[参考译文] THP210：单端双极转差分放大器

Hi Lhagva,  

Unknown 说：

1. 请 向我推荐用于 ADC ADS1285的 Vref 电压？ 我认为来自外部基准芯片的4.096V 或许是个好主意。[/引述]

由于这是32位 ADC、因此应用需要超精密4.096Vref。 请查看 ADC 团队的其他建议。 以下是 ADC 参考设计建议。 REF70 是其中一款高精度 Vref、但它取决于您系统的工作温度范围。  

https://www.ti.com/lit/ug/sbau394a/sbau394a.pdf?ts = 1740416752707&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Ftool%252FADS1285EVM-PDK

https://www.ti.com/power-management/voltage-reference/products.html#232=4.096%3B4.096&

Unknown 说：

2.  THP210的 Vocm 电压是多少？  [报价]

 如果差分 Vout 在+/-2.8Vdc 之间摆动、并且您使用的是+/-5Vdc、则 Vocm 必须配置为在 GND 和2Vdc 之间(确保最大 输出摆幅要求)。 Vocm 可以配置为大约1V 范围。  

Unknown 说：

3. 我认为 U1和 U2需要+5V 和-5V、因此如果需要、我们将有-5V 可用于 THP210。

[/quote]

好的。 这是 THP210的双电源轨配置。  

Unknown 说：

4. 请检查 OPA209是否适合该电路、或者您是否推荐 OPA210等另一种类型。[/QUOT]

取决于您的设计要求。 OPA210的噪声和 Vos 性能略优于 OPA209。 由于应用主要在低频下工作、因此您应该选择一个适合低频应用的选项。  

如果您有其他问题、请告诉我。  

此致！

Raymond

[/quote][/quote]

您好、Raymond、

感谢您的答复。

1.从您提供的列表中选择4.096V 基准。 当 Vref 为4.096V 时、ADC 允许的最大差分输入电压是多少？   

2.我们能否将 Vocm 接地、或者它必须大约为1V。 请参阅所附的瞬态分析屏幕截图。

3.我对 THP210的 VS-引脚使用了-5V 电源。

4.我更换 OPA210是因为噪音较小。

我有一个关于校正网络的问题、因为您可以看到有两个巨大的电容器 C1 100uF 和 C2 330uF、此电容器在此电路中是否存在任何负面影响。

请为我提供有关如何选择 FDA、Cfilt、R15、R16、C5输出端滤波器组件的文档。 C6、R13和 R14。

您能否对我下面所示的原理图和瞬态分析结果发表评论。

此致、

Lhagva

  

 

Hi Lhagva,  

[报价 userid="637038" url="~/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1478402/thp210-single-ended-bipolar-to-differential-amplifier/5677165 #5677165"]

我们将从您提供的列表中选择4.096V 基准。 当 Vref 为4.096V 时、ADC 允许的最大差分输入电压是多少？   

2.我们能否将 Vocm 接地、或者它必须大约为1V。 请参阅所附的瞬态分析屏幕截图。

[报价]

这两个问题与 ADC 产品有关。 请提交有关 ADC ADS1285电源要求的查询。  

Unknown 说：

请向我提供有关如何选择 FDA、Cfilt、R15、R16、C5 C6、R13和 R14.

此处是有关有源滤波器设计的应用手册。  

https://www.ti.com/lit/an/sloa049d/sloa049d.pdf?ts = 1740462935169

https://www.ti.com/lit/an/sloa062/sloa062.pdf

这是适用于您的 PC/笔记本电脑的 FilterPro 设计工具3.1。 请记住、E2E 不再支持该工具。 如果您无法弄清楚、您是独自完成的。  

https://e2e.ti.com/support/tools/simulation-hardware-system-design-tools-group/sim-hw-system-design/f/simulation-hardware-system-design-tools-forum/1288800/filterpro-3-1-download?tisearch=e2e-sitesearch&keymatch=filterpro#

Unknown 说：

您能否对下面所示的我的原理图和瞬态分析结果发表评论？

我需要知道你想做什么。 为什么第二级驱动3.3uF 容性负载。 如果没有设计要求、我无法对此进行评论。 我意识到这可能是4.5Hz 的有源 LPF、但滤波器的行为不是标准的。 因此我需要知道设计要求。 例如、输入具有典型的低阻抗、驱动高阻抗。 我知道您需要将电阻器值保持在较低的值、但 R 和 C 值未经过优化。 因此我需要了解设计意图。  

此致！

Raymond

您好、Raymond、

感谢您的答复。  

 1)让我 向 ADC 团队提问1)和2) 3)和4)我认为没有问题。

感谢您提供有关滤波器的文档、让我来进一步研究一下。

我发现我们在第二级的输出端不需要 RC 滤波器(R8和 C4)、它旨在降低 高于220Hz 的频率。

1级和2级的设计要求是扩展 地震检波器的频率响应、使频率降低到0.5Hz。 如果您看到地震检波器的频率响应 (Rgeo 右侧)、则转角频率为4.5Hz。 请查看下面的地震检波器仿真结果。

  

我们正在尝试修正网络将其响应扩展到0.5 Hz。

在我使用 PSPICE for TI 进行的仿真中、显示了第一级输出端的响应(Vp)、如下所示。 您能否添加地震检波器模拟电路、而不是理想的源？ 我希望 Vp 处的响应会有所不同。

我在仿真中使用了参数扫描、巨大的电容器 C1 100uF 和 C2 330uf 帮助我获得了1.5Hz 左右的转角频率。

我希望上面的说明能提供关于电路设计意向的信息、请评论我。 如果您需要进一步的问题或说明、我随时准备为您提供。

此致、

Lhagva    

Hi Lhagva,   

请向我提供设计要求。 您似乎需要一个带通滤波器、但我不确定。  

如果您的地震检波器信号确实处于4.5Hz、那么您的 HPF 需要配置至少低于0.45Hz @-3dB 点、而上部 LPF 需要配置为大于45Hz、 在4.5Hz 区域为0dB；下面的图表中没有看到该配置。

此外、您可能需要二阶 BPF (两侧-40dB/十倍频滚降)来满足频率要求、并需要优化有源滤波器中的 R 和 C 值。 我需要了解 您的要求。  

此致！

Raymond

尊敬的 Raymond：

感谢您的答复。  

请参阅以下要求。 我必须道歉、不要提前告诉这一点。

该传感器为检波器、可测量地震运动速度并产生电压输出。  我们需要检测频率为0.1Hz 至100Hz 的地震信号。

我们使用 地震检波器型号 SM6、其灵敏度为28V/ m/s、高于4.5Hz。

输出削波电平或最大可测速度为±0.013m/s、因此最大电压输出将为28V/ m/s x ±0.013m/s =±0.364V。

传感器的本底噪声规定为0.1nV/√Hz、RMS 噪声密度为3nV/√Hz。   

频带相关 RMS 噪声为 3nV/√Hz x SQRT (100Hz)= 30nV、峰间电压约为220nV。

因此、动态范围将为20*log (最大输出/噪声)=20*log (0.364V/30nV)=141dB。

我们需要使用 ADS1288或 ADS127L14等差分输入精密 ADC 来放大该信号并进行数字化。

地震检波器 无法测量低于4.5Hz 的频率、因此我们需要在放大器级处施加负阻抗、将一些电流推回地震检波器、以尽可能将其频率响应扩展到低于4.5Hz。 一种已知方法以纸张形式公开、但该方法适用于10Hz 传感器、我 在此处附上了该文档。   

如果您有任何进一步的说明、 我随时准备向您提供。

此致、

Lhagva

e2e.ti.com/.../4377.An-Effective-Method-for-Improving-Low_2D00_Frequency-Response-of-Geophone.pdf

Hi Lhagva,   

Unknown 说：

这款传感器为地震监测器、可测量地震运动速度并产生电压输出。  我们需要检测频率介于0.1Hz 到100Hz 之间的地震信号。[/报价]

您需要针对该频率范围采用 BPF (0.1Hz 至100Hz)。  如果检测信号为0.1Hz 至100Hz、则 BPF 需要为10MHz 或低于1kHz 的范围。  我为您提供了 FilterPro 3.1设计工具、您可以为地震检波器传感应用设计滤波器。  

Unknown 说：

地震检波器 无法测量低于4.5Hz 的频率、因此我们需要在放大器级具有负阻抗、将一些电流送回地震检波器以尽可能将其频率响应扩展至4.5Hz 以下。

下面的电路看起来像一个陷波滤波器。 是否需要在应用中使用陷波滤波器？ 如果您需要去除 地震检波器的固有频率、例如4.5Hz、那么可能需要陷波滤波器。 您还可以使用固件删除信号。 通常、地震检波器的自然频率可能为2Hz、4.5Hz、10Hz 或15Hz -我的理解是、您的传感器具有4.5Hz 的自然频率。  

我相信陷波滤波器适用于10Hz 固有频率。 您需要4.5Hz。  

我无法为您进行设计、所以您必须进行设计、但我可以仔细检查并解决您 存在的任何问题。  

在下面的仿真中、我猜测地震检波器传感器是通过变压器连接的。 375 Ω 可能是变压器的阻抗。 为了更大限度地提高变压器的效率、您需要匹配第二绕组的输出阻抗或使用运算放大器缓冲信号。 请确保去除直流分量并避免磁芯饱和。  

还有其他方法可以耦合输入感应信号-设计中每个折衷方案的优缺点。

如果您有其他问题、请告诉我。  

此致！

Raymond  

 

[/quote]

您好、Raymond、

我们 尝试设计了一种陷波滤波器。

我们进行了两个仿真、第一个只使用滤波器、第二个使用检波器和除波器。  我将10Hz 地震检波器电路的结果附加在同一幅图中。

请您评论和评论。 我随附了.jpg 和.pdf 文件、请告诉我哪种格式更清晰、您可以查看。

此致、

Lhagva

e2e.ti.com/.../CN-only-4_5F00_5Hz-and-10Hz-Frequency-Response-20250227.pdf

e2e.ti.com/.../GEO-CN-4_5F00_5Hz-and-10Hz-Frequency-Response-20250227.pdf

  

  

Hi Lhagva,   

Unknown 说：

我们 尝试设计陷波滤波器。

对于您的地震检波器应用、我认为您需要抑制4.5Hz 的自然频率信号、并将剩余的振动信号从0.1Hz - 100Hz 放大。  

根据您的陷波滤波器特性、仿真没有用于陷波滤波器的高 Q 特性、请参阅随附的应用手册。 我的猜测是需要 Q=10或100陷波滤波器才能抑制4.5Hz 噪声并放大来自传感器的剩余信号。  

https://www.ti.com/lit/an/slyt235/slyt235.pdf?ts = 1740659197185

https://www.ti.com/lit/an/snoa680/snoa680.pdf?ts = 1740658253169

这是基于该文档的工具基础、但我没有坦率地使用此工具。  

https://www.tij.co.jp/jp/lit/an/sloa062/sloa062.pdf

按照仿真结果、在4.5Hz 附近有显著的信号衰减、并且电路在4.5Hz 下只有-20dB 的衰减。 我的猜测是应用至少需要-40dB 或-60至-80dB 的衰减。  

如果您有其他问题、请告诉我。  

此致！

Raymond

Hi Lhagva,  

让我来描述一下基于我的理解、在地震检波器应用中更好的设计方法之一。 每种设计方法都有其优缺点、并且拓扑主要取决于您的地震检波器设计要求。 您必须确定适合您产品的最佳设计方法(基于您的要求)。

1.从变压器的第二个绕组中、您需要将匹配的电阻器连接到 GND (电阻器端接与测试设备中的50Ω 端接类似、但您必须匹配变压器中第二个绕组的负载阻抗)、从而匹配地震检波器输出的输出阻抗。

2.使用斩波放大器来缓冲地震检波器的输出信号(来自变压器),这将衰减并减少传感应用中的1/f 或粉色噪声。  最好在缓冲输入信号时增加一些增益(例如10倍或类似)。  

3.由于4.5Hz 固有谐振频率是不需要的信号,斩波放大器的输出需要馈入陷波滤波器并衰减频带。 陷波滤波器应具有相当窄的阻带(例如、若要实现更强的抑制、则为 Q=10)以衰减不需要的频率、例如衰减-40dB 或-50/-60dB。 为了实现精确的陷波频率控制、您可能应该使用 MFB 陷波设计(有源滤波器)而不是无源陷波滤波器。  

我给了您一个 FilterPro 3.1设计工具、您可以从这个工具中得到陷波滤波器设计。   

4. 执行第3步后、输出信号需要送入带通滤波器、0dB 时为0.1Hz -100Hz (应用需要至少二阶带通滤波器)

5.最后一步是优化 ADC 输入的输出增益(最大化输入信号计数)。  

Unknown 说：

您能告诉我 我们的陷波滤波器属于哪种方法吗？

在上面的步骤4和步骤5之间、您可以插入有源阻尼滤波器(在具有正反馈的2和3行项目中说明)-这可能能够 扩展地震检波器响应和精度的平坦频率响应。 有源陷波滤波器应属于您的第一行项目、请参阅上面的步骤1-5。   

我无法保证您是否需要这些阻尼滤波器、具体取决于您的设计要求。 您应该试验这个滤波器、并在您的设计中进行检查。 如果您对 4.5Hz 陷波滤波器有良好的衰减控制能力、您可能需要、也可能不需要它(这还取决于您拥有的地震检波器传感器类型和传感器设计类型-请与制造商的建议核实)。  

如果这样做有帮助、请告诉我。 如果您有其他问题、请告诉我。  

此致！

Raymond

 

您好、Raymond、

感谢您使用 TI 的设计方法。

让我按照您所述的步骤操作。

我想从步骤1和步骤2开始研究陷波滤波器的详细信息。

您能否提供有关匹配电阻器(阻抗匹配规则)和设计斩波放大器的提示(运算放大器选择、TI 文档)。   

此致、

Lhagva

您好、Raymond、

我 必须对反应的拖延表示歉意。 由于时间有限、我们将尝试 如下所示的带通滤波器+减法电路。 如果结果不能令人满意、我们将研究陷波滤波器。

我正在使用 ADS1285EVM-PDK、为了使其简单 、我想使用单极模式 AVDD1=5V、AVSS=0V。

您建议进行哪些修改？

或者我是否需要设置 AVDD1=2.5V (调节 LDO)和 AVSS=-2.5V (外部电源)？

请告诉我。

此致、

Lhagva