[参考译文] THS4151：模拟前端(AFE)衰减器电路

您好、Kosta、

我将运行相位稳定性分析。 C6和 C7似乎非常庞大。 C3和 C4可能过大。 另一种选择是使用双反馈方法。

Kai

您好、Kosta、

您能向我展示一下示波器上的输入和输出是什么样子吗？ 我同意 MFB 滤波器可能优于那些大输出电容器、但由于您已经制作了 PCB、我们可以尝试进行调试。 测试设置、电路板布局等的任何快照都将有所帮助。

最棒的

Sam

您好 Kai、  

仿真 THS4151差分输出电压的交流传递特性时(假设这是您在说"相位稳定性分析"时所暗示的分析)、我得到的结果似乎没有任何问题。 截止频率约为计算值、据我了解、该值也受 C3和 C4的影响。  

不过、我确实移除了以下电容器：C3和 C4以及 C6和 C7、所得结果与之前相同。 因此、我不确定这些电容器对电路性能的影响、尽管我同意它们位于较高的一侧。  

如果您有任何其他建议、请告诉我。  

科斯塔  

Sam、您好！  

到目前为止、我已经使用激光传感器进行了测试、该传感器根据其到平坦表面的距离提供特定的电压输出。 然而、传感器在实际应用中很容易出现振荡、现在我的办公桌上的位置与表面之间有一定的距离。 在我测试的这个距离处、传感器的输出应为5V。  

遗憾的是、目前我不在实验中、我通常不会在实验中工作、但是我可以告诉您、参考 TINA 原理图的输入 t0电路(即 VG2和 V_unfilt)实际上是我所期望的5V。 在这个5V 特性中没有发现任何异常。  

正如我之前提到过的、差分输出(Vout_diff 指的是 TINA 运动学)为20V、并且除了构成我期望的错误电压输出之外、它不会显示任何异常行为或瞬态。  

此外、OPA810的输出似乎也是正确的、因此电路的第二部分即 FDA THS4151的性能似乎正在下降。  

最后、我将向您发送一些 PCB 布局和测试设置的图片  

请注意、电路板上发现了一些错误的迹线/连接、这些问题已得到解决。 特别地、我将讨论 THS 的输出引脚与输出电阻器之间的连接。 如果您参考 PCB 布局、这些连接应介于：                 

NetC69_A5_1和 NetC65_A5_1   

NetC65_A5_1和 NetC69_A5_1

通过在我测试的电路板上使用一些跳线、可以纠正这些问题。  

此外、 引脚7在我正在使用的 THS4151的特定封装中也应是"NC"、这也已在我测试的电路板上进行了更正。  

最后、关于电路板、这是一个原型板、其设计目的是测试和验证其上所有子电路的性能、因此在这种意义上、我可以灵活地重新设计电路板的各个部分、 我还希望了解这个问题的根源、并实际了解导致这种行为的原因。 因此、如果能够在故障排除方面提供一些帮助、我们将不胜感激。  

如果您绝对需要查看示波器上显示的输入和输出、则必须等到星期一(2022年5月30日)  

期待您的回复以及任何其他建议和建议。  

PS：如果您参考我对 Kai 给出的答案、您还可以看到、即使在移除高值电容器后、我得到的结果仍然相同。

您好、Kosta、

您似乎已经越过了反馈路径。 您可以共享 CAD 原理图吗？ 您是否为此板运行了 DRC？

此外、您是否还确保切断使用电线返工的布线、并对旧/错误的连接进行连续性检查？

最棒的
Sam

Sam、您好！  

反馈路径确实会交叉。 这些联系在骗子上也是错误的，因此，刚果民主共和国没有报告任何违反这一细节的行为。 实际上、我使用导线返工的迹线没有被切割、但我要做的是将电阻器垂直放置在焊盘 ANALOGUE5_P 和 ANALOGUE5_N 上(请参阅 PCB 布局图)、并将电阻器的另一侧直接焊接在 THS4151的引脚4和5上。 因此、我绕过错误地追溯到 THS4151引脚4和5的焊盘。  

我希望这能回答你的问题。  

我真的认为现在所有的连接都应该正确、因为我还在不断检查它们、以查看是否有任何连接断开或未正确连接。

但事情似乎仍然不起作用、这确实让我感到困惑。  

希望很快能收到您的回复。  

此致、

科斯塔

您好、Kosta、  

如果您的反馈走线被物理交叉、您可能会损坏器件。无论如何、FDA 的一个美妙之处是、您可以使用低得多的电源器件来设计衰减器、因为它们会将所有内容电平转换为您所需的输出 VCM 和 Vpp。 我在 THS4551数据表中添加了有关"设计衰减器"的部分、在本文档中、  

https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ths4551.pdf

您好、Michael、  

感谢您的反馈。 我将查看您发送给我的文档。  

同时，我想问您以下问题：  

您会说、如果反馈走线被物理交叉、 则器件可能会损坏。 即使电路未从传感器获取任何输入、是否会发生这种情况。  

我必须解释、我的电路板中有5个相同的电路、我仅使用其中2个电路进行了测试。 那么、即使该特定电路未用于测试、错误的跟踪是否也会导致器件损坏？  

期待您的答复和任何其他建议。  

此致、  

科斯塔  

您好、Kosta、

您的电路的相位裕度为50°：

e2e.ti.com/.../kosta_5F00_ths4151.TSC

°μ A 有点低、但仍然可以接受。 如果您希望提高噪声容限、我建议您降低反馈环路中的30pF 电容：

还有另一个问题：两个1µF μ F 电容器在较高频率下的运行方式与短路类似。 在10kHz 时、1µF μ F 电容器的阻抗仅为16R、在100kHz 时仅为1.6R、依此类推。 因此、您可能会在较高的频率下使输出过载。

Kai

大家好、

我想让大家知道、在查看设计并将其在试验电路板上进行设计后、它似乎运行得很好。
我所犯的唯一主要错误似乎是交叉连接反馈路径。 此外、反馈路径交叉连接也会导致 IC 饱和、即使只是简单地激活也是如此
任何负载的情况下运行。 @Michael Steffes、您说得对。 谢谢你。

不过、我确实注意到 FDA 引脚4和5之间测量的输出电压存在一些噪声。
我尝试通过执行以下操作来降低噪声：

1.将 RF 和 Rg 电阻器分别从1k Ω 和3.3k Ω 降低为100Ohm 和330Ohm。
2.将 CCM 电容从0.1uF 增加到0.2uF (在初始设计中、电容为1uF、但被告知过大)
3.将 FDA 输出端的差分电容从300uF 增加到400uF

这似乎降低了 FDA 输出端的噪声、但我想知道是否还有其他可以尝试的东西。
可能是不同的反馈方法？

期待收到任何建议。

此致、
科斯塔

现在我非常确信这是发生的事情。 感谢您的详细介绍

您好、Kosta、

什么噪声？ HF 噪声还是 LF 噪声？ 是否有数字或示波器图？

30R/ 1µF Ω 输出低通滤波器的转角频率为5.3kHz。 这很重要。

300µF ??? 您的原理图显示330pF。

Kai

您好 Kai、  

很抱歉、这是一个拼写错误。 FDA 输出端的差分电容确实为 pF 幅度。 因此、我使用300pF 进行了测试、之后使用400pF 进行了测试。  

关于30R/1uF 低通滤波器：由于我在试验电路板上使用的元件类型受到限制、 我一直使用47R 电阻而不是30R 电阻。 至于1uF 电容、我听从了您的建议并将其减小了很多。 我现在已经用0.1uF 和0.2uF 进行了测试。  

此处我附上的图显示了我进行的4项测试的不同行为。   

我希望 FDA 的输出在1.5V 和-1.5V 之间摆动、但我也希望该信号会更"干净"。

我现在假设输入(传感器)信号的基频 不会高于10kHz。  

您是否会建议设计滤波器、使其具有偶数 Lowe 转角频率、例如大约1-2kHz？  

此致、  

科斯塔  

您好、Kosta、

可能已经是稳定性问题。 因此、我建议将反馈电容从30pF 降低到10pF。 提高噪声容限->降低噪声。 应该检查！

Kai

您好 Kai、  

嗯、这也是我根据您几天前的反馈考虑的其他问题。 馈送电容器当前每个为10pF。 这在我进行的所有4项测试中都保持不变。  

我 可以增大该电容、看看它是否会实际影响 FDA 输出端的总噪声、但这只是为了满足我的好奇心。  

但是、为了降低 FDA 输出端的噪声、电容值越低是否合理？ 可能是5pF 还是更低？

可以是一个测试、只要我先接收器件、我就可以轻松执行。  

希望听到您的想法。

再次感谢您的关注。  

此致、  

科斯塔  

您好、Kosta、

反馈电容器在这里至关重要、并且必须处于非常窄的范围内。

而且、不可能将反馈电阻器全部降低太多、因为这也会减小相位裕度、即使是使用最佳选择的反馈电容器也是如此。 请运行我的仿真以查看发生了什么。

Kai