[参考译文] OPA4187：偏移电压问题

您好，

你的赛道有一个错误。 U3的输出将变为负饱和：

e2e.ti.com/.../ift_5F00_opa4187.TSC

Kai

您好，

感谢您的回复。 请您详细解释一下吗？ 您是否还可以共享模拟软件的名称？ 我将尝试使用相同的仿真平台使其相关。

已编辑：我正在使用电位计和U2。 如果U1的偏移电压为1V。 我将尝试使U2分压器电路的电压尽可能接近U1。 例如0.9V。 因此，减影将为(Vu1 -Vu2) x增益=(1-U3) 0.9 V =(0.1xGain) V，因此U3的输出电压将为正。 这就是我认为电路的行为方式。

您好，

仿真软件是免费的TINA-TI：

www.ti.com/.../TINA-TI

Kai

你好，Lftekhar

正如Kai所指出的，您在第一阶段有一个差分放大器，请参见下图。 由于您使用的是单电源导轨，因此输出不能低于地面。 如果第一级的输出低于接地，则电路的其余部分将不工作。  

在您的最新示例中，我模拟了以下内容。  您只计算一个点。 输出是差分放大器，然后它将进入地下，如下面的模拟所示。

但是，如果您插入的参考电压> 100mV，则它将工作。  

e2e.ti.com/.../IA_5F00_opa4187-03282022.TSC</s>328.2022万

关于仿真工具，您可以从TI网站下载，如下所示。  

https://www.ti.com/tool/TINA-TI

如果您有其他问题，请告知我们。

最佳，

雷蒙德

您好，

Raymond的速度比我快  

即使您将U2处的参考电压设置为与传感器的1V直流电压相同的电位，U3的输出信号也会通过真正的交流输入信号进入负饱和：

在单个提供的OPAMP电路中通常可以看到这种现象。 一个补救方法是创建伪接地，例如此处所示的0.5V。 (它不是Raymond所显示的100mV，因为我认为您输入信号的幅度是150mV)：

伪接地的概念是允许OPAMP在其线性范围内完全摆动，而不会在输入和输出处达到饱和。

一般情况下，伪接地设置为中电压供应。 但是使用OPA4187时，您必须记住，共模输入电压范围限制为低于正电源电压2V。 请参阅数据表。 因此，伪接地应设置为比中间供应更小的电势。

Kai

Kai Klaas69 Raymond Zhang1 感谢您的回复。 我想我已经理解了你的解释。 对我来说，我的传感器型号似乎有点不同，但我可能错了。

在我的设计中，U2连接到传感器，U1连接到分压器电路，该分压器电路添加了偏移 最小化电压，这里我是用一个直流电源(V1)对分压器电路建模。 我在TI-TINA中创建了一个模拟。 这里，我的传感器可以建模为"VG1"和"V2"的组合，因为我的传感器始终具有直流偏移电压。 它是一个压力传感器。 因此，当我不对其施加任何力时，它会保持在1.2V水平(偏移)，当我按下它时，根据力的大小，它可能会达到1.3V，当我停止对其施加力时，电压水平会返回到1.2V。 因此传感器值永远不会低于1.2V。

如果我错了，请更正我，但我的设计似乎不应该存在饱和问题。

祝你一切顺利，
伊夫特哈尔

e2e.ti.com/.../Subtractor.TSC

你好，Iftekhar

祝贺TINA-TI取得成功

我在你的模拟中读出了“正弦(1 0.1 15)”的标签，它是1VDC，由幅度为0.1V的15Hz正弦波叠加。

要模拟单极信号而不是双极信号，您可以使用三角形波：

e2e.ti.com/.../ift_5F00_opa4187_5F00_1.TSC

但请记住，对于线性操作，OPA4187的输出电压需要与电源导轨保持至少0.3V的距离：

在您的电路中，到目前为止只有200mV。

Kai

您好Kai，
谢谢，我会记住这一点。

请4187请记住403.2223万记住，403.2223万，对于线性操作，OPA4187的输出电压需要与电源轨至少保持0.3V的距离：

我们现在知道，系统的第一部分正在工作。 我已在 您的模拟中添加了其余的电路。 因此，在Simulatiom中，第一，第二和第三个过滤器(Filter-1，Filter-2， Filter-3)的输出都是它们应该有的。 但在我的电路中，第一个滤波器的输出具有2V的偏移值。 我不知道为什么我的赛道会出现这种偏差。

祝你一切顺利，
伊夫特哈尔

e2e.ti.com/.../6813.ift_5F00_opa4187_5F00_1.TSC</s>4187

你好，Iftekhar

在电路的最后一个阶段，滤波器-3处的输入直流偏压为250mV。 U7或最后一级的增益级为7V/V，因此，输出信号以1.75Vdc为中心。

输出要求是什么？ 请告诉我们。  

最佳，

雷蒙德

 Raymond，您好！

模拟没有任何问题。 它工作正常，但我在PCB板上的实际电路存在问题。 我在Filter-1的输出处获得约2V的偏移。 不知道为什么。 我 在每个阶段之间添加了一个跳线。 因此，我从Filter-1的输入和输出中移除了跳线，然后将Filter-1的输入连接到GND，但Filter-1的输出具有2V的直流偏移电压。 这就是问题所在。 我已检查PCB板中每个电阻器和电容器的值，它们的值正确，我已反射OpAmp IC /也已更改，已检查焊接桥，对VDD短路， 和其它信号，但无法找到任何问题，仍在FILTER-1的输出处获得偏移值。 不在放大器的输出端。 您是否有任何猜测，知道为什么会发生这种情况？

祝你一切顺利，
伊夫特哈尔

你好，Iftekhar

不，不，雷蒙是对的。 当差分放大器的输出不能超过0.3V时(为了使此运算放大器的输出级保持线性操作！) 你必须在以后放大，你也将放大这个偏移。 0.3V x 7=2.1V。

此时此刻，您应该使用假地的技巧，此处为500mV：

e2e.ti.com/.../ift_5F00_opa4187_5F00_2.TSC

看看我如何参考最后一个OPAMP的增益设置电阻：差分放大器输出处的偏移(伪接地电位)不会放大，而只是与伪接地电位的差异。

Kai

您好，Kai，

感谢您提出这个好主意。 在我的下一个设计中，我将尝试实现这一点，或者我可能会在我的当前电路板中切断一些迹线，并在那里添加500mV的电压参考

但这不是主要问题。 我的第一个滤波器阶段表现 古怪。 我已将第一个滤波器级与PCB板上的电路其余部分隔离。 这很容易，因为我把跳线放在所有阶段之间。 因此，现在该滤波器的输入连接到GND (下图所示)，如果我将示波器连接到该滤波器的输出，它 将显示2V偏移电压。 我不知道为什么会发生这种情况。  

你好，Iftekhar

Sallen-key过滤器的作用应类似于运算放大器缓冲器，其中输出应跟随DC上的输入。  您提到您已经检查了所有组件值。 我想不出输入接地时输出将具有2V直流电压的原因(除非某处出现错误)。  您是否考虑过替换OPA187作为替代方案？   

我唯一想说的是，但它发生在AC上。  

在模拟中，您感兴趣的频率附近有Q。 您需要为Sallen-Key滤波器去Que增益峰值。 最简单的方法是增加C1和减少C2。  

因此，C1值翻倍，C2值减半，这不会影响滤波器的切断频率。 但这与您的2V偏移问题无关。  

e2e.ti.com/.../OPA187-Sallenkey-filter-330.2022万.TSC

请告诉我您的发现。  

最佳，

雷蒙德

 Raymond，您好！
再次感谢您的回复。 当回流过程不起作用时，我重新反射了OpAmp，我焊接了一个新的OpAmp ，但仍然存在相同的问题。 还更改了电容器的值，如您所述。 奇怪的是，当我在试验电路板上建立电路时，电路工作正常。  

我将尝试重建试验电路板电路。 并且将采用稍微不同的设计。  您和 kai klaas69 都提到了我可以在设计中做出的一些改进。 我也会将它们包括在内。  您 和 kai klaas69 有什么其他建议可以向我介绍这款模拟电路  ，使其更加坚固耐用吗？

关于设计的一个简短注释，当没有对传感器施加力时，传感器数据的偏移为1V，当施加力时，振幅会增加高达30mV，因此范围为1.00V至1.030V。 传感器的信号与高频噪音有关，我也想消除50Hz噪音。 这就是为什么我使用0到20 Hz的带宽来处理信号和5阶低通滤波器。 子牵引器电路用于消除偏移，以便在稍后阶段，我可以使用放大器的整个范围。 最后，放大信号将被馈送到微控制器(ADC)，微控制器以3.3V的电压运行，ADC参考电压也是3.3V。 我们的想法是使用子牵引器尽可能地将偏移最小化 ，以便在不超过3.3V电平的情况下尽可能放大信号。 我正在使用支持CC2640R2F BLE的MCU。 另外，你们认为我应该更换Opamp吗？ 我正在尝试开发电池供电的低功耗可穿戴设备。  

再次感谢所有有用的建议。

祝你一切顺利，
伊夫特哈尔

你好，Iftekhar

所以 现在4187 现在，403.3822万，该403.3822万该滤波器的输入将连接到GND (下图)，如果我将示波器连接到该滤波器的输出 ，它将显示2V偏移电压。 我不知道为什么会发生这种情况。[/QUOT]

我重申：

"但请记住，对于线性操作，OPA4187的输出电压需要与电源轨保持至少0.3V的距离。"

因此，如果您将输入强制为0V，则输出也需要释放0V，而OPAMP不能这样做。 您甚至不仅违反了上述0.3V的限制，而且还将OPA187的输出驱动到硬系统中。 使用OPA187之类的斩波运算放大器，这可能是致命的。 如果斩波器OPAMP无法关闭反馈回路，并且两个输入都保持在相同的电位，OPAMP可能会完全停止。

因此请使用0.5V伪接地。 并且不允许运算放大器的输出电压使电源电压接近0.3V！

Kai

你好，Iftekhar

奇怪的是，当我在试验电路板上建立电路时，电路工作正常。  

我 无法说明Filter-1节点处的2V直流偏移。 PCB电路和试验电路板电路之间有什么变化？ 如果您仍有试验电路板，请测量输入和输出电压节点，并比较两个电路板之间的不同节点。

以下是另一种消除感应系统中50Hz共模噪声的技术。 通常，在离散组件中构建具有高CMRR特性的仪表放大器是很困难的。 我不想偏离您正在做的事情，但您应该弄清楚现有PCB电路的情况。  

 INA826 和 INA333 的数据表中提供了以下示意图。  当然，TI有许多不同类型的仪表放大器用于测量差动输入应用。  EKG技术是主动采样50Hz CMRR噪声，反转其振幅，增益并将其作为VCM信号在传感器输入处馈入。   

我不想猜测哪种技术会更好-上述方法与应用5阶LPF滤波器来减少50Hz共模噪声相比。 由于10赫兹和50赫兹的近距离频率范围，衰减共模噪声的效果可能会受到限制。 您应该通过模拟检查它。  

请告诉我们您的发现。 Kai的建议很有道理，但我无法想象它在仪表放大器输出处会有如此大的偏移，即使我考虑了反馈电阻器的大容差(假设IA和LPF电路在线性区域运行)。  

最佳，

雷蒙德   

您好，Kai，

感谢您的回复。 我已经了解了这个问题，但在当前的PCB设计中，我无法进行更改，因为我 设计了一个紧密封装的电路板，带有0201个组件，并且刮擦/断开迹线是不可能的。 现在我要用0.5V 伪接地重建试验电路板上的电路。

1. 是否还需要为滤波器添加类似的伪接地？ 如果有必要，那么应该执行什么程序，因为我在这里使用 Sallen键滤波器，OPAMP主要是电压随动器。

2.您能否推荐一种不同的OPAMP，使我能够 执行单轨操作而无需 伪接地？ 然后我可以 在同一个PCB板上焊接新的四路运算放大器。

3.我重复了一次输入电压为500mV的滤波器实验。 在滤波器的输出处，我 仍然得到2V偏移。试验电路板电路和PCB板电路之间的唯一区别是，在试验电路板设计中，热垫是浮动的，而在PCB中，它连接到GND。

祝你一切顺利，
伊夫特哈尔

 Raymond，您好！
遗憾的是，我需要重建试验电路板电路。  试验电路板电路和PCB板电路之间的唯一区别在于，在试验电路板设计中，热垫是浮动的，而在PCB中，它连接到GND。 我将重建它，并将很快与大家分享结果。

再次感谢。

伊夫特哈尔

你好，Iftekhar

1.</s>4187 403.674万403.674万是否还需要为 过滤器添加类似的伪接地？ 如果有必要，那么该过程是什么，因为这里我使用 的是Sallen键滤波器，OPAMP主要是电压随动器。[/QUOT]

是的，向电路添加伪接地可通过以下方式完成：

e2e.ti.com/.../ift_5F00_opa4187_5F00_3.TSC

当然，您可以根据需要修改500mV伪接地电位。 如果您绝对确定运算放大器的输出电压从未低于500mV，那么您可以使用OPA4187将伪接地降低到350...400mV。 但请记住，传感器会出现偏移错误，这会使您的输入电压变成负值。 另外，当传感器步进较快且输出信号振铃时，还要考虑传感器输出电压的最终负值。

Kai

2.</s>4187 403.674万403.674万您是否可以推荐一种不同的OPAMP，使我能够 执行单轨操作而无需 伪接地？ 然后我可以在 同一个PCB板上焊接新的四路运算放大器。[/QUOT]

您始终需要为输出电压留出一定的余量，因为在输出时没有OPAMP可以完全降至0V，同时保持在线性工作范围内。 但有许多运算放大器不需要OPA4187所需的全部0.3V余量。 Raymond可能想为您选择合适的OPAMP。

不需要伪接地的补救方法是使用LM7705，它会产生-0.23V的小负电源电压。 它专为您的应用而设计。 查看LM7705的数据表以了解其工作原理。

3.</s>4187 403.674万403.674万我重复了一次输入电压为500mV的滤波器实验。 在滤波器的输出处，我 仍然得到2V偏移。试验电路板电路和PCB板电路之间的唯一区别是，在试验电路板设计中，热垫是浮动的，而在PCB中，它连接到GND。[/QUOT]

是否确定所有设备都已正确接线？ 锡焊珠不会造成不必要的短路？

遗憾4187遗憾的403.6746万的是403.6746万是我需要重建试验电路板电路。

[/quote]

这在显影阶段绝对正常。 每个专业设计人员都在开发阶段进行改装，最终板看起来绝不像开发板

Kai

[/quote][/quote]

你好，Iftekhar

https://www.ti.com/amplifier-circuit/op-amps/precision/products.html#p480=4;4&p2954=QFN;SON;UQFN;UQFN-HR;VQFN;VSON;WQFN;WSON;X1SON;X2QFN;X2SON&sort=p2954;desc</s>2954

最佳，

雷蒙德

您好 ，kai klaas69 和 Raymond Zhang1，

最后，我开始了这个设计，很快就会在试验电路板上建造它。

LM7705

Kai Klaas69，LM775是我的分压器ckt的理想替代品，也看起来像一个低功耗设备。 但是，当我使用四路运算放大器组时，我可以使用其中一个未使用的运算放大器作为分压器的缓冲器，你怎么看？ 这实际上主要取决于我是否想保留"U9"和/或"U16"。 如果我不保留它们，那么我就必须少用一个OPA4187，这将大大降低BOM成本，在这种情况下 ，LM775是非常有意义的。 在试验电路板和新的原型板中，我会保留一个选项，填充 LM775芯片，只是为了查看响应。 同样从模拟中，我注意到，如果 我将伪接地保持在接近1.65V的位置，它允许我使用更大的放大范围。 因此，我将检查哪 一个选项最适合我。为什么建议使用此零件？

我4187我猜测403.7155万猜测您403.7155万您选择了WQFN

Raymond Zhang1，我想让设备尽可能小，这就是为什么我使用WQFN封装 ，而OPA4187 OpAmp的低功耗规格非常好。 我想我现在会坚持这款芯片，因为它的规格和目前的市场状况  

在模拟中，我注意到过滤器在开始时具有上升阶段。 它们从低开始，100毫秒后达到实际值，这是否是解决方案限制？ 如果不是，它会对结果产生怎样的影响，因为我 还要记录回复？ 我只能在需要时使用负载开关打开模拟部分。 在这种情况下，负载开关将连接到VCC。 当CC2640R2F 建立蓝牙通信时，它将打开负载开关为模拟部分供电。 然后CC2640R2F将从模拟电路传输模拟读取数据。 您认为模拟电路上的这种缓慢上升是否会导致接收正确数据的问题？

最后，在模拟中，最后一个阶段(滤波器4)似乎有大量放大，但它没有配置任何增益。这里可能是什么问题？  

e2e.ti.com/.../analogue-ckt.TSC

我正在调整滤波器的电阻器和电容器的值，以找出低功耗情况下的最佳方案，以及整个0至20Hz范围的平坦增益响应，而滤波器切断区域附近没有任何过冲。 TI是否有任何在线计算器来 执行该实验？

再次感谢您提供的有用建议。

祝你一切顺利，
伊夫特哈尔

你好，Iftekhar

连续四秒钟的低通滤波器对我来说有点像过度使用。 您真的需要这样一个繁重的过滤吗？

同时请记住，有源低通滤波器在高频率下会受到阻尼损失：

因此，在任何情况下，您都需要添加被动低通滤波器。 例如：

它将提供更好的解决时间：

e2e.ti.com/.../ift_5F00_opa4187_5F00_4.TSC

Kai

您好 ，Kai，

感谢您分享设计参考，它在20Hz之前具有非常好的响应速度，但50Hz抑制非常接近-3dB。

对于如何选择组件来设计带通区域的过滤器以及在该区域之后的非常stip falloff，您是否有任何建议？ 我知道，对于接近1的"Q"，我需要"C2"值不比"C1"值高得多，并且为了改善加载效果，最好在高阶滤波器中使用较高的电阻值。 但是，要选择具有适当值的零部件，从而为我提供良好的平坦响应，滚离和良好的质量系数性能，确实非常困难。

你好，Iftekhar

50Hz时的衰减相对于通带为26dB。 在50Hz时是否需要更多衰减？

Kai

您好，Kai，谢谢。 我正在调整价值观，并提出了这个解决方案。 我能够去除两个运算放大器，并且反应更平坦，直至20赫兹。 根据您的经验，您是否认为这款产品在50Hz和更高频率滤波方面具有良好的性能？ 以及更好的"Q"职责？

此外，如果您有任何修改建议，也请剪切。

伊夫特哈尔

e2e.ti.com/.../analogue-ckt-_2D00_-autosave-22_2D00_04_2D00_11-09_5F00_14-_2D00_-autosave-22_2D00_04_2D00_11-10_5F00_35.TSC

你好，Iftekhar

您是否考虑过使用移动平均滤波器？ 以下链接显示了60Hz的示例，您可以轻松适应50Hz：

https://motorbehavior.wordpress.com/2011/06/11/moving-average-filters/

Kai

此线程也可能很有趣：

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/79.3143万/50-hz-line-frequency-noise-filter

您甚至可以将低通滤波或缺口滤波与移动平均滤波结合使用。

Kai

除了50Hz之外，我还尝试去除一些由直流-直流调节，振动和其他电路载波噪声引起的高频噪声，这些噪声都应该在100KHz以内。 为什么我要使用低通滤波器，而不是专用的缺口滤波器。 最后的电路中，哪一部分让您认为不可靠？

伊夫特哈尔

你好，Iftekhar

让我看看我是否能够找到滤波器配置来消除Sallen-key滤波器的更高频率特性。 您是否考虑过对您的筛选应用程序使用多反馈LPF？

我还尝试消除由于直流-直流调节，振动和其他电路载波噪声造成的一些高频噪声。

直流-直流转换器的切换频率是多少？ 您指的是什么振动？

最佳，

雷蒙德

让4187让我404.6788万我看看404.6788万看看我是否能够找到滤波器配置来消除Sallen-key滤波器的更高频率特性。

谢谢你。

您4187您的404.6788万的DC/DC404.6788万DC/DC转换器的切换频率是多少？ 您指的是什么振动？[/QUOT]

我的传感器大多是电容式的，所以我担心，由于这是一种可穿戴设备，传感器将电容性地与身体相结合，而身体将像一个大天线一样捕获各种噪音， 从这个意义上说，我想要一个低通滤波器来滤除所有噪音。 我的直流-直流转换器的切换频率为1kHz至1.3kHz，传感器测量部分使用的频率高达240kHz，但到目前为止，在我的所有测试中，我都看到它在2.3KHz至3.5kHz之间。

您4187您是否404.6788万是否考虑404.6788万考虑对过滤应用使用多反馈LPF？[/QUOT]

最初，我想到了这一点，但由于Sallen-key在单位增益模式中具有更好的噪声性能和最小数量的组件，所以我选择了这一款， 您是否认为选择多反馈滤波器会更好，因为 它不会在较高频段的频段中产生更高增益的问题？   

祝你一切顺利，
伊夫特哈尔

[/quote]

您能将模拟文件发送给我吗？ 我得到了不同的结果。 我也误按了“已解决 ”按钮，但我很有信心很快就会解决。

伊夫特哈尔

你好，Iftekhar

下面是Kai建议的模拟。  

e2e.ti.com/.../ift_5F00_opa4187_5F00_4-04122022.TSC</s>412.2022万

看起来很不错。 在3kHz和100kHz时，分别获得约-103dB和-77dB。  

如果您有其他问题，请告知我们。  

最佳，

雷蒙德

谢谢，Raymond

谢谢 ，kai klaas69 和 Raymond Zhang1，

哇，这是性能的一个巨大变化。 那么，您认为增益带宽产品或运算放大器的转换率是主要问题吗？

因为那个运算放大器只是一个缓冲器，所以这些参数都不重要，对吗？

如果你想总结一下，你对设计这种模拟电路有什么建议？ 例如，要实现更好的过滤和SNR性能，应该考虑哪些参数？

伊夫特哈尔

您好，

正是输出阻抗才是伪接地发生器的关键：

e2e.ti.com/.../ift_5F00_opa4187_5F00_5.TSC

如您所见，与OPA320的输出阻抗相比，OPA187的输出阻抗是一个宇宙。

Kai

此外4187此外，404.8403万，如果404.8403万如果您想总结一下，您对设计这种模拟电路有什么建议？ 例如，要实现更好的过滤和SNR性能，应该考虑哪些参数？[/QUOT]

我只会在必须提供超低偏移电压时使用斩波器运算放大器。 这可能是高增益应用的第一阶段。 在高增益阶段之后，我将采用标准运算放大器。

Kai

您好Kai，
我希望你的一周过得非常愉快。 看起来OPA320目前尚未在市场上销售。 对于哪种OPAMP可以是一种好的替代方案，您有什么建议吗？  最好使用与我已经设计过的PCB相同的封装类型(SOT-23-5)，否则我必须再次修改设计。

此外，如果我想自己进行研究以找到合适的运算符，我应该查看哪个参数？ 它是"开环输出阻抗与频率"吗？

以下是OPA187和OPA320的响应曲线：

从曲线上看，与OPA187相比，OPA320的响应更平坦，带宽更宽。

1.我应该只查找具有类似响应的OPAMP，还是应该考虑阻抗电平？

2.对于OPA320，电阻约为100欧姆。 如果我能找到具有类似频率响应(整个BW均为平坦)但阻抗较低(例如50欧姆)的OPAMP，它是否比OPA320更好？  

祝你一切顺利，

伊夫特哈尔

您好，

对于伪接地发生器来说，很好的备选方案是快速运算放大器，而不会消耗太少的电源电流。 然后它们几乎自动具有低输出阻抗。 并运行TINA-TI总结以了解它们的工作原理。

Kai

那么高的转换率？  

不4187不会405.3914万会消耗405.3914万消耗太小的电源电流

这个参数是什么？ 因此，此电流限制需要较高？

不是更高的转换速率，而是更高的带宽。 只需比较OPA4187和OPA320。

OPA4187的电源电流(也称为“静态电流”)仅为100µA Ω。 OPA320的电源电流为1.45mA。 因此，选择消耗约1...2mA的OPAMP。

另一个补救办法是使用多个伪接地发电机：

Kai