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[参考译文] THS4561:THS4561 输出不正确、并随 DMM 探头接近度的变化而变化

Guru**** 2874030 points

Other Parts Discussed in Thread: THS4561, OPA2192

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/1635461/ths4561-ths4561-output-incorrect-and-changing-as-a-function-of-dmm-probe-proximity

器件型号: THS4561
主题中讨论的其他器件: OPA2192

您好:

我使用 THS4561 将单端输入信号电平转换为 ADC 的适当电压范围。 原理图和布局如下:

image.png

image.png

IN+由 OPA2192 单位增益运算放大器提供。 OUT+和 OUT-通过每个网络上的 2k Ω 电阻馈入 ADC。 即使移除这些 2k Ω 并使输出保持悬空、下面所述的问题也会持续存在。

问题 :输入差分电压与输出差分电压不匹配,它应该给我们的设计增益为 1。 此外、在研究这一点时、我们注意到、随着 DMM 探头的电缆相对于彼此移动、输出网络上测得的电压会发生很大变化(即变化>100mV)。 这种机制并不是立即清晰的、但值得注意的是、使用连接了 GND 夹的示波器探头并不会表现出电缆接近行为。

仿真、TI 的 FDA 计算器、TI THS4561 开发板和我们使用的其他完全相同原理图配置的 PCB 都可以正常工作、并建议这应该可以正常运行、而不会出现问题。

可以得出:  

  • 将 THS4561 替换为开发板中未出现问题的 THS4561 IC。 问题没有出在 IC 上、而是出在 PCB 上。
  • 将 ADC 与差分输出完全断开。 行为没有改变。  
  • 将现在悬空的差分输出与一个 2k Ω 电阻连接在一起。 没有变化。
  • 通过一个 2k Ω 电阻将 OUT+和 OUT-都连接到 GND。 没有变化。  
  • 引脚对引脚将电压与开发板上正常运行的系统进行比较。 除了错误电路板上的两个输出电压之外、所有引脚值都是适当且相似的。  
  • 重复测试该 PCB 的另一个实例。 也存在问题;因此、问题必须取决于 PCB 原理图或布局。  
  • 验证了构成 THS4561 网络的所有电阻值。 未发现异常。  

PCB 上有 7 个子电路、它们都存在相同的错误行为。 错误的输出在通道间或输入电压之间似乎没有任何常见的增益或电压偏移。 输入和输出差分电压之间的差值通常在 20mV 至 200mV 的范围内。

为什么输出电压随 DMM 电缆距离的变化而变化? 为什么无论探头状态如何、输出差分都与输入差分不同?

感谢您发送编修。

Rob

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    您好 Rob、

    我认为该器件可能不稳定。 当您使用示波器查看时、您是否看到过任何持续的移动、或者输出电压是否完全随机移动? 还是平坦的直流值?  

    该器件可能会使用不同的测量探针以不同的方式振荡。 与 DMM 探头相比、使用接地夹的示波器探头可能具有更低的电容和更低的电感。 当您围绕 DMM 电缆移动时、它可能会改变其电感或电容并改变相对稳定性。

    10nF 反馈电容器对于此类电路似乎非常大、可能会给您带来麻烦。 移除这些电容器后、结果是否会有所改善或变化?  

    您说 其他包含此原理图的 PCB 是有效的。 布局是否完全不同、或者有什么具体的差异? 差异也会导致稳定性问题。  看起来您的接地平面都在顶层 — 正确吗?

     电路板上器件的 Iq 或功耗是否高于预期? 更低?

    有关这些问题的答案可以帮助我调试您的问题。

    谢谢、

    Evan

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    尊敬的 Evan:

    感谢您的答复、感谢您抽出时间。 我听从了您的建议并在 10nF 反馈电容未组装的情况下运行了一个快速测试、输入和输出差分电压立即处于锁步状态。 探头电缆摆动也不再对测量的电压产生任何影响。  

    在这方面、问题已经解决、但我仍然希望反馈电容器带宽限制信号。 您会建议的最大可接受反馈电容器值是多少?  

    此外、我还不清楚为什么电缆会产生任何影响。 移除反馈盖可以解决问题、但我对潜在的电力学的理解被探头行为混淆了。 最好的猜测是、探头线会在差分输出线路之间引入电容、但总的来说、我无法复制行为。 如有任何进一步的解释、将不胜感激。  

    至于中使用同一网络的其他电路、它们的下游配置略有不同、从而产生有效的 200Ω 负载阻抗。 200Ω 恰好在负载电阻周围、从而克服反馈电容器并将输出钳位到适当的电平、但会消耗相当大的电流。 它并没有真正解决问题、只是掩盖了问题;我们现在想回顾一下这些旧电路、以及新的学习内容。  

    再次感谢!

    Rob

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    您好 Rob、

    为了使反馈电容器降低带宽、它必须与输入电容相互作用、并在更高的频率下产生更高的增益。 通常情况下、这意味着反馈电容器<=输入电容、因为其阻抗为 1/Sc、我怀疑您具有 10nF 的输入电容。 假设您有器件的 2.4pF 差分电容加上电路板寄生效应、再增加一个 2.5pF、得出~5pF。 只有 1pF 的反馈电容、您就会得到大约 47°的相位裕度和~31MHz 的带宽。 采用此假设时的最大反馈电容仅约为 15pF 或更多、但电路板寄生效应可能很难说、并且我不确定我们的模型是否完全捕获了中间区域。

    带宽仿真:

    环路增益/相位裕度仿真:

    在输出端使用探头会增加容性负载、并在其他电路板上具有较重的阻性负载、这两者都可能改变稳定性条件以实现更好或更差的效果。

    尝试依靠反馈电容器来降低此幅度下的带宽会很棘手。 您可以在输入引脚之间添加一个电容器、以产生更大的电容并实现更好的控制。   最好在 ADC 之前执行 LPF、或在有源滤波器等不同 FDA 拓扑之前执行 LPF。 但我不知道您后跟什么带宽。

    谢谢、

    Evan