[参考译文] OPA356：超声波 NDT 信号放大

您好、Jon、

简化的口语：

当第一级的增益与第二级的增益相比较高时、只有第一级的噪声才会计数。 这与噪声是几何加法而不是算术加法有关：

让我们来看一个示例。 如果要添加两个噪声信号且显性信号高出三倍、则噪声之和不是：

1 + 1/3 = 1.333 (算术)

但是：

sqrt (1^2 +(1/3)^2)= 1.05 (几何形状)

因此、总噪声仅增加5%。

第一级的增益越高、第二级的噪声对总体噪声的贡献就越小

Kai

谢谢 Kai。  我知道、如果在第一个放大器中使用增益、噪声在第二个放大器中将不会那么显著。  但是、如果以第一安培为单位执行增益、为什么需要第二安培？

对于我应该考虑使用的器件、您是否有任何建议？  

上午 Jon、  

很多时候、我们使用具有增益和低噪声的较高输入阻抗第一级、然后进入 FDA 以获得更多的增益和滤波、从而控制 ADC 的集成噪声(其中大多数 ADC 是差分输入、因此 FDA 负责处理该噪声)。

对于3.3V 运行、为了获得最低的输入噪声、使用一个 Decomp VFA 器件- OPA838是双极的、对于 MOS 输入、有一个 LMP7718。 然后、如果您需要 ADC 的差分驱动器(可以轻松地将 MFB 滤波添加到该驱动器中)、则3.3V FDA 可能是 THS4551。  

您好、Jon、

带宽问题。 OPAMP 应在所需的最高频率提供一些增益保留、以获得足够的线性反馈。 这就是 OPAMP 的设计方式。

下面举例说明：

假设您需要1MHz 时的增益为60dB。 那么您需要一个最小带宽为1GHz 的运算放大器。 但是、即使具有这种高带宽、1MHz 时仍没有任何增益保留。 对于40dB 的增益保留、您需要带宽为100GHz 的 OPAMP  

该怎么办？

您可以将总增益拆分为多个单独的运算放大器。 连续获取三个运算放大器、每个运算放大器提供20dB 的增益、这些运算放大器将需要每个运算放大器具有1GHz 的带宽。

Kai

您好、Jon、

除开启的答覆外：

理想情况下、您可以使用具有超高增益带宽产品和超低噪声的单路运算放大器来构建您的电路。 但实际上、您没有这样的运算放大器。 这两者之间始终存在折衷。 尽管您找到了这样的器件、但可能会以成本、尺寸和功耗为代价。

如何解决此问题？ 正如 Kai 和 Micheal 的建议、您将信号 chian 分为两个或多个阶段。 在第一级中、您选择具有尽可能低的噪声和足够带宽的运算放大器。 在第2级(如果有)、您可以提供所需的增益。 这样、您就可以实现低成本、低噪声和高速信号链。

此外、如果信号带宽为10MHz、则建议运算放大器的闭环带宽和 ADC 的模拟带宽大于50MHz、否则在10MHz 时可能会产生明显的失真。 如果您要执行 FFT 信号处理、建议采用更高的采样率、因为这将导致更高的 SNR。

至于可编程增益、如果您不想使用 VGA、可以在反馈环路中尝试使用数字电位计。 我不确定这一点。 让我们等待 Kai 和 Mecheal 的评论。

Yubing

你好、Jon、

 除了其他人的出色输入之外、我想补充一点 、这里列出了具有比 OPA356更高的 GBW 放大器和稍高的输入电压噪声的列表。 如果由于需要更高的增益而需要提高 BW、这些放大器可以是一个很好的替代方案。 正如 其他人所指出 的、除非您需要超过 OPA356 GBW 的更高总体增益、否则您不一定需要第二级、但您不想通过使用这些更高 GBW 放大器替换 OPA356来增加电压噪声。 正如 Michael 提到的、您可以在多反馈低通滤波器(MFB)中使用 FDA。 这将降低噪声和失真、并可用作 ADC 的接口。 我 无法在线找到 LTC8365、您能否共享此器件的数据表？

谢谢、

Sima  

谢谢 Michael。  我担心 LMP7718的压摆率受限；如果我要以1Vp-p 输出为目标、11.5V/us 会将转换限制为87ns (11.5MHz)。  

关于 VFA、这很有趣。  我使用的 ADC 开发板具有一个模拟输入网络、其中包括一个变压器、用于制作单端输入差分信号(请参阅数据表 https://www.analogue.com/media/en/technical-documentation/user-guides/dc782a.pdf 的第6页)。  我计划将此内容复制到我的设计中、但是如果您认为 VFA 会带来改进、我有兴趣了解更多信息。

谢谢 Kai。  我理解您在这里所说的内容、但我只需要~21x 的增益、该增益小于15dB。  您是否建议我仍然考虑40dB 的开销？  虽然我确实意识到 OPA356设置具有21x 增益和高达10MHz 的信号(GBWP = 210MHz、而 OPA356仅为200MHz)、但这似乎是过冲。  Yubing 提到5倍的开销、这似乎比40 dB 的开销(40 96倍的开销！)合理得多

SimaJalaleddine、很抱歉我提到了错误的部分。  器件实际上是 LTC2248、开发板 DC782A-M (此处是数据表： DC782A-M)

您好、Jon、

40dB 余量只是一个示例。 40dB 在音频应用中或强制要求极小增益漂移、失真等的应用中是合理的。 我想、在您的应用中、余量可能仍然是可以接受的。

但完全没有余量绝对不是好主意。 请记住、信号中不仅有5MHz 基频、而且由于开关的影响、谐波范围非常远。 因此、如果您仍然想使用 OPA356、我会将系数21的增益拆分为两个 OPA365、一个具有增益系数5、另一个具有增益系数4...5。

另一个问题：您对 OPA365输入端的负半波做了什么？ 我提出的原因是、如果保持共模输入电压范围、OPA365可能会减慢速度、而保持绝对最大输入电压范围可能会损坏器件。

Kai

感谢 Kai、我理解您在这里的推理、并同意余量是一个好主意。  使用 LMH6703之类的器件而不是2个 OPA365是否更好？  我看到 LMH6703在1800MHz 时具有高得多的 GBW、在2.3nV/rtHz 时具有低得多的噪声、因此似乎我需要更多的开销和更简单的解决方案。  同样、我完全愿意使用什么放大器、对组件的建议实际上是提出此支持请求的核心原因。

关于谐波、我计划在 LNA 的反馈网络中使用 LPF、或许在 ADC 之前使用额外的 LPF 或带通级。

我不清楚你提到的另一个问题是波浪的负部分。  您能否详细说明和/或提供您的建议以避免此问题？

-Jon

您好、Jon、

LMH6703的最小电源电压为+/-4V、不适合您所需的单3.3V 电源轨。

Kai

你好、Jon、

抱歉、并不是要将此帖子标记为已解决；请忽略该通知。  OPA859可以工作吗？ 它适合3.3V 单电源轨、3.3nV/rtHz 时噪声更低、带宽/转换率更高。 此外、感谢您提供 ADC 数据表；我将不得不与该器件的 ADC 组讨论该器件。

谢谢、

Sima

谢谢 Kai。  您可以肯定的是、LMH6703不符合我的原始请求中的电压规格、但如果改用5V 单电源、则会打开更好的选项、我会对此持开放态度。

我也感谢你对负向脉冲的澄清。  该捕获是直接连接到10M/13pF 示波器且无电路的接收元件。  我不相信尖峰实际上存在；我认为这是通道1上150V 脉冲的伪影、可能是探头接地不当。  尽管如此、我非常感谢您的谨慎态度、并将尽最大努力将信号保持在 VCM 范围内、同时确保我们限制绝对最大电压的电流。

感谢 Sima 推荐 OPA859。  我查看了该器件以及 OPA858、但我担心它们实际上是作为跨阻放大器的。  该器件是否适合与我们这里的电压脉冲源一起使用？

你好、Jon、

  OPA858作为一款适用于跨阻设计的放大器进行销售、但也可用作常规电压反馈放大器。 您是否可以在此处共享原理图、或者在非离线时使用私人聊天功能？

谢谢、

Sima

您好、Jon、

如果 OPA365满足您的需求、请选择 OPA365。

但我会在输入端添加一些限流电阻器来保护运算放大器。 最终与二极管钳位结合使用。 150V 驱动信号非常高、即使杂散电容非常小、运算放大器也可能面临危险。

Kai

谢谢你，Sima。  我的计划是具有交流耦合输入的基本同相运算放大器。  我还计划根据 Kai 的建议使用串联电阻器、以确保电流受到限制。  这是电路：

谢谢 Kai。  我将确保使用至少10欧姆的限流电阻器、以确保100mV 信号不会产生超过10mA 的电流。  我计划使用1k 来获得足够的裕度、由于输入电流较低、这不应该是什么大问题。  请注意、150V 驱动是在单独的传感器上进行的、因此不会出现该电压的风险。  

我仍然认为 OPA365不提供任何开销、因为我们正在寻找高达10MHz 的21x 增益。  您似乎建议使用2xOPA365、每个 OPA365的增益约为4.5x (允许45MHz 与200MHz 的开销)。  这是可以的、尽管我们提到了一些具有1GHz 以上带宽的器件、这些器件可在一个芯片中实现更多开销和解决方案。  我对您对 OPA858的想法感兴趣。

您好、Jon、

这在很大程度上取决于您的应用需要多少开销。 无论您只是想检测回波的开始、还是希望以0.001%的失真重现回波、都是一种不同的选择

Kai  

你好、Jon、

 您是否能够继续使用 OPA356？ OPA356的另一个优势似乎是它具有轨到轨输出、而 OPA858的输入信号为100mV 且增益为20时、您将面临1.05V 负电源的钳位。  

谢谢、

Sima