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[参考译文] THS4561:差分滤波器过冲

Guru**** 2473810 points
Other Parts Discussed in Thread: THS4561, INA826

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/1546848/ths4561-differential-filter-overshoot

器件型号:THS4561
主题: INA826 中讨论的其他器件

工具/软件:

我尝试实现差分双二阶滤波器、如 TI 应用手册 SLOA064 中的 3.2.3 所示、增益设置为 10。  

下面显示了我的电路摘录。  我现在将 R17 和 R24 拉紧以进行测试(输入到 ADC)。  

我遇到的问题是差分输出随着时间推移而下陷、然后过冲。  请参考下面的示波器屏幕截图。  蓝迹线有点难看、所以我也放了放大图片。  红色迹线是 TP9 的单端输入。  橙色/蓝色分别为 TP5/12。  您可以看到输入端的电压脉冲(红色)不会下降、但差分输出具有非常明显的骤降、然后在脉冲恢复为零后发生过冲。  是否有人知道什么原因可能导致这种骤降/过冲?   

  • 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。

    您好 Joseph、

    让我来看看这种行为。  除了修改增益之外、您是否使用与应用手册中相同的滤波器计算和参数?

    您的测试信号特征是什么?

    THS4561 使用什么电源配置?

    此致、

    Alec

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    Alec、

    这实际上不是测试信号、而是来自前一级的信号、即 INA826 仪表放大器:

    U2 的输入是来自环形线圈的电流脉冲。  

    我将使用该应用手册中的计算结果:

    对于 THS 的电源、它是通过一些轻度滤波馈入电路板的线性 Acopian 电源:

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    我确实从 UCLA 找到了另一篇文章:  https://www.seas.ucla.edu/brweb/papers/Journals/BR_SSCM_1_2024.pdf

    我认为我的一些问题可能是 R15/R22 导致的 1k。  SLOA064 没有说明这些值应该是多少、因此我将它们设置为 1k。  作为基准、我将使用 UCLA 的.pdf 中所示的 2k/2k/500 欧姆、看看它是否表现出相同的行为。   

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    您好 Joseph、

    如果您有其他更新、请告诉我。  我将重新熟悉 双二阶滤波器类型和参数。

    我会帮助你,当我们下周重新召集Slight smile.

    此致、

    Alec

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    Alec、   

    非常感谢您的帮助。  我已经深入探究了、SLOA064 有一些问题。  对于可能在同一艘船上的任何人、请参阅以下文章:

     sloa064a.pdf 中的错误“差分运算放大器电路集合“ 

    ...我最初 布置了板与“阿克伯格莫斯贝格 LPF“从图 10。  如该帖子中所述、这是错误的、因此我不得不切断布线并将电路板修改为 3.2.3 中所示的双二阶滤波器。  UCLA 论文实际上称之为 Tow-Thomas 双二阶滤波器。

    我注意到我的增益应该为 10、但观察到~= 14.18 、应用手册说增益为-R2/R1、但这也是错误的。  增益实际上为-R3/R1(请参阅我上面发表的 UCLA 论文中的公式 (5))。  使用我的电阻值 10K/706 ~= 14.16、这一点完全合理。

    此外,应用手册显示 Fo=1/(2*PI*R*C ),但它实际上取决于 R3、R2 和 cap(参考公式 (6) 来自 UCLA 论文)。   

    忽略截止频率和增益、 此时我只关心骤降/过冲行为。  我花了一些时间 在 LTspice 中模拟了一个几乎相同的芯片,我无法复制这种行为。  UCLA 白皮书中的图 11 确实演示了类似的过冲和阶跃响应(不确定是否可以在此处发布该白皮书中的图像)。

    我将在下周对硬件进行更多测试。  具体看一下 UCLA 图 11、答案可能是“现实世界、就是这样“。  如果是这样,那将是一个耻辱。  我需要一种从单端到差分的方法、使用低通滤波器、并增加一些增益。  这将是完美的解决方案。  完成更多测试后、我会重新发布。     

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    我将筛选条件更改为现有值:

    这实际上可以补救初始的袋装和过冲问题。  增益匹配(计算结果为 4.55、观察到 4.61)。  我认为 R4/15/22/36 上的匹配值是关键。  但是、它引入了相当大的失调电压、并破坏了信号:

     

    我不担心失调电压(蓝色/橙色、TP5/12)、可以通过由 FPGA 供电的 DAC 调整 INA826 上的基准电压来对齐信号。  实现。  

    但是、为什么/如何、我的输入信号(红色,TP 9) 在通过滤波器后会变得丑陋(蓝色/橙色、TP5/12)?  目的是让滤波器清理信号。  红色表示 100mV/div、蓝色/橙色表示 200mV/div、因此实际上比看起来更差。  电源尽可能干净 — 绿色迹线为 3.3V、在 THS4561 的引脚 3 处测得。

    对于电路板拓扑、它位于电路板的自己的角、紧密封装的 8 层、其下方有多个接地平面:

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    您好 Joseph、

    感谢您提供关于 SLOA064 的反馈。  我将注意我们可以对有关双二阶滤波器和 SE-to-DIFF 设置的后续文档进行的改进。

    我同意大家的看法、即希望滤波器输出看起来比示波器输出看起来更好。  我可以提出几个澄清问题吗?

    1.您如何测量或探测信号?  这是通过 SMA/BNC 连接器、O 形示波器探头等实现的吗?

    2.您使用的电阻器类型是什么?  无论是在材料上还是在导通电阻值上、选择的电阻器都可能导致噪声和失调电压。  FDA 受益于匹配良好的元件;如果信号在滤波后不符合预期、则可以提供滤波器无源器件。

    3.如何加载第 2 个 THS4561?  滤波器之后会发生什么?

    谢谢 Joseph。  很高兴知道已经取得了进展。

    此致、

    Alec

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    Alec、

    SLOA064 的后续版本对我来说似乎是一个了不起的想法。  关于如何将单端现实世界的信号与差分 ADC 进行实际连接的信息不多。  而差分滤波器没有太多影响。  

    要回答您的问题:

    1:所有 4 个通道均为 Tek 5 系列示波器上的普通香草示波器探头。

    2:电阻器全部为 1%厚膜。  你说可能会去.1%薄膜可能会产生巨大的差异?

    3:对于加载、现在进行测试时 、我将 R17 和 R24 拉低。  这类信号 直接馈入 ADC 的+/-差分输入。  U6 的正输出连接到缓冲放大器:

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    您好 Joseph、

    感谢您分享您的想法!  我也想重新查看有关 FDA 有源滤波的文档。

    我也很感谢您分享您的电路细节;我将在下周初做出回应。

    此致、

    Alec