Шум от операционного усилителя Опции

[Yury Sokolov]

Привет всем,

Имеется схема:


Наблюдается следующая проблема - значение ADC достаточно сильно скачет, меряли осцилографом всю схему результат таков:

Напряжение 2.5v от линейного стабилизатора, в точке TP1 - всё чисто.
После резистора R2 в точке TP2 - шум, причём высокий 0,1v.
В точке TP3 на выходе операционного усилителя она же обратная связь - выходит синусоида ~130-150kHz амплитуда 0.1 - 0.2 v
В точке TP4 также синусоида но более сглажена.
Питание 3.3v от импульсного источника, достаточно ровное.

В чём может быть проблема появления таких шумов? Предположительно операционный усилитель создаёт такой шум, хотя по схеме вроде всё правильно но наблюдается не на одной плате такое.
Может ли операционный усилитель создавать шум на входе? и из этого синусоиду на выходе?

[Victor®]

Генератор у Вас вышел (точнее нестабильная схема).
100 pF нагрузка для этого ОУ (в этом включении) слишком много.
Изучайте даташит на MAX9912 (с. 9, Driving Capacitive Load)

Сообщение отредактировал Herz - Dec 17 2013, 18:31

Причина редактирования: Избыточное цитирование

[ViKo]

Допустим, импульсные помехи по питанию, которых вы не видите вашим осциллографом, мешают работе ОУ. Попробуйте отфильтровать питание ферритовой бусиной и конденсаторами.
Может быть, по земле бегают помехи.
Попробуйте конденсатор в TP2 повесить.
А ОУ - медленный, и из помех делает синус.

[artkam]

Номинал блокировочных конденсаторов ёмкостью 0.1 мкФ пришёл из схем 60-х годов прошлого века!
Хорошим правилом для осуществления эффективной развязки является использование нескольких конденсаторов, включённых параллельно.
Стандартный конденсатор ёмкостью 0.1 мкФ прекрасно работает на частотах до 10 МГц, конденсатор ёмкостью 1000 пФ с диэлектриком типа NP0 работает до 100 МГц, а конденсатор 33 пФ NP0 фильтрует помехи в диапазоне до
2.4 ГГц. Для устранения низкочастотных пульсаций напряжения питания в месте его ввода на плату устанавливаются большие электролитические конденсаторы.

[Victor®]

Номинал блокировочных конденсаторов ёмкостью 0.1 мкФ пришёл из схем 60-х годов прошлого века!
Хорошим правилом для осуществления эффективной развязки является использование нескольких конденсаторов, включённых параллельно.
Стандартный конденсатор ёмкостью 0.1 мкФ прекрасно работает на частотах до 10 МГц, конденсатор ёмкостью 1000 пФ с диэлектриком типа NP0 работает до 100 МГц, а конденсатор 33 пФ NP0 фильтрует помехи в диапазоне до
2.4 ГГц. Для устранения низкочастотных пульсаций напряжения питания в месте его ввода на плату устанавливаются большие электролитические конденсаторы.

И как это относится к вопросу ТС?

Если уж начали писать "про это", то надо добавить, что еще очень важен типоразмер конденсатора.
Вообщем, грамотные люди знают как считать PDN

P.S.
Ух.. это сообщение стало 2000-ым

[Ariel]

Номинал блокировочных конденсаторов ёмкостью 0.1 мкФ пришёл из схем 60-х годов прошлого века!

не похоже что проблема в питании или в блокировочном конденсаторе. У этого опереционника psrr больше 65dB!
Cкорее всего как заметил Victor, проблема в нагрузочной емкости. Какова входная емкость A/D? Какова емкость проводника соединенного с TP3?

[ViKo]

не похоже что проблема в питании или в блокировочном конденсаторе. У этого опереционника psrr больше 65dB!

Смотря, для какой частоты. На ВЧ, наверняка, намного меньше. Как и у всех ОУ.

[Леонид Иванович]

Номинал блокировочных конденсаторов ёмкостью 0.1 мкФ пришёл из схем 60-х годов прошлого века!

Как раз наоборот. Из прошлого века пришло правило ставить параллельно несколько конденсаторов разной емкости. Потому что в прошлом веке они были разными конструктивно. Важен только типоразмер конденсатора. Если ставите 0.1 мкФ размера 0805, то нет никакого смысла ставить параллельно 10 нФ или 1 нФ такого же размера. Но если другой конденсатор будет размера 0603 - тогда другое дело. За малым исключением - у каждого конденсатора есть своя резонансная частота, где его импеданс сильно падает. Включив параллельно много конденсаторов разных номиналов, можно этот импеданс удерживать низким в какой-то полосе частот. Но это высшие материи, в рядовых схемах такого не требуется. В эпоху SMD для развязок по питанию не СВЧ схем достаточно одного конденсатора 0.1 мкФ.

[Victor®]

Как раз наоборот. Из прошлого века пришло правило ставить параллельно несколько конденсаторов разной емкости. Потому что в прошлом веке они были разными конструктивно. Важен только типоразмер конденсатора. Если ставите 0.1 мкФ размера 0805, то нет никакого смысла ставить параллельно 10 нФ или 1 нФ такого же размера. Но если другой конденсатор будет размера 0603 - тогда другое дело. За малым исключением - у каждого конденсатора есть своя резонансная частота, где его импеданс сильно падает. Включив параллельно много конденсаторов разных номиналов, можно этот импеданс удерживать низким в какой-то полосе частот. Но это высшие материи, в рядовых схемах такого не требуется. В эпоху SMD для развязок по питанию не СВЧ схем достаточно одного конденсатора 0.1 мкФ.

Не совсем так...
Для "быстрых" чипов (CPU, FPGA, PCIe Swithes, SRIO...) это очень актуально.
Например, Altera предоставляет достаточно мощный экселовский калькулятор для этого.
(Который, кстати, можно использовать не только для их чипов.)
Xilinx для каждого семейства и чипа предоставляет таблицу (какие конденсаторы, сколько и куда ставить)

Если сильно не заморачиваться - ставлю по рекомендациям производителей или как в китах (применяю от 1206 до 0201).

[Herz]

Если сильно не заморачиваться - ставлю по рекомендациям производителей или как в китах (применяю от 1206 до 0201).

Применяете 0201?! Снимаю шляпу. Особенно, если паяете их самостоятельно. Простите за любопытство, Вы мобилы или луноходы разрабатываете?
Что до рекомендаций, так Леонид Иванович, похоже, как раз "быстрые чипы" и имел в виду под исключениями.

[rloc]

Применяете 0201?! Снимаю шляпу.

А микросхемы размером 1мм x 1мм и шестью выводами? Например - NXP 74AXP1G57.

В чём может быть проблема появления таких шумов? Предположительно операционный усилитель создаёт такой шум, хотя по схеме вроде всё правильно но наблюдается не на одной плате такое.
Может ли операционный усилитель создавать шум на входе? и из этого синусоиду на выходе?

Многие усилители не любят работать со 100% обратной связью. Добавьте резистор ~ 100-1000 Ом в разрыв между выходом и инверсным входом, после того как убедитесь, что с печатью и ЭМС все в порядке.

[Ariel]

По-моему, вы уклонились от теиы заданной TC. Какие дополнительные резисторы, какие 0201 конденсаторы?! TC спрашивает про конкретный операйионник MAX9912, приводя такую же схему, как в его даташит. Как следует из таблицы, максимальная нагрузочная емкость должна быть всего 100pF, но с учетом емкости A/D+монтажа она больше, вот операционник и завозбуждался.
Надо всего лишь увеличить R1 или уменьшить C2

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Herz]

А микросхемы размером 1мм x 1мм и шестью выводами? Например - NXP 74AXP1G57.

Нет, я такие не использую. Не те задачи. В последние годы полностью перестал использовать чипы от Maxim из-за их безальтернативного курса на миниатюризацию.

Многие усилители не любят работать со 100% обратной связью. Добавьте резистор ~ 100-1000 Ом в разрыв между выходом и инверсным входом, после того как убедитесь, что с печатью и ЭМС все в порядке.

Нет, в документации на этот ОУ чётко указано, что он стабилен при единичном усилении.

[rloc]

Нет, в документации на этот ОУ чётко указано, что он стабилен при единичном усилении.

Я предложил другое усиление? Вам не кажется противоречивым: с одной стороны они пишут нужно изолирующие сопротивление по выходу от емкости, а с другой стороны - подключают выход напрямую к емкостному входу. В документе не вижу номинала входной емкости, но ориентируясь на низкочастотное применение, ее значение может быть больше 30 пФ.

[Ruslan1]

Многие усилители не любят работать со 100% обратной связью. Добавьте резистор ~ 100-1000 Ом в разрыв между выходом и инверсным входом...

А как это по даташиту понять, на какой параметр обратить внимание?
(Часто ставлю операционники повторителями, не хочу в будущем проблему себе создать из-за невнимательности).

[Plain]

в точке TP2 - шум, причём высокий 0,1v

Кривая разводка.

[rloc]

А как это по даташиту понять, на какой параметр обратить внимание?
(Часто ставлю операционники повторителями, не хочу в будущем проблему себе создать из-за невнимательности).

Рассчитывать. У Ti на этот счет есть хороший документ, лучше и не скажешь:
Op amp stability and input capacitance By Ron Mancini

В любом случае неплохо предусмотреть пару резисторов: один по выходу, другой - в обратной связи. Можно взять усилители с уже разделенным выходом, например - AD8000

[Ruslan1]

rloc, спасибо!

[ViKo]

Можно взять усилители с уже разделенным выходом, например - AD8000

Предлагаете совершенно неадекватную замену, если топикстартеру.

[rloc]

А если не автору топика?

[ViKo]

А если не автору топика?

... то в статье, что вы привели, на стр. 27 написано: "It is obvious that increasing the value of RF makes it dominant over ZOUT and will quickly make the circuit oscillate". Как это согласуется с вашей рекомендацией вставить резистор между выходом и инвертирующим входом?

Нужно руководствоваться следующим правилом. На инвертирующем входе ОУ нужно минимизировать емкость. Иначе (особенно с предложенным вами резистором) образуется фильтр НЧ, который подавляет, как вы понимаете высокие частоты, которые ОУ будет пытаться "восстановить". Так и возникает возбуждение.

[rloc]

Основная мысль была - производители иногда предлагают усилители, в которых проблемы с устойчивостью решаются/уменьшаются дополнительными средствами, на что также следует обращать внимание.

На инвертирующем входе ОУ нужно минимизировать емкость.

Входная емкость микросхемы ничем не минимизируется.

Иначе (особенно с предложенным вами резистором) образуется фильтр НЧ, который подавляет, как вы понимаете высокие частоты, которые ОУ будет пытаться "восстановить".

Не доводите ситуацию до абсурда. Специально привел статью, где резистором корректируется положение полюса. Нужно считать, моделировать, экспериментировать, а не брать с потолка.

[ViKo]

Основная мысль была - производители иногда предлагают усилители, в которых проблемы с устойчивостью решаются/уменьшаются дополнительными средствами, на что также следует обращать внимание.

В том высокочастотном ОУ (AD8000) выход выведен на две стороны, чтобы проще было развести цепь обратной связи, уменьшить паразитные элементы. Конечно, повлияет и на устойчивость. В частотной области под гигагерц. В обычных ОУ производители (и потребители) обходятся одним выходом.

Входная емкость микросхемы ничем не минимизируется.

Речь не про входную емкость ОУ, а про емкость на его входе. Если под SMD ножкой инвертирующего входа будет, например, слой земли - ваш ОУ будет менее устойчивым.

Не доводите ситуацию до абсурда. Специально привел статью, где резистором корректируется положение полюса. Нужно считать, моделировать, экспериментировать, а не брать с потолка.

По-моему, вы и предлагаете абсурд. Где в статье это рекомендуется?

[Alexashka]

Както одно время ставил микротоковые ОУ (OPA379), и тоже пару раз сталкивался с генерацией в разных схемах, где впринципе генерировать не чему было. В одном случае был повторитель, но в обратной связи стоял резистор (просто между выходом и "-"входом), который на усиление никак не влиял, однако с ним генерация иногда возникала. Заменили перемычкой и проблема исчезла, но с тех пор я ОУ с потреблением в единицы мкА стараюсь избегать.
В данной ситуации есть несколько вариантов решения, как тут уже говорилось -уменьшать С2, увеличивать R1, еще можно попробовать подгрузить выход резистором на землю (или на питание) в несколько кОм. Все остальное требует переделки схемы буфера.

[alver]

По-моему, вы и предлагаете абсурд. Где в статье это рекомендуется?

Да уж, почти забыл ) Напрямую в статье об этом не говориться. Усилители, которые нестабильно работают при единичном усилении, имеют собственный фазовый набег на граничной частоте близкий к 180 гр. и обратная связь в виде RC-цепи, включая входную емкость, дает дополнительную добавку, перебрасывающую фазу за 180 гр. Т.е. увеличение постоянной времени RC цепи обратной связи вроде должно негативно сказываться на стабильности, но не стоит забывать, что резистор еще вносит затухание и тем самым вклад в стабильность фазового набега самого усилителя нивелируется. Понятно, что такой "трюк" только сужает полосу усилителя и дает нежелательный всплеск на высоких частотах с увеличением размаха колебаний на фронтах прямоугольного сигнала. Повторюсь, нужно обязательно считать, а то и обратный эффект получить можно, как правильно было замечено )

С планшета пишу от имени rloc )

[ViKo]

Повторюсь, нужно обязательно считать, а то и обратный эффект получить можно, как правильно было замечено

Я проверил в LTspice, тогда еще. Вот результаты, показывающие, что резистор в обратной связи ухудшает стабильность. Номиналы слегка гиперболизированы, но тенденция сохраняется.

Надо думать, ослабление сигнала RC-цепочкой не играет важной роли, поскольку усиление у ОУ большое. Скажем, ослабили сигнал на некой частоте в 10 раз, а ОУ имеет усиление на этой частоте 20. Загенерит?

Эскизы прикрепленных изображений