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[参考译文] LM358B:输入 RF/ESD 滤波器/电路(?)、对称(wrt 零)输入偏置电流、B 的更高 EPI 电阻率

Guru**** 2387830 points
Other Parts Discussed in Thread: LM358B, LM2904B, LM358, LM393, LM7705
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https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1004494/lm358b-input-rf-esd-filter-circuit-symmetric-wrt-zero-input-bias-current-s-higher-epi-resistivity-of-bs

器件型号:LM358B
主题中讨论的其他器件: LM2904BLM358LM393LM7705

我/我们在双运算放大器应用/电路中观察到 LM358B 不正当的非运算放大器行为、两个运算放大器都位于与当前布线/设计的 PCB 蚀刻/布线连接相同的封装中。

一个运算放大器(称为"A")提供积分器功能(从输出到反相输入的反馈中的串联电容器和电阻器)、而另一个(称为"B")是具有从输出到反相输入短路的直阻抗转换器/缓冲器。

"B"在其同相输入端稳定至~0.73V 的视在状态、在某些条件下稳定至~0.00V、在反馈/控制环路内的两个相似电路中、用于对极化的 HV LV 至 HV 转换器(输出范围高达>12kV ABS)。 放大)。 这些是开关模式转换器,每个脉冲打开和关闭--换言之,反馈不是连续的,而是正常和定期中断。

整个电路/电路板为单电源-即所有电位都高于0V/GND (LM358B 的 Vee)。 因此、至少在理论上和正常条件下、不会因输入 CMR 违规而产生反转(对于 A 等真正的358、输入电压小于-0.3V、但谁知道 B 可能会发生什么?)。

Bs (358s 和2904s)中高度不像358的器件的真实指示是对称输入偏置电流规格。 PS 电压范围和大大改进/更好的输入偏移偏置电流规格都表明、在施加的过程中具有很高的外延电阻率、并且与用于358s 的其他类型(例如 AS)的过程不同。 此外、我们还注意到324 (四通道)没有类似的 B 版本、其规格与双通道的规格一样经过改进和更改。

有源(而不仅仅是无源、正如"射频或 ESD 滤波器"所示)电路超出了对称输入偏置电流规格的建议。 RF 滤波器(在第1页的第3节中提到-描述)是否可以被激活、至少在部分中是有效的? 这里发生什么事了? 当然、这比 Frederickson 的经典双侧向 PNP 跟随器(请参阅数据表第24页)更重要。 通常假设采用358/2904的这种实现方案将具有标称负输入偏置电流、主要由第一级发射极跟随器 PNP 的基极电流决定。 对于 AS 和其他类型、这仍然反映在同一数据表中的现有/剩余规格中。

在运算放大器输入端、这种有源电路是否可以不正确地添加到 Frederickson 中、从而在高于大多数 DSO "看到"的频率时产生振荡? 我/我们打算使用频谱分析仪进行测量、以查看我们是否可以"在操作中"捕获这些运算放大器、但在"处理时、所有电势都看起来稳定、如果不像运算放大器、则看起来是最轻微的。

寄生高频不稳定导致的相位反转甚至可能是瞬态的且不持续/持续的、是否会引发临时相位反转?

TI:我要特别向所有 TI 工程师指出,这是一个明显的严重缺陷,涉及违反规范以及对单电源电路内任何单电源运算放大器行为的合理期望。 如果此陈述可能会受到任何形式的质疑、请更正我、并建议运算放大器如何在不违反严格规范的情况下表现出如此的行为。 "A"(即积分器)运算放大器与"B"运算放大器(跟随器)类似、在不可预测的情况下也会在我们的电路/APP 中发现明显稳定的(DSO 带宽内-我的电压为60MHz)平衡、具有较大的可变(>1V)输入失调电压。

我推测(主要是我自己)、"A"半双通道或"B"半双通道可能是我们电路中的主要问题、 另一半会通过 IC 内部的耦合次级翻转、该耦合可能通过共享电流基准/镜片电路或类似的寄生耦合(如通用 IC 基板和相关连接(例如 EPI 管))。 但是、它可能是 A 或 B、它们在进入伪波运行模式的初级/初始作用中发挥作用。 例如、由于明显不常见的极轻的 EPI 兴奋剂、寄生 JFET 是否会在 EPI 表面上被诱导、从而产生寄生纹波效应?

IC 电路中的运算放大器输入端正在发生什么情况、以将 PNP 的可预测负输入偏置电流/基极电流转改为范围更小且以零为中心的电流?

我可以补充说、两个运算放大器的输入直接耦合到我们的应用/电路中的 CMOS 模拟开关端子(74HC4066四路开关 IC -理论上可以替换许多其他4066 IC、如果目的明确或有益)。 与 CMOS 开关串联的阻抗/电阻非常高-例如、最常见的阻抗为2M、尽管电路具有电流范围开关、可将其降低多达25倍。 但问题表现在最小的电流范围上、电阻大于1M。 尽管 LM358B 具有非运算放大器行为、但未观察到运算放大器 IC 或四路开关 IC 受到永久性损坏。

我完全没有理由怀疑电路中是否存在 CMOS 闩锁等现象。 换言之、我们的电路并非全部用于四路开关 IC 的任何输入/输出端子的 Vdd 之外到 VSS 的偏移。 我已经进行了可靠的测试、以确保不会发生这种情况、方法是在这些端子和 VSS 之间应用肖特基二极管(对于 Vdd、正常电路包括此类保护/保证、因此根据经验无需添加)。 我唯一没有做的就是让肖特基同时出现在每一个这样的终端上--我已经用其中一半进行了测试,然后另一半被如此钳位。 但尚未同时如此钳位。 除了 B 跟随器的输出输入短路之外、所有这些端子的阻抗都非常非常非常高(>1M、根据经验或永久地可以在这里轻松地添加电阻)、 因此、即使在发生不可想象的伪波(对我来说、到目前为止)的情况下、注入电流的幅度也非常有限。  

除非 TI 禁止 E2E 的外观、否则这些 Bs 尚未生成任何类似观察结果的报告。 我已经60多岁了、因此我已经在行业工作了一段时间、 我还记得、设备或产品或电路开发人员(即 IC、晶体管等的用户)可以致电 TI 或其他半导体公司与产品工程师或应用工程师交流的日子。 至少对于 TI 而言、我想这是过去严格的做法。 但我相信、与 LM358B 和 LM2904B 类型/版本 IC 相关的所有此类工程师(包括原始 IC 开发人员)都应该非常关心我/我们在这里的报告。 因此、最迫切地进行调查。

我/我们有很多方法可以解决我们的问题、包括替换 TI 或竞争对手提供的其他类型的358和非358双运算放大器 IC。 纸上的 LM358B 最初看起来优于所有其他备选方案。 因此、对我来说、现在这是一个问题、其中的几个明显解决方案中的哪一个是最佳/最佳的。 我想还有一个、也可能更喜欢(或者、如果我们无法更好地理解、 信心,就是这些 B 的实际情况,以及如何保证它们的行为),潜在的解决方案是开发一个“修复”来继续使用 LM358B (TI 独家采购——为什么?)。 我已经准备好了许多可能/可能的实验来尝试这种方法、但我非常希望 TI 能与他们最合格和知识渊博的工程师联系、他们负责这组特定的 IC /产品(B)。 当然、为了向我解释如果他们已经有了一些熟悉的/想法、或者甚至没有熟悉的话、可能会发生的事情、或者肯定会发生的事情。  

此致、

Ken MacKillop

SCI 新产品开发工程

电子邮件:ken@staticclean.com

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    请显示您的电路原理图。

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    抱歉、专利和正在申请专利。 如果没有签署法律合同,就不可能这样做,这对本论坛的参与者显然是不切实际的。 我们不会为此目的作出这种努力。

    以上详细而全面的描述。 这就是所有必需的。 如果不够、参与者可能没有资格在此问题上进行权衡。

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    P.S. 我们可能会考虑在 TI 员工签署必要的法律合同后向他们发送部分原理图。 但坦率地说,这对他们来说也不是必要的。 但是、如果他们提出要求、我们很可能会遵守待签署的保密协议、并且仅在 SCI 和 TI 之间进行了非公开讨论之后才这样做。

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    Ken、

    我将告诉您明天能做些什么。 LM2904B 内部信息 也是专有的

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    Ron、您好、感谢您的初次回答、我期待与您进行(书面或其他)讨论。我假设您将通过电子邮件联系我。 请通过电子邮件通知我您是否更喜欢电话、我是否可以提供#、包括我的实验室和手机。

    在初始阶段、我们怀疑基板和 EPI 管之间存在某种类型的注射、可能是由于 Domino 效应导致最终的相位反转。 我们认为最可能的补救办法是运算放大器输出到 Vee (我们电路中的 GND)的电阻负载、该电阻没有负电势或负直流电源-即经典单电源(+24V)、具有多个衍生低压正基准和辅助电源。 双板/PCA 电路中的所有 LM358B 运算放大器都具有 Vcc=+24V 和 Vee=0V/GND。 到目前为止、除了在两个几乎相同的子电路中的两个位置之外、没有观察到任何错误行为。 在 LM358B 的总位置数大幅增加的情况下、总共有四个。 但我仍然关注其他位置、因此也必须对它们进行更多测试。 我认为所有 LM358都位于两个板(一个 LV 电路、另一个主要是 HV 电路/板)上两个 HV 发生器的反馈/控制环路内的某个位置。

    不幸的是、目前我和其他人正在对我的实验室进行大规模的检修。 因此,由于这一原因和其他原因,实验工作暂时中止,但可能只会再暂停几天。 在6月14日之前,我们有解决这一问题的紧迫性和优先性。 因此、仍然有足够的时间和大量的选项。 希望保留 LM358B、而不是在可能的情况下进行更换、但这不是绝对要求。 我们的电路对成本非常敏感且阻抗非常高、因此、如果我们能够使 B 在运行时可靠、那么较低的输入失调电流规格(相对于358A)对于我们而言是主要优势。

    我之所以将此作为对我自己原始帖子的回复、是因为似乎没有选择直接回复您的帖子。 我怀疑这是/是出于某种原因(即在您的选择和控制下)。 但是,我还是想让你有机会阅读我在这里所写的内容。

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    P.S. 抱歉、并非所有 LM358B 都位于反馈/控制环路中。 其他器件位于 DAC 中。 我认为这涵盖了它。 总共七个双通道。

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    您好 Ken、

    您告诉过、一个电路是反馈环路中具有电容器的积分器。 您是否考虑过它上的电荷会使 OPAMP 的输入在短时间内低于信号接地?

    不知道您的电路-因此完全失明 -我建议采取两种措施:

    如果输入电压低于信号接地、则与 OPAMP 输入串联的 kOhm 范围电阻有助于抑制输入级振荡并限制注入到底端的电流。 这种做法可能会使问题成为根本、而不是输入保护二极管、或与它们结合使用。 对于负向输入电压、最好的补救方法是使用保护二极管后跟电阻分压器、如本应用手册的图7所述:

    LM339、LM393、TL331系列比较器的应用设计指南(修订版 A)

    当然、欧姆值不是如此之高、如图所示。 是的、我知道、应用手册涉及比较器、但 LM393的输入级与 LM358的输入级相似。

    2.使用负电源电压而不是信号接地为 LM358供电的情况如何? 如果只需要-0.23V 的极小负电源电压、则可以使用 LM7705。 即使您不打算在准备好的产品中使用负电源电压、也可以将其用作测试、以了解正在发生的情况。

    Kai

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    不确定您如何提议电容或其电荷可以在没有负电势直流电源的电路中从有效的负戴维南等效电位产生电流-- 即、在具有单电源型运算放大器的"单电源"电路中、至少不能超过积分器运算放大器的工作状态、并满足其规格的要求。 因为只有运算放大器输出可以在电容器上产生一个瞬态--我认为这是你提到或建议的性质。 但电容的另一端(10nF)通过1.0k 欧姆的串联电阻耦合(在环路响应中形成零点、此时电容形成主极点)、与同一运算放大器的反相输入耦合。 反馈/控制环路中的电压仅是通过2.0M 欧姆电阻器耦合到反相输入的其他源、 如果有人担心环路如何稳定(即没有振荡或至少振铃严重)、还会有一个与积分器并联的前馈纯交流耦合并行路径来确保环路稳定性。 现在、我认为、您和其他人应该了解您需要了解的一切。 总体环路带宽很低--在设计和设计的整个控制环路中,没有什么本质的东西,而是非常慢。  

    因此、在理论上、快速运算放大器输出瞬态可以驱动反相输入负电压、许多其他无法解释的行为也是如此。 但是、如果是这种情况、则仅是运算放大器本身的故障、而不是电路的其余部分的故障。 我建议的某种类型的杂散耦合必须是运算放大器问题和错误行为的根源、并且由于非运算放大器行为而产生的任何快速瞬态都将是下游效应。

    感谢您的评论、我希望我能在不泄露我无法理解的情况下帮助解释更多的原理图细节。

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    Ken、

    /- IIB 规格是过修正。 很久以前、客户要求更多;例如、Vos maximum 是一个没有符号的数字。 例如3mV。 假设客户知道失调电压可以是正的或负的(不只是正的);如果有人使用运算放大器进行设计、那么有人应该知道 Vos (通常称为 Vio)。 历史表明、许多客户不知道这一点。 因此、今天的 Vos 最大值为+/-3mV。 我想这会使最小值为0、尽管-3mV 会更好、但这会使典型值无用。  LM358B IIB 确实与 LM358经典解决方案一样具有负面影响。 但是、每个人是否都知道"负"意味着传统电流从运算放大器引脚流出? IIB 的较低值来自输入 PNP 的较低内部电流源幅度。

    使 LM358成为经典或 B 特色的几乎所有内容都包含在应用手册《 具有 LM324/LM358内核的器件的设计指南》中

    输入不得低于-300mV,否则可能会发生相位反转(请仔细观察 IN-引脚)。 如果两个输入都高于输入共模范围、则输出可能为低电平或高电平。 如果为低电平、这将使-恢复到大多数应用的范围内。   

    我不需要原理图、但在知道引脚电压不能按预期工作时会非常有帮助。

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    谢谢 Ron。 这种解释是有道理的。 也感谢应用手册的推荐。

    同时,我认为我终于发现了这个问题,这是我的错。 我已经做了修复。 尚未在工作台上进行测试、但我非常确信修复可以解决问题。

    实际上、我已经使用肖特基钳位技术和一种"自举"技术来提供双层/冗余保护、这种技术应该能够单独防止问题发生(在修订版2 PCB 上、而我仍在使用修订版1)。 但实际上、我认为我只是在我忽略的运算放大器跟随器上的一个瞬态条件下引发了相位反转。

    在瞬态之后显然会出现一种闩锁、双路运算放大器中的另一个运算放大器(积分运算放大器)会产生 Domino 效应、我不会感到奇怪。 因此、在输入饱和导致相位反转后锁存后、运算放大器最终会处于非运算放大器类状态、但这是公平的。

    我们在看到输入 CMR 最小规格从通常的-0.3V 增加到0.0V 时有点怀疑。 但是、我在数据表的文本部分中注意到、通常的-0.3V 也仍然被引用。 因此、听起来好像没有额外的有源电路悬挂在横向 PNP 输入级上、这是我们所担心的、数据表中的各种规格可能意味着、 而且、至少在寄生或寄生现象方面、运行可能会有很大差异、例如在358A 和358B 之间。

    同时,由 Comcast 作为 ISP 提供服务的当地地区大部分时间都在下降,我现在只在家里阅读您的答复(显然是在下降区域之外)。

    我昨天已经下载了您的 sloa277文章、并对其进行了一些阅读、但计划尽快完成阅读。

    非常感谢您的解释,并将我们的问题传达到现代化的数据表中——对于像我这样的老精灵来说,这是令人困惑或担心的

    我想我将点击"Resolved"以结束此主题、如果出现任何新的和意外的情况、我始终可以打开一个新主题。