de Art Eck, Product Marketing Manager
În lumea de azi a proiectării sistemelor “embedded” este adesea nevoie să se analizeze parametrii ce apar în zona analogică. Deşi toate deciziile de control sunt luate în sfera digitală, aceste decizii au frecvent la bază “provocări” ivite din sfera analogică. Convertirea unui semnal analogic într-o valoare digitală a fost foarte mult simplificată de apariţia convertoarelor analog/digitale (ADC) şi a microcontrolerelor care au integrate dispozitive ADC. Din nefericire, semnalele analogice prezente în sistem au o formă care adesea nu corespunde cu valoarea digitală convertită.
Mulţi dintre senzorii care trebuie să măsoare diverşi parametri precum temperatura şi presiunea generează un semnal care nu este convertibil. Semnalul este adesea ori prea slab ca să fie convertit ori conţine un zgomot de înaltă frecvenţă care va genera nişte semnale neimportante, false, acestea urmând a fi convertite în valori digitale.
Din aceste motive amplificatoarele operaţionale sunt adesea folosite pentru a obţine
semnalele necesare, iar cu ajutorul unor filtre active să rejecteze zgomotul.
Multe amplificatoare operaţionale au curent de bias şi tensiune de offset suficient de mari să cauzeze erori importante când sunt folosite în asemenea aplicaţii de care trebuie să se ţină cont în faza proiectării. Chiar şi atunci performanţa poate fi limitată de tensiunea de offset şi de curentul de bias în afară de cazul când sunt folosite componentele auxiliare.
Aceste probleme pot fi evitate prin folosirea de familii noi de amplificatoare operaţionale cu tensiuni mici de offset proiectate pentru sistemele digitale de înaltă clasă precum amplificatoarele operaţionale de precizie construite în trecut.
Aşa cum putem vedea în diagrama de mai jos, o aplicaţie tipică cu un câştig de 100V/V poate pierde mult din valoarea excursiei tensiunii de ieşire datorită unor tensiuni de eroare generate de tensiunea de offset. În acest caz, o tensiune de alimentare de 5V poate avea 20% sau mai mult din valoarea excursiei tensiunii de ieşire ce nu va putea fi folosită. Această situaţie se poate deteriora şi mai mult la tensiuni joase, unde 3V pot pierde 33% sau mai mult din valoarea excursiei tensiunii de ieşire.
Din diagramă se vede acelaşi caz cu un amplificator operaţional care are o pierdere mai mică de 0.25mV datorită tensiunii de offset. Aceasta înseamnă doar 25mV din tensiunea de eroare la ieşire sau mai puţin de 0.5% din valoarea excursiei tensiunii la ieşire, la o alimentare de 5V.
În configuraţia inversoare (ne-prezentată), tensiunea căzută pe rezistorul de la intrare formează curentul de bias ce poate cauza erori la ieşire. Măsurile de precauţie ce trebuie luate de proiectant sunt acelea de a nu utiliza o valoare prea mare pentru acel rezistor. Senzorul însuşi poate să nu fie apt să furnizeze valori mari ale curentului de bias cerut de multe amplificatoare. Aceste situaţii pot fi complet evitate folosind amplificatoare
operaţionale cu un curent de bias foarte mic.
Amplificatoarele operaţionale produse de Microchip, MCP606, MCP607 (dual), MCP608 şi MCP609 (cvadruplu) reprezintă o familie de amplificatoare operaţionale ce îndeplinesc cerinţele de mai sus. Aceste amplificatoare au fost proiectate să lucreze la o singură
tensiune de alimentare cuprinsă în gama: 2.5 … 5.5V, un domeniu al tensiunii tipic
sistemelor de lucru cu microcontrolere şi DSP-uri. În plus, la consumul de curent cerut s-a luat în calcul doar valoarea de 20mA din curentul pasiv / amplificator. Aceste
dispozitive sunt ideale pentru aplicaţiile portabile bazate pe alimentare de la baterii, tot mai mult folosite în ziua de azi.
Având un curent de bias foarte mic (IB<1pA), o tensiune de offset foarte mică (VOS<250mV) şi fiind foarte stabile, multe din grijile şi problemele ivite în proiectarea cu circuite analogice au fost eliminate. Acest lucru permite proiectanţilor din lumea digitală să câştige piaţa foarte repede. Acolo unde sunt cerute produsele de bandă largă GBWP (10MHz) sunt
imediat disponibile circuitele MCP6021, MCP6022 (dual), MCP6023 şi MCP6024 ce oferă un curent de bias foarte mic (IB<1pA) şi o tensiune de offset scăzută (VOS<500mV).
Amplificatorul operaţional MCP602X oferă proiectanţilor posibilitatea de a mări
performanţa şi viaţa bateriilor din aplicaţiile portabile cum ar fi procesarea audio,
telefonie, aparatura de test şi echipamente medicale.
Totodată, permit lucrul la o tensiune de alimentare cuprinsă în domeniul: 5.5V - 2.5V. Circuitele MCP6021, MCP6022 (dual) şi MCP6024(cvadruplu) respectă standardele industriale fiind disponibile în capsulele PDIP, SOIC şi TSSOP. Prezentând avantajul unui câştig în amplificare foarte stabil, având caracteristicile produselor de bandă largă GBWP (10MHz), zgomot redus (8.7 nV/rtHz) şi un curent pasiv IQ de 1.35mA circuitele mai sus menţionate pot fi folosite fără costuri datorate circuitelor stabilizatoare.
Tensiunea joasă de offset reduce nevoile componentelor de off-seting ducând la un
consum foarte mic de putere, micşorând spaţiul folosit de pe placa de circuit imprimat, micşorând timpul de proiectare şi costul generat de componente. Considerând aceste caracteristici ca fiind specificaţii de foarte înaltă performanţă, circuitele MCP602X sunt ideale pentru realizarea convertoarelor analog / digitale, digital/analogice şi în aplicaţiile de citire a codurilor de bare.
Ironic vorbind, controlul digital face posibilă această familie de amplificatoare operaţionale. Memoria ROM este utilizată pentru stocarea valorilor de offset la testul final. Aceste valori sunt folosite în amplificatoare pentru compensarea tensiunilor de offset. Datorită valorilor determinate la testul final, efectele generate de tensiunea de offset sunt de asemenea compensate.
Tehnicile de nivelare folosite în trecut cereau utilizarea unor
echipamente cu laser foarte scumpe şi puteau fi făcute la un nivel mic. Odată încapsulate, nu se mai putea face nici o modificare
circuitului. Tehnicile bazate pe memoria ROM permit compensarea produsului finit ducând astfel la obţinerea unei precizii foarte mari a amplificatorului operaţional fără utilizarea echipamentului de
nivelare cu laser.
Circuitele de control digital sunt folosite pentru a aduce pe piaţă produsele analogice, produse ce sunt binevenite şi acceptate de proiectanţii de circuite digitale.
Din ce în ce mai multe componente analogice devin soluţii viabile pentru proiectanţii de sisteme digitale.
Lumea circuitelor analogice, în ciuda marilor progrese făcute de producătorii de circuite digitale, va găsi căi şi punţi de legătură
pentru satisfacerea cerinţelor ce vin din “Era Digitală”.
Microchip Technology Inc.
www.microchip.com