Gibt es einen Nachteil, einen Operationsverstärker mit asymmetrischen Spannungsschienen zu betreiben?

Solange die Eingangspins oder die Ausgangspins eines typischen Rail-to-Rail-Operationsverstärkers zwischen den Schienenspannungen liegen, ist die „Masse“-Referenz nicht tatsächlich auf die Mitte zwischen den Schienen festgelegt. (Hinweis: IIRC, es gibt einige Operationsverstärker, die tatsächlich einen separaten Erdungsstift haben.)

Betrachten wir zur Veranschaulichung einen Rail-to-Rail Input/Output (RRIO) Operationsverstärker in einer Spannungsfolger-Konfiguration:

Wir versorgen die Operationsverstärkerschienen mit +/- 9,15 Volt und injizieren ein AC-Signal mit einer DC-Vorspannung von 7,5 Volt und einer Spitze-zu-Spitze-AC-Amplitude von 3,3 Volt.

Der Ausgang würde zwischen +9,15 Volt und +5,85 Volt verlaufen, was innerhalb des Betriebsbereichs dieses hypothetischen Operationsverstärkers liegt. Der Rest des Betriebsbereichs von -9,15 Volt bis +5,85 Volt würde ungenutzt bleiben, solange das Signal innerhalb der Parameter bleibt.

Der mittlere Wert, 7,5 Volt, kann somit als „Masse“ für dieses Signal behandelt werden.

Mit anderen Worten, der Operationsverstärker kümmert sich nicht um die Symmetrie der Schienen, er weiß nicht, wo "Masse" ist.

Bei einem echten Operationsverstärker und nicht bei einem idealen Operationsverstärker kann es einen minimalen Headroom für den Ausgangshub geben, von einigen Millivolt bis zu einigen Volt. Dies muss also in der in der Frage dargelegten Strategie berücksichtigt werden.

Außerdem mögen die MCU-Stifte eine Traversierung unterhalb der MCU-Masseschiene nicht gut vertragen. Daher wäre eine Begrenzungsdiode an der Erdungsschiene auf der Eingangsseite eine gute Idee.

Sollte kein Problem sein. Ein Dual-Rail-Operationsverstärker hat keine Ahnung, wo GND liegt, sodass er mit +/- 15 V oder 3,3 V/-15 V einfach einen kleineren Ausgangsbereich liefert. In der Tat ähnelt dies dem Fall von Single-Rail-Operationsverstärkern, die von 0 V bis 3,3 V betrieben und um Vcc/2 vorgespannt werden müssen.

Ein zu erwähnender Vorbehalt ist, dass Sie bei Verwendung asymmetrischer Spannungen möglicherweise auf ein asymmetrisches Clipping Ihres Signals am Ausgang stoßen. Ein Schwingen von Schiene zu Schiene aufgrund von Sättigung (3,3 V bis -15 V) wird die positive Schiene wahrscheinlich nicht begrenzen (da 3,3 V weit von 15 V entfernt ist), kann aber auf der -15 V begrenzen. Wenn dir das egal ist, dann mach es.

Dies ist eine ungewöhnliche Verwendung eines Operationsverstärkers. Ich bin gespannt, ob Ihre MCU nur 0 - 3,3 V aufnehmen kann, warum nicht einfach einen Rail-to-Rail-Operationsverstärker mit Einzelversorgung wie OP340 ( Datenblatt ) verwenden.

Überspannungsbegrenzungsdioden sind eine gängige Methode, um mit dem Risiko umzugehen, dass ein analoger Abschnitt mit großen Versorgungsschienen den A/D mit Logikversorgungsschienen überspannen kann.

Hier ist ein Beispiel. Angenommen, Sie haben ein kleines Differenzsignal, das auf einem Gleichtakt reitet, und letzterer kann in einem weiten Bereich variieren. Sie benötigen breite Stromversorgungsschienen, um den Gleichtakt aufzunehmen. Dann besteht die Sorge, dass der Ausgang der analogen Stufe den A/D überspannen kann.

D11 oder D12 klemmen, während R7 den Strom begrenzt. In diesem Beispiel beträgt der absolute maximale Spannungsbereich für den Eingang -0,3 V bis (VDD+ 0,3 V).

Dies ist nur eine Art von Klemme. Es ist auch möglich mit einem Zener zu spannen.