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[参考译文] OPA814：采用 OPA814/OPA615 的高速采样保持放大器设计

admin
Guru**** 2651515 points

Other Parts Discussed in Thread: THS4631, OPA817, OPA615, OPA656, 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/1582414/opa814-high-speed-sample-and-hold-amplifier-design-with-opa814-opa615

器件型号： OPA814
Thread 中讨论的其他器件： OPA615、 OPA656、THS4631 、OPA817、 TINA-TI

大家好、E2E 专家：

你好。

我正在设计一个电路来测量 MOSFET 的现场栅极阈值电压 Vth。 在任何分频器之前、要测量的信号范围为 0V 至 18V（上升时间< 100nS）。 测量由外部电路触发。 由于上升时间短、连续测量需要 10/100ns 的采样率、即 100MSPS。 为了避免使用昂贵的高端 ADC、我认为是使用 S/H 电路在接收到触发信号时保持电压。 然后使用引脚数低的基本 ADC 进行转换。 我在下面绘制了一个原理图。  
我的问题是：
1) 建议的信号是否合理,或者是否有更好的想法?

2) 我应该使用哪些部件来制造这种高速（采集时间<50 NS）S/H?   

3) 我了解了基本 S/H 放大器的以下拓扑结构。 如果使用高 BW 运算放大器、此拓扑是否足以满足我的应用需求？ 如果没有、您能否建议合适的拓扑？

4) 我从论坛上的讨论中读到、有人试图将 OPA615 用作 S/H 放大器。 我从未使用过 OTA。 我想知道这是否适用于我的应用？

此致、

公务员制度委员会

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    TI__Guru**** 2651515 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。

    您好：

     我将深入研究这个问题、并由星期二回答。

    谢谢您、
    Sima

  • 0
    TI__Guru**** 2651515 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。

    您好 Sima、

    到目前为止、我们是否有任何更新？

    此致、

    公务员制度委员会

  • 0
    TI__Guru**** 2651515 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。

    您好：

     很抱歉耽误您的时间。

    1. 看起来没有连接原理图。 您能重新附加原理图吗？ 对于建议的解决方案、您是否期待多个脉冲、或者只是担心一段时间内的第一次触发？

    2. 由于使用的是 ADC、因此不需要高输出电流即可驱动重负载。 需要关注带宽和压摆率。 对于 100ns 的上升时间、至少需要 3.5MHz 的闭环带宽。 并且至少压摆率为 200V/us。 此外、我建议选择 FET 输入放大器。 这对于采样保持应用至关重要、因为 这可以避免保持电容器充电/放电。  
      1. 这是使用 THS4631 和 OPA656 的此应用的一个很好的示例。 我建议使用 THS4631、因为如果您在 VS+上将电源设置为至少 22V、它可以满足您高达 18V 的输入电压要求。 并且建议在 VS-上放置一个至少为–4V 的负电源、以便能够在输出端达到 0V。 此器件的建议差分最大电压为 30V。 链接： e2e.ti.com/.../how-to-improve-the-accuracy-of-peak-detector-as-high-as-posssible

    3. 是否可以重新附加图像以查看拓扑？

    4. 您可以使用 OPA615、因为它具有针对采样保持应用集成的功能、而无需单独设计。 您可以单独使用 SOTA 部分（采样运算跨导放大器）、不必使用器件的 OTA 部分。 OTA 类似于双极晶体管。 如果需要驱动重负载或充当缓冲器以在保持模式期间保留电容器的电荷、则采样保持应用会很有帮助。 但是、OPA615 电源的额定电压高达+/–6.5V、因此无法处理 18V 输入信号。

    谢谢您、
    Sima  

  • 0
    TI__Guru**** 2651515 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。

    您好 Sima、

     我已经在 PSpice for TI 中仿真了 S/H 以及峰值检测器电路。
    以下是 我的回复和更新：
    1.要在您在回复 2.a.中共享的线程中测量的信号  与我的非常相似。 只有我的是从–5 到 18V,上升时间为数十 Ns。 因此、我预计会有多个脉冲（MOSFET 导通和关断）。 我关心的是阈值电压、这是整个 VGS 波形中的一个点。 一个 外部电路可以帮助我识别和触发保持以保持该 VGS 点。 可以进行许多测量。

    切换到 2。 和 4.： 我想 在 OPA615 的数据表中使用此 S/H 电路、因为它具有低 tpd。 我将放置一个电阻分压器、以确保输入信号处于 IC 的范围内。 在我的信号链中、 V_IN 是 VGS、div、V_OUT 连接到下图中 ADC 的输入。
    1) 在 SOTA 之前（分频器之后）是否需要另一个缓冲放大器（例如 OPA817）？
    2)  图中是否需要这些 50 欧姆端接? 我问道、因为输入 50 欧姆 并联端接会加载部分充电电流并影响 MOSFET 栅极驱动器的性能。 我对 OTA 的端接有点困惑。 如果未添加、这是否会导致反射问题？  
    3) 我是否可以使用 OTA 作为输出缓冲器来驱动 ADC 的输入？ 在这种情况下、我是否需要在 V_OUT 处使用串联 50 欧姆电阻器？
    3.拓扑结构
    峰值检测器
    S/H
    我曾尝试分别使用 OPA615 和 OPA817（电压反馈）对峰值检测器电路进行仿真。 尽管 OPA817 声称 800MHz BW 高于 OPA615、但响应速度似乎比 OPA615 慢。  这是因为 OTA 结构吗？ 要么源于我的设计。 采用 OPA817 的峰值检测器还可以看到许多过冲？ 您能帮助改进它吗？
    此外：
    此致、
    公务员制度委员会
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    TI__Guru**** 2651515 points
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    您好：  

     我需要在下周的 Day 星期一结束前深入研究模拟。 感谢您提供的其他信息、这对您使用它的方式很有意义。 由于您将有一个分压器来限制信号、那么肯定的 OPA615 将会起作用。

    1. 您将不需要在分压器级增加一个额外的放大器。  

    2. 和 3. 您不需要进行 50 欧姆阻抗匹配。 如果您担心由于在较远距离和较高频率下驱动下一级而导致的功率反射、就可以这样做。 在本例中、您将进入一个位于您的放大器附近的 ADC。 您需要一个 5-10 Ω 电阻器进行隔离、或者我们通常建议在 放大器和 ADC 输入之间使用 RC 滤波器；这有助于保持 ADC 的性能。

      将再次更新线程、提供有关仿真的更多详细信息。

    谢谢您、

    Sima

  • 0
    TI__Guru**** 2651515 points
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    您好 Sima、

    到目前为止是否有任何更新？  

    此致、

    公务员制度委员会

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    TI__Guru**** 2651515 points
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    您好：

     我不得不意外地把今天、星期一、关闭了。 我明天将能够研究这个问题。

    谢谢您、

    Sima  

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    TI__Guru**** 2651515 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。

    您好 Sima、

    等待您的解决方案时进行跟进。

    1. 我想知道我是否应该使用 OTA 作为 S/H 的输出缓冲器、在我的情况下、 用于驱动 ADC、或者是否应该使用电压跟随器（例如 OPA817）、如以下主题所述。 我尝试模拟这两种方法, 它们在准确性和响应时间方面没有显示出显著的差异。 您能提供一些有关 OTA 与普通电压源运算放大器及其适用应用的见解吗？

    https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1582224/opa615-opa615-holdn-switch-inducted-charge
    2.如果我要使用电压跟随器 作为输出缓冲器、如何处理 OPA615 中 OTA 的 B、C 和 E 引脚？
    3.我知道在 ADC 之前我们需要一个抗混叠滤波器。 您会建议使用哪种滤波器结构？ 如何选择 R、C 值？ 转角频率通常由 R*C 决定 它可以是一个大 R 和一个小 C、反之亦然。 您能为设计 可保持信号完整性的合适滤波器提供一些指导吗？
    此致、
    公务员制度委员会
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    TI__Guru**** 2651515 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。

    您好：

     我能够更深入地了解仿真。 我同意、在更改保持电容值时、OPA615 的带宽比 OPA817 解决方案更高。 上述原因是正确的、因为 OPA615 是用于此应用的专用器件、包含采样比较器 (SOTA) 和 OTA。 这有助于 提供额外的电流并有助于 缩短上升和下降时间（更快的响应速度）、  从而使放大器能够快速将采样电容器充电至其峰值、从而实现 ns 范围内的采样时间。  

     我像您之前一样、通过对 TINA-TI 和下面随附的文件进行一些修改、重新创建了差异。

      对于您的问题：

    1. 您不需要专门使用 OTA/输出缓冲器来驱动 ADC、但它有助于缓冲 ADC 的阻抗、并实现上述由于保持电容器而带来的优势
    2. 如果您最终不使用 OTA、则 可以将 C 端悬空、B 端和 E 端 0 Ω 电阻接地、如链接的 e2e 中所示。  
    3. 正确、转角频率将由 RC 的值决定。 我通常使用计算器、然后在仿真中进行调整。  
      1. 例如、我们在此处找到一个模拟工程师计算器： https://www.ti.com/tool/ANALOG-ENGINEER-CALC
      3. 以下是使用该计算器的书面指南： https://www.ti.com/lit/an/sbaa282b/sbaa282b.pdf?
      4. 视频格式如下： https://www.ti.com/video/series/precision-labs/ti-precision-labs-analogue-to-digital-converters-adcs.html 
        1. SAR ADC 输入驱动器设计部分中找到
      5. 这里提供了更多参考资料
        1. https://www.ti.com/lit/an/slyt626/slyt626.pdf?
        2.  https://e2e.ti.com/blogs_/archives/b/precisionhub/posts/three-guidelines-for-designing-anti-aliasing-filters 
      6. 另一种起始方法是转到 ADC 的 EVM/数据表、它们也会提供相关值的建议。  

    e2e.ti.com/.../OPA615-Basic.TSC

    e2e.ti.com/.../OPA817-Basic.TSC

    谢谢您、

    Sima