Other Parts Discussed in Thread: OPA333, OPA350, OPA330, OPA320
器件型号: OPA333
主题中讨论的其他器件: OPA350、 OPA330、 OPA320
您好、
我使用 OPA333 驱动 微控制器 ADC。 我是否需要在 OPAMP 的输出端连接 RC 滤波器? 也可以直接连接到 UC ADC 吗?
很可能我会将该运算放大器更改为 OPA350、但我的问题仍然是一样的。

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您不需要 RC 滤波器、但通常使用 RC 滤波器来根据 ADC 输入的详细信息,所需的带宽,分辨率和采样频率优化电路性能 — 请参阅以下链接中的培训材料:
零漂移 OPA333(GBW 为 350kHz 的斩波放大器)和更快的 OPA350 (GBW 为 38MHz) 之间存在一定的区别。
如果您不关心采样率、信号频率、分辨率等、一个很好的经验法则是在 ADC 前面添加 1nF 的电容器。
但是、为了驱动 1nF 负载、OPA333 需要 1k Ω Riso、而 OPA350 只需要 20 Ω — 如下所示。
BTW、建议确保最小 45 度的相位裕度和/或小于 25%的小信号过冲 — 请参阅以下链接中的稳定性培训材料:
https://www.ti.com/video/series/precision-labs/ti-precision-labs-op-amps.html




e2e.ti.com/.../OPA333-AC-Stability-Buffer.TSC
e2e.ti.com/.../OPA333-Transient-Stability-Buffer.TSC
尊敬的 Marek:
下面是我更改 OPA333 的原因。
“在我的电路中、我使用 OPA333 运算‑放大器在‑两级 RC 低‑μ s 通滤波器 (R13–C44 和 R14–C45) 之前对传感器信号进行缓冲。 我的仿真显示总体滤波器带宽约为 45kHz。
我 ‑的微‑器是一个 Microchip SAM‑D5x/E5x 器件、该器件具有一个 12 μ s 位、1 μ s MSPS SAR ADC。 ‑这种类型的 ADC 使用内部采样电容器、因此运算放大器必须具有足够的带宽、压摆率和输出驱动、以便快速为该电容器充电并在每次转换之前稳定下来。
OPA333 数据表指出其具有:
•增益‑带宽= 350kHz
•压摆率= 0.16V/µs μ s
•输出驱动≈5mA
但对于 45kHz、3.3V 满‑级正弦波、所需的压摆率为:
SR_Required = 2π× 45kHz≈1.65V× 0.455V/µs μ s。
×所需的压摆率 (0.455V/µs μ µs s) 几乎比 OPA333 所能提供的压摆率 (0.16V/μ s) 高 3 μ s。“
请参阅我的评论:
建议的 RC 具有小信号截止频率 pf 159kHz。 因此、足以适应 45kHz 的滤波器带宽 — 请参阅下文。 但是、OPA330 全功率带宽(压摆率)太低而无法避免转换导致的失真是正确的。

更重要的是、为了在 1MHz 的采样速率范围内将信号稳定至 12 位分辨率、需要使用具有更高 GBW 的运算放大器、如 OPA350 或 OPA320。 这就是您应查看以下培训材料的原因: https://www.ti.com/video/series/precision-labs/ti-precision-labs-analogue-to-digital-converters-adcs.html?keyMatch=driving%20ADC&tisearch=universal_search
此外、请下载模拟工程师计算器、这样您就可以使用该计算器来针对所需的采样率和分辨率优化 RC 滤波器:
https://www.ti.com/tool/ANALOG-ENGINEER-CALC

尊敬的 Marek:
我倾向于使用 OPA350、如下所示。

e2e.ti.com/.../opa350_2D00_1.TSC
STEPRESPONSE:
无振铃。 我相信它是稳定的。

此致
Hari
我之前包含了电路稳定性培训材料的链接 — 这里同样是:
www.ti.com/.../ti-precision-labs-analogue-to-digital-converters-adcs.html
小信号过冲和相位裕度之间的关系来自如下所示的二阶图近似。 为了确保在温度和工艺变化范围内稳定运行、建议 设计至少 45 度的相位裕度或最大 25%的小信号过冲。

只要 信号路径中没有无源器件(用于滤除输入信号)、在这种情况下、无论哪种情况下、输出都会受到阶跃信号的干扰。 因此、无论您是使用输入电压阶跃还是输出电流脉冲激励输出、它们都应该提供相同的过冲百分比。
但是、如果输入和输出之间有任何 RC 滤波器,则必须使用方波电流脉冲直接激励输出,从而提供有效的过冲数 — 请参阅下文。


因此、最好激励输出、这样始终会提供正确的过冲百分比。
尊敬的 Marek:
我的理解如下:
有关一般的运算放大器瞬态分析、请应用 a 输出阶跃电压 是标准方法、因为它评估的是 放大器的闭环响应 包括过冲、振铃和稳定。
不过、在使用运算放大器时 驱动容性负载或 SAR ADC 输入 、主要的干扰通常来自 输出侧 、而不是来自输入端。 在这种情况下、a 可以更好地表示 ADC 采样操作 输出节点上的电流/电荷脉冲 。
因此、对于这种类型的电路、请施加 输出端的电流阶跃 更具代表性、因为它直接测试 运算放大器+负载相互作用 和显示了当负载突然消耗电流时输出是否保持稳定。
我的理解也是,如果有 信号路径中没有无源器件 在运算放大器输出和负载之间、输入阶跃测试和输出电流阶跃测试可能会给出类似的过冲行为。 但如果有 串联电阻器、RC 网络或电容器 运算放大器输出和 ADC/负载节点之间的电压、然后是一个 输入阶跃响应可能无法准确代表实际的负载瞬态稳定性 。 在这种情况下、激励 器件 提供了更有效的过冲结果。
因此、我理解的结论是:
输入电压阶跃 适用于一般放大器瞬态分析。
输出电流阶跃 更适合进行检查 ADC 驱动或容性负载稳定性 。
近似计算得出 并不适用于所有运算放大器电路 、但当主干扰来自时特别有用 输出/负载侧 。
请告诉我这一理解是否正确。
此致
Hari
在输出端使用电流脉冲来确定过冲数始终是正确的、因为它直接强制 Vout 具有 尖锐边缘。 如果反馈 RC 较低、则 可能没有区别、两种方法都适用。 但如果是 反馈 反相输入和输出之间的 RC 相对较大(例如 100K||100pF) 这 导致了减速 从而改变边缘 而激励 Vout 信号会使用于稳定性目的的过冲测量无效 — 如下所示。

另一方面、将激励直接应用于 Vout 会产生有效的过冲数、具体请参阅下文。

电流脉冲幅度取决于运算放大器输出阻抗、因此必须进行调整以产生 几 mV 的输出阶跃激励信号 (<+/–10mV)、因此运算放大器在线性区域内工作、不 进行压摆。
电流脉冲信号的频率取决于容性负载、因此需要进行调整、以便您清楚地看到初始激励信号幅度(第一个峰值) 、然后是系统响应第二个峰值输出信号幅度:然后过冲=(second_peak/first_peak)*100%。