[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

您好、Raymond、

非常感谢您为我提供文档。

让我尝试设计陷波滤波器。

但在继续之前、我想澄清几点。 我一直在阅读一篇关于延长地音器的时期的文章。

有三种方法。 1) 1)反向滤波器。 反向滤波器可补偿地震检波器在以下频率的滚降
降低谐振频率。 可以通过级联 谐振频率的反相高通滤波器和低通滤波器来构造反向滤波器
截止频率位于所需的较低值。 图5显示了反向滤波器的响应以及生成的传递函数
浪涌电流。 这种方法有许多缺点、使 整体结果的信噪比(SNR)较低。 粉色噪声将被放大
近似值、而且低频时的热稳定性很差。

2) 2) 正面反馈
正反馈是通过将一个外部电流馈送到地震检波器 线圈而实现的、该线圈会在其悬浮质量上施加一个力。 此外部电流
信号是通过正 反馈滤波器从地震检波器的输出信号中提取的、这些滤波器如集成滤波器、但会将悬浮滤波器放大
低频下的质量运动。  在实际情况下、正反馈滤波器的设计很难保持稳定性。

3) 负反馈,而不是正反馈,减弱了 悬浮质量的运动内部。 以降低
将阻尼电阻设置为明显低于线圈电阻的值、则 会添加负电阻。 可通过实现负电阻器
有源器件作为负阻抗转换器(NIC)。 这可以 使用运算放大器来实现。
可以添加带通滤波器和高增益滤波器来调整和稳定 频率响应。

您能告诉我 我们的陷波滤波器属于哪种方法吗？

很抱歉、但我认为我们必须确保我们的拓扑正确无误。 比较上述三种方法后、我更喜欢负阻抗转换器。

请发表评论。

此致、

Lhagva

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