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OPA657: Oscillation and DC Bias Issues

Part Number: OPA657
Other Parts Discussed in Thread: DEM-OPA-SOT-1A,

Dear all,

here is my schematic

my PCB design is close to DEM-OPA-SOT-1A

Input is a photomultiplier tube . its parasite capacitance i estimate is 20-30pF ,and so i choose C5=0.25pF.

Oscillation problem:

I  found that it has something to do with the line position (the phenomenon still exists after changing the coaxial line). 
the signal generator you can see it as a DC voltage for LED
at first  3.37V ,output is OK
Change to 3.39V
You can see that when the amplitude is close to 300mV (200mV/div), the oscilloscope(50ohm) waveform is oscillation
the red circle is output coaxial line 
still 3.39V
after i adjusted the position of the coaxial line, output is OK without oscillation
i think it has something to do with my TIA. 
Please help me solve this problem.
DC bias:
the first time i use my TIA ,its offset is 20-30mV(too big), after few hours ,the offset is around 0mV(this is what i want, and lucky this  does not change for a week).  i wonder if this phenomenon is normal or my TIA has some problem. i also wonder the reason why the offset change from big to nearly 0mV .
Regards,
Hou Guanting
  • 您好,您的意思是输出应该在3.37V,可是实际测试下来是3.39V是吗?

    OPA657的输入偏置电流非常小只有pA级,所以对于这种光电流放大的应用是可以的。因为运放自身的输入偏置电流的经过反馈电阻形成的压降作用在输出端影响非常小,这是我们为什么要选择低输入偏置电流运放的原因。

    但在您的应用中,如果出现offset偏差,也有可能是电缆的影响,首先它有寄生电容,其次就是耦合到输入端有噪声,通常这类应用,是将运放的IN +和IN-使用guard ring包起来,防止漏电流的产生,另外对于cable也是建议屏蔽起来。

  • 不是。3.37V/3.39V是LED的供电电压。图中所示OPA657是接上光电倍增管测试的。

    3.37V供电LED照明时OPA657输出离300mV有点距离,工作正常(第一张图);当LED电压3.39V时,OPA657输出会出现震荡,此时OPA657输出幅值接近300mV(第二张图),但是当我微调同轴线位置后,也会出现正常工作的时候(第三张图),放开仍是震荡。放大器输出见示波器。

    这个震荡是什么原因产生,怎么解决

  • 幅值>300mV之后和第2,3张图情况一样。震荡,但是微调同轴线位置时会回归正常。只要位置不对,就震荡

  • 您好,示波器您别使用采集多比信号,所以目前看到的波形是累积采样的结果,示波器有个设置单笔采样的按钮。因为看您的波形没有体现在震荡,是经过overshoot一段时间之后波形平稳还是其他震荡?

    另外,我还是没明白 300mV是哪里的信号,您的意思是光电管的电流经过Rf之后输出应该300mV对吧?

    针对您的问题,关于OPA657的输入偏置电流和输入失调电压带来的offset,

    我想解释的是,对于OPA657来说,本身具有高开环增益、高共模抑制、高电源抑制、其经调整的输入失调电压(和漂移)以及输入偏置电流所引入的可忽略的误差。

    并且它是一款JFET运放,对于双极性运放来说,输入偏置电流取消技术并不能提高它的直流输出误差,但是如果我们考虑输入偏置电流带来误差只有当芯片温度升高时,它才会是主要因素。 所以您测试的时候OPA657烫不烫?

    或者是考虑OPA657更高精度版本的两款OPA657UB或OPA657NB。

    其次就是考虑输入失调电压,影响它的主要因素就是负压的PSRR。所以我想您可以使用其他PSRR更好的电源替换试试。

    那么对于您提到的cable位置能改善,这个解释不通,还是说cable不同的位置,是否有接触到其他外围电路造成的干扰?有条件将cable屏蔽起来,然后更换不同的位置试试吗?

    电路是没有问题的,因为cable相当于容性负载,担心它引起震荡的话但我看到输出已经接了50ohm电阻串联了。所以硬件电路没问题。

  • 附上震荡的细节图,刚拍的。如图为单步后的采样情况。震荡的很稳定,除非我动了cable位置,有的位置会回归正常

    300mV——我觉得是一个阈值,小于300mV时,无论cable位置如何,都不会震荡;当OPA657输出接近或超过后,根据cable位置不同,输出信号会出现震荡或保持正常。

    附上一张光电管到OPA657输入端的图。cable如果与桌面/任何线/台钳等均不接触,也会震荡。请您帮忙排查一下,感谢。我这根同轴线是做了屏蔽的。

    Offset最近一直正常,感谢您这几个方向的细致解答。

  • 您好,您这个震荡有规律,稳定的正弦波。

    300mV是光电管电流Iin*Rf的输出电压是吗?如果说300mV是OPA657的阈值,不太可能,+-5V供电的话输出能到+-3.9V。

    更换反馈电阻,使得输出电压增大试试。

  • 收到。最近我会进行反馈电阻改动并测试,取得结果后再与您交流。

  • 好的,等您的消息,我看反馈回路上使用的补偿电容0.25pF。适当加大试试,适当增大补偿电容带来的影响就是带宽减少,所以在满足带宽的前提下适当增大补偿电容试试,能否改善震荡。

  • 您好,上述出现震荡使用的是四层板;我本次在同一条件下测试了两层板与四层板(原理图一样)对同一信号的响应。两层板的Layout严格按照DEM-OPA-SOT-1A评估板来的

    结果两层板工作良好,之前使用的四层板震荡。因此原因是出在四层板的PCB Layout上?请您帮忙分析并给出一些建议

     两层的结果

     四层的结果

  • 很高兴您这边找到问题原因,那应该就是和布线有关了。四层板的过孔会增加寄生电容,其次就是走线的特征阻抗和连续性,这就涉及到了信号完整性的问题。四层板这里如果您把补偿电容去掉试试呢?我怀疑板子的寄生电容就够了,所以可能这里不需要再进行补偿了。

  • 感谢您这一段的帮助。祝好!