Analogtipp

Verstärker mit „Disable“-Funktion eliminiert Multiplexer

30.07.13 | Autor / Redakteur: Charly El-Khoury * / Kristin Rinortner

Bild 1: 2:1 Multiplexer mit zwei Operationsverstärkern des Typs AD8041
Bild 1: 2:1 Multiplexer mit zwei Operationsverstärkern des Typs AD8041 (Bild: Analog Devices)

Der Einsatz von Verstärkern mit einer „Disable”-Funktion als Kanalwähler in mehrkanaligen Applikationen ist möglich, solange alle nacheinander geschalteten Dioden zwischen den Eingängen ungesättigt bleiben. Im Tipp lesen Sie, wie man das macht.

Mit einem Multiplexer (Mux) lässt sich aus mehreren Eingangssignalen ein Signal auswählen und an den Ausgang durchschalten. So kann ein Bauteil oder eine Ressource wie etwa ein A/D-Wandler in einer Mixed-Signal-Anwendung oder das Display einer Video-Applikation geteilt werden, statt pro Eingang ein Bauteil zu verwenden. Viele Anwendungen nutzen Verstärker, die das Signal vor dem Multiplexer aufbereiten. In diesen Fällen können Verstärker mit einer „Disable”-Funktion verwendet werden, um den Kanal auszuwählen. Dies macht den Multiplexer überflüssig und reduziert die Kosten, den Platzbedarf auf der Leiterplatte und die Verzerrungen. Dieser Analogtipp zeigt, wie man Operationsverstärker mit einer „Disable”-Funktion zur Kanalauswahl einsetzt.

Zunächst sollte man den Unterschied zwischen der „Disable”-Funktion und der „Power-down“-Funktion verstehen. Wenn ein Verstärker abgeschaltet oder „Disabled“ ist, sinkt die Stromaufnahme und der Ausgang gelangt in einen hochohmigen Zustand. Jetzt können mehrere Ausgänge zusammengeschaltet werden. Dies ist der Unterschied zur „Power-down“-Funktion, die nur dazu da ist, Energie zu sparen.

Beim Einsatz von Operationsverstärkern zur Auswahl von Kanälen ist ebenfalls die maximal zulässige Spannung zwischen den Verstärkereingängen zu berücksichtigen. Diese Information findet man normalerweise in den Spezifikationen des Datenblattes. Falls der Verstärker Back-to-Back-Dioden zwischen seinen Eingängen hat, ist die differenzielle Eingangsspannung je nach Anzahl der in Serie geschalteten Back-to-Back-Dioden auf 0,7 V, 1,2 V oder mehr begrenzt – selbst wenn der Verstärker abgeschaltet ist.

Einige Verstärker wie etwa der AD8041 haben keine Back-to-Back-Dioden zwischen ihren Eingängen und können somit mit differenziellen Eingangsspannungen bis zu ±3,4 V arbeiten. Im abgeschalteten Zustand ist der Verstärkerausgang in einem Zustand mit hoher Impedanz. Konfiguriert für eine Verstärkung von 2 können zwei Verstärker miteinander verbunden werden, um einen von zwei Kanälen auszuwählen. Dabei wird an einer unipolaren Spannung von 5 V gearbeitet (Bild 1).

Der Einsatz von Verstärkern mit einer „Disable”-Funktion als Kanalwähler ist möglich, solange alle eingangsseitigen Back-to-Back-Dioden ungesättigt bleiben. Eine „Unity-Gain”-Konfiguration ist wesentlich begrenzter als höhere Verstärkungen, wo die Verstärkungs- und Rückkopplungswiderstände den Stromfluss durch die Back-to-Back-Dioden begrenzen und die Gleichstromvorspannung eliminieren können. Falls Einsverstärkung oder „Unity-Gain” erforderlich ist, können Widerstände in der Rückkopplungsschleife verwendet werden, solange der Verstärker in dieser Konfiguration stabil ist. Bedenken sollte man, dass Back-to-Back-Dioden Verzerrungen verursachen können. Verstärker ohne Back-to-Back-Dioden sind daher bei Anwendungen mit sehr hoher Genauigkeit eventuell die bessere Wahl.

* Charly El-Khoury ist Applikationsingenieur in der High Speed Amplifier Group von Analog Devices in Limerick / Irland.

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