Misterioso rumore dell'amplificatore operazionale

Ho un ottimo amplificatore operazionale ( AD8551 ) che utilizzo per amplificare dinamicamente un segnale molto piccolo (guadagno 2x, 10x, 100x, 1000x).

Il problema è che c'è un notevole livello di rumore con guadagno 100x e 1000x e ha una strana forma costante.

Se alimento il circuito con un alimentatore scarsamente stabilizzato e collego l'ingresso dell'amplificatore su GND, ottengo un livello di rumore elevato a 1000x come si vede nella figura qui sotto.

Se alimento il circuito con un alimentatore meglio stabilizzato, il rumore è ancora presente a 1000x con la stessa forma d'onda, ma con un'ampiezza inferiore. E non importa quale alimentatore utilizzo il rumore a forma strana non scompare.

Poiché il mio AD8551 ha un PSSR di 130 dB, ho pensato che TL431 utilizzato per polarizzare l'ingresso potrebbe essere difettoso. Quindi ho lasciato l'alimentatore scarsamente stabilizzato per l'amplificatore operazionale e ho usato quello migliore per TL431, ma l'uscita è la stessa. Stabilizzare la tensione sul resistore nel catodo di TL431, non cambia nulla.

L'immagine sotto è un'uscita campionata da un microcontrollore con il suo ADC interno. Come puoi vedere a 1000x, l'output oscilla quasi alla gamma completa. Il motivo per cui mancano 100x in questo test è perché ho sostituito 1MΩ R21 con un resistore da 100KΩ e 1KΩ R66 con uno da 100Ω, con conseguente amplificazione 1.1X, 2X 10X e 1000X. L'ho fatto perché temevo che il resistore di feedback R21 potesse essere troppo grande per polarizzare l'ingresso negativo dell'amplificatore operazionale, anche se la corrente di polarizzazione dell'ingresso di AD8551 ha un valore nominale massimo di 2nA. Il cambiamento ha leggermente diminuito l'ampiezza del rumore.

Il Vcc deve essere assolutamente silenzioso anche se la PSRR dell'amplificatore operazionale è di 130 dB? È il bias di input che causa questi problemi?

Non riesco a capirlo, soprattutto perché non ho accesso a un oscilloscopio. Tutto quello che ho sono le letture del microcontrollore salvate su una scheda SD.

Aggiungi i tappi di disaccoppiamento dell'alimentatore a tutti i circuiti integrati il ​​più vicino possibile ai pin di alimentazione. Un buon valore è di solito 100nF, ma potresti voler ricontrollare la scheda tecnica per i vari chip che hai usato. Risparmiare denaro lasciando il disaccoppiamento dei tappi è una cattiva scelta progettuale. I cappucci sono economici e il tempo di risoluzione dei problemi / riprogettazione è costoso.

Sembra ronzio di rete. (Suppongo che le annotazioni sul grafico mostrino che stai cambiando il guadagno di input durante l'acquisizione, in modo che l'onda sinusoidale non sia continua).

Ora non sappiamo:

• il periodo dell'onda "sinusoidale" osservata
• la frequenza di campionamento ADC
• la tua frequenza di rete ma lo fai, quindi puoi capire se questa è una possibile ipotesi.

Ad esempio, se si esegue il campionamento a 50Hz in un paese di rete a 50Hz e si vede una frequenza inferiore a 0,5Hz, è probabile che si stia alias il ronzio di rete sulla frequenza osservata.

E dati gli ingressi opamp ad alta impedenza d'ingresso, sembrano un bersaglio per l'accoppiamento elettrostatico, piuttosto che magnetico.

Ora, su quale input?

Se si rimuove il sensore e si cortocircuita l'ingresso a terra, il rumore scompare? Quindi il collegamento del sensore deve essere schermato più attentamente. Oppure è necessario un amplificatore buffer sul sensore per ridurre l'impedenza di uscita del sensore.

Se il rumore persiste: ridurre R21 a 100k e R66 a 100 ohm. Ciò ha attenuato il rumore di dieci volte? In tal caso, è l'input negativo che sta riprendendo. È più probabile che entrambi gli ingressi raccolgano rumore, poiché sono entrambi punti di impedenza abbastanza alti.

Puoi ridurre il pickup elettrostatico schermando: sperimentalmente, circonda l'amplificatore con la stagnola (e collega la stagnola alla terra dell'amplificatore)

Anche se non posso dire dalle tue trame cosa sta succedendo, suggerirei quanto segue.

Ogni volta che costruisci un circuito amplificatore, come il tuo, è estremamente saggio fornire un feedback ad alta frequenza. Per fare ciò, posizionare un cappuccio piccolo su R21. Di solito sono sufficienti 10 pF. Ciò creerà una risposta passa basso a Omega = 1 / (R21 * C), ma in genere non è un problema.

È necessario questo cappuccio per contrastare la capacità parassita sul terminale non invertente.