Identificazione della fonte di artefatto periodico all'uscita Op-Amp

Il mio doppio amplificatore operazionale MAX44251 ha un artefatto periodico indesiderato di 131 KHz molto piccolo in uscita, apparentemente indipendentemente da come è configurato.

La mia ipotesi era EMI, ma non riesco a vedere questo segnale 131KHz su qualsiasi altra parte del circuito. Ho anche testato questo in più edifici, con più sonde, con tutti gli altri dispositivi elettronici spenti e circondati da una pellicola protettiva.

Cosa devo provare a rimuoverlo? Vorrei almeno raggiungere un follower di tensione con rumore inferiore a 1mV.

In questo momento è configurato in modo molto semplice:

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

I cappucci di bypass si trovano sul livello del piano di massa inferiore. I Vias sono saldati a mano.

Ho osservato l'effetto sia attraverso la sonda passiva Agilent 10X (è difficile da vedere), sia attraverso una sonda come la seguente, con la quale posso ingrandire fino a 2mv / div. Inizialmente, è stato osservato perché l'uscita è alimentata a un comparatore e l'uscita del comparatore ha indicato che l'ampiezza del segnale di ingresso era> 2mV desiderati.

La forma d'onda è periodica ma piuttosto strana. Ecco alcune foto da diverse angolazioni:

200 ns arrestato

50 ns in esecuzione libera

20 ns Corsa libera

10 ns arrestato

Non posso davvero dire se questo è in realtà un sintomo di ciò che è descritto nel foglio dati:

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

Cosa devo provare a rimuoverlo? Vorrei almeno raggiungere un follower di tensione con rumore inferiore a 1mV.

Se hai solo bisogno di un seguace di tensione a bassa larghezza di banda: usa un filtro passa basso.

Se hai bisogno di un segnale fino a 65 kHz e oltre: una tacca RLC (band-stop) probabilmente funzionerebbe meglio; una progettazione veloce e pigra eseguita sul mio strumento di progettazione del filtro passivo preferito ha prodotto R = 0,16Ω, L = 1µH, C = 1,5µF come possibile configurazione.

Nota che potresti provare ad usare il circuito inverso (passa banda RLC; scambia (L - C) con R) nel ramo di feedback del tuo follower di tensione.

Si noti che questo è un amplificatore autozero (chiamato anche chopper stabilizzato) - molti opamp di offset molto bassi funzionano campionando periodicamente l'offset di ingresso e iniettando un offset di compensazione per contrastare la deriva nella parte frontale. Per fare questo c'è un oscillatore nell'opamp insieme a una serie di interruttori analogici all'ingresso. Ciò può comportare la trasmissione del clock all'uscita e l'iniezione di carica sui pin di ingresso.

Presumibilmente questo dispositivo utilizza 131kHz come frequenza di commutazione.

Non riesco a trovare informazioni dettagliate sulla parte Maxim ma ecco alcune informazioni per una parte Analog Devices che è probabilmente simile:

Dispositivi analogici Zero drift opamp

Se hai davvero bisogno dell'offset e della deriva bassi, allora sono il miglior tipo di dispositivi da usare - potresti dover semplicemente limitare la larghezza di banda e filtrare l'orologio.

La larghezza di banda dell'azzeramento automatico è sufficiente per comprendere il rumore 1 / f negli opamp CMOS in modo che possano essere molto bassi per le frequenze inferiori a 1 kHz, una regione in cui gli opamp CMOS tendono ad avere problemi.

Se non riesci a filtrare il rumore dell'orologio, vedi se puoi usare una parte convenzionale: spesso avranno una deriva e prestazioni di offset peggiori, ma puoi ottenerle meglio dell'offset di 100uV. Potrebbe anche essere necessario compensare la corrente di polarizzazione in ingresso perché gli amplificatori di ingresso bipolari sono generalmente migliori del CMOS per questo parametro. Di solito, anche i bipolari hanno un rumore più basso.

Un problema correlato che ho avuto con una parte di Linear Technology simile (LTC2051) è che i circuiti autozero possono impiegare molto tempo per recuperare dal sovraccarico quando l'uscita si satura - molti millisecondi per una parte con GBW di molti MHz. Ciò li rende inadatti per qualsiasi applicazione che si satura come parte normale del suo funzionamento, come oscillatori o rilevatori di soglia.

Concordo con Marcus, ~ 130 kHz sarebbe la seconda armonica della frequenza di commutazione Chopper ~ 65 kHz.

Una 'larghezza di banda a circuito chiuso' ridotta del tuo amplificatore operazionale potrebbe comportare che la seconda armonica (~ 130 kHz) abbia una grandezza maggiore rispetto alla prima armonica (~ 65 kHz), per risolvere questo, come ha detto Marcus, potrebbe essere aggiunta una soluzione un filtro passivo per filtrare quel rumore.

C'è un articolo di Art Kay , " 1 / f Noise and Zero-Drift Amplifiers ", che parla di rumore negli amplificatori operazionali a deriva zero.

Se vuoi saperne di più su Op Amp Noise, dai un'occhiata a TI Precision Labs per Noise .

Non ho una risposta, ma posso dirti, per ispirazione, come farei il debug di questo.

Innanzitutto, proverei a saldare un cappuccio di bypass direttamente sul chip. Una parte 0603, 100nF e utilizzare la treccia per collegarsi all'altro pin (per bassa induttanza). I cappucci di bypass sono dietro vie di induttanza ad alta riluttanza, e questo può renderli inefficaci per i picchi. I picchi sono a 131 kHz, ma il contenuto della frequenza è molto più alto, quindi un buon bypass conta molto.

Questo probabilmente fallirebbe :-).

Quindi sostituirei l'amplificatore: 1. Analog Devices produce amplificatori con offset con bassissimo offset. L'offset non è basso come in un amplificatore a zero automatico, ma controlla. Sono un po 'più costosi, quindi controlla il tuo budget e compensa i requisiti. Guarda AD8615 e simili. L'unica cosa, quelli diventano un po 'costosi per roba di consumo ad alto volume.

2 Inoltre, considera un buon vecchio opamp bipolare strumentale dalla discendenza marrone-marrone (Texas Instruments ora.). Utilizzare la stessa impedenza su entrambi gli ingressi per eliminare la corrente di polarizzazione e assicurarsi che l'impedenza di ingresso sia sufficientemente bassa da non importare la corrente di offset. Qualcosa di simile a opa237.

3. Prova un altro amplificatore auto-zero, forse uno con clock a spettro esteso. Ancora una volta, guarda le parti dei dispositivi analogici.

In bocca al lupo