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[参考译文] THS4541:输出上的直流不平衡

Guru**** 668880 points
Other Parts Discussed in Thread: ADS4246, THS4541, THS4531, THS4551
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https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/771106/ths4541-dc-imbalance-on-output

部件号:THS4541
主题中讨论的其他部件:ADS4246,, THS4531THS4551

我正在尝试使用ths4541驱动ads4246 ADC,并且输出的直流电平存在问题。

ADC预期输入平衡约为950mV,输出950mV参考电平。 我将此信号馈入ths4541的VCM输入,但输出不是以950mV为中心。

两个输出的平均值似乎为950mV,但单个输出并非以950mV为中心。

这会导致ads4246报告其输入的直流偏移,并且我无法使用零件的全动态范围,因为我已经看到偏移高达200mV。

精确电平因我的测试条件而异,但举例来说,THS4541的直流输入电平为2.537V,2.476V,输出上的相应直流电平为1071mV,847mV (在此测试中,声码为962mV)。

感谢您的帮助,John

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    您好,John:

    您能给我们一个示意图吗?

    Kai
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    您好,Kai,

    是的,这里是。

    I引用的输入电压为TP 9和3处的输出电压,TP 23,24处的输出电压。 来自ADC的0.95V偏压被馈入 x1缓冲区(TP22)。

    John

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    您好,John:

    不幸的是,我看不到THS4541的电源电压,也看不到THS4541输入的驱动因素和THS4541输出的驱动因素。

    移除C65和C67后会发生什么情况?

    您是否遵循了数据表中给出的布局建议?

    Kai

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    您好,Kai,

    感谢您的回复。

    它由+5和0V提供。

    我认为需要C65和C67 来提供滚转并稳定电路。 它们是否会影响直流偏移,或者您是否怀疑电流在摆动?

    驱动器来自另一个配置为LP过滤器的THS4541,负载是通过低通过滤器直接耦合的AD4546。 这些示意图显示了这些区域。

    LP滤波器的通带应为17MHz ,但目前仅为7MHz。

    我相信布局指引是可以遵守的,但仍有改善的空间。 随附的照片显示了相关的主板区域。 每个电流下都有一个分离器,直接位于引脚10和5之间。

    此致,John

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    John,您好!

    我是THS4541开发团队的一员,撰写了数据表。 您的计划图中有很多内容,但让我提出一些高级建议。
    1.您的所有FDA级都有反馈电流上限,这不一定是坏事,但当它们在较高F时将噪声增益转换为1时,确实存在低相位裕度的风险。THS4541实际上是名义上设计的噪声增益为3,相位裕度约为55度。
    2.这些是MFB过滤器阶段,如果您报告了所需的过滤器形状-我有一个设计工具可以很快生成RC值
    3.最后,您需要做的是在TINA中运行回路增益相位裕度模拟- THS4541模型非常好。 一段时间前,我曾尝试在几篇Planet模拟文章中描述其中的一些问题-

    这一操作纠正了我在MFB滤波器设计应用手册中遇到的一些错误-但是, 在该应用手册中,您还可以找到在加和交叉点使用C在较高F处形成噪声增益的想法-这是一个有用的技巧,但在这些高速零件中有一些需要注意的事项。

    www.planetanalogue.com/author.asp

    这种方法使用校正后的流程来调整先前我为20Mhz第3次订购Bessel所做的TI设计
    www.planetanalogue.com/author.asp

    这一节讨论了如何设置LG SIM以提取相位余量,在这种情况下,最好在输入端断开环路。
    www.planetanalogue.com/author.asp

    这一步讨论了如何改进低相位边距设计
    www.planetanalogue.com/author.asp

    4.我看不到ADC中有任何输出隔离电阻器。 如果没有这些,您几乎肯定会振荡。尤其是在不进行隔离的情况下探测输出-对于在最终阶段TP上进行直流探测,在连接DVM之前先用1kohm隔离输出。
    5.任何振荡被抑制后,下一层将是实际差分DC错误术语。 另一篇最近的文章更新了FDA的分析,我在其中纠正了之前在数据表中输入的有关如何处理输入共模电流相关错误的错误。,

    www.planetanalogue.com/author.asp

    然后,最近又出现了稳定性分析问题,

    www.planetanalogue.com/author.asp

    同样,如果您发送了报告您的目标筛选器形状,我需要大约20分钟才能完成设计。
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    您好,John:

    当您查看数据表图37中的开环增益和开环相位图时,您会注意到THS4541不太喜欢低噪声增益。 因此,反馈路径中的良好设计的相位引线电容可以通过侵蚀相位余量来降低噪音增益,并降低稳定性,Michael已经提到了这一点。

    许多人认为,由于失去相位余量而降低稳定性只会导致振荡,仅此而已。 但事实并非如此。 相位余量损失也会影响DC性能。 有时可以观察到非常奇怪的直流漂移现象,只有通过恢复相位余量才能修复。


    您好,Michael:

    很高兴有您参加这个论坛!! :-)


    Kai
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    您好,Michael:

    感谢您的宝贵建议。 感谢您的帮助。

    我们需要一点时间来了解这些建议并回顾电路。

    如果您能给出筛选器值的建议,那将是非常好的。 很遗憾,我没有过滤器的详细规格。 它是一种抗别名滤波器,用于76MHz采样。 我们所需的频段高达10MHz。 我们设计的滤波器具有平坦响应(如Butterworth),17MHz时的3dB点,但精确值并不重要。 这是我们模拟的反应,类似的反应也是不错的。

    此致,John

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    感谢John提供的额外细节,他开始仔细研究这个问题,并对Kai提出一些初步意见和问题??

    1.我注意到在第一阶段,相对较高的R值将C解决方案推低得相当低-以获得标准值, 避免寄生器将形状移开,我将在输入电阻器上降档至约500欧姆-希望这对进入该阶段的情况是可以的。

    2.第4次订购的Butterworth在17MHz时为两个17MHz Fo级,一个在Q of 1.31 ,另一个在0.54。 我以前在构建Intersil在线有源滤波器工具方面做了很多工作,事实证明,将较高的Q级放在首位将降低整体集成噪声。 这只是我的偏好,您可以轻松地切换。

    3.作为预览, 我在过去10年中开发的MFB解决方案流程将显示内部回路R >输入R。这是非常有意识的,旨在减少舞台内的噪声增益峰值-这有助于许多事情,如集成噪声和失真。

    3.我在ADC页面上注意到,每条线路上的22pF电阻为33欧姆-这很好。 基本上,最后一个FDA的输出应在任何寄生或添加C之前立即看到R,以避免失去相位裕度。 我还注意到线路在最后一个阶段会连接到DNP电阻器,您真的希望在任何迹线电容之前先看到R。

    4. Kai,通常我会将这些讨论构建在Word文件中,以便在点击“回复”之前对其进行编辑-我会在右下角看到“附加文件”-我猜我可以使用它来插入Word和TINA文件? 开始这样做,希望它能起作用。
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    您好,Michael:

    是的,单击按钮"插入代码,附加文件等..."。 将光标移动到要插入文件的行。 然后单击输入框标题中的"回形针"("插入文件")按钮。

    此处的插入特征有点棘手。 最好在插入文件之前添加一些空行...

    Kai
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    完美的时间,刚刚完成了我的第一个项目-这个MFB解决方案有10年的工作-比我想的其他任何东西都要好-但是, 最终您想要在每个阶段运行LG相位余量-此处未知的关键是最后阶段的寄生C -

    e2e.ti.com/.../Some-initial-ideas-for-the-3-stage-THS4541-filter-questions-Feb14_5F00_2019.docx</s>2019.

    然后是第一阶段TINA文件,  

    e2e.ti.com/.../Q-of-THS4541.TSC的1.31 级

    第二阶段TINA文件,  

    e2e.ti.com/.../Q-of-THS4541.TSC的0.54 级

    4阶MFB组合工位文件,  

    e2e.ti.com/.../4th-order-Butterworth-with-THS4541.TSC

    最后阶段LG sim文件,  

    e2e.ti.com/.../Last-stage-LG-sim-THS4541.TSC

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    谢谢Michael,
    我们将在明天了解这些。
    此致,John
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    e2e.ti.com/.../Some-added-work-on-the-17MHz-4th-order-Butterworth-Feb15_5F00_2019.docxHad今天上午还有一些时间,所以我在附件中运行了一些测试。 基本上集成了降级后的噪声,然后是1 % R和2 % C的蒙特卡罗噪声。标称F-3dB较低,需要检查,因为流量通常非常精确。

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    早上的约翰

    我继续检查每个阶段的相位余量,有源滤波器阶段看起来非常好(80度),最后一个阶段,添加33欧姆和22pF后也看起来非常好-即使输出中的寄生差C也是如此。 这让我很惊讶,我认为那些2.2pF反馈C可能与寄生输入C相互作用,以将高F噪声增益保持在2。 就我所能知道的那样,这些通道不应该有振荡。 因此,回到基本DC误差计算-

    您使用John的R Tolerance是什么?
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    我应该注意到,我在LG队中使用了我提议的RC,应该回到你现在的位置,稍后再重新插槽
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    e2e.ti.com/.../Original-4th-order-stage-analysis.docxHelloJohn,所以我返回您发送的电路,以确保我们知道这些MFB阶段正在做什么。 但是,当我运行单阶段响应形状时,它们都是真正稳定的-它们都是Q= 0.54 ,所以这就是为什么您现在看到低带宽的原因。 因此,需要对RC值进行一些更改,才能达到17MHz的第四级Butterworth。我建议您采用降序Q设计和RC值。

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    e2e.ti.com/.../Original-4th-order-stage-analysis-updated-Feb16.docxMorningJohn,我很抱歉我昨天在你的电路的第二阶段犯了一个错误- TINA文件有一个非常低的差分负载,导致FDA的反应中断。 我将RC值放入设计工具中,它还将根据这些值计算预期的形状-获得2.92 ,这在C值的广泛传播下更有意义。 修复SIM文件中的加载也表明了这一点。 因此,目标1.31 在任何情况下都不会在该阶段被命中。 在昨天发布的文件底部添加了更新的第二阶段SIM。

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    John,
    我现在知道原来的Fo和Q位置了,这不是第4次订购17MHz Butterworth设计,而是第4次订购17MHz 0.5dB Chebychev设计。 现在,事情变得更加有意义-并且组合的筛选器阶段模拟非常好,就像您最初展示的那样。
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    以及更多,

    我继续查看是否可以按当前目标实施筛选器。 Q=GBW阶段要求很多(2.92 wise)。 FilterPro说您需要GBW>5GHz,但它总是有点极端。 我最近一次更新的目标是最小Lg为18dB,要求2.8GHz。 继续进行设计,由于该阶段极高的噪声增益峰值(解决方案流中为29dB),最小LG实际上仅为6dB。 这意味着,与使用较低的Q筛选器形状相比,响应形状的可变性要多得多。
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    您好,Michael:

    感谢所有反馈。

    R均为1 %。 除4p7s外,这些帽均为5 % ,后者为+-0.25pF。

    此致,John

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    e2e.ti.com/.../Original-4th-order-CHebychev-analysis-updated-Feb18.docxThanksJohn,所以我在 TINA中设置了您原来的第4阶筛选器(最后一个阶段不应添加太多响应偏移)。 已添加容差并在附加的Word文件中运行Monte Carlo。

    所以回到您最初的输出直流偏移问题-是的,这太高了-在某处,我有一个总输出直流偏移计算器-我会看看我是否可以找到它并在每个阶段运行您的数字。

    滤波器本身似乎是17MHz 0.5dB第四级Chebychev。 由于TTHS4541中的最小LG低至约6dB标称值,因此第二级将随着GBW的变化而发生相当大的变化。

    所有阶段名义上看起来都有很好的相位余量。

    我怀疑您看到的明显直流偏移可能是由于探头电容造成的? 当您测量最终输出的直流电平时,请确保通过1kohm R将探头隔离,这不会改变您的直流电测量,而是将最终输出与其电容隔离。

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    谢谢Michael,

    我们还没有尝试使用1k隔离器,因为我们一直在查看主板的另一个问题区域(不是TI部件)。 我们明天应该能够试用它们。

    设计滤波器的人已经休假,但回来了,因此他将从我那里接管直流偏移问题。 我已经把这条支持路径给他了。

    再次感谢,此致,John
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    谢谢John,虽然这里有一些普遍有用的东西,但不确定你是否希望他一直回去。我有点偏离了舞台稳定性问题的轨道,现在看起来他们都很好。 Chebychev的选择可能不太好,工具要求的产品大于2.5GHz GBW,以获得良好的重复性。

    从我现在所知道的情况来看,我所看到的问题是,你是要坚持这一点,还是要去我之前提出的第四份Butterworth,它肯定会有更低的噪音,而且会更容易重复。
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    John Ryan,您好,您在这些问题上没有听到太多的信息。 我即将完成下一篇关于VFA稳定性问题和修复的Planet模拟文章-下周应该会出现-我还可以为您的团队做些什么?
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    您好,Michael:

    很抱歉长时间的沉默。 我们在板上遇到了另一个问题,这阻碍了我们在输出阶段的工作。

    我们在输出级上发现800MHz振荡,但无法通过电路变化来阻止它。

    我们从未能解决冲销问题。

    我们还使用THS4531s (而不是THS4541s)制造了另一个板,并为低通滤波器提供了组件值。

    这是昨天到的,所以我们只是在测试它。 初步结果显示,它是稳定的,但似乎有一些失真。 我们需要进一步测试以确认这些初步发现。 这一偏差似乎较小,但我们尚未认真衡量。

    此致,John

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    John,您好,THS4531的增益带宽产品对于该滤波器来说太低了-噪声增益可能会上升到AOL以上,从而产生环路增益<1,从而使响应形状偏离目标并产生高失真。 看来,对于我发送的第四份Butterworth订单,THS4541的速度还不够快,不能取得好的结果。 希望您使用了引脚兼容封装来尝试在新主板中使用THS4541。  

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    您好,Michael:
    谢谢,我了解GBW产品。
    我们只需将另一个板加载到相同的设计中,但使用交换组件来测试输出阶段的THS4531行为。
    此致,John
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    您好,Michael:

    我想我们现在可以把这个问题解决。

    我们构建了一个带有THS4551器件的主板,并实现了高达10MHz的可接受性能。 它具有重新设计的17MHz低通滤波器,非常棒!

    我认为直流偏移问题是由于我们的主板布局不佳导致的振荡。

    非常感谢您的所有帮助。

    此致,John

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    你好,John,很久没听到? 在平均时间内,此处显示的>1000个视图引起了一些兴趣。

    所以之前的所有讨论都是在THS4541上使用的,它几乎没有我发运的过滤器的GBP利润(第四次订购Butterworth)。 事实上,如果您迁移到THS4551,这对于生产变化可能有点太慢-但如果您要获得所需的良好结果,则这是一个低功耗解决方案。

    生产验证的下一步是进入标称滤波器设计,并修改TINA模型,使其显示为+/- 15 % AOL主导极范围。 这在宏观模型中有点难找到,但如果你需要的话,请告诉我-我必须看看一些非常复杂的模型。

    很高兴它能为您提供帮助。