Ve stylu nanopower se s driftem pod kontrolou běží napořád

Kvalita není zadarmo a peníze už vůbec ne jediným „platidlem“. Tak třeba ve vývoji si za precizní výstupy často (a snad i rádi) připlácíme většími proudovými odběry. Rovnítko mezi minimálním ujížděním napěťového offsetu a stejně tak i vlastní spotřebou se sice nepíše snadno, nicméně pomyslné misky vah dokážeme na obr. 1 přesto vyrovnat.

Úsporné a přesné SOT-23

Požadavky na způsob „Zero-Driftu“ a „Nanopower“ již nepůjdou proti sobě a naše snímací aplikace s operačními zesilovači, drátové i bezdrátové, pro sledování teploty, proudového odběru, mechanického namáhání nebo např. k detekci přítomnosti plynů, mohou proto zůstat trvale pod napětím. To pak ušetříme i za další obvody, které by musely takové struktury cyklicky zapínat a vypínat.

Jeden vhodný prvek, zde konkrétně jednokanálový obvod „650nA, Precision Zero-Drift Nanopower Amplifier“ [1] v pětivývodových pouzdrech typu SOT-23 za cenu 0,8 dolaru (@ 1 000 ks), v prosinci představila firma Texas Instruments a hned s ním počítá i v několika referenčních návrzích – například v bezdrátových detektorech oxidu uhelnatého s BLE a výdrží mincové baterie více než deset let [2]. Zjednodušenou vnitřní strukturu LPV821 zachycuje obr. 2.

Maximální napěťový offset nového Rail-to-Rail OZ na úrovni ±10 μV, jeho nejvyšší drift ±0,096 μV/°C a také GBW 0,008 MHz, to vše bude vykoupeno spotřebou, která ani v případě +125 °C výrazněji nepřekročí 0,9 μA. A pokud vše propojíme s dalšími „nanopower“ komparátory TLV3691 v mikropouzdrech o rozměrech 1 × 1 mm a s napájecím napětím již od ±0,45 V, dvoukanálovými A/D převodníky ADS7142 nebo např. mikrokontroléry SimpleLink™ CC1310 pracujícími v pásmu do 1 GHz, pošleme ručičku ampérmetru ještě více doleva.

Mezi zátěž a převodník

Vedle senzorů zapojíme nové OZ také v kapesních systémech poháněných (nabíjecí) baterií. Sledujeme její napětí a na několik způsobů také proud tekoucí zátěží, přesně jak to s využitím naší novinky rozebírá [3]. Úbytek na rezistoru zapojeném oproti zemi snímáme jedním vývodem, příp. se v duchu obr. 3 vyhneme vlivu odporu zbývající proudové cesty a LPV821 provozujeme rozdílově a nebo i v obou směrech. Podmínku vyššího CMRR s OZ splňujeme, ovšem velký pozor na napětí nad 4 V! Zesilovače LPV821 vybavené autokalibrační funkcí si zakládají na vlastním potlačování offsetu každou 1 ms, což se příznivě odráží i na hladině šumu 3,9 μVPP v pásmu do 10 Hz. Samoopravné postupy pro zajištění takřka nulového ujíždění s časem i teplotou blíže popisuje [4]. V principu si představíme sadu spínačů invertujících v každém kalibračním cyklu vstupní signál tak, že nakonec zůstane ve fázi, zatímco polarita offsetu se obrátí a vyruší. O zbytek se již postará synchronní notch filtr provozovaný na stejném spínacím kmitočtu.