ИОН с малым уровнем шума на OPA350 Опции

[тау]

Tanya, как показывает моделирование в 2-х разных пакетах, процессы происходят в малосигнальной области ,без ограничения тока и без ограничения по скорости нарастания. Конечно, реальные измерения добавили бы смысла и ясности в этих наших рассуждениях, и позволили бы сделать окончательный вывод. А вывод такой , если моделирование не врет, то шумы по неправильной схеме из аппноутов TI усиливаются операционником, хотя и не приводят к постоянным осцилляциям с ограничениями. Но проявление шумов следут ожидать на выходе (120мкф ) в области килогерц- десятков килогерц, где фильтрация по выходу окажется недостаточной, гораздо хуже единиц ppm.

На рисунках моделирование шума ОУ приведенного ко входу с плотностью 5nv/sqrt(Hz) на выходных конденсаторах. При условии что ESR= 2 и 5 миллиОм для 100 и 20 мкф соответственно и Rout =100 Ом (у Дизайнера цифры могут немного отличаться с учетом его 1кОм)
Конечно осциллографом такие шумы заметить ,имхо, невероятно. Поэтому их присутствие можно оценить только на основании аналогии переходных процессов. Есть аналогия - есть и соответствующие шумы . Тема как раз про это ("начинающим" очень интересно читать).

Сообщение отредактировал тау - Sep 19 2009, 13:29

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Tanya]

Tanya, .
..........................
. Тема как раз про это.

Все это я понимаю. Меня интересует вопрос - такая схема только буфер, или фильтрует шум непонятным нам (мне, только мне!) способом, вследствие особенностей внутреннего строения этого ОУ.
Или с резистором на выходе (классическая схема) будет лучше.
Проверить можно на реальном изделии, подавая искусственные шумы (сигнал), как Вы правильно заметили. Если нет нелинейность, то это будет видно. Мне так кажется.
Недоумеваю - неужто нужно было инженерам из TI резистор экономить...

[Designer56]

Давайте усложним схему. Введем ограничение в первом каскаде по току, а хначит- и по скорости нарастания. Если ток потребления всего ОУ- 5 мА, я опять- таки вольно даю на вх. каскад половину- 2,5 мА. Слишком маленьким ток вх. каскажа быть не может- иначе КМОП ОУ сильно бы шумел. Ток выходного какада ограничен за счет ограничения по напряжению на его входе. Плюс дополнительно на вход подадим сигнал, имитирующий шум. В Оркаде, к сожалению, шумы считаются только в малосигнальном режиме, посмотреть их на переходном процессе нельзя. Поэтому я подал на вход 6мкВ 1 МГц. Картина мало отличается, хотя "шум" 1МГц просматривается на выходе.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[тау]

...Меня интересует вопрос - такая схема только буфер, или фильтрует шум непонятным нам (мне, только мне!) способом, вследствие особенностей внутреннего строения этого ОУ.

Буфер служит буфером только в схемах , не охваченных обратной связью. В противном случае буфер уже является фильтром. Вспомните саллена-кея фильтр, там внутри буфер с К=1.

На приведенном рисунке фильтр, где идеальный ОУ с бесконечной собственной полосой по схеме буфера с К=1. Обладает существенными фильтрующими качествами благодаря ограниченной ПОС.

В случае схемы HERZ-a ограниченная ПОС образуется за счет двух полюсов передаточной функции (один в ОУ, другой снаружи) . ПОС в обсуждаемой схем ограниченаая е, лишь благодаря крохотному запасу по фазе, предотвращающем генерацию. Но малость этого запаса определяет и высокий коэффициент передачи , который поначалу не бросается в глаза и "на пальцевых" расчетах не должен был бы усиливать шум.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Designer56]

Если нет нелинейность, то это будет видно. Мне так кажется.

Это что Вы имели ввиду, или в виду? Примите, кстаити и Вы искренние поздравления с Вашим повышением статуса...

Буфер служит буфером только в схемах , не охваченных обратной связью. В противном случае буфер уже является фильтром. Вспомните саллена-кея фильтр, там внутри буфер с К=1.

На приведенном рисунке фильтр, где идеальный ОУ с бесконечной собственной полосой по схеме буфера с К=1. Обладает существенными фильтрующими качествами благодаря ограниченной ПОС.

В случае схемы HERZ-a ограниченная ПОС образуется за счет двух полюсов передаточной функции (один в ОУ, другой снаружи) . ПОС в обсуждаемой схем ограниченаая е, лишь благодаря крохотному запасу по фазе, предотвращающем генерацию. Но малость этого запаса определяет и высокий коэффициент передачи , который поначалу не бросается в глаза и "на пальцевых" расчетах не должен был бы усиливать шум.

рассматриваемая нами схема вообще бы генерировала постоянно, если бы каскад усиления напряжения был отделен от выхода буфером.

[Tanya]

Это что Вы имели ввиду, или в виду?

Ввиду того, что мне кажется, что Вы понимаете, что я имела в виду, Ваш вопрос меня удивляет.
А имела я в виду то, что меня интересует, - вызывают ли малые шумы "нелинейность", которая убивает тот звон, который Вы мне показываете, и который я сама вижу при моделировании. Вот те нарастающие колебания, которые тау долго ждал, у меня убивались очень малым входным сигналом на более высокой частоте. При введении нелинейности... А в Вашей модели этого не происходит... Звон на десятках килогерц живет...

[Designer56]

Равно как и Вы не перестаете удивлять... Это религия такая?

[тау]

рассматриваемая нами схема вообще бы генерировала постоянно, если бы каскад усиления напряжения был отделен от выхода буфером.

Нет, в присутствии ESR конденсаторов не загенерировала бы .

Вот те нарастающие колебания, которые тау долго ждал, у меня убивались очень малым входным сигналом на более высокой частоте.

У меня они не убивались шумом потому, что я не воодил ESR в конденсаторы, система была совершенно неустойчивой , а я еще задвинул симулятору считать нановольты и фемтоамперы при очень мелком шаге по времени и очень маленькой ошибке RELTOL. Для объективности.

[Designer56]

Кстати, что из себя представляет АЦП, к которому подключен этот ИОН, как нагрузка? Не 1 кОм же...

Нет, в присутствии ESR конденсаторов не загенерировала бы .

А я думаю, что загенерировала бы. По моим АЧХ получается, что емкость (большая), подключенная к каскаду коррекции- к выходному, то есть, сама становится корректирующей в смысле того, что создает полюс на частоте, гораздо более низкой чем родной. И к тому же, убивая усиление на ВЧ она же подавляет эффект Миллера, тем самым сдвиная родной полюс вверх. Отсюда и некоторая "устойчивость" схемы. Если отделить каскад коррекции буфером, то полюсы будут независимы...Дальше- понятно.

[Tanya]

Кстати, что из себя представляет АЦП, к которому подключен этот ИОН, как нагрузка? Не 1 кОм же...

DAC1220 - это ЦАП с сигма-дельта...
В первом варианте оценочной платы была другая схема. Через несколько лет появилась обсуждаемая.

[Designer56]

тогда разработчикам, наверное, не важно было наличие слабых колебаний на выходе...Это не аудио схема, случайно? Там точно вакханалия в наст. время.

Ввиду того, что мне кажется, что Вы понимаете, что я имела в виду, Ваш вопрос меня удивляет.

Нет,я не это имел....не будем дальше. А вот это:

Если нет нелинейность,

как там было? "...без права на ошибку...."

[Tanya]

тогда разработчикам, наверное, не важно было наличие слабых колебаний на выходе...Это не аудио схема, случайно? Там точно вакханалия в наст. время.


Нет,я не это имел....не будем дальше. А вот это:
как там было? "...без права на ошибку...."

Нет не аудио. ЦАП работает на 2.5 МГц. Шумы ему не нужны никак.
А мне было на них плевать по причине большой инерционности управляемого устройства. И не было 5 вольт лишних для такого ОУ. Эту часть не воспроизводила. Только подивилась. Мне важнее температурная стабильность, поэтому ОУ другой - не помню, какой уже. И схема другая. Не такая экономная.
Схему скачивала для слизывания фрагментов печатной платы, которая там есть.

[Designer56]

То есть это у него сигнал генерируется 2,5 МГЦ, или это цап нефильтрованные выборки дает с такой частотой, а полезный сигнал по частоте ниже?

[Tanya]

То есть это у него сигнал генерируется 2,5 МГЦ, или это цап нефильтрованные выборки дает с такой частотой, а полезный сигнал по частоте ниже?

Естественно, там выходной фильтр. Сложный. Управляемый. Три, кажется, режима. Два конденсатора. Сами считайте - 2^20. Как-то импульсы внутри равномерно размазываются... А может, еще хитрее... Там при небольших изменениях кода быстрое установление...

[Designer56]

А частота выдачи самого ЦАП до фильтра какова?