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[参考译文] THS4131:高值电阻器的噪声响应

Guru**** 2456400 points
Other Parts Discussed in Thread: THS4131, OPA2140, THS4541, TINA-TI

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/616311/ths4131-noise-response-with-hi-value-resistors

部件号:THS4131
主题中讨论的其他部件: OPA2140THS4541TINA-TI

我正在使用THS4131排除电路故障。 它是旧设计的新版本,其中也使用THS4131,性能良好。 问题是最初的设计师在反馈网络上使用了47kOhm和4.99kOhm (SO增益~9.4)的高值电阻器。 我知道,这些值比数据表中规定的值要高得多。 但是,在我们的设计中,THS4131用于其差分特性和低噪声, 而不是高速(它放大了调幅125kHz正弦波),所以请谨记。

差动放大器之前的电路与原始设计相同,主要变化是它提供的ADC。 但是,我们发现这种新设计噪音更大。 我们正在尝试查找噪音源,到目前为止,广告已被丢弃(其性能符合数据表中的预期)。 然后,我们连接了差动放大器,并将其输入短路到AD的共模节点(实际上,连接到其电压随动件- OPA2140)。

我们使用数千个样本执行数据采集,并运行FFT,我们注意到一个1/f类响应,该响应扩展到大约300kHz。 这种噪音是产生此POST的原因,因为根据数据表,输入电压和电流等效噪声的膝关节约为1kHz,我们看到它发生在300kHz左右。 什么会导致此1/f (种类)噪音? 在125kHz时,噪声级别比平坦噪声范围(约4至6倍)高得多,因此解调会导致更高的输出噪声,使电路不适合应用。

FWIW I根据EDN中Michael Steffes的一篇文章以及此处引用的THS4541数据表的8.5 部分对电路进行了噪声估计。 我没有考虑1/f噪声,因为膝关节的频率为1kHz,这与我的应用无关,并且考虑到由于解调,带宽为2.5kHz。 产生的噪声比我们在FFT上观察到的噪声要低,不管怎样,它应该在所考虑的范围内平坦。

因此,问题是使用高值电阻器是否是造成这种1/f行为的原因? 或者可能还有其他原因导致我失踪?

此外,THS4131是否可以与数据表中的390R相比,使用更高的电阻器,例如rg=1k,rf=10k-ish? 我不想使用低值,因为功耗和散热在这种设计中非常重要。

FWIW采样速率为5MSPS,FFT缓冲区大小为2000个18位采样。

提前感谢大家的提示。

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    我在 这方面的工作是一个更进一步的问题。 我从下面的线程中获取了TINA-TI文件,并对我自己的变阻器进行了一些测试。

    https://e2e.ti.com/support/amplifiers/high_speed_amplifiers/f/10/t/55.0839万?tisearch=e2e-quicksearch&keymatch=ths4131</s>4131

    我注意到的第一件事是,即使是“理想”电阻器(即温度设置为-274C),膝盖距离1kHz的位置很远(在这种情况下大约为20kHz)。

    当我考虑电阻时,我得到了这个,仍然高于1kHz:

    最后,我的电路值(即 5K/47k),我明白了:

    注意膝盖大约为100kHz。 对吗? 模型是否有某些内容? 我缺少什么?

    再次感谢您对此提供的任何提示。

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    您好,Elder,

    如果您的系统对噪音敏感,那么我能想到的降低噪音的唯一方法就是降低RF。 如果您推断出全差动放大器(如THS4131)的以下输出噪声方程,则输入电流噪声(in)和4kTR噪声不是主要因素,除非RF显著增加。 如果RF值较高,输入电流1/f噪声将乘以RF,这看起来就像向右的1/f角的偏移量增加。

    因此,建议将RF设置为5k,将rg设置为500或更低,以满足您的系统噪音要求。

    此致,

    Rohit

    其中,Eni和In包括1/f和平板噪声。

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    您好Rohit:

    首先,非常感谢您的回答。

    是的,我同意电阻越低越好。 自从我上次发布以来,我能够评估差分放大器对系统噪音的影响,我发现即使在较高的电阻值下,它也不是我们观察到的噪音的罪魁祸首。 我打算降低这些值,以提高噪声余量和系统性能。

    问题仍然是,为什么噪声密度上的膝部随着电阻值的增加而向右移动? 此外,为什么仿真与数据表不匹配,即使是rg和RF的标称390欧姆电阻器也是如此? 型号限制还是缺少其他因素?

    我注意到在您的消息和eno等式的第一个图中,rg噪声缺失。 是这样吗? 我制作了一份电子表格,rg噪声在大多数情况下都是显著的,而产生的噪声则是在第二位。 当增益为1时,射频噪声相关。

    再次感谢您的支持。

    此致。

    长者。

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    您好,Elder,

    我 认为 输出噪声1/f角向右移动的主要原因是反馈电阻器(RF)值增加。  输入电流1/f噪声乘以RF ,RF以日志方式从47k更改为390欧姆,因此 ,似乎是1/f角向右的偏移增加。

    通过  计算组成 THS4131输出噪声的单个噪声贡献(我从上面复制),可以更好地理解这一点。 如果我们为不同的RF值保持噪声增益(1+RF/rg)常量,则无论您选择哪种RF,输入电压噪声(ENI)导致的输出噪声贡献都保持不变。 但是,输出处的电流噪声影响不是这样,因为电流噪声乘以RF的绝对值。 因此,RF中的对数变化从47k到390欧姆将导致此1/f角移,因为当前1/f噪声(IN_1/f)本身具有对数形状。

    如果您查看 上图了解各种RF和rg上的TINA-TI输出噪声模拟,您会发现噪声增益(1+ RF / rg)~ 11保持不变,与RF无关。  这意味着无论射频如何,输出处的输入电压噪声贡献都保持不变。 但是,RF绝对值也会发生变化,这将 改变 输出噪声1/f角频率,因为它乘以当前噪声1/f (in_1/f)。

    全差动放大器(FDA)的输出噪声表达:

    其中,Eni (输入电压噪声)= Eni_1/f + Eni_Spot和In (输入电流噪声)= in_1/f + in_spot

    因RF导致的1/f位移的图形表示:

    我相信TINA-TI模拟与rg 和RF的标称390欧姆电阻器数据表相匹配。 我认为您应该将TINA-TI模拟中的输入参考噪声(而不是输出)与数据表中提到的噪声进行比较。

    rg噪声是输出电压噪声(Enno)的噪声增益表达式的一部分。 我建议您浏览 全差动放大器的噪声分析应用说明,以便更好地了解问题:

    此致,

    Rohit

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    您好Rohit,这可以让事情完全清楚。

    非常感谢。

    长者。