[参考译文] XTR300EVM：输出滤波

您好 Jerome、

您是否有兴趣在电压模式或电流模式下使用 XTR300、或者在您的应用中使用这两种模式？

 XTR300 架构  能够通过使用一 个内部周期斩波技术来实现极高的直流精度； 并且一小部分开关 斩波噪声毛刺出现在 DRV 输出、I (MON)和 IA (MON)输出上。 数据表讨论了第23-24页的斩波开关噪声。  此外 、如果我们查看器  件在电压和电流模式下的输入参考噪声频谱、数据表图17、19、21上的噪声图显示了大约~20kHz 的频谱中的噪声分量。

一般而言、 具有 Rset/Ros 并联组合的补偿 CC 反馈电容器对电路的稳定性和带宽有影响。  这些组件还 有助于降低斩波噪声、同时在带宽方面进行权衡。 此外、可以在 XTR300输出端使用 RC 滤波器。  使用较大的电容器或 RC 滤波器时、压摆响应将更慢。

在您的问题上、您提到您关心的是使用一个大型储液罐、该储液罐可能会使负载发生 zap。  您是否在此应用上动态切换负载？ 是否可以在连接负载时使用输出禁用(OD 引脚)、然后为器件加电、以避免在断电/通电或更改电路配置时出现瞬态或毛刺脉冲？  

谢谢、此致、

Luis

感谢您的介绍、Luis。 我感兴趣的是恒流模式。 终端末尾处有一个超传导的 Josephson 结点器件、可能会考虑禁用输出、但我不打算使用任何数字控制、因此容易出现人为错误。 RC 滤波是我在提到电容器放电问题时的想法。 我的输出电路阻抗(包括 JJ 器件)小于1 Ω、因此存在较大瞬态的可能性。 我可能能够将100欧姆电阻与输出端子串联、但我需要将电流脉冲限制在峰值< 4mA。 我不关心转换、但我想以10kHz 的频率驱动100uA 的正弦波电流。

我确实注意到9kHz 时的噪声峰值、并且不知道这可能是由斩波器的开关产生的。 如何将其最小化？ 我计划使用 Rset = 10kOhm、但我可以更改它。

您好 Jerome、

XTR300通常用于20mA 电流环路应用、主要针对这些类型的系统进行了优化。

 该器件提供非常好的直流精度、但具有斩波噪声残留的限制。  在使用该器件监测缓慢移动信号(即温度或压力传感器)的应用中、许多用户能够轻松地将 BW 限制在低频率以降低噪声。    由于 数据表中指定的斩波架构、XTR300的架构在没有滤波的情况下会产生一定数量的开关噪声；因此、根据噪声容差、该噪声水平在特定应用中可能是可以接受的、也可能不是不可以接受的。  例如、此器件不适用于 HART 调制解调器应用、在这些应用中、系统将具有严格的噪声、输出阻抗和频率响应要求。

由于您的应用需要 在10kHz 时驱动100uA 的正弦波、因此图19所示的大约~9kHz 时的~100k nV/sqrt (Hz)输入参考电压噪声杂散分量不容易使用简单的 RC 滤波器进行滤波、并且可能存在斩波器噪声分量。   

-应用所需的最大目标噪声(以 uA (p-p)为单位)是多少？ 或等效于特定 RLOAD 的噪声输出、以 mVp-p 为单位？  请告诉我给定 10kHz 100uA 正弦波应用的电源、输入电压范围(或 RSET/ROS 电阻器)、预期负载电阻。  如果可能、请分享原理图。  

我尚未针对电流输出模式下的噪声编译数据、但为了给您提供一个大致的了解、下面是针对不同应用在电压模式下之前进行的一些噪声 XTR300EVM 测量。 在电流模式下、对于给定的带宽和增益、我可能能够根据负载条件提供噪声估计值。

谢谢、此致、

Luis

在以下列出的条件下、该器件在电压模式下(对于之前的电压输出应用)进行了设置、从而调整了 ~1.2kHz 和~3kHz 带宽的 BW：

我正在寻找带宽中大约0.1uA 的总电流噪声。 我可能会在两种不同的模式下工作、一种是具有极低噪声和带宽的直流输出模式、另一种是交流输出模式、在该模式下、我更改电容器或其他一些允许具有更高噪声的10kHz 带宽的器件、例如1uA rms。 所有情况下的负载电阻都是1或2欧姆。  

您好 Jerome、

如果您在低频时观察0.1uA RMS 总噪声、或在10KHz 时观察负载电阻为1或2欧姆的~1uARMS、XTR300将不会达到该噪声性能水平。

在低频时、完全消除斩波噪声时、仅 XTR300 OPA 输入参考电压噪声(XTR300数据表中的规格为0.1Hz 至10Hz)为3uVpp。  在10KHz 时、XTR300将不符合噪声规格、这是因为噪声仅随着带宽的增加加上斩波噪声成分而增加。 (更正为2-5-21)

对于较低噪声的电流源、我建议您查看使用低噪声放大器实现的分立式电流源电路(改进的 Howland 电流源)、并需要使用 TINA 或 SPICE 仿真器分析电路以确定可实现的噪声级别。   

以下是一些可能感兴趣的不同电流源架构的应用手册。

谢谢、此致、

Luis

改进型 Howland 电流泵配置的分析

电流源的实施和应用

您好 Jerome、

我对上述帖子进行了更正。  

我还简要介绍了使用双 OPA192的改进型 Howland 电流源电路、如下所示。 我尚未对电路进行稳定性和感性负载/容性负载补偿、但您似乎能够在10kHz 时满足+/-100uA 电流输出信号并满足噪声性能。   电路拓扑如下、VN 将设置为0V、Vp 将是正弦电压输入信号。  

如果您有兴趣、请告诉我10kHz 输入电压正弦信号的振幅以及直流失调电压。

此外、让我知道最大容性或电感负载、我们可以详细了解电路稳定性/补偿。

我假设需要+/-100uA 正弦10kHz 电流输出、但如果您需要另一个振幅、请告诉我。

谢谢、此致、

Luis

您好、Luis、

 我对这种做法很感兴趣。 我希望在10kHz 时峰值为150uA 进入2欧姆。 电源旁路是否可以降低 XTR300中的开关噪声？

您好 Jerome、

图48显示了一种滤波技术、该技术使用阻尼电感器和旁路电容器消除直流/直流转换器开关电源的噪声；然而、该滤波器仅用于消除直流/直流转换器开关电源产生的噪声。 一般建议使用线性、低噪声、经过良好调节的电源。  

电源噪声可能不是问题所在。 在 XTR300上、器件的精度/直流性能依赖于动态匹配的电流镜。  DRV 输出(以及 IMON 和 IAMON 输出)上会出现一小部分开关干扰。  图19中显示了~9kHz 附近的这些杂散以及~10KHz 范围内的其他频率。  在大多数低频应用中、对 CC 补偿电容器进行调优、并在输出端使用简单的 RC 滤波器、可以在4-20mA 应用中将此噪声降至可忽略不计的水平。 但是、在这种情况下、应用需要10kHz 带宽、10kHz 时的噪声要求严格为1uARMS、而 XTR300主要用于20mA 电流环路应用。   

我们可以探索上述改进的 Howland 电流源。  让我知道使用+/-2.5电压双极信号驱动 Howland 电流源是否可接受、或者需要什么输入电压幅度。  此外、如果电流源的输出端有任何特定的容性/电感负载要求、也请告知我。

谢谢、此致、

Luis

您好 Jerome、

下面是使用双 OPA2192实现的改进型 Howland 电流源电路的初步 TINA 仿真示例。

该电路需要+/-2.5输入电压信号、并产生~+/-150uA 电流输出@ 10kHz

总电流噪声小于1uA RMS。

谢谢、此致、

Luis

e2e.ti.com/.../OPA2192_5F00_Howland_5F00_Current_5F00_source_5F00_transient.TSC