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[参考译文] OPA690:帮助设计用于不具有负电源的霍尔传感器信号的硬件比较器。

Guru**** 2379650 points
Other Parts Discussed in Thread: TLV3541, OPA354, OPA357, OPA690, TINA-TI
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1527118/opa690-help-with-hardware-comparator-design-for-hall-sensor-signal-without-negative-supply

器件型号:OPA690
主题中讨论的其他器件: Tina-TI、TLV3541 、OPA357、OPA354

工具/软件:

您好、

我目前正在设计一个硬件比较器电路、可根据电流阈值向 MCU 生成故障信号。 该比较器的输入来自霍尔效应电流传感器、该传感器输出一个正负摆幅(约±1.4V PEAK)的模拟信号 。

设计限制:

  • 系统没有可用的负电源轨。

  • 我需要同时检测正负峰值阈值。

  • 比较器和信号调节必须由一个正电源(例如 0–3.3V)供电 。

  • 比较器输入范围应在~0.1V 至 2.9V 范围内 (以允许在 3.3V 电压轨内留出裕度) 。

为了解决缺少负电源轨的问题、我使用了 OPA690 来添加直流失调电压、对输入信号进行电平转换、从而 将原始±1.4V 信号转换为~0.1V 至 2.9V  

  • 这种方法在使用通用元件的 LTspice 中非常有效。

  • 但是、当我使用 OPA690 模型在 TINA-TI 中对实际电路进行仿真时:

    • 如果负电源未连接到 OPA690、输出就会变得不稳定。

    • 当我添加负电源时、电路按预期运行。

所需解决方案:

  • 您能否建议一种更好的解决方案来设计可满足这一要求的硬件比较器、而无需负电源?

  • 如果使用 OPA690 进行直流电平转换方法是可行的、请帮助我了解:

    • 为什么在没有负电源轨的情况下电路行为不正确?

    • 是否有办法修改设计、使其在单电源供电时可靠运行?

    • 我还遇到了一个问题、即比较器输出不是直接的、并且并不总是相同。 这个问题是由于比较器的运算放大器输入造成的吗?

我附上了这两种情况的仿真波形(有和没有负电源)。 如果我有任何错误或遗漏任何注意事项、敬请告知。

感谢您抽出宝贵的时间提供指导。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    大家好、这里是否有任何更新。 您能提供这方面的解决方案吗?

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    您好、Karthick、

     很抱歉耽误您的问题回复、感谢您列出所有详细信息、并使用 Tina-TI、让您很容易遵循并找出问题。

     系统方框图布局是正确的:在单电源类型应用中使用放大器来偏移电压。 另外、最好考虑余量。 问题在于、所选的放大器 OPA690 无法输出  0.1V 至 2.9V 的电压。在该范围内、您需要一个轨到轨输出放大器来避免超出器件的输出共模范围。 此外、由于您的输入将为+/–1.4V、因此放大器将无法在输入端接受负值、因为它会超出器件的输入共模范围。 在应用声明中、提到您的输入是电流传感器、您是否需要将其转换为输入之前的电压、在这种情况下、您需要使用 TIA(跨阻)类型的放大器配置。 但是、我认为霍尔传感器通常是电压输出、因此将继续遵循以下建议。  

    OPA690 示例:

     例如、要演示使用 OPA690 存在的问题:

     以下是器件的输入和输出电压范围:

     这些规格适用于单 5V 电源配置。 转换为 3.3V 电源时、输入电压范围为 1.15 至 2.15V、输出电压范围也大致相同。  

      考虑到这一点、下面是 OPA690 全电压范围的工作示例、需要将输入电平转换为 1/2 Vs(或者在 1/2 Vs 范围内工作的任何其他电压最建议用于全电压范围)。 然后、我选择了+/–250mV 输入示例、这将得到在 1.65V 时偏移+/–500mV 的输出电平。  

     因此、对于+/–1.4V、我会有 1V/V 的增益、然后选择一个可以处理该输入和输出电平转换的放大器。 另请注意:  进行仿真后、我意识到器件的最小值为 5V、而不是 3.3V、但仿真仍然可以工作、因为我们的模型没有最小/最大电压误差、但会执行余量范围并相应地进行钳位。 我们将针对下一个示例中选择的器件考虑这一点。  

    链接到您的设计要求的示例:

     我建议使用以下任何放大器: 滤波链路。 如果输入将为 2.8V、以电压为中心:例如、假设为 1.5V:则根据设计要求、输入电压将为 0.1V 至 2.9V。 这意味着从上一句链接的筛选列表中、您需要选择轨到轨输入和输出的器件、例如 TLV3541、OPA357、OPA354 等 如果您能够通过简单的电压电阻分压器网络在放大器输入之前衰减信号、或将电源轨电源电压增加到 5V 单电源、则可以选择 OUT 或输入接近 V-、OUT 的器件。  

     我将使用第一项建议来满足初始要求并选择 OPA354、但如果您认为另一项建议有助于在带宽或任何其他规格方面更好地选择放大器、则可以对其进行更改。

     这样、它会是一个简单的缓冲器、您可以对放大器的输入进行电平转换、作为电源轨上的分压器、如上面的仿真所示(在上一个示例中,我刚刚将其添加为源中的直流失调电压,但需要在传感器之后的电路板上应用此偏移)。

     此外、以下是有关单电源应用的快速应用手册、可通过公式(而不是仿真)进行上述说明: https://www.ti.com/lit/an/sloa030a/sloa030a.pdf? 

    谢谢您、
    Sima

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    感谢您之前的答复和建议的解决方案。 我感谢支持、但我想澄清我的具体要求和限制、以确保正确的方法。

    我的输入信号就是从中摆动的正弦波形 +1.4V 至–1.4V  、源自霍尔效应电流传感器。 但是、我的电路在 A 上运行 单正电源 仅(例如+3.3V 或+5V)  、不提供负电源轨。 因此、我需要 将双极信号电平转换至单极范围 适用于使用基于运算放大器的电路进行进一步的信号处理。

    与所提供解决方案有关的问题:

    • 解决方案 1 :它似乎正弦波发生器已经产生一个电平转换信号与 1.65V DC 偏移。 在我的场景中,我.. 无法控制传感器输出 、和 这种电平转换必须使用模拟电路来完成 、不在来源。

    • 解决方案 2. :这种方法将信号源连接到分压器偏置网络 (VCM)。 但是、由于霍尔传感器输出以地为基准、因此我无法将其悬空或以中点电压 (Vcm) 为基准。 任何电平转换都必须完成 后置传感器 保持其以地为基准的性质不变。

    要求:

    我需要一个基于运算放大器的电平转换电路、该电路能够:

    • 接受 接地基准±1.4V 信号

    • 使其在单极范围内摆动(例如 0V 至 3V)  、

    • 仅限单正电源

    此外、我需要设计一个检测原始信号何时交叉的比较器级 ±1V 阈值 。 信号会电平转换到正域、因此比较器设计必须适当地设置与  原始信号偏移的等效值+1V 和–1V 相对应的阈值电平。

    提前感谢。