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[参考译文] OPA2376:OPA2376 的输入失调电流漂移

Guru**** 2788245 points

Other Parts Discussed in Thread: OPA2388, OPA2333, OPA376, OPA2626, OPA2376, LM4040, OPA2328, TLV2376, OPA2392

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https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1604729/opa2376-input-offset-current-drift-of-opa2376

器件型号: OPA2376
Thread 中讨论的其他器件: OPA2626LM4040、OPA2333、OPA2388、 OPA2328TLV2376OPA2392、OPA376

数据表中未指定该值。 您有这个值吗?

 

谢谢!

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    尊敬的用户:

    您的意思与温度? 相关的典型数据在数据表中显示为“图 11“。 输入偏置电流与温度间的关系“

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    你好、Ron

    我是指输入失调电流与温度间的关系。

    在其他一些数据表中、也提到了这一点。 例如 OPA2626

    这是否意味着在 OPA2376 中可以忽略输入失调电流与温度间的关系。

    实际上、我发现以下电路存在一些温度漂移。 它大约为 36uV/°C 我想将电阻更改为 10k Ω 并检查结果。

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    输入失调电流不是原因。 在 50k Ω 下、36uV/°C 将为 720pA/°C、这很荒谬或运算放大器损坏。

    U5 引脚 7 上是否有任何振荡或振铃? Vref 在温度范围内是否稳定? 1.5V 输出上的负载电流是多少?

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    你好、Ron

    可能不是输入失调电流漂移造成的。 可能是输入偏置电流漂移。 我对此不是很确定。 并且它不是在每个样本上。 对于大多数数字而言、温漂很好。 但我看到一些样本具有这种行为。 我正在尝试查找问题。

    这需要一些时间。 我会随时更新您的最新信息。

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    输入偏置失调电流、Ios 和 IB 每 10°C 加倍一次、因此 25°C 时的 0.2pA 会增加至 0.2pA*2^[(125C-25C)/10]= 0.2pA*2*10 = 200pA(125°C 时)。 这如下面的 IB 与温度间的关系图所示。

    但是、您可能会看到输入 电流噪声密度的影响、在 25°C 下指定为典型值 2fA/RT-Hz、但最大值可能高达 40fA/RT-Hz — 如下所示。 由于输入电流噪声是温度的函数、因此随着温度的升高、其幅度也会增加。  

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    你好

    从分析可以看出、偏置电压漂移并不是来自 OPA2376 的失调电压漂移或输入偏置电流漂移。 我想这背后有一些东西。 我会试着弄清楚。 实际上、我面临的问题是电路的偏置电压漂移。 约为 36.6uV/℃。

    我有 OPA2376 的基准电压和偏置电压、原始基准电压是 LM4040。

    我添加了另一个电路来测量电流

    如果我不注入任何电流、问题在于测量值随温度的漂移、约为 0.2bit/℃。 并使用 14 位 ADC。 因此为 36.7uV/℃。

    我想了解失调电压随温度漂移的原因。

    实际上、并非每个原型都能做到这一点。

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    实际上、并非每个原型都是这样。

    发生这种情况时、是仅在 1.5V 上发生、还是在 3V 上发生?

    它是否总是发生在两个上、而不仅仅是一个上?

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    你好、Ron

    情况有点复杂。 我会试着简单地解释一下。 问题在于测量电路中的失调电压漂移。

    I 使用 0.5m Ω 分流器测量电流。 我构建了一个 2 级增益放大器、可以在上面看到。 *10 增益和*133 增益。 这两个是采用 DFN 封装的 OPA2333。 我选择该器件是因为它为零漂移、信号为直流。零漂移是必需的、尤其是对于温漂。

    上面还显示了基准电压和偏置电压。 放大器是 OPA2376、也是因为失调电压低。 OPA2376 的温漂不低。 但我认为这不是一个问题,因为它只是*1 增益。

    我在未注入电流时测量不同温度下 ADC 侧的输出。 我想通过电路测量失调电压。

    失调电压的测量直接由嵌入在 Micro 中的 ADC 进行、后者是一款具有 3V 基准电压的 14 位 SAR ADC。 我直接读取 ADC 值(4000 个样本的平均值、2kSPS、总共 2 秒)

    I measurement 23 个样本、其中 2 个具有典型的温漂。 它为 0.229 位/℃μ s

    这是一个结果

    另一个错误样本是  

    因此、我需要全面分析整个电路的温漂、包括基准电压、偏置电压和测量电路。

    我还会对坏样本进行一些测试、这是有原因的。

    谢谢!

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    理论上的薄弱点似乎是 LM4040 的温度系数声明。 ADC 3V 基准是否随温度变化?

    ADC 有 3V 基准;该基准是否与 LM4040 3V 相同或不同? 如果相同,那么 LM4040 的临时 co 不再是我的问题。

    通过 ABA 交换 OPA2376 或其他元件、应说明哪个元件是主要原因。   

    LM4040 表示它在使用所有电容器时都是稳定的。 如果拆下此盖、可能会更稳定。 这可能不会有所帮助、但这是一个简单的测试。  

    LM4040 的 1.5V 分压器和 ADC 必须具有相同的接地电压、这一点很重要。  

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    你好、Ron

    我对此主题进行了一些更新。

    ADC 3V 基准来自 3V 网络、而不是 REFIN。

    我在室温和 80℃ 下测量 1.5V 网络和 3V 网络

          Room 80℃   

    1.5V  1.5000  1.4998   

    3V    2.9982  2.9947

    位    8196.9  8205.4

    结果与 ADC 的 rawdata 类似。

    似乎问题出在 3V 的放大器上。 存在电路漂移、

    3V 连接到 STM32U585 Micro VDDA 引脚(将 VDDA 和 VREF 组合在一起)

    您对此有一些提示吗?

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    将焦点更改为 3V 输出。  哇、我现在看到了多个潜在问题。

    电源为 3.3V 输出为 3V、以提供基准和负载。

    1. 输出电压余量可能会成为一个问题、但可能不会。 (负载电流是多少)?
    2. 环路分析显示了相位裕度不稳定性。 (我很惊讶,这在任何温度下都不是问题)  
    3. Vcm 为 Vs-0.3V;数据表没有针对此 Vcm 的规格。 电路距离修整点太远。 (这是一个)

    OPA2376 在这里不是很合适。 第 1 点的答案是什么? (查找替代双通道运算放大器)

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    你好、Ron

    感谢您的提醒。

    通过 3V 的输出确认了该问题。 输入电压 REFIN 在 80℃ 下非常稳定。 2.9995V 至 2.9999。

    但输出电压 3V 不太稳定、为 2.9981V(室温)、2.9947V (80℃)。 获得额外的处理。 它显然已降低。

    但 1.5V 的输入和输出似乎稳定。

    原因在于共模电压。

    当我们讨论失调电压漂移时、也许我们谈论的是 VCM = V+–1V (3.3-1=2.3V)

    当 VCM = 3V 时、温漂不是 2uV/℃μ s。

    您能否证实这一点?

    提前感谢!

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    你好、Ron

    另一个创始国是大部分的 OPA2376 是好的。 我发现 2 件不是那么好,总共 23 件。

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    你好、Ron

    由于负载电容器为 10uF、该电路是稳定的。 它不在我提出的论坛原理图中。

    ...

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    你好、Ron

    我移除 OPA2376 并将其替换为新的 OPA2376。 结果很好。 随着温升、输出电压保持稳定。

    我相信 OPA2376 中有一些不同的东西。

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    我们正在取得进展。  

    当我们讨论失调电压漂移时、也许我们讨论的是 VCM = V+–1V (3.3-1=2.3V)

    电气特性表标题具有此文本“在 TA = 25°C、RL = 10kΩ 连接到 VS/2 时、 VCM = VS/2 和 VOUT = VS/2、除非另有说明“、因此共模为电源电压的 1/2。 在本例中为 1.65V;它位于曲线的平坦部分。 1.5V 通道接近经过修整的生产点   

    在 1V 的电源电压(本例中为 2.3V 以上)范围内、一组不同的输入晶体管运行运算放大器。 这些不同的晶体管不匹配、并且在生产中未微调失调电压。  

    由于负载电容为 10uF、因此电路很稳定。 它不在我提交论坛的原理图中

    这更好,但我的仿真只有 17 度相位裕度。 不稳定。  

    查找替代双通道运算放大器

    我建议您看看 OPA2488 或 OPA2328。 它们的关键特性是零交叉。 因此它们在整个 VCM 范围内都是准确的。

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    在正电源轨的 1.3V 范围内、OPA2376 和 TLV2376 的直流和交流规格要差得多。   对于温漂、情况尤其如此、温漂增加到 25uV/°C — 请参阅下文。

      

    因此、接近正电源轨、我建议使用 OPA2392。

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    非常感谢。 我相信这是我面临的情况。

    我永远不知道失调电压漂移与共模电压之间有如此强烈的关系。

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    你好、Ron

    下面是 pspice 得出的仿真结果。 峰值小于 1.3V。 即曲线相位裕度与交流峰值之间的关系。 我认为相位裕度> 45°

    我将在星期一上仔细检查它。

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    你好 Marek

    TLV 是否是 OPA 的低成本版本?

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    是的、是这样。 它使用 同一个芯片、因此它只是 OPA2376 的升级版本。  

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    这是我的仿真结果。  

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    你好、Ron

    是的、我使用 PSpice 进行仿真、结果是类似的。

    但是、我按照 sbou1173 的设计步骤操作、并使用检查闭环峰值来确保稳定性。

    其实,我不知道为什么这个问题。

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    瞬态仿真显示电路具有 58%的小信号过冲、远高于建议的 25%最大值 — 请参阅下文。   

    交流稳定性分析表明、电路仅略微稳定、具有 22 度的相位裕度、远低于建议的最小 45 度。   

    ii 全部意味着、由于晶圆制造厂工艺变化、相位裕度可能会下降 20 度、电路可能完全不稳定、或者其设置时间可能 非常长。 这是您应该改用 OPA2392 的另一个原因 — 请参阅下面的。

    话虽如此、我也会将 Riso 增大到 5 欧姆、将相位裕度的下降提升到 25 度以上 — 见下文。

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    你好

    我在 pspice 中进行瞬态分析并得到以下结果、但结果与您的结果不同。

       

    0.164/3.036 = 0.054

    我不是挑战你的结果。 我只是想找出工具之间的差异。

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    对于 OPA2392、结果为

      

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    必须通过查找小信号过冲来确定瞬态稳定性分析 直接放在运算放大器的输出端 而不在 隔离电阻器的另一侧(右侧)-请参阅下文。  此外、请注意、两个不同节点之间的响应时间缩短了 10 倍 (100us/div、而不是 1ms/div)。

    58%的小信号过冲与 22 度相位裕度的理论值非常吻合 — 见下方。

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    你好

    非常感谢您的解释。 我得到了与你们类似的结果。

       ...

    我认为这是一种通过过冲验证相位裕度的方法。

    不过、我看到的是相位裕度与过冲间的关系

    测量过冲的方法似乎与您的方法不同。

    另一种方法是使用交流峰值。

    您能举个例子吗?

    谢谢

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    抱歉、错过了仿真结果

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    基于过冲的稳定性分析只能在线性操作下确定(使用 10mV 或更低的小信号输出)。  使用 1V 信号(如下所示)会强制输出转换并导致非线性操作、但这不能用于得出系统稳定性结论。  

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    你好

    感谢您的解释。 如果确定了负载电容器、您是否可以选择合适的 CF? 您是否有通过仿真(可能是瞬态过冲仿真)验证设计的方法?

    提前感谢!

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    上面的主题已经展示了如何通过仿真相位裕度(最小 45 度)和通过小信号瞬态分析(最大 25%过冲)确认运行稳定来验证稳定性。  就过程而言、首先需要通过迭代其值来确定最小 Riso 值(无双反馈)、因此 AOL*Beta(在 Aol 和 1/Beta 的交点处)的相位裕度至少为 45  度、而相位裕度(在任何频率下)的下降都高于 25 度 — 见下文。

    接下来、您需要添加双反馈 、最初设置 CF =~C2/100 和 RF =~Riso*1000、并根据需要对元件值进行可能的迭代、以满足前面讨论的总体稳定性要求。  

    有关电路稳定性的更多详细信息、请查看随附的演示文稿。

    e2e.ti.com/.../Circuit-Stability.pdf

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    你好

    我认为关键点是确定零点频率。 在文档中、频率似乎选择为 20dB。

    但在您的仿真结果中、您似乎没有选择 692Hz 或 545.8Hz、所选频率为 1/(2*PI*R*C)= 3183Hz

    请告诉我您是如何选择频率的

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    关键是要了解解决稳定性问题的方法有多种。  上面我展示的方法依赖于优化相位裕度、而上面提到的方法是在输出端施加大电容负载(无 Riso)、从而在 146.5kHz 处产生第二个极点、然后使用该方法反算内部输出电阻 Ro。  知道 Ro 是什么后、可以使用它 在 Ro/10 和 Ro 之间选择 Riso。

    请阅读以下设计步骤。

    选择 Riso=Ro 将导致系统非常稳定、因为在极点频率的 2 倍内发生零点消除、而使用 Riso=Ro/10 将第二极点与零点消除的频率差分开 10 倍(请参阅下面的公式);但是、这可能会导致相位过度下降、这就是需要通过迭代来尽可能减小 Riso 而不允许相位降至 25 度以下的原因。 -请参阅下面的公式。

    请注意、相位骤降与相位裕度不同。  相位裕度在 Aol 和 1/Beta(建议最小值为 45 度)的交点处确定、而相位骤降可能在任何较低的频率下发生、并且至少需要 25 度 — 如下所示。

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    我想我现在已经开始理解你的观点了。 我需要找到第二个极点、即零点频率 fp。 第一个极点为 0dB/dec 至 20dB/dec。 第二个极点为 20dB/dec 至 40dB/dec。 然后计算 RO。 然后设置 RISO。

    并需要根据所选的 RISO 验证相位骤降和相位裕度。

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    回顾一下:您需要临时添加一个大输出电容、该电容将形成 第二个极点(第一个极点,大约高出 1Hz,是运算放大器内的主要米勒电容)、并从 FP2 频率返回计算 Ro。 使用 Riso=Ro 可以确保无论发生什么情况、但如果您需要尽可能减小 Riso(例如,由于输出电压余量问题)、您可能会低于 Ro、但需要通过迭代 Riso 确保相位裕度 (@ frequency、其中 Aol=1/Beta) 保持在 45 度以上、而任何较低频率下的相位不会降至 25 度以下。  

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    谢谢!

    这有助于我进一步了解稳定性。 顺便说一下、输出阻抗似乎并不总是恒定的。 我看到、在某些数据表中、它会随频率而变化。

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    只有在使用双极晶体管开环输出阻抗 Zo 的运算放大器中、该电阻在整个频率范围内相对恒定(电阻 — Ro)。 在所有 CMOS 运算放大器中、Zo 随频率的变化而变化很大。  因此、为了确定电路的稳定性、必须使用我们的仿真宏模型、以便对所述变化进行精心建模。 下面请参阅 OPA376 Zo 与频率间的关系图。

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    我有一个想法,检查你。

    在 Aol_loaded 和 1/β 相交之前、插入零点会将 ROC 从 40dB/十倍频程更改为 20dB/十倍频程。 这也可以通过图来验证。

    所以重要的是要绘制增益极点图。

    谢谢!

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      电路不稳定主要有两个原因:

    1.Rin 与内部输入电容 (Cin) 的相互作用会导致 1/β 中出现 fz1 零点、应通过添加 CF 来增加 FP1 极点来消除该零点

    2.大容性负载 (CL) 将 与内部输出阻抗 (Ro) 相互作用、形成 Aol 中的 fp2 极点、应通过添加 Riso 通过引入 fz2 零点来消除该阻抗 — 如下所示

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    你好

    是否可以在 PSpice 中检查具有高共模电压的温漂。 在仿真中、是否可以验证效果?

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    模型中包含高共模 Vos 和温度、但这只是一种可能性。  

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    你好

    您能解释为什么相位下降应大于 25 度吗? 如果它会导致不稳定、是如何导致不稳定的? 因为 Aol 在相位降低频率下似乎很好。