Mengidentifikasi Sumber Artefak Berkala di Keluaran Op-Amp

Saya MAX44251 ganda op-amp memiliki artefak periodik 131KHz yang tidak diinginkan sangat kecil pada output, yang tampaknya terlepas dari bagaimana itu dikonfigurasi.

Asumsi saya adalah EMI, tetapi saya tidak dapat melihat sinyal 131KHz ini pada bagian lain dari rangkaian. Saya juga telah menguji ini di beberapa gedung, dengan banyak probe, dengan semua peralatan elektronik lainnya dimatikan, dan dikelilingi oleh pelindung foil.

Apa yang harus saya coba hapus? Saya ingin setidaknya mencapai pengikut tegangan dengan noise di bawah 1mV.

Saat ini dikonfigurasi dengan sangat sederhana:

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Tutup bypass berada di lapisan bidang tanah bawah. Vias disolder tangan.

Saya telah mengamati efek melalui kedua probe pasif Agilent 10X (Sulit untuk melihat), dan melalui probe seperti berikut, dengan mana saya dapat memperbesar hingga 2mv / div. Awalnya, diamati karena output diumpankan ke komparator, dan output komparator menunjukkan amplitudo sinyal input> 2mV yang diinginkan.

Bentuk gelombangnya periodik tapi agak aneh. Berikut beberapa foto dari berbagai sudut:

200 nd Berhenti

50 ns Free Running

20 ns Gratis berlari

10 nd Berhenti

Saya benar-benar tidak tahu apakah ini sebenarnya gejala dari apa yang dijelaskan dalam lembar data:

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

Apa yang harus saya coba hapus? Saya ingin setidaknya mencapai pengikut tegangan dengan noise di bawah 1mV.

Jika Anda hanya perlu pengikut tegangan rendah bandwidth: Gunakan filter low-pass.

Jika Anda membutuhkan sinyal hingga 65 kHz ke atas: Takik RLC (band-stop) mungkin akan bekerja paling baik; desain cepat & malas dijalankan pada alat desain filter pasif favorit saya menghasilkan R = 0.16Ω, L = 1μH, C = 1.5μF sebagai konfigurasi mungkin.

Perhatikan bahwa Anda dapat mencoba menggunakan sirkuit terbalik (bandpass RLC; menukar (L - C) dengan R) di cabang umpan balik dari pengikut tegangan Anda.

Perhatikan bahwa ini adalah amplifier autozero (juga disebut chopper distabilkan) - banyak opamps offset yang sangat rendah bekerja dengan secara berkala mengambil sampel input offset dan menyuntikkan offset kompensasi untuk melawan penyimpangan di ujung depan. Untuk melakukan ini ada osilator di opamp bersama dengan satu set switch analog pada input. Ini dapat menghasilkan feed clock untuk output serta injeksi biaya pada pin input.

Agaknya perangkat ini menggunakan 131kHz sebagai frekuensi switching.

Saya tidak dapat menemukan informasi terperinci pada bagian Maxim tetapi di sini ada beberapa info untuk bagian Perangkat Analog yang mungkin serupa:

Perangkat Analog Zero drift opamp

Jika Anda benar-benar membutuhkan offset rendah dan penyimpangan maka mereka adalah jenis perangkat terbaik untuk digunakan - Anda mungkin perlu Hanya membatasi bandwidth Anda dan menyaring waktu.

Bandwidth dari auto-zeroing sudah cukup untuk mencakup noise 1 / f di CMOS opamps sehingga mereka bisa menjadi noise yang sangat rendah untuk frekuensi di bawah 1kHz, wilayah di mana CMOS opamps cenderung mengalami masalah.

Jika Anda tidak dapat memfilter derau jam, lihat apakah Anda dapat menggunakan bagian konvensional - seringkali akan memiliki kinerja penyimpangan dan offset yang lebih buruk, tetapi Anda bisa membuatnya lebih baik daripada offset 100uV. Anda mungkin juga harus menukar arus masukan bias karena penguat input bipolar biasanya lebih baik daripada CMOS untuk parameter ini. Bipolar biasanya juga memiliki noise yang lebih rendah.

Masalah terkait yang saya miliki dengan bagian Teknologi Linear yang serupa (LTC2051) adalah bahwa sirkuit autozero dapat membutuhkan waktu yang sangat lama untuk pulih dari kelebihan beban ketika output jenuh - banyak milidetik untuk bagian dengan GBW dari banyak MHz. Ini membuat mereka tidak cocok untuk aplikasi apa pun yang jenuh sebagai bagian normal dari operasinya seperti osilator atau detektor ambang batas.

Saya setuju dengan Marcus, ~ 130 kHz akan menjadi harmonik kedua dari frekuensi switching Chopper ~ 65 kHz.

Berkurangnya 'Bandwidth Loop Tertutup' dari Op Amp Anda dapat menghasilkan harmonik kedua (~ 130 kHz) menjadi lebih besar daripada harmonik pertama (~ 65 kHz), untuk menyelesaikan ini, seperti yang disebutkan Marcus, solusi dapat menambahkan filter pasif untuk menyaring kebisingan itu.

Ada sebuah artikel oleh Art Kay , " 1 / f Noise dan Zero-Drift Amplifier ", yang berbicara tentang kebisingan di Zero-Drift Op Amps.

Jika Anda ingin mempelajari lebih lanjut tentang Op Amp Noise, lihat TI Precision Labs for Noise .

Tidak punya jawaban, tapi saya bisa memberi tahu Anda, untuk inspirasi, bagaimana saya akan men-debug ini.

Pertama, saya akan mencoba untuk menyolder topi memotong langsung ke chip. Bagian 0603, 100nF, dan gunakan jalinan untuk terhubung ke pin lainnya (untuk induktansi rendah). Anda topi bypass berada di belakang vias induktansi yang relatif tinggi, dan ini dapat membuat mereka tidak efektif untuk paku. Paku berada pada 131 kHz, tetapi konten frekuensinya jauh lebih tinggi, sehingga bypass yang baik sangat berarti.

Ini mungkin akan gagal :-).

Maka saya akan mengganti amp: 1. Perangkat Analog membuat beberapa amp offset terpangkas sangat rendah. Offsetnya tidak serendah di amp auto-nol, tetapi periksa. Itu sedikit lebih mahal, jadi periksalah anggaran Anda dan ganti rugi persyaratan. Lihatlah AD8615 dan sejenisnya. Satu-satunya hal, mereka mendapatkan sedikit mahal untuk barang-barang konsumen bervolume tinggi.

2 Juga, pertimbangkan opamp bipolar instrumental tua yang baik dari garis keturunan burr-brown (Texas Instruments sekarang.). Gunakan impedansi yang sama pada kedua input untuk menghilangkan arus bias, dan pastikan impedansi input cukup rendah sehingga arus offset tidak masalah. Sesuatu yang mirip dengan opa237.

3. Coba amp auto-nol yang berbeda, mungkin yang memiliki clock spread-spectrum. Sekali lagi, lihat bagian perangkat analog.

Semoga berhasil