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Design Example: Capacitance Multiplier Circuit01:20

Design Example: Capacitance Multiplier Circuit

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In integrated circuit technology, a capacitance multiplier is often utilized to produce a larger capacitance value when a small physical capacitance falls short. This is achieved by a circuit that multiplies capacitance values by a factor of up to 1000, such that a 10-pF capacitor can replicate the performance of a 100-nF capacitor.
The circuit illustrated in Figure 1 below incorporates two op-amps, with the first operating as a voltage follower and the second acting as an inverting amplifier.
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PubMed
Resumen

Un nuevo circuito de cinco componentes reduce efectivamente los errores de redistribución de carga en las entradas del convertidor analógico a digital (ADC) para sistemas integrados. Esta solución rentable mejora significativamente los tiempos de asentamiento y la precisión en aplicaciones de sensores multiplexados.

Palabras clave:
Interfaz con el ADCCódigo grisPrecarga por capacidadinyección de cargaredistribución de las cargassistemas integradosdiseño de bajo costoMultiplicador de imágenesPrecisión del sensorefectos transitorios

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Área de la Ciencia:

  • Ingeniería eléctrica
  • Sistemas integrados
  • Conversión analógica a digital

Sus antecedentes:

  • Los efectos de redistribución de carga en las entradas del convertidor analógico a digital (ADC) degradan la precisión, especialmente con fuentes multiplexadas de alta resistencia de salida en aplicaciones integradas.
  • Los métodos tradicionales como la puesta a tierra o dejar las entradas flotando son insuficientes para mitigar estos fallos transitorios y resolver los problemas de tiempo.

Objetivo del estudio:

  • Proponer y validar un circuito de precarga capacitivo discreto y rentable para las entradas del ADC.
  • Para mitigar los efectos de redistribución de carga y reducir los tiempos de asentamiento en sistemas de sensores integrados de bajo costo.

Principales métodos:

  • Desarrolló un circuito discreto de cinco componentes utilizando dos condensadores y tres interruptores.
  • Funciones de multiplicador de palanca para precargar las entradas del ADC a aproximadamente la mitad de la tensión de referencia.
  • Analizar y validar experimentalmente el rendimiento del circuito con respecto a los métodos convencionales.

Principales resultados:

  • Se logra una precarga de aproximadamente la mitad de la tensión de referencia, reduciendo los fallos transitorios.
  • Se demostró una mejora significativa en los tiempos de asentamiento, hasta 1,4 μs más cortos que los enfoques convencionales.
  • Proporcionó directrices para la selección de componentes, abordando la inyección de carga y otras preocupaciones prácticas.

Conclusiones:

  • El método de precarga capacitiva discreta propuesto aborda efectivamente los desafíos de la redistribución de carga en las entradas del ADC.
  • Esta estrategia práctica de componentes mínimos mejora la precisión de entrada y la velocidad de respuesta del ADC en sistemas integrados con recursos limitados.
  • La solución ofrece un enfoque rentable para mejorar el rendimiento en aplicaciones de fuentes multiplexadas de alta resistencia de salida.