁用(Disable)引脚的运算放大器,在不牺牲信号精度的前提下显著降低整体功耗。
现代许多高性能运算放大器(如ADA4807等)集成了禁用功能引脚,允许器件在非活跃状态下进入低功耗模式。在该模式下,放大器内部偏置电路关闭,静态电流大幅下降,从而实现高达99%的功耗节省。
禁用模式适用于不需要实时信号处理的待机或空闲状态。例如,在ADC前端作为缓冲器使用的运放,只有在ADC进行采样时才需要处于激活状态。其余时间可安全地关闭以节省电能。
以AD7980 ADC为例,其输入级为采样保持结构,工作流程包括:
输入电容充电至待测电压;
电容隔离并送入转换模块;
转换完成后输出结果。
在此过程中,运算放大器仅需在采样阶段保持激活状态,其余时间可通过禁用引脚关闭。具体实施步骤如下:
利用ADC的“转换开始”(CONVST)信号作为触发源;
在采样前约750ns启用运放,确保其有足够时间稳定并驱动输入电容;
转换完成后重新进入禁用模式。
功耗节省估算
根据实测数据,在不同采样速率下,功耗节省效果如下:
1kSPS采样率:节省99.83%,总功耗仅0.02mW;
1MSPS采样率:节省92.41%,总功耗约为10.75mW。
此数值仅为运放缓冲器的节能贡献,若同时对基准电压缓冲器采用类似策略,整体系统节能效果将更显著。
尽管引入了间歇性关断机制,但现代高精度运放在恢复后仍能维持优异的动态性能表现。以ADA4807为例,在500ns采样时间内,信纳比(SINAD)偏差小于0.5dB,满足多数中高精度测量需求。
需要注意的是,不同拓扑结构(如反相放大、差分放大等)及增益配置下的恢复时间和功耗节省比例会有所不同,建议结合具体应用场景进行测试验证。
选用具备禁用引脚的运放时,应关注以下参数:
启动/恢复时间
容性负载驱动能力
关断模式下的漏电流
静态电流(IQ)
典型推荐型号:ADA4807、OPA363、LMP7701等。如需ADA4807、OPA363、LMP7701产品规格书、样片测试、采购、BOM配单等需求,请加客服微信:13310830171。
在低功耗系统设计中,巧妙利用运算放大器的禁用功能不仅不会牺牲系统精度,反而能在保证性能的同时显著延长电池寿命。对于需要间歇性工作的ADC前端应用,这一策略尤为有效。建议工程师在项目初期即考虑此类控制逻辑,并通过实际测量优化开启时间与节能效率之间的平衡点。