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[参考译文] OPA348:这款双级 SK LPF 有什么问题?

Guru**** 669750 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA348, OPA378
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/1137345/opa348-what-s-wrong-in-this-double-stage-sk-lpf

器件型号:OPA348
主题中讨论的其他器件: OPA378

你好

我在设计双级 Sallen-Key LPF 时遇到了一些困难、PSpice 和实际电路之间在10kHz 时的变化高达+/- 1dB。

电路为:

我已经从 TI 网站下载了 OPA348的 PSpice 库并进行了应用、与理想的运算放大器相比、存在一些应该存在的差异、首先是增益和单位 GBW、以及在 Sallen-Key 布局中非常重要的输入和输出阻抗。

该电路具有一个输入缓冲器、仍然是 OPA348、单位增益、其中 RC 为+输入:3k32和4n7。

响应曲线是经过修改的贝塞尔、用于在高于2kHz 的频率下恢复输入传感器的非线性响应(即传感器具有+3dB @ 11kHz 的频率)。

奇怪的是、如果 R48为1k91欧姆、则仿真无法收敛、1k911起作用。 我有3个板、原型1几乎像整个响应曲线上的 PSpice +/- 0、1或0.2 dB 最大值。

我已经组装了其他2块电路板、其中一个电路板相对于 PSpice 具有+1dB @ 10kHz 的噪声、另一个电路板- 1dB。   

我已经检查了几次电路板、看起来是一样的、元件的容差(电阻器1%、电容器2%)、但最终的行为是不同的。

是否有人建议我错误或遗漏了什么?

非常感谢。

Maurizio

 

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    早上 Maurizio、您能否发布您的舞台目标、Fo 和 Q

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    您好!

    修改后的贝塞尔曲线具有以下特性:

    第一级、具有 RC 输入3k32/4n7、fc 10200Hz、Q 0、707的简单缓冲器

    第2级、SK 2阶 fc 15418 Hz、Q 0.531

    第3级 SK 2阶 fc 17326 Q 0.926

    由于我必须使用塑料电容器、因此我尝试仅使用我们在仓库中选择的4n7、6n8、12n、22n、47n 和100N 之间的值、 为了获得正确的 Q 值、组合非常有限;我的解决方案提供了设置了 C1、C2和 Q 的电阻器值;该过程来自 sloa049b 点 A.1.2处为单位增益 Sallen-Key 提供的公式

    本质上、相对于贝塞尔值、我降低了第一级的频率、并使用了第二级和3D 级的组件值、同时略微修改了 Q 和 fc。

    希望这能让您更清楚地理解。

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    您好、Maurizio、  

    单位增益 Sallen-Key 电路在正反馈环路中使用电容器、而不是在负反馈环路中使用电容器。  

    TI 提供的资源可帮助 您根据您提到的参数设计滤波器、并可构建原理图: https://webench.ti.com/filter-design-tool/filter-type 

    如果您有其他问题、请告诉我。
    谢谢!

    此致、
    Ashley

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    正确的是 Ashley、  

    我不经常看到 SKF 设计请求、这让我有机会查看我的旧工具是否可以正常工作、这似乎是我所做的、  

    1、英镑略有调整

    2.使其最适合标准 RC 值

    3.在输入 LP 中对较高 Q 级进行排序后的第一个序列应有助于积分噪声

    4、现在运行+/-2.5V、您可以处理单电源的直流偏移或交流耦合

    这看起来非常合理、  

    输出点噪声、我无法使其运行-有很多仿真问题、当前的在线模型根本不运行、我使用了2003 Bill Sands 模型(在 TINA V11库中)来获得交流响应、 但必须切换到梯形和 Davis Klu 解算器才能运行

    总之、这里是一个文件-这些 RC 理论上应该比您使用的相同 C 流提供更低的集成噪声-这是我在10多年前做的很多工作所产生的、几乎不记得了-但我确实找到了设计文件。 最终、一旦你运行了 PSpice 东西(也许、模型似乎可疑)-你可以将你所拥有的与这样的 RC 设置进行比较、以获得集成噪声、  

    e2e.ti.com/.../SKF-5th-order-filter.TSC

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    感谢您的回复。。

    事实上,我读过的所有文献都告诉我使用较高的 Q 作为最后一个阶段,以避免中间阶段的饱和.... 在任何地方,我的电容器资源有限,因此我不能使用您的电路.... 但我可以将其用作要使用的 m 和 n 因子。

    另一件事是 GBW:在我的最后一个阶段、理论 GBW 不应低于1.6 MHz、而我有1 MHz;这是真实电路中如此大变化的原因吗?

    实际上、如果我在尝试增加 OPAMP 输出"可见"的阻抗时减小47nF、我会得到实际测量值更接近 PSpice 值并在电路板之间进行测量; 现在、2个电路板之间的差值小于1dB (之前两个电路板之间的差值约为2dB)。

    电路已更改为下面的 sch

      

    然后我仍在问:OPA348的单位 GBW 为1MHz、这是与 PSPICE 和电路板之间差异的原因吗?  

    谢谢

    Maurizio

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    滤波器工作台可以提供一些帮助、但它提供的解决方案具有我无法管理的值、并且它无法选择 OPA348、这是我的运算放大器...  

    在正环路中获得反馈比在负环路中更糟糕? 因为它对运算放大器的输出电阻有影响?

    在这种情况下、C2的较低值优于较高值、不是吗?

    感谢你的帮助

    Maurizio  

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    好的、我花了更多的时间来讨论这个问题、所以也可能分享一些结果-  

    首先、我尝试找到一个可能在 V11 TINA 版本中成功运行的密切相关器件、OPA378具有相似的速度、但斩波器-它也会在噪声上崩溃(TINA 关闭) darn -我记得我的第二台计算机上有 V9 -好了、 它在 V9中工作。 在我离开 OPA378版本之前、这里是逐级点噪声级、您可以看到最终输出降低了中间较高 Q 级的高峰值(在您的情况下、输入实极点将防止意外削波)

    然后回到 V9中的 OPA348版本、它当然显示了更低的 F 噪声、而不是斩波器、在这里真的看不到任何更高的 F 细节、  

    因此、让我们仅关注 OPA348版本上的输出电压和运行集成噪声、通过100kHz、它仍在上升、可能需要一个后 RC 来限制 SKF 中较差的阻带抑制

    现在、让我们将这些 RC 修改回您的设置(相同的滤波器形状、非常不同的点噪声详细信息)-执行此操作时、很多情况下、 您在实际极点的第一个 R 中具有主要噪声-我想现在将402欧姆版本保留在这里、以强调 Q 定序、嗯、是的、现在大约为50uVrms 到100kHz、远高于修改后的版本、大约为12uVrms

    所以你可能不在乎这种细节水平,但我也坐了很多小时的过滤课,通常的 Q 值升-所有这些都是70年代的教授写的(布达克博士和韦尔斯曼博士是我喜欢的)  他们自己从未开发或引入过单个运算放大器、也没有在中对这些内容进行大量的实验工作。 令人惊讶的是、实际的运算放大器开发世界已经经历了相当长的时间、超过了大约1970年代的教科书、但没有更新过任何教科书。 无论如何、您会说您所看到的一切都是为了提高 Q 的-嗯、如果您阅读了这篇文章、就不能再这么说了-顺便说一下、有人告诉我、ADI 工具现在为这个改进的动态范围降级 Q。 当我执行所有这些操作时、我尝试从任何给定的设计目标和器件选择中获取一个更"自由"的动态范围-它确实起作用、但可能超出了本讨论的范围、  

    https://www.edn.com/advanced-considerations-for-gain-and-q-sequencing-in-multistage-lowpass-active-filters/

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    感谢您的帮助、  

    一切都帮助我找出了问题所在。

    它与参数、拓扑或特性无关、即使某些概念有助于实现更好的设计。

    所有这些问题都是由于电路板是原型和 SMT 组件样片、但需要手动组装。 为了使滤波器稳定、它使用了塑料电容器、并且焊接这些元件的人员没有经过足够的培训。 然后、有时他们使用更低的温度和更短的时间、有时使用更高的温度和/或更长的时间。

    容量受到影响,但在船上测量不容易,如果返工,它们将被销毁  

    因此、在猜到这样的情况并设置正确的焊接条件后、电路板之间的差异已恢复到正常的容差。

    当不可能的情况已经消除时,康南·多伊尔爵士的一句话也许是有用的,即使是不可能的,仍然是真实的。

    再次感谢您提高了我在这个问题上的技能。

    Maurizio