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[参考译文] TLV6001：相位衰减的信号链问题 — 寻求帮助

admin
Guru**** 2478765 points
Other Parts Discussed in Thread: TLV6001, OPA357

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/1543047/tlv6001-signal-chain-issue-with-phase-decay---seeking-assistance

器件型号：TLV6001
主题： OPA357 中讨论的其他器件

工具/软件：

您好：

我的信号链设计遇到问题、希望 TI 工程师有一些见解。

在我的系统中、我使用带有 DAC (STM32F072x8) 的 MCU、它输出 20Hz 方波、范围为 0V 至 1.65V（即高电平 50ms 和低电平 50ms）。 在这个方波的高电平上、我叠加了一个振幅范围为 1.25V 至 1.65V 的 5kHz 方波。 5kHz 方波在每个高电平期间有 64 个周期。

该信号使用 TLV6001 运算放大器 (GBW 为 1MHz) 通过增益为 2 的闭环同相放大器。 然后、放大的信号被反馈回 MCU 的 ADC 以进行相位测量。 当存在 5kHz 方波时、测量发生在高电平期间、并使用 FFT 来计算相位。

我面临的问题是、随着测量次数的增加、我可以观察到系统的相位逐渐减少、每 100W 测量值大约为 0.1°。 在我目前的制度中、这是一种不可接受的现象。

为了解决这一问题、我尝试了以下方法：

  1. 将 TLV6001 运算放大器替换为 OPA357 (250MHz) 并启用 EN 引脚。

  2. 在每次高电平测量后禁用运算放大器、并在下一次测量之前重新启用运算放大器。

  3. 我还通过移除运算放大器并将 MCU DAC 输出直接连接到 ADC 输入来测试了系统。 在相同的环境条件和测量设置下、相位保持稳定、在多次测量后没有衰减。

  4. 整个测试环境保持在恒定的室温下、测试期间没有温度波动。

我想了解相位衰减的根本原因。 导致此问题的原因是什么？如何解决？ 此外、如果我要在 TINA 中对此进行仿真、如何设置仿真以准确地复制此行为？

如果 TI 工程师提供任何指导、我将不胜感激。

谢谢！

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    TI__Guru**** 2478765 points
    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。

    请标记  下图的两个轴 、以便我可以了解 您测量的每单位时间相移（不包括在内）量 — 如下所示。  

    请注意、电路配置的–3dB 带宽约为 428kHz、因此在 5kHz 输入信号下、输出相移将约为 –0.7 度 — 请参见下文。

    当然、GBW 250 时间高于 TLV6001（分别为 250MHz 与<xmt-block1> 1MHz</xmt-block>） 的 1MHz 的 OPA357） OPA357 在 5kHz 时的相移将比 TLV6001 低得多。

    e2e.ti.com/.../TLV6002-Phase-Shift.TSC

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    TI__Guru**** 2478765 points
    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。

    感谢您的答复。 以下是软件处理的详细步骤：

    1. 每 50ms 进行一次测量。 计时器可同时触发 DAC 输出和 ADC 采样、采样率为 320kHz。

    2. 每次测量都由 5kHz 方波的 64 个周期组成（高电平：1650mV、低电平：1250mV）。 丢弃前 16 个周期和最后 16 个周期。 然后在中间 32 个周期执行 DFT、以计算 5kHz 基波分量的相位。

    3. 不进行测量时、DAC 输出 0V。

    Y 轴说明：
    简单来说、它表示一个恒定设定值、反映系统当前使用 FFT 测量的相位 (DAC→OPA→ADC)。
    当系统仅包含 DAC→ADC 时、该 Y 轴值会随着时间的推移保持稳定。

    X 轴说明：
    X 轴表示测量次数。 根据电流测试、我们观察到、随着测量次数的增加（即随着时间的推移）、整个系统的测量相位值会继续衰减、而不是保持稳定。

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    TI__Guru**** 2478765 points
    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。

    Y 轴说明：
    简单来说、它表示一个恒定设定值、反映系统当前使用 FFT 测量的相位 (DAC→OPA→ADC)。
    当系统仅包含 DAC→ADC 时、该 Y 轴值会随着时间的推移保持稳定。

    这是否意味着输入和输出之间存在与下降之间~14 度的相移？

    X 轴说明：
    X 轴表示测量次数。 根据电流测试、我们观察到、随着测量次数的增加（即随着时间的推移）、整个系统的测量相位值会继续衰减、而不是保持稳定。

    每次测量每 12.8ms 进行一次？ 64*(1/5000)

    您不会 在 ADC 前面显示滤波器等详细信息、我怀疑问题可能在于、在   320kHz 的采样率下、输出不会稳定、从而导致持续的相移。

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    TI__Guru**** 2478765 points
    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。

    这是否意味着输入和输出之间存在与下降之间~14 度的相移？

    是的、您理解正确。 在我的当前系统 (DAC -> OPA -> RC-ADC) 中、这 14 度相移是一个固定相位、随着测量次数的增加（时间的增加）、相位逐渐减少。

    每次测量每 12.8ms 进行一次？ 64(1/5000)*

    是、测量时间是固定的。

    是的、我之前提供的电路缺少 RC 滤波器部分。 请参阅新原理图、其中我在 ADC 之前添加了前置滤波器部分。 目前、实际应用仅使用一个截止频率约为 10kHz 的简单 RC 滤波器。

    我想补充几件事：

    1. 您可能想知道为什么它恰好是 14。 这实际上是一个减去系统相位的常数值、常量是固定的且不变。

    2. 在当前系统中、如果移除 OPA、即 DAC -> RC -> ADC、整个系统的相位将变得非常稳定。

    我希望上述内容澄清了我的当前电路。

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    TI__Guru**** 2478765 points
    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。

    输出滤波器的转角频率为 fc = 1/(6.28*1100*15e-9)= 9.65kHz、等于 103us 的周期。  同时、每个脉冲持续 100us（见下文）。 这意味着、您看到的连续相移最可能的原因与进行测量时输出未达到稳定有关。  

    此外、为了应用干净的方波输入波形、最好使用 1k Ω 电阻器端接输入、然后将增益增加到 4，以补偿输入减半 — 见下文。