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[参考译文] OPA244:采用 OPA244NA/3K 的共模噪声降低方法

Guru**** 2810285 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。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1621018/opa244-common-mode-noise-mitigation-methods-with-opa244na-3k

器件型号: OPA244

原理图:

Schematic_OPA244NA_scaled.png

我们有一款使用 OPA244NA/3K 可产生 0V 至 10V 输出的产品。 电路工作正常、但已发现问题。

与堆叠中其他电路板上的某些模拟开关相关、这似乎是一个共模噪声问题。

我说这是共模、因为添加电容器、更改电容值、添加/调整滤波没有任何帮助。

噪声为高频、上升时间约为 5ns。

运算放大器输出噪声的峰峰值通常为 300mV。 当我们测量 24V 接地电源时、可以看到其上的噪声峰峰值约为 25mV。

我们还可以看到正输入上的噪声、这是由包含两个 33K 电阻级的 PWM 双极 RC 低通滤波器产生的、该滤波器会产生并产生 0.1uF 电容器。 该器件正输入端信号上的噪声峰峰值也约为 20mV 至 25mV。

增加 RC 滤波器第二级的电容会使输出噪声上升、让我认为噪声正通过该电容器进入运算放大器。

我正在寻找通过尽可能少地更改设计来缓解这种共模噪声的方法。

我尝试了一堆想法,并将继续这样做,但我希望这里的导师可以给我更多的想法。

感谢你能抽出时间。

  • 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。

    Bryan、

    该电路有很多不同的潜在问题。  我不确定噪声的主要来源、但我认为下面的列表将帮助您重新设计电路、以使其噪声更小。

    第一个也可能是最重要的问题是运算放大器输出端的容性负载。   将电容器连接到运算放大器的输出端可能会导致不稳定。  不稳定意味着运算放大器会振荡。  在您的情况下、您可能尝试使用 R30 来解决该问题、但它没有帮助、因为它位于反馈环路内。   运算放大器稳定性理论和补偿方法 详细介绍了稳定性主题。  我想您可能需要查看第 4.3 节(缓冲器电路)。  这可能是驱动大容性负载而不会在 R30 上出现压降的理想方法。

    2. 与项目 1 有关,您的反馈电阻器相当大。  这也会导致稳定性问题。  解决这种稳定性问题的方法是在反馈电阻器 (R28 = 200k) 上放置一个电容器。  您可以使用公式 CF = fc ) 来选择 CF。  其中 fc 是您需要的截止频率。  无论如何对输入信号进行滤波、CF 不仅有助于稳定电路、还有助于改进滤波。  

     3.您的 PWM 滤波不会实现二阶滤波器。   微控制器 PWM 到 12 位模拟输出 显示了一种选择元件以获得更高阶滤波器响应的更有效方法。  查看图 15、请注意在后续级中电阻器如何不断增加 10 倍。   

    4. 您正在开发一个负电源与一个自制的电荷泵。  这是一个巧妙的电路、可能没问题。  但是、应检查电源上有多少纹波。   运算放大器的 PSRR 应有助于抑制该纹波、但根据其中一些纹波可能会传递到运算放大器输出端的频率、  纹波频率越低、PSRR 抑制噪声的效果就越好。

    希望此信息对您有所帮助。   

    此致、艺术

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    感谢您的快速答复 我真的很感激!

    我对反馈 R30 之前的电阻器的理解是为了防止外部器件损坏运算放大器。 我曾经试过具有更高 PSRR 和 CMRR 的运算放大器、但它们也具有更高的带宽并可自由振荡。 如果 R28 上的电容器将阻止振荡、这可能有助于我使用更好的运算放大器并可能限制噪声、尽管当我尝试它们时、运算放大器振荡输出上仍然存在噪声。

    我试图在不更换电路的情况下解决该问题、因为任何更改都可能触发 EMC 测试循环 、这既耗时又成本高昂。 我在运算放大器的输入端尝试使用一个小电容器。 任何大于 10pF 的振荡都会产生振荡、但没有产生噪声。 我还在 R32 上尝试了一个电容器、考虑让接地反弹到负极端子以消除正极端子上的噪声、但即使在 R30 短接的情况下、这也会导致振荡。

    我尝试将滤波电容器 C11 和 C42 绑定至 24VINA、这完全改变了噪声的性质。 它们不是持续大约 30ns 的瞬间脉冲/5ns 上升时间振铃、而是以低得多的频率放大到 2V 左右(我当时没有测量它)、并振铃更长(如果我记得正确,则为数百 ns)。

    我理解这个问题、也可能是我错的、所以模拟开关在开关过程中会对电源轨和接地轨产生很大的冲击、但它们会增加共模噪声、或者噪声太糟糕、以至于旁路电容器滤除差分噪声、而只留下共模噪声。

    这种噪声对该电路板上的大多数元件都很好、因为它的共模噪声和大多数器件都可以处理一些共模噪声、但该运算放大器的电源是不同的。 它是来自客户的输入电源、并进行降压/升压以产生 24 伏的模拟开关。 我认为、开关 24 伏时的开关节点会导致输入电源与接地端的共模噪声异相。 使用普通探头(没有有源探头)时、如果观察 24vin 信号并使用距离 OPA244N/3K 更远的接地、就会略微看到这种情况。

    我将查看您建议的文档。 同样、非常感谢您的帮助。

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    Brian、

    1. 在反馈环路内连接电阻器是保护运算放大器的有效方法(我自己也使用了此方法)。  但是、在驱动容性负载时、您确实需要使用某种方法来稳定运算放大器。  据我所知、CMRR、PSRR 和运算放大器环路稳定性之间没有连接。  环路稳定性与运算放大器开环增益曲线、输出阻抗和容性负载有关。
    2. 下面是具有和不具有稳定性补偿功能的电路。  我不包括输入滤波器或电荷泵、因为这与稳定性问题无关。  我使用了“缓冲器“补偿方法(请参阅第  4.3 节  运算放大器稳定性理论和补偿方法 )。  使用小信号阶跃输入来测试稳定性。  您可以看到没有稳定性补偿的电路会振荡、具有补偿功能的电路不会振荡。  下面还提供了这些仿真的 TINA-SPICE 文件。

    3. 关于过滤。  正如我提到的、如果您遵循中的建议、可以使效率更高  微控制器 PWM 到 12 位模拟输出

    在解决稳定性问题之前、我不会重点关注共模噪声。

    第 244 章

    第 244 章

    此致、艺术