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[参考译文] OPA827:OPA827电压随动件显示了具有电容源的输入振荡

Guru**** 1125150 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA827, OPA604, OPA140
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/580307/opa827-opa827-voltage-follower-exhibits-input-oscillation-with-capacitative-source

部件号:OPA827
主题中讨论的其他部件: OPA604OPA140

在最近的设计更新中,我们将OPA604替换为OPA827,其位置为仪器输入处的电压随动件(缓冲器)。 输入端到达BNC连接器,并通过CM铁氧体将放大器的同相输入端接至接地,直流电阻为1MOhm。 除了输入连接了未源BNC电缆(约300pF),OPA827以400mV峰值(峰值)振荡,频率范围为28-40 MHz (取决于所连接电缆的长度)时,所有功能都正常。 振荡显示在同相输入和输出上,因此如果将BNC电缆的开口端连接到示波器,您可以观察正弦波。  用短路连接替换CM铁氧体没有什么区别。

我们使用的OPA827是OPA827AIDGKT部件(VSSOP封装),它由+/-15V导轨供电,并布置在10层印刷电路板的CS上,模拟接地平面作为CS下的下一层100um。 OPA604在其它相同电路中不会以这种方式运行。

通过在放大器输出到反相输入的轨道中放置一个低值电阻器(220R),可以调节振荡,但这不是一个适用于所有类型和长度电缆的解决方案。 BNC电缆来自低阻抗或中阻抗输出时,不会出现振荡,因为它在正常操作中。

我想了解一下OPA827如何以这种方式运行,因为所看到的振荡是在数据表中显示的频率上,该器件的环路增益大大低于单位。 此外,零件内部的哪个机构驱动反相输入的振荡? 最后,对于如何防止在所有输入电容条件下发生振荡,您是否有任何建议?

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    您好,Peter,

    28 - 40 MHz振荡在OPA827单位增益带宽频率范围内(通常为22 MHz,但可能更高),因此这表明,电路配置中的相位裕度已变为零。 您的确切电路配置不是我以前遇到过的,因此 请提供电路的图示。 我想确定电路中"开路"电缆的连接位置和方式。 此外,电路中的输出负载是多少。 请提供您认为有帮助的任何其他信息。 如果您有任何振荡的DSO图像,我希望看到它们。

    此致,Thomas

    精密放大器应用工程  

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    您好,Thomas:

    感谢您的回复。 我拍了一些示波器照片。

    我附上我所使用的主板示意图的摘录。 它显示了一个通道的输入,其中OPA827用作电压随动件。 还显示了EMC和保护部件,但如果我拆下并连接铁氧体L14并拆下保护二极管对D27,则振荡行为没有区别。 缓冲器的输出驱动ADG1208多路复用器的输入,但在这些测试中,多路复用器启用输入保持在较低水平,因此放大器仅驱动1.5pF输入电容。

    我已将标准50欧姆BNC电缆(约210pF)连接到输入连接器,使远程端保持未连接状态。 我使用连接到BNC连接器背面的高阻抗示波器探头(10M+3pF)观察那里的波形。

    我附上一张示波器照片,显示波形。 这显示了具有300mV峰值峰值幅度的稳定32MHz振荡,但可能很重要的是+136mV直流分量。 我强调,这种振荡来自放大器的同相输入。 放大器输出(以及反相输入)引脚显示非常相似的波形,具有相同的振幅,但与同相输入相比滞后90度。

    使用这种特殊的BNC电缆,我可以通过将R63从链路(0R0)更改为物理220R电阻来防止振荡。 但是,这并不一定能防止其他类型和长度的电缆发生振荡。

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    您好,Peter,

    感谢您提供更多信息和说明。 对于振荡,必须有1 V/V或更高的增益,并且在  回路中有足够的相移, 以产生正反馈。 我确实知道运算放大器内的本地回路由于独特的外部阻抗条件而振荡的情况,但OPA827不支持这些情况。 请注意,当运算放大器振荡时,直流行为可能与作为放大器正常工作时观察到的行为非常不同。  

    让我来思考一下,看看我的同事是否有任何想法。

    此致,Thomas

    精密放大器应用工程

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    您好,Peter,

    您是否愿意尝试一个小实验? 如果是这样,请尝试断开外部50欧姆电缆,并在其位置连接一个200 pF或220 pF电容器(跨 J14)。 像  以前一样使用O形范围,查看OPA827在此 情况下是否仍会振荡。

    您在前面的回答中提到 ,"还显示了EMC和保护部件,但如果我拆下并连接了铁氧体L14并拆下保护二极管对D27,则振荡行为没有区别。" 请 确认我的理解,这意味  着在将电缆连接到J14时,共模滤波器被卸下,而OPA827仍像以前一样振荡。

    电缆同轴电缆是RG-58还是RG-174? 如果不是,这是什么类型,它的长度是多少?

    此致,Thomas

    精密放大器应用工程  

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    您好,Thomas:

    只使用电容器和无BNC电缆就不容易引起振荡。 如果我测量电缆的电容,使其在 210 pF时产生振荡,然后将220pF聚苯乙烯电容器(而不是电缆)放置到位,则不会产生振荡。 但是,显著增加物理电容器值确实会导致此问题,因此下图显示了输入BNC连接器上10nF的结果。 有趣的是,振荡频率与电容没有反向变化,正如人们可能怀疑的那样,10nF产生的频率(40 MHz)高于210pF电缆(37 MHz)。 请注意,这是一个与 我之前照片中使用的OPA827不同的样例。

    您正确地拆卸了铁氧体和保护二极管。

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    您好,Peter,

    感谢 您提供有关输入电容器测试的信息。 请提供输入电缆的具体信息,类型,长度等

    此致,Thomas

    精密放大器应用工程

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    最可靠地导致振荡问题的电缆是我们所拥有的另一件设备随附的电缆。 电缆长度为2 m ,带有模制BNC插头,并印有“Sparkomatic Taiwan RG-58/U”字样。

    彼得
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    您好,Peter,

    我怀疑振荡可能是同轴对OPA827电路输入的影响。 RG-58/U传输线的2米开路长度不是OPA827非反相输入的电容,而是 阻抗 Z = 1.57 + 24.8 欧姆。 在32 MHz时,它显示为与123.3 NH电感器串联的1.57 欧姆电阻器。 这与210 pF电容器大不相同,它在23.7 32 MHz时显示Z =-100欧姆。 我怀疑与电路杂散电容结合 在一起的条件  是有足够的相移来支持32 MHz的振荡。  

    我已尝试使用 输入处传输线路的等效电路对OPA827电路进行建模。 OPA827型号是老式型号,因此我不确定我们是否能从它获得确切的交流电行为,而且您的PC板和布局的杂散电容未知。 尽管如此,当我 按 如下所示对电路建模时,它显示了非常广泛的振铃,这表明相位余量非常低,充其量只是略微稳定。 在 实际电路中,实际放大器可能  会进入振荡状态。 请注意,我使用10 mV脉冲激励 来测试振铃。

    有两种方法可以抑制电路;降低Q。第一种方法是在连接到OPA827同相输入的线路中添加一个小电阻(如100欧姆)。 结果如下所示。

    如果应用程序无法处理由100欧姆和1 Meg电阻器形成的分频器,则可以使用在OPA827的GBW之后生效的系列RC加载到OPA827的输入。 将100欧姆和72 pF (75 pF)的串行RC组合从同相输入线路添加到接地以抑制振铃。 其结果与 100欧姆系列输入电阻器接收的结果几乎相同。

    此致,Thomas

    精密放大器应用工程

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    您好,Thomas:

    感谢您的有趣分析。 我相信您的解释非常接近我们设备中的实际电路性能。 但是,我发现非常特别的是,由OPA827 JFET放大器组成的电压随动件在某些源阻抗方面存在稳定性问题,这在日常实验室使用中是完全正常的。

    我将一个单独的OPA827作为电压随动件接线,其非反相输入被470K//10nF切换至地电位。 它与低阻抗外部源配合使用非常出色,但当我从放大器拔下输入BNC电缆时,它在接近40MHz的频率下摆动。 替换OPA140 (唯一在MSOP封装中可以轻松找到的其他JFET放大器),即使是带宽的一半,也能在任何源阻抗下获得非常稳定的结果。

    我注意到您的建议,即我们可以继续使用OPA827,在OPA827的同相输入端放置一个100R系列电阻器或一个100R-75pF并联组合,但这将涉及对印刷电路板布局的更改,而在生产周期的这一阶段是不可行的。 除非我能在MSOP封装中找到另一个与OPA827带宽相似的放大器,否则我必须在该版本的产品中安装OPA140,并降低输入带宽。

    感谢您对此事的所有帮助。 我确实认为,在将OPA827用作电压随动件时,应警告其其他潜在的潜在源阻抗问题。

    彼得