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[参考译文] OPA397:用于 ADC 输入的缓冲运算放大器选择

Guru**** 2668435 points

Other Parts Discussed in Thread: OPA397, OPA328, ADS131A04, 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/1578075/opa397-buffer-opamp-choice-for-adc-inputs

部件号:OPA397
Thread 中讨论的其他器件: OPA328ADS131A04TINA-TI

这里针对我上一个问题进行了跟进: ADS131A04:在 TIA 设计的模拟输入引脚上使用 REFP — 数据转换器论坛-数据转换器 — TI E2E 支持论坛 

正如回复中所建议的、我希望在 ADS131A04 的 REFP 输出上添加一个缓冲器、以确保电流提供足够的拉电流能力。 但是、我不确定如何准确选择运算放大器。 我很天真地希望 OPA397 之类的器件可以正常工作、但我不清楚带宽是否足以处理 ADC 采样电路的快速开关? 我是否需要 OPA328 等更快的运算放大器?

为清楚起见、这是我设想的电路(负 ADC 输入将连接到实际信号):

image.png

缓冲器之后出现低通是因为我担心运算放大器上 ADC 的纯容性负载的不稳定(一些粗略的 LTSpice 仿真似乎支持这一点)。 我还尝试过仿真电路来判断运算放大器是否合适、但我不时会遇到一些巨大的尖峰、让我担心出了问题:

image.png

这基于 ADS131A04 数据表图 38 中的电路。 这些开关设置为 4MHz、导通时间为 0.12us、且 180°异相。

我担心的是、这些随机跳变离开稳态(这是测量 Vref 的电压、即 ADC 的输入):

image.png

因此、总结一下:

  • OPA397 是否适合缓冲 ADC 输入的 ADC REFP 输出? 如果不是、有什么更好的选择?
  • 我是否需要在缓冲器之后使用低通滤波器? 价值是否合理?
  • 一般而言、如何验证给定的 ADC 是否合适、即如何对 ADC 电路进行建模、我需要查找什么?
  • 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。

    您不指定采样频率、所需的建立时间和分辨率、但时间常数为 10us (10 Ω* 1 μ F) 的 RC 会导致建立尾非常长 — 如下所示。

    因此、我认为您需要使用像 OPA328 这样具有更低 ESR 电阻器的更快的运算放大器 — 请点击下面的链接查看白皮书:

    https://www.ti.com/lit/an/sboa558/sboa558.pdf?ts = 1760983421469&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Fproduct%252FOPA328

    使用 ESR 为 360m Ω(或更高)的 OPA328 会产生 45 度的最小建议相位裕度(或更高)-请参阅下面的。

    运行瞬态分析显示稳定运行稳定时间更短、如下所示。

    我附上了以下 Tina-TI 仿真原理图。  您可以点击以下链接来下载免费版本的 Tina-TI: https://www.ti.com/tool/TINA-TI

    e2e.ti.com/.../OPA328-AC-Stability.TSC

    e2e.ti.com/.../OPA328-Transient-Stability.TSC

  • 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。

    感谢您的详细答复! 我将尝试更详细地介绍您的建议。 同时:

    • 目标数据速率为 10-20kS/s、调制频率设置为 4MHz。 我不太清楚关于稳定时间的问题、因为运算放大器仅用于“稳态“基准输入?
    • 您能解释一下您展示的第一个仿真背后的逻辑吗? 通过“干扰“运算放大器输出端的电路、您到底在探测什么? 为什么干扰稳定时间与 电路的运行有关? 天哪、我本以为在低通后需要“干扰“电路、并检查采样电容器中是否存储了“正确的“电压(即采样电容器可以正确充电并且阻抗不会过高)。 由于平均阻抗大于 100k Ω、我假设 10 Ω 电阻器与相对较大的 1uF 电容器相结合、将提供足够的直流电流和足够的瞬态响应(因为 1uF 电容器可以为采样电容器充电~500'000 次、或~125ms,即远长于低通滤波器的时间常数)。 你的评论告诉我,但我在这里遗漏了什么?
  • 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。

    基准 输入 电压稳态、但在每个采样周期中、由于开关 S2 和充电 C1、Vref 会受到采样保持的干扰 — 如下所示。  因此、Vref 需要时间稳定才能在 ADC 内部进行转换。 这是我重新配置 ESR 位置的另一个原因。   

    要优化 ADC 基础上的 RC 滤波器、请点击以下链接下载 TI 模拟工程师计算器:

    www.ti.com/.../ANALOG-ENGINEER-CALC

    您可以通过用小信号 (<10mV) 激励输出并确保过冲小于 25%来确定电路的稳定性 — 这对应于建议的最小 45 度相位裕度。 对于缓冲器、您可以通过施加方波输入电压或使用电流脉冲激励输出来实现这一点、但在某些其他使用反馈电容器(滤除方波信号) 的电路中、您必须使用方波电流脉冲直接激励输出。  对于 OPA328、过冲为 24%、因此满足 25%的最大建议值 — 请参阅下面的。

    但是、对于 OPA397、过冲为 56%、可以估计只有 20 度(而不是 45 度)的相位裕度 — 如下所示。  相位裕度太低、无法确保晶圆工艺和温度变化带来的稳定性。

    请查看以下链接下的 TI Precsion Labs 稳定性教程: https://www.ti.com/video/series/precision-labs/ti-precision-labs-op-amps.html