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Der Operationsverstärker LT6020 allerdings erreicht eine deutlich höhere Anstiegsgeschwindigkeit, als man angesichts seiner geringen Stromaufnahme vermuten würde. Der Baustein leistet dies, indem er seine Anstiegsgeschwindigkeit an die Größe des Sprungs am Eingang anpasst, sodass er auf große Sprünge am Eingang ebenso schnell reagiert wie auf kleine Signaländerungen.

Die Bilder 2a und 2b illustrieren die Sprungantwort des LT6020 im Vergleich zu jener eines konventionellen Operationsverstärkers mit vergleichbarer Stromaufnahme. Bei herkömmlichen Operationsverstärkern ist die Großsignal-Antwort wesentlich langsamer als die Reaktion auf kleine Signalsprünge.

Der LT6020 aber reagiert auf einen 10-V-Sprung ebenso sauber wie auf eine Stufe von ±200 mV. Diese Eigenschaft, schnell zu reagieren und sich rasch auf einen neuen Wert einzuschwingen, gleichzeitig aber mit nur 100 µA Stromaufnahme auszukommen, macht den LT6020 zu einem guten Pufferbaustein im Anschluss an einen Multiplexer.

Spannungseinbrüche vermeiden

Auch wenn der auf den Multiplexer folgende Operationsverstärker schnell genug ist, gibt es ein weiteres wichtiges Detail, das häufig übersehen wird. Die meisten Präzisions-Operationsverstärker enthalten nämlich in ihrer Eingangsstufe eingebaute Schutzdioden. Diese verhindern, dass die empfindlichen Bipolartransistoren der Eingangsstufe mit Sperrspannungen konfrontiert werden.

Wenn der Multiplexer von einem Kanal zum nächsten wechselt, ändert sich die Eingangsspannung an einem Anschluss rasch, während sich der Ausgang (und damit das Signal am Feedback-Anschluss) noch nicht ändert. Dies hat zur Folge, dass eine hohe Stromspitze durch die internen Schutzdioden fließt.

Wo aber kommt dieser Strom her? Er muss von den Schaltungen kommen, die an den Eingang des Multiplexers angeschlossen sind. Wenn diese Schaltungen eine hohe Impedanz aufweisen oder langsam sind, erzeugt diese Stromspitze einen Spannungseinbruch.

Der Ausgang des Systems versucht daraufhin, diesem Spannungseinbruch am Eingang zu folgen. Der Ausgang kann sich somit nicht exakt stabilisieren, solange der besagte Spannungseinbruch nicht abgeklungen ist.

Der Operationsverstärker LT6020 bietet eine einzigartige Lösung für dieses Problem. Die Bauelemente seiner Eingangsschaltung sind zwar sehr präzise, aber dennoch robust genug, um Sperrspannungen von mehr als 5 V zu überstehen. Deshalb wird der Eingang nicht von internen Dioden geschützt, sondern von zwei antiparallel geschalteten Z-Dioden. Bei eingangsseitigen Sprüngen von 5 V oder weniger entstehen folglich keine Stromspitzen.

Die Bilder 3a und 3b machen deutlich, dass es mit dem Operationsverstärker LT6020 zu praktisch keinen Spannungseinbrüchen am Ausgang des Sensors kommt. Bei einem traditionellen Präzisions-Operationsverstärker (hier ist der LT6011 als Beispiel gezeigt) entsteht dagegen ein starker Spannungseinbruch.

Fazit

Das korrekte Multiplexen präziser Signale zu einem Ausgangssignal erfordert die sorgfältige Beachtung einiger Details. Mit einer Reihe spezieller Eigenschaften vereinfacht der Operationsverstärker LT6020 das Design von Multiplex-Lösungen. Unter anderem ist seine Anstiegsgeschwindigkeit deutlich größer als die anderer Operationsverstärker mit derart geringer Stromaufnahme, sodass er schnell auf Kanalwechsel reagieren kann. Das besondere Schutzkonzept seines Eingangs verhindert außerdem das Entstehen von Stromspitzen, die am Eingang eines konventionellen Operationsverstärkers zu Signaleinbrüchen beim Kanalwechsel führen würden.

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