Page 44 - 碳排法規啟動 電源技術助用電大戶渡難關

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在採集階段的後半程完成對內建 採樣電容的充電所需的動態電流 很小。然而，這個動態電流還不到 直接驅動(不啟用預充電緩衝器) 輸入採樣電容所需電流的1%，因 此支援使用頻寬窄得多的放大器 和更小的輸入濾波電容。
的電壓。 由於採樣電容在轉換階段結
Qfine = Qtotal - Qcoarse (11) 將公式(8)和(9)代入公式(11)
圖2所示的典型高電平訊號 鏈中，外部輸入放大器和內建預 充電緩衝器為Cin充電，而圖3則突 出顯示了使用預充電緩衝器時的 時序細節。
下，調變器取樣速率等於主時脈 頻率Fclk的一半。將公式(3)和公式 (4)代入公式(2)就能得到公式(5):
將公式(13)和(4)代入公式(2) 得到公式(14)，也就是使用預充電 輸入緩衝器時的平均輸入電流。
AIN-Coarse、AIN-Fine和 AIN-Reset是內建開關控制訊號。 當控制電平為1時內建開關打開， 當控制電平為0時內建開關關閉。 觀察內建採樣保持電容兩端的Vcin 電壓波形可以發現，預充電緩衝器 在AIN-Coarse = 1階段將輸入電容 電壓充電至最終目標值的99.9% 左右(3.98V)。而在AIN-Fine = 1 階段，外部輸入放大器將內建採 樣電容充電至最終輸入電壓(4V)。
(5) 使用預充電緩衝器時，外部 輸入放大器提供的電荷是輸入電 容上總電荷的一小部分。在公式 (6)、(7)和(8)中，G代表預充電緩 衝器的增益，理想值G = 1，典型範 圍為0.995 < G < 1.005。如果將 AIN-coarse階段結束時輸入電容 充電達到的電壓表示為Vin-coarse，
將公式(5)代入公式(14)得到 公式(15)。現在可以看到，不用預 充電緩衝器的平均輸入電流Iavg 現在降低了(1-G)倍，其中G的典 型範圍為0.995 < G < 1.005(對 ADS127L11而言):
預充電緩衝器最佳化輸入電流
則預充電緩衝器提供的電荷為:
(15) 外部濾波電容Cfilt提供了峰值 電流一大部分，但外部輸入放大器 也需要提供很大的動態電流。與平 均電流的降低非常相似，峰值電流 的下降也很顯著。峰值電流的這種 降低通常會帶來總失真的降低，這 正是使用帶有高速輸入放大器的 預充電緩衝器可以提供更好系統
如前所述，預充電緩衝器降低 了驅動輸入所需的平均輸入電流。 在推導啟用預充電緩衝器時的平 均輸入電流公式之前，先推導出在 不用預充電緩衝器而是直接驅動 輸入端時的平均輸入電流公式。針 對平均輸入電流的公式(1)基於人們 熟悉的電容中總電荷公式:
Qcoarse = Vin-coarse × Cin (6)
Qin = Cin × Vin (1)
電容上的總電荷為Cin × Vin，因 此可以將輸入端子直接提供的電 荷表示為Qfine，如公式(9)和(10) 所示:
其中，Qin是Cin上的總電 荷，Vin是採集週期結束時採樣電 容上的電壓，約等於ADC輸入端
Qtotal = Cin × Vin (9)
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束時被復位為0V，因此可以用公式 (2)表示平均輸入電流:
得到公式(12)和(13):
式(8):
性能的原因。 峰值輸入電流受內建AIN-
Iavg = Qin × Fmod (2) 其中Fmod是調變器取樣速率或
Qfine =Vin ×Cin -G×Vin ×Cin (12)
ADC輸入端的採樣頻率。 對於ADS127L11，高速模式
Qfine = (1-G) × Cin × Vin (13)
Qin = Cin × Vin (3) Fmod = 1/2 × Fclk (4) Iavg =1/2×Fclk ×Cin ×Vin
Iavg-precharge = 1/2 × Fclk × (1- G) × Cin × Vin (14)
Vin-coarse =G × Vin (7) 將公式(7)代入公式(6)得到公
Qcoarse = G × Vin × Cin (8) 由於在採集階段結束時輸入
Fine開關電阻Rsw的限制，可使用 公式(16)計算得到。對ADS127L11 來說，從AINP和AINN端看過去 的差分輸入開關電阻典型值為 165Ω。在輸入電壓為4V且沒有預 充電緩衝器的情況下，每個週期 內產生的峰值電流Ipeak接近24mA (公式(17))，這對於大多數精密放
Qtotal = Qcoarse + Qfine (10) 重整公式(10)得到公式(11):
Iavg-precharge = (1-G) × Iavg
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