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[参考译文] TLV9062:是否很难使用 TLV9062设计增益 X150的带通滤波器?

Other Parts Discussed in Thread: DUAL-DIYAMP-EVM, TLV9062, TINA-TI, OPA365
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https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1116781/tlv9062-is-it-difficult-to-design-a-band-pass-filter-of-gain-x150-using-tlv9062

器件型号:TLV9062
主题中讨论的其他器件:DUAL-DIYAMP-EVMTINA-TITLV906XOPA365

大家好、

我有与上一个问题类似的问题。

我的一位客户正在 使用逆变器放大器类型评估 TLV9062 (图11。 TI OPAMP 评估板 DUAL-DIYAMP-EVM 的反相放大器原理图。

https://www.ti.com/jp/lit/ug/sbou193/sbou193.pdf

它们使用以下参数进行评估。
R1/6=开路、C4/7=47nF、R3/8=1k Ω、C3/6=22pF、R2/7=150k Ω、 R4/9=560k Ω、R5/10=560k Ω、C5/8=100nF、C1/2=100nF

此外、每个端子电压低于。
V+=2.2V、V-=GND=0V。

REFA/B=2.2V 时、由与 V+电源分离的电源供电、

在这些条件下、它们采用了增益频率特性。 因此、增益特性低于 TINA-TI 仿真结果约5dB (约43dB)
输入10kHz 信号时。

他们的问题如下。

问题1. 您认为原因是什么? 它是由10kHz 时的 TLV9062增益限制引起的吗?

问题2. 是否很难使用 TLV9062设计增益 X150的带通滤波器?

非常感谢您的答复。

此致、

Kazuya。

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    您好、Kazuya、

    10kHz 时 TLV9062的开环增益为60dB。 闭环增益为44dB (151V/V)时、环路增益(也称为"线性增益保留")为60dB - 44dB = 16dB。 这应足以避免10kHz 时的频率响应下降。 但在较高频率下、此增益速率将降至7dB 以下:

    7dB 的增益储备对于正常运行来说太小。 我建议在最高信号频率下具有20dB 的最小增益保留。 良好的电路应该具有40dB。 而对于高精度电路、60dB 也是正常现象。

    如果没有足够的增益储备、一个很好的补救方法是连续将两个运算放大器上的增益平均分配。 或使用更快的运算放大器。

    还要记住、TLV9062数据表中的速度性能是在5V 电源电压下定义的。 在2.2V 时、速度性能可能会受到影响、您可能会看到频率响应降级。

    观察到的频率响应下降的另一个原因可能是驱动电路输入的正弦发生器的隐藏源电阻。 许多低频正弦发生器的源阻抗为600R。 这将有效地将电路的增益降低4dB。

    或者、您是否有一个制造容差过高的22pF 电容?

    Kai

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    您好 Kai、

    非常感谢您的回复。

    下面我可以向您提出几个问题吗?

    问题1. 您写道、我 建议在最高信号频率下具有20dB 的最小增益保留。  
        这种20dB 增益储备是否可以避免 TLV9062制造增益变化?

    问题2. 您写道 、如果没有足够的增益储备、一个很好的补救方法是连续在两个运算放大器上均匀地分离增益。
        这是否意味 着降低增益会扩展平坦增益的区域?
        平增益区域需要比 最高信号频率高多少频率?

    问题3. 这是一个有关 TINA-TI 的问题。 反射到 TLV9062特性中的电源电压
        (增益频率特性、输出驱动电流、稳定时间等)、TINA-TI?   
     

    再次感谢、致以诚挚的问候、

    Kazuya。

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    您好、Kazuya、

    问题1:这与 OPAMP 的制造容差无关。 这是简单的"OPAMP 物理特性"。 负反馈改善了 OPAMP 电路的许多参数。 例如、"闭环线性误差"会根据以下关系得到改善:

    L_cl = L_ol /(1 + A_beta)

    其中"L_cl"是"闭环线性误差"、"L_ol"是"开环线性误差"(通常小于5%)、"a_beta"是"环路增益"("开环增益"除以"闭环增益")、也称为"增益保留"

    在本示例中、20dB 的"a_beta"会将线性误差从5%降低到0.5%左右。 另一方面、40dB 的"增益储备"将导致0.05%。 40dB 的"增益储备"足以满足大多数应用的需求。

    同样、OPAMP 电路的其他参数也得到了改善。 例如、可以将"闭环输出阻抗"或"闭环增益稳定性作为温度的函数"考虑在内、仅举几个例子。   

    问题2:是的。 当"开环增益"的标准斜率为20dB/十倍频时、20dB 的"增益保留"将转换为系数10的带宽余量。 但这仅适用于恒定增益应用、反馈环路中没有任何滤波组件。 因此、我更喜欢考虑增益储备。

    Q3:在 TINA-TI 仿真中更改电源电压时、频率响应没有任何变化。 因此、我认为电源电压依赖性没有在这里建模。

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    非常感谢您的回复、很抱歉我迟到了。

    您能否再问几个问题、因为客户和我想知道您所说的收益储备?

    问题1.  "闭环线性误差"是否意味着闭环增益线性误差?

    问题2. 您说增益储备至少应为20dB。 此外、在客户情况下、增益储备为7dB。
       您能否告诉我、当获取20dB 增益保留时、如何计算它们可以获得的最大增益?

    问题3. 请告诉我、为什么至少需要20dB 增益预留的任何文档?

    请告诉我您的回复。

    再次感谢、致以诚挚的问候、

    Kazuya。  

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    您好 Kazuya、  

    [~引语 userid="190215" URL"/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forumers-forumer/1116781/tlv9062-is-it-chem-design-a-band pass filter-of gain-X150-using-tlv9062/4157920#4157920"]Q1。  "闭环线性误差"是否意味着闭环增益线性误差?[/quot]

    是的、我认为这两个术语是相同的。

    [~引语 userid="190215" URL"/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forumers-forumer/1116781/tlv9062-is-it-chem-design-a-band pass filter-of gain-X150-using-tlv9062/4157920#4157920"]Q2。 您说增益储备至少应为20dB。 此外、在客户情况下、增益储备为7dB。
       您能否告诉我、如何计算20dB 增益预留时可获得的最大增益?[/QUERP]

    您可以为此使用 TINA-TI、也可以手工计算。 如果客户需要150V/V 的增益、则必须选择具有更高带宽的放大器或在多个 TLV906x 器件之间分配增益、以保持20dB 的增益储备。 通常情况下、将增益预先加载到第一个放大器级以降低噪声是最常见的、但您可以始终在两级 SQRT (150)= 12.25V/V (见下文)之间平均分配增益。  

    有关级联放大器的更多详细信息、请参阅此应用手册   

    [~引语 userid="190215" URL"/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forumers-forumer/1116781/tlv9062-is-it-chem-design-a-band pass filter-of gain-X150-using-tlv9062/4157920#4157920"]Q3。 您能否告诉我解释为什么至少需要20dB 增益预留的任何文档?

    尝试使用模拟工程师计算器并选择"GAIN ERROR vs Bandwidth (增益误差与带宽)"类别。 您可以围绕参数进行更改、以计算实现所需增益误差所需的最小 GBW。 这将有助于演示增益和带宽如何影响线性度。  

    如果您有任何疑问、请告诉我、

    最棒的

    Jacob

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    您好、Jacob、

    非常感谢您的回复。

    我安装了 TI 模拟工程师计算器、并尝试使用增益误差与带宽间的关系计算器。
    我对该计算器有以下几个问题。 请给我回复。

    问题1.  非反相电路显示在计算器的显示屏中。  增益误差与带宽间的关系计算器是否 仅适用于同相电路?
        还是可以将计算器应用于反相电路? 客户使用带通滤波器的反相电路、如该胎面顶部所示?

    问题2. 如何显示位于右下角的3色(红色、绿色和蓝色)列?

    问题3. 客户设计的反相电路具有150V/V (43.5dB)。 但实际测量的增益约为110V/V (40.8dB)。
        在本例中、增益误差约为40V/V、误差率约为26%(40V/V 除以150V/V)。
        当我向"信号频率"列输入10kHz 时、150V/V 输入闭环增益、26%输入可接受误差。
        因此、最小增益带宽积为1.65MHz。 该数字低于 TLV9062 (GBW=10MHz)。

        客户和我想知道为什么至少需要20dB 的增益储备。
        是否有任何文档对此进行了解释?

    再次感谢、致以诚挚的问候、

    Kazuya。
       

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    您好、Kazuya、

    [~引脚 userid="190215" URL"/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forumers-forumer/1116781/tlv9062-is-it-chem-design-a-band pass filter-of gain-X150-using-tlv9062/4159379#4159379"]Q1。  非反相电路显示在计算器的显示屏中。  增益误差与带宽间的关系计算器是否 仅适用于同相电路?
        还是可以将计算器应用于反相电路? 客户使用带通滤波器的反相电路、此电路显示在此胎面顶部?
    [/QUERP]

    是的、您应该能够将增益误差与 BW 计算器用于反相配置

    [~引脚 userid="190215" URL"/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forumers-forumer/1116781/tlv9062-is-it-chem-design-a-band pass filter-of gain-X150-using-tlv9062/4159379#4159379Q2"]。 如何显示位于右下角的3色(红色、绿色和蓝色)列?[/引述]

    其他三种颜色来自面板中的其他选项:" AOL 误差注意事项"和"电阻容差"

    请注意、这两个选项都是围绕同相原理图设计的、但可以在 TINA-TI 中执行类似的测试。

    [引用 userid="190215" URL"~μ C/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forumers-forumer/1116781/tlv9062-is-it-chem-design-a-band pass filter-of gain-X150-using-tlv9062/4159379#4159379"]

    问题3. 客户设计的反相电路具有150V/V (43.5dB)。 但实际测量的增益约为110V/V (40.8dB)。
        在本例中、增益误差约为40V/V、误差率约为26%(40V/V 除以150V/V)。
        当我向"信号频率"列输入10kHz 时、150V/V 输入闭环增益、26%输入可接受误差。
        因此、最小增益带宽积为1.65MHz。 该数字低于 TLV9062 (GBW=10MHz)。

        客户和我想知道为什么至少需要20dB 的增益储备。
        是否有任何文档对此进行了解释?

    [/报价]

    因为这样大的因素(26%),我相信其他问题可能会起作用。

    首先、电阻器容差很容易导致增益不同于预期。 您知道客户电路的电阻器容差吗?  

    其次、滤波电容器可能会导致增益过早下降。  

    客户能否测试滤波器通带的增益以帮助我了解错误的来源?

    我相信我们没有任何具体的 TI 文档(我知道)提到使用20dB 增益储备的情况。 该值取决于目标系统的应用和精度要求、因此很难概括一个指南。  

    欢迎客户根据自己的需求设计更多或更少的增益储备。 最终、如 Kai 在上一篇文章中所述、更多的增益储备有助于提高运算放大器性能的许多因素。 此外、许多特性会随工艺和温度的变化而变化、因此在一定程度的保护频带中设计不会受到影响。  

    本应用手册介绍了环路增益如何影响运算放大器的精度: 运算放大器增益稳定性、第2部分:直流增益误差分析

    应用手册中的数学推导证明了更低的环路增益如何在放大器中产生更大的增益误差。  

    谢谢、

    Jacob

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    您好、Jacob、

    非常感谢您的大力支持。

    >由于如此大的因素(26%),我相信其他问题可能会起作用。

    是的。 我认为是这样。 但他们使用 DUAL-DIYAMP-EVM 的 B 型板(反相放大器)评估 TLV9062。
    https://www.ti.com/lit/ug/sbou193/sbou193.pdf。
    此外、它们还使用精度为1%的电阻器。  

    因此、我认为他们的测量环境还不错。

    >客户能否测试滤波器通带的增益以帮助我了解错误的来源?

    我有他们的测量数据。 但他们不想在 E2E 上披露数据。
    我会向您发送友谊请求、与您分享数据。您可以接受吗?

    在您批准后、我将在友谊网站上共享数据。

    再次感谢、致以诚挚的问候、

    Kazuya。   

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    您好、Jacob、

    我通过电子邮件向您发送了数据、我知道您的地址。

    请您看一下、并通过电子邮件向我提供您的评论吗?

    谢谢、此致、

    Kazuya。  

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    您好、Kazuya、

    请不要感到冒犯、但这里的错误是客户在此应用中使用的 OPAMP 太慢。 即使误差有另一个原因、使用10MHz 运算放大器以150V/V 的增益放大10kHz 也毫无意义。 电路将无法正常工作、但会出现失真和温度漂移。  

    通常的方法是将增益均匀地拆分为两个放大器、或采用更快的运算放大器、这对于初学者来说可能不是一个好主意。

    Kai

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    您好 Kazuya-San、  

    Jacob 目前不在办公室、因此我将继续提供支持。  
    我无法在 Jacob 的电子邮件中看到您共享的数据、但是如果您想遵循 Kai 关于高速运算放大器的建议、请访问 TI.com https://www.ti.com/amplifier-circuit/op-amps/high-speed/overview.html、此处是运算放大器产品系列

    祝你一切顺利、
    卡罗莱纳州

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    您好、Kazuya、

    在以下仿真中、我比较了三种情形:客户电路(VF1)、采用理想运算放大器(VF2)而非 TLV9062的电路以及两个 TLV9062 (VF3)的电路、增益均匀分布在两个运算放大器上:

    e2e.ti.com/.../kazuya_5F00_tlv9062_5F00_2.TSC

    可以清楚地看到、"单个 OPAMP 电路"与具有理想 OPAMP 的电路有很大不同。 这是没有足够的增益储备的结果。

    另一方面、"双路 OPAMP 电路"更接近理想性能。 为了简化设计并避免改变带通曲线、第一个 OPAMP U1仅提供增益、而第二个 OPAMP U3提供带通曲线。 C5用于实现必要的交流耦合、C2通过添加一些相位超前补偿来稳定 U1。

    在下面的仿真中、根据 Caro 的建议、OPA365与理想运算放大器相比要快得多:

    e2e.ti.com/.../kazuya_5F00_tlv9062_5F00_3.TSC

    OPA365是一款50MHz 运算放大器、与 TLV9062相比、其增益储备高出14dB。 从仿真中可以看出、TLV9062的"双路 OPAMP 电路"甚至比 OPA365的"单路 OPAMP 电路"更好、但当然会占用更多的组件和电路板空间。

    可以清楚地看到、拥有足够的增益储备是此应用的关键因素。

    Kai

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    尊敬的 Kai:  

    非常感谢您的大力支持。

    我可以向您提出与上一个问题类似的问题吗?

    问题1. 客户设计的反相电路具有150V/V (43.5dB)。 但实际测得的峰值增益约为110V/V (40.8dB)。
    TINA-TI 和实际数据之间这种峰值增益差的原因是小增益储备吗?

    问题2. TLV9062开环增益在12kHz 时比43.5dB 高约10dB。 开环增益是否不足以获得 TINA-TI 仿真的峰值增益、因为增益保留至少需要20dB?

    问题3. 您告诉我、20dB 增益储备与 OPAMP 的制造容差无关、它只是简单的"OPAMP 物理特性"。
    是否有任何关于20dB 增益储备的参考或文档? 客户想要获得它。

    再次感谢、致以诚挚的问候、

    Kazuya。

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    您好、Kazuya、

    我对最低增益储备的参考资料是一个非常详细的1988年竞争对手的数据基。 所以我无法在这里发布它。 在该数据库中、标准应用提到了40dB 的最小增益保留。

    有些应用的精度要求低于标准应用。 例如、如果放大器只应在比较器前面略微增加信号。 或玩具电路。 此外、在许多应用中使用高频运算放大器时、失真和稳定性不起主要作用。 考虑低预算视频电路。 在所有这些情况下、建议使用20dB 的最小增益保留。

    在高精度应用中、即使40dB 增益保留也可能太小、并且选择了60dB 增益保留。

    我想您也可以在其他有关运算放大器的教科书中找到这些建议。

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    非常感谢您的大力支持、我很抱歉向您提出许多问题。

    我试图找到一个解释增益裕度的文档、但今天我找不到任何文档。
    我将继续找到该文档。

    下面  我可以确认几个要点吗?

    您告诉我、20dB 增益保留与 OPAMP 的制造容差无关。
    我认为运算放大器开环增益会因制造容差而略有变化。

    问题1. 我的理解是否不正确?  

    问题2. 制造公差是否不会影响其电路的增益?

    谢谢、此致、

    Kazuya。   

     

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    您好、Kazuya、

    开环增益的制造公差仅影响其电路的增益、前提是增益保留值太低、此处就是这种情况。 这只是选择增益保留足够高的原因之一:如果增益保留足够高、开环增益的制造容差将不会发挥任何相关作用、电路的增益将由反馈组件进行编程。

    有一种简单的方法来确定开环增益的制造公差是否是电路增益错误的原因:只需获取一些新的 TLV9062、将其插入同一电路、然后再次检查增益。 在不同的商店购买 TLV9062、以确保 TLV9062将显示开环增益的一些统计变化。

    我向您发送一份"友谊请求"、并给您一张参考照片、其中建议增益保留40dB。

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    非常感谢您的大力支持。

    此致、
    Kazuya。