Identyfikowanie źródła okresowego artefaktu na wyjściu wzmacniacza operacyjnego

Moja MAX44251 podwójny op-amp ma bardzo mały niepożądany 131KHz okresowe artefakt na wyjściu, pozornie niezależnie od tego jak jest skonfigurowany.

Moje założenie było EMI, ale nie widzę tego sygnału 131 KHz w żadnej innej części obwodu. Przetestowałem to również w wielu budynkach, z wieloma sondami, z wyłączoną całą elektroniką i otoczoną folią ochronną.

Co powinienem spróbować usunąć? Chciałbym przynajmniej uzyskać podajnik napięcia z szumem poniżej 1mV.

Obecnie konfiguracja jest bardzo prosta:

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

Czapki obejściowe znajdują się na dolnej warstwie płaszczyzny uziemienia. Przelotki są lutowane ręcznie.

Obserwowałem ten efekt zarówno przez pasywną sondę Agilent 10X (trudno to zobaczyć), jak i przez następującą sondę, dzięki której mogę powiększyć do 2mv / div. Pierwotnie zaobserwowano, ponieważ wyjście jest podawane do komparatora, a wyjście komparatora wskazuje, że amplituda sygnału wejściowego była> pożądana 2mV.

Przebieg jest okresowy, ale trochę dziwny. Oto kilka zdjęć z różnych perspektyw:

200 ns zatrzymane

50 ns za darmo

20 ns Bezpłatne bieganie

10 ns zatrzymany

Naprawdę nie mogę powiedzieć, czy jest to faktycznie objaw tego, co opisano w arkuszu danych:

$30 \frac{\text{nV}}{\sqrt{\text{Hz}}}$

Co powinienem spróbować usunąć? Chciałbym przynajmniej uzyskać podajnik napięcia z szumem poniżej 1mV.

Jeśli potrzebujesz tylko ogranicznika napięcia o niskiej przepustowości: użyj filtra dolnoprzepustowego.

Jeśli potrzebujesz sygnału o częstotliwości do 65 kHz i wyższej: Prawdopodobnie najlepiej działałoby wycięcie RLC (pasmo-stop); szybki i leniwy projekt mojego ulubionego narzędzia do projektowania filtrów pasywnych dał R = 0,16 Ω, L = 1µH, C = 1,5µF jako możliwą konfigurację.

Zauważ, że możesz spróbować użyć obwodu odwrotnego (pasmo RLC; zamienić (L - C) z R) w gałęzi sprzężenia zwrotnego twojego popychacza napięcia.

Zauważ, że jest to wzmacniacz autozero (zwany również stabilizatorem choppera) - wiele opampów o bardzo niskim przesunięciu działa poprzez okresowe próbkowanie przesunięcia wejściowego i wstrzykiwanie kompensującego przesunięcia w celu przeciwdziałania dryftowi w przedniej części. Aby to zrobić, w opampie znajduje się oscylator wraz z zestawem przełączników analogowych na wejściu. Może to spowodować przepływ zegara do wyjścia, a także wstrzyknięcie ładunku na piny wejściowe.

Przypuszczalnie to urządzenie wykorzystuje 131 kHz jako częstotliwość przełączania.

Nie mogę znaleźć żadnych szczegółowych informacji na temat części Maxim, ale oto kilka informacji na temat części dotyczącej urządzeń analogowych, która prawdopodobnie jest podobna:

Urządzenia analogowe Zero drift opamp

Jeśli naprawdę potrzebujesz niskiego przesunięcia i dryfu, to są to najlepsze typy urządzeń do użycia - być może trzeba po prostu ograniczyć przepustowość i odfiltrować zegar.

Szerokość pasma automatycznego zerowania jest wystarczająca, aby objąć szum 1 / f w wzmacniaczach CMOS, aby mogły być bardzo niskim szumem dla częstotliwości poniżej 1 kHz, w regionie, w którym wzmacniacze CMOS mają zwykle problemy.

Jeśli nie możesz odfiltrować szumu zegara, sprawdź, czy możesz użyć części konwencjonalnej - często mają one gorszy dryft i przesunięcie, ale możesz uzyskać je lepiej niż przesunięcie 100uV. Być może trzeba będzie wymienić prąd wejściowy, ponieważ bipolarne wzmacniacze wejściowe są zwykle lepsze niż CMOS dla tego parametru. Dwubiegunowe są zwykle również niższe hałas.

Powiązany problem, jaki miałem z podobną częścią technologii liniowej (LTC2051), polega na tym, że obwód autozerowania może zająć bardzo dużo czasu, zanim dojdzie do przeciążenia, gdy moc wyjściowa się nasyci - wiele milisekund dla części z GBW wielu MHz. To sprawia, że ​​nie nadają się do żadnej aplikacji, która nasyca się jako normalna część działania, takiej jak oscylatory lub detektory progowe.

Zgadzam się z Marcusiem, że ~ 130 kHz będzie drugą harmoniczną częstotliwości przełączania Choppera ~ 65 kHz.

Zmniejszona „szerokość pasma w pętli zamkniętej” wzmacniacza operacyjnego może spowodować, że druga harmoniczna (~ 130 kHz) będzie miała większą wartość niż pierwsza harmoniczna (~ 65 kHz), aby rozwiązać ten problem, jak wspomniał Marcus, rozwiązaniem może być dodanie filtr pasywny do filtrowania tego hałasu.

W artykule Art Kay pt. „ 1 / f Noise and Zero-Drift Amplifiers ”, który mówi o hałasie w Zero-Drift Op Amps.

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o hałasie operacyjnym, sprawdź TI Precision Labs for Noise .

Nie mam odpowiedzi, ale mogę zainspirować cię, jak to debugować.

Najpierw spróbowałbym przylutować zaślepkę bezpośrednio do układu. Część 0603, 100nF i użyj oplotu, aby połączyć się z drugim pinem (dla niskiej indukcyjności). Obchodzisz czapki za stosunkowo przelotkami o wysokiej indukcyjności, co może sprawić, że będą nieskuteczne dla kolców. Skoki są przy 131 kHz, ale zawartość częstotliwości jest znacznie wyższa, więc dobre obejście ma bardzo duże znaczenie.

To prawdopodobnie nie powiedzie się :-).

Następnie wymieniłbym wzmacniacz: 1. Analog Devices produkuje niektóre przycięte wzmacniacze o bardzo niskim przesunięciu. Przesunięcie nie jest tak niskie jak w wzmacniaczu z zerowaniem automatycznym, ale sprawdź to. Są nieco droższe, więc sprawdź, czy masz budżet i wymagania dotyczące kompensacji. Spójrz na AD8615 i podobne. Jedyne, co jest nieco droższe w przypadku dużych ilości artykułów konsumenckich.

2 Rozważ też dobry stary instrumentalny bipolarny opamp z burr-brązowej linii (teraz Texas Instruments.). Użyj tej samej impedancji na obu wejściach, aby pozbyć się prądu polaryzacji i upewnij się, że impedancja wejściowa jest na tyle niska, że ​​prąd przesunięcia nie ma znaczenia. Coś podobnego do opa237.

3. Wypróbuj inny wzmacniacz z automatycznym zerowaniem, być może taki z zegarem o widmie rozproszonym. Ponownie spójrz na części urządzeń analogowych.

Powodzenia