[参考译文] OPA4180：输出摆幅和电源序列问题

尊敬的 Dogan：

您能向我展示您的原理图吗？ 如果您不想在开放论坛中通过 E2E 发帖、可以发送“友谊“申请、并在建立 E2E 私人通信时向我发送原理图。  

OPA177 能够提供比 OPA4180 更多的电流、但我怀疑这不是问题、除非 OPA4180 无法在各种驱动条件下支持负载电流。  

您的电缆很可能有问题。 电缆长度较长、会作为与测试设置相关的高寄生电容、并可能导致运算放大器振荡或稳定性不佳。   您可以考虑在运算放大器的输出端和电缆连接器之间放置 100Ω 电阻器；这可能会解决您的一些问题。 但最好仔细观察环路稳定性。 请计算电缆的寄生电容并告诉我。  

在插入连接器时、如果+15V 电压轨和–15V 电压轨以不同顺序接触、输出将变为最大可能正输出。 无论我在 opa4180 输出的输入上应用信号都不会改变。 当我重新插入连接器时、它开始正常工作。  [/报价]

听起来 OPA4180 在输出端达到了饱和、 并且在系统下电上电后工作。  

如果您有其他问题、请告诉我。  

此致、

Raymond

e2e.ti.com/.../X_5F00_OLCC_5F00_1V1.pdfe2e.ti.com/.../X_5F00_OLCB_5F00_1V0.pdf

尊敬的 Raymond：

我放置了 2 个原理图、 某些器件未组装、例如 ADR435、AD5611、AD7391。 在这两个电路板上、我都使用不同电路板上的 POT R9 和 R16 调整 ad620 上的基准引脚。  

如何测量电缆的寄生电容。 这不是我第一次在机器上使用 OPA4180。 到目前为止、我已经使用了 150 块带有 OPA4180 的电路板。 当然可以用在不同的机器上。 有些电缆的电缆长度相似（可能更短）。 以前我在任何其他机器上都没有遇到过这么多的输出纹波、但是从第一块电路板到现在、我对 OPA4180 不满意、因为即使由于低电压电平而很难检测到差异、我也注意到一些非常低频率的奇怪振荡、比如几分钟。 但在测试设置或某些电路板上、振荡是合理的、没有发生任何奇怪的情况。 并且输出端没有太多纹波。 在这台机器上、输出有巨大的纹波并且会摆动。 我将测试不同的电缆长度和电路板、以便进一步调查问题的根源。

这是电路板的 100 欧姆效应漂移特性值。 我是否需要在此上使用低温系数电阻器。

Abour 电源序列我可以做些什么？ 为什么 OP177 没有此类问题、而 OPA4180 有此问题。 在测试板时、我注意到了这一点。 通常、不要在机器上插入和拔下插头板。 但我怀疑在不接触连接器的情况下正常运行。  打开电源时输出是否饱和。这对我来说是噩梦。

尊敬的 Dogan：  

如何测量电缆的寄生电容

您可以使用 LCR 表来测量电缆的寄生电容。 通常、优质音频电缆会指定 pF 和 Foot、并指示其产品中的寄生电容。  

abour 电源序列我该怎么办？ 为什么 OP177 没有此类问题、而 OPA4180 有此问题。 [/报价]

您遇到的问题是运算放大器环路稳定性问题、即不同的运算放大器需要根据运算放大器的特性（如开环输出阻抗，运算放大器的 BW 和相位裕度等）以不同的方式补偿 Rload 和 Cload。 以下是有关运算放大器中环路稳定性问题的一些信息。  

https://www.ti.com/video/series/precision-labs/ti-precision-labs-op-amps.html

根据您的原理图、这是输出特性。 如果我了解您的问题、请修改 OUTB 级、如下所示。 您可能不需要测量电缆的寄生电容。 此修改应能够驱动高达 10nF 的输出电容。  

e2e.ti.com/.../OPA4180-Sallenkey-Filter-06162025.TSC

通常、斩波器不是针对有源滤波器配置的最佳运算放大器。 由于 BW 太低、可能没问题、但我想降低输入阻抗并增加 Sallenkey 滤波器的电容值。  

https://www.ti.com/lit/wp/sboa586a/sboa586a.pdf?ts = 1750035181225

如果您有其他问题、请告诉我。  

此致、

Raymond

 

尊敬的 Raymond：

我做了一些测量。 当我测量 OPA4180 输出和 PLC 输入之间输出电缆之间的电容时、表示为 1.7nF。 当断电且 OPA4180 从系统中移除时。 只是电缆。

在测试工作台上测量相同电容时、这一点很重要。 它与 1.7nF 相同

但在测试工作台上、电路板的行为有所不同。

我在输出端放置了 1nF 和 75R、快速振荡基本没有了。 所以我们取得了一些进展。 但一些电路板的频率摆幅仍然较慢。

当我进入德州 OP177 上的交叉参考对话框时。 我有一些 IC 的推荐。

其中之一是 OPA4277（4 运算放大器版本）、它表示 OPA4205 是较新的替代产品。还有 OPA4206。  

它们主要与 OPA4180 引脚对引脚相同。

您认为检查这些选项会有所帮助吗？

10 多年来、我一直使用 OP177、其输出原理图如下。

该 C5 电容器为 470nF。 一旦我从 OP177 切换到 OPA4180、我就注意到了振荡。 之前我被提议删除 C5。 它当时就解决了问题。 但它位于我的测试装置上。

您认为从 DIP 封装转换到 SMD 封装是否有一定效果？ 我使用的 OP177 是 DIP 封装。

尊敬的 Dogan：  

当我在测试工作台上测量相同电容时。 它与 1.7nF

典型质量的同轴电缆的寄生电容约为 25pF/英尺至 35pF/英尺、质量较差的同轴电缆的寄生电容范围可能高达 100pF/英尺或更高。 运算放大器输出端的 1.7nF 寄生容性负载会导致运算放大器不稳定。 通常、您需要 在运算放大器的输出端放置一个 50-100 Ω 电阻器、以“隔离“直接寄生容性负载并提高运算放大器的相位裕度。 这与运算放大器在驱动负载时的稳定性问题有关。  

此 C5 电容器为 470nF。 一旦我从 OP177 切换到 OPA4180、我就注意到了振荡。 之前我被提议删除 C5。 它当时就解决了问题。 但它在我的测试设置中。

任何运算放大器都无法驱动大容性负载方向。 470nF 是大容性负载； OPA177 无法直接驱动该负载。 使用 OPA177 时可能没有观察到振荡、但 OPA4180 确实观察到了。 如果运算放大器驱动大容性负载、则需要对其进行补偿。 请告诉我您将使用哪个运算放大器、然后进行高性能环路稳定性分析并尝试补偿运算放大器并提高其相位裕度。   

好极了。

Raymond

尊敬的 Raymond：

我讨论的是模拟器件的 OP177、而不是来自德州仪器 (TI) 的 OPA177。 我使用 OP177 已超过 10 年、没有任何振荡或摇摆问题。 我已经花了数百小时来使用示波器检查 OP177 的输出波形。 相信我,可能会有一个振荡,但对我来说,它是不可察觉的。 通常、当我测试 OP177 的输出波形时、我切换到示波器上的交流电、以便将分压设置为低电平。  

2023 年、当我在此论坛上首次测试 OP4180 时、建议删除 470nf。 目前、我们仍在生产 OP177 板。 且电路板上仍组装了 470nF 电容。 在第二版的 OPA4180 板上、我完全移除了 470nF、在测试台上我没有看到任何振荡、但我没有使用示波器进行检查。 我也会用示波器对此进行检查。

OP177 DIP 封装非常昂贵、我需要在电路板中使用 3 个运算放大器。 我的备选方案

1-) 返回 OP177。 （我已经用 OP177 设计和制造了少量的板,以防我遇到问题,现在也许是时候使用该设计）

2-) 返回采用 SMD 封装的 OP177。 SMD 版本更便宜、但我需要重新设计和制造电路板。

3-) 解决 OPA4180 的问题。  我的库存中有 300 个 OPA4180、我喜欢使用它们。 但似乎需要修改电路板、

4) 切换到  OPA4206 这样的标准运算放大器。 我需要购买新组件、300 OPA4180 将进入垃圾箱。

尊敬的 Dogan：  

我看到您指的是  OP177GPZ。   OP177GPZ 的 P2P 兼容运算放大器如下所示。  

https://www.ti.com/cross-reference-search/singlepart?searchTerm=OP177GPZ

1-) 返回 OP177。 （我已经用 OP177 设计和制造了少量的板,以防我遇到问题,现在也许是时候使用该设计）[/报价]

您可以使用其中一个 P2P 器件替换 OP177 运算放大器。  

2-) 返回采用 SMD 封装的 OP177。 SMD 版本更便宜、但我需要重新设计和制造电路板。

您可以使用 SMD 转 DIP 分线板先检查性能。 您可以从 Digikey、Mouser 甚至 ebay.com 获取这些信息

3-) OPA4180 的修复问题。  我的库存中有 300 个 OPA4180、我喜欢使用它们。 但我似乎需要修改我的主板。

请让我知道最大值是什么 要驱动的容性负载、我可以帮您补偿运算放大器电路。  

[引述 userid=“548973" url="“ url="~“~/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1526636/opa4180-output-swing-and-power-sequence-problem/5892164 #5892164“]4-) 切换到  OPA4206 这样的标准运算放大器。 我需要购买新组件、300 个 OPA4180 将转至垃圾箱。[/quote]

您可以直接从 TI 网上商店购买。 请提供原理图、我可以为您进行仿真和检查。  

https://www.ti.com/product/OPA4206?login-check=true#order-quality

如果您有其他问题、请告诉我。  

此致、

Raymond

尊敬的 Raymond：

我已经测量了模拟输入模块输入引脚的电容。 显示为 1.5nF。 当我连接电缆时、它会变为 1.7nF。 我们可以设置 10nF、以获得不同类型机器上可具有的最大电容。

我将得到一个示波器、向您展示 op177 和 opa4180 的输出。 此外、我还可以购买 OPA177 并检查 OP177 之间是否存在差异。

尊敬的 Dogan：  

运算放大器在不影响运算放大器的环路稳定性和相位裕度的情况下无法驱动大容性负载。 在运算放大器的输出端连接长电缆后、请放置一个 100 Ω 电阻器、如下图所示。 之前、您将 470nF 电容器连接到输出节点、这将破坏运算放大器的环路稳定性和低相位裕度、并导致输出节点振荡。  

您的应用程序可用的 BW 是什么？ 我可以修改上述电路并提高性能。  

此致、

Raymond

 放大称重传感器输出。 我的目标是尽快测量称重传感器的输出。 我的应用可分类为称重秤应用。 产品从远处掉落在杯子上、然后撞上了称重传感器。 它会因产品的撞击而产生振动。 为了滤清器振动、我的低通滤波器必须约为 3-8Hz。 该电路板的频率约为 3Hz。

尊敬的 Dogan：  

为了滤波器振动我的低通滤波器必须约为 3-8 Hz。 此主板约为 3Hz。

输入 LPF 配置为 3.4Hz、这意味着您的振动信号非常慢。 3.4Hz 在–3dB 点测量、实际信号响应频率仅约< 1.7Hz。 假设您的过滤振动信号在 3-8Hz 之间、那么 LPF 应配置为 80Hz（大约 8Hz 后十倍频程）。 否则、高频振动信号可能会衰减。  

对于称重传感器应用、仪表放大器通常用于差分信号测量。 下面是一个电路示例。  

https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina125.pdf?ts = 1750932390887

如果您有其他问题、请告诉我。  

此致、

Raymond

实际上、我的机械振动约为 15Hz 至 22Hz

尊敬的 Dogan：  

实际上我的机械振动约为 15-22Hz

这意味着您需要将 LPF 配置为约 220Hz。 否则、振动信号会通过 LPF 来衰减、它的速度不会尽可能快。  

此致、

Raymond

您好 Raymond、

我使用示波器检查了系统。 两种系统。 我发现、测试设置和机器的唯一区别是放大器板的电压电源在机器上具有更多的开关噪声。

由于电源电压和模拟输出信号都使用同一根 USB 电缆传输、因此该开关噪声会耦合到模拟输出引脚。 下图是 OP4180 的输出。

也许这就是为什么在测试设置中我没有看到太多的问题,但在机器板上表现更差的原因。 我还增加了 390 Ω。 但对于示波器、我无法看到具有 390 欧姆隔离电阻器的电路板与没有隔离电阻器的电路板之间的差异。 但在 PLC 模拟输入模块中、我可以看到不同之处。

您之前提到过这一点

“OPA177 能够提供比 OPA4180 更大的电流“

在数据表中的数据可以比较它们的输出

尊敬的 Dogan：  

是的、示波器快照表明 LC 低通滤波器没有正确衰减开关频率、而我看到直流电源轨中的开关频率为 200kHz 至 500kHz。 运算放大器的 PSRR 不会有效地衰减如此高的频率。  

下面是 OPA177 的 PSRR 图。  

ISC 或短路电流表示最大值 输入电流。 OPA177 能够拉取/灌入高达+/OPA177 –35mA。  

OPA4180 的 ISC 仅约为+/ISC –18mA。  

通常、根据 Tamb 的工作温度、ISC 的可用性高达 60-70%。 而精密运算放大器应用中电源的纹波要求通常小于+/–1mVpp。 对于通用运算放大器、–10mA 是可以接受的。 我们讨论的是低噪声频率、其中 PSRR 能够使其衰减。  

如果您有其他问题、请告诉我。  

此致、

Raymond  

尊敬的 Raymond：

我计划将我的称重传感器调节电路从 ad620/opa4180 切换到 ina188/opa4202。

因为目标频率很低、比如 45Hz。 我们比较的 0.1Hz 到 10Hz 噪声时

AD620 0.28uV p-p

INA188 0.25uV p-p

INA188 非常出色。

对我来说最重要的是尽可能实现低漂移。 如果我一般为系统加电几分钟、我会注意到输出略有偏移。 当我在一段时间后重新校准我的系统时、我从未注意到增益发生变化。 当我更新系统的零点并放置校准重量时、它始终保持不变。  

的输入温漂  

AD620 为 0.6uV/°C

INA188 为 0.2uV/°C

INA188 非常出色。

由于 AD620 和 INA188 的引脚相同如果我对 INA188 不满意、我可以轻松地返回 AD620。

在 PLC 模拟输入引脚上、I 具有+/–10V 范围、位数为 61500 位小数。 20V / 61500 = 325uV/十进制。 我的称重限值约为 800gr、精度为 0.1gr。 所以我需要 8000 个无噪声小数位。 PLC 模块上的零点约为 10000 位小数。 我有可用的 51500 系列噪声 8000 无噪声小数。 51500/8000 = PLC 输入上的 6.4 位小数。 就电压而言、6.4 * 325uV = 2080uV。 由于 OPA4202 的增益将约为 12-14V/V、因此 1uV/°C 的失调电压漂移可以忽略不计。

对于负载电芯、我使用 10kg、2mV/V、电源电压为 10V。 10 千克时、电压为 20mV。 我的分辨率必须为 0.1gr。 因此、20mV/100000 = 200nV。 对于 800.0gr、INA188 的最大输入约为 1.6mV。   我将在增益级上使用 75R 电阻器、例如 667 增益。  

我已经创建了 TINA 表来分析我的滤波器。  我使用模拟器件滤波器设计工具来创建滤波器。 您能为我提供有关如何检查相位裕度、阶跃响应和噪声分析的帮助吗？

e2e.ti.com/.../LC_5F00_amp_5F00_1.TSC

尊敬的 Raymond：

LoadCell 使用 惠斯通电桥。 AD620 上的滤波器看起来是这样的。 我计划向 INA188 添加相同的滤波器。

FIL1 为 Johanson Dialectrics X2Y CAP。 47nF。 和一个 10x 电容器 470nF。

在实际应用中、我到 INA188 的输入信号约为 2mV 至 4mV。 我使用基准引脚来消除输入端的 2mV 死区重量。 因此、我有 2mV 实际输入。

由于我有 4 个使用 OPA4202 而不是 RC 滤波器的运算放大器、因此可以使用如下所示的 1 个 SK 和 2 个 MFB 滤波器。

e2e.ti.com/.../LC_5F00_amp_5F00_2.TSC

您是否认为使用隔离电阻器将 OPA4180 切换到 OPA4202 能够消除隔离电阻器、或者尽管 OPA4202 具有更高的容性驱动能力、但添加隔离电阻器的设计方法更好。

隔离电阻器、用于防止滤波器最后一级输出振荡到 PLC 输入。 之前您建议使用约 100R-1000R。 我之前提到过该电阻。 由于 OPA4202 能够驱动 25nF、因此我仍然可以在滤波器的输出端安装一个电阻器。