4 轨到轨,还有细节需要注意:
ADC 的可接受电压范围为 0~4.096V,而现在 LMV831 搭成的跟随器可以支持 0~4.49V 的输出,似乎万事俱备,若前级采样电压也是 0~4.096V 范围(即运放输入电压),整个电路堪称完美!然而,直觉告诉我,事情肯定没这么简单。我突然想起当初选型时,TI 的运放筛选条件下,有一个 Rail-to-Rail选项:
这个选项从左到右分别为:输入轨至轨,输出轨至轨,输入到正轨,输入到负轨——等等,那么 LMV831 是否支持轨至轨输入?我满怀期待,然而遗憾的是,LMV831 数据手册并未提及输入是否也是轨至轨,进一步查阅发现该运放在 3.3V 供电时,共模输入范围为-0.1V~2.1V!也就是说3.3V供电的时候,LMV831 是不支持轨至轨输入的!
5 输入特性运放的共模输入范围与供电电压密切有关,电压越高,输入范围越大。为了验证 4.5V 供电电压下的最高不失真输入电压,搭建了 Figure 1-4 所示的仿真电路。
对该电路执行“参数仿真”,分别测试供电电压为 3.3V、3.9V、4.5V 下的输出电压,如 Figure 1-5 所示,三角波为输入波形,3 个类似等腰梯形的波形为运放输出,其中,暗黄色为 4.5V 供电电压时的输出,绿色对应 3.9V 供电电压,紫色对应 3.3V 供电电压,显而易见:第一,LMV831 并非轨至轨输入;第二,该运放的共模输入范围随供电电压的提高而扩大,在 4.5V 供电电压下跟随器(增益为 1)最大输出电压约为 3.39V,也即最大输入电压为 3.39V。简言之,4.5V 供电电压下,LMV831 的最大共模输入电压(不失真)为 3.39V。
在得知这个真相之后,一方面将运放的供电电压从 3.3V 提高到 4.5V,提高输出的范围,另一方面将采样电阻值改小,从而让最大采样电压小于 3.39V,从而规避了改板的风险!
6 实际验证实际产品中用了 91:34 的电阻对输入 0~10V 进行分压,分压再经电压跟随器送至 ADC 进行 A/D 转换,分别测量电阻采样电压、运放输入端电压、运放输出端电压、A/D 转换电压,绘出 Figure 1-6。