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[参考译文] TL3016:此模拟比较器及类似模拟比较器中的输入噪声

Guru**** 633805 points
Other Parts Discussed in Thread: TL3016, TL081, NE5534A, TL3116, LM360, LM361
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/933189/tl3016-input-noise-in-this-and-similar-analog-comparators

器件型号:TL3016
主题中讨论的其他器件: TL081NE5534ATL3116LM360LM361

我正在使用成熟的高功率 D 类放大器设计、并且遇到了一些自然采样 PWM 调制器中产生的噪声问题。 这包括一个简单的模拟斜坡发生器(一个基于运算放大器的积分器、创建一个大约150kHz 的三角波)、并且目前还包括一个来自模拟器件的 AD8561比较器。  比较器输入级内出现的噪声作为边沿的随机抖动出现在输出 PWM 上--有效地将比较器输入电压噪声添加到所需的信号中,并与之一起进行调制。  鉴于放大器的功率相对较高(+/- 150V 直流的主电源轨)、输出级有效地将30dB 的增益应用于比较器内存在的任何输入噪声- 但似乎没有人能够评论这一问题的规模、以及可以选择哪些比较器作为替代方案来帮助减少这一问题。

不要将此问题与比较器周围的意外反馈引起的多个输出转换混淆。  这不是问题(比较器实际上可以非常干净地进行开关、这要归功于对去耦、PCB 布局以及两个输入都由极低阻抗节点驱动)的特别关注。  添加迟滞对我的特定问题没有帮助;直流耦合迟滞只是略微取代比较器切换的阈值、然后在转换开始后加快转换速度。 添加交流迟滞(即一个小型正反馈电容器)仅有助于在转换开始后加快转换速度。

噪声电压-这是个问题- 也会改变比较器的开关阈值、但会随机移动、无论是否添加任何迟滞。  测量结果通过添加迟滞来确认总体缺乏改进。

有人能帮助我们了解一下 TL3016的模拟比较器(TI 版本的 LT1016m 本身是行业标准、也是 ADI AD8561的前身)可能产生的输入噪声电压密度吗?   比较器速度和输入噪声电压之间是否存在一般性权衡?  是否有更低噪声替代方案的建议?

提前感谢!   - Mike Turner

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    您好、Michael、

    不要忽略电源噪声和接地噪声。 此外、锯齿也不是无噪声的。

    Kai

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    谢谢 Kai。  我确实非常仔细地检查了这些点。 我已经测量了用于推导斜坡的时钟的相位噪声(产生的 PWM 抖动远低于本底噪声)以及三角波中出现的音频带噪声水平--同样非常低。 我的目标是比较器的输入噪声、因为我认为证据清楚地表明了这一点、但感谢提醒、我一定还会保持开放的心态!  实际上、我将重新测量...

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    Kai 给出了一个有效的点、但我们将看到我们是否可以找到有关比较器的任何噪声密度信息。

    但是、由于器件的使用年限、此信息可能不可用。  我们的其中一位将回复您。

    卡盘

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    您好、Michael、

    您能否展示比较器部分的原理图? 只需查看如何驱动比较器的输入以及连接到输出的内容:-)

    Kai

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    您好、Kai

    比较器输入处于低阻抗状态;同相输入由运算放大器驱动、实际上是 NE5534A、而不是如图所示的 TL081。  在静态条件下、这里的信号是一个+/- 2V 峰值三角。反相比较器输入直接接地。 5V 和-5V 电源干净且安静; 我应该重新迭代比较器输出端的多个转换没有问题。  输出每个作为缓冲器的馈送74HC08栅极、然后驱动简单的单稳态器以增加死区时间。  后者不是最佳做法 IMHO -但实际上并不是当前关注的一部分。 (我希望在单稳 RC 时间常数之后至少正确设置施密特触发输入门、以帮助避免此处引入时序抖动-甚至可能是适当的专用单稳 IC)。  

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    您好、Michael、

    为了感受比较器的输入参考噪声、我将构建以下测试电路:

    +/-10V 来自低噪声电压电源。 低通滤波器 R3、C1和 C2提供额外的噪声滤波。 R2和 R1构成1000:1分压器。 当然、您可以根据需要调整分频比。 R1向比较器输入端呈现低欧姆源电阻、如原始电路中所示。 这样、输入噪声电流与原始电路中的噪声电流具有相似的边缘作用。 现在、小心缓慢地将输入电压从+10V 降低到-10V、并检查比较器的输出是否有切换。

    该电路应该被很好的屏蔽。 比较器应由电池供电(+/-10V 输入电压除外!) 比较器的电源轨应由合适的 RC 网络进行低通滤波。 电池也放在屏蔽层内。 最终、R1上的额外100N 电容器可能会改善结果。

    请勿将示波器、电压表或其他器件连接到比较器的输出、因为这会给输入或信号接地带来额外的噪声。 为了检查切换、我将需要超低电流的 LED 连接到比较器的输出。  

    Kai

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    大家好、Michael、

    我会将比较器视为模拟电路、 这是一个非常敏感并提供极高增益的模拟电路。 因此、我要将其信号接地连接到模拟接地、而不是数字接地。 我会避免使用数字电源电压为比较器供电。 至少在比较器和74HC08的电压引脚上添加 RC 滤波器或 RLC 滤波器。

    最后、修改信号接地布线、以便没有数字电源或接地电流流过比较器部分。 单个 RC 或 RLC 电源电压滤波在这种尝试中会有很大帮助。 产生大量电源和接地噪声的74HC08电路应与模拟和比较器电路隔离。 使用一个实心接地层并将数字和模拟电路(包括比较器)彼此分离。 在比较器的输出和74HC08的输入之间插入隔离电阻器。

    Kai  

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    您好、Joseph、

    我们无法找到 TL3016的任何"噪声"测量结果。

    对于比较器、抖动是内部噪声调制阈值的影响(如 KAI 淋洗液至)。  像运算放大器一样、测量"噪声"非常困难。

    您可能习惯于使用具有低(<1Hz)噪声转角频率的音频运算放大器。 高速比较器使用高速(几 GHz)半导体工艺、这往往具有高噪声转角频率(10kHz 至1MHz)。 这意味着在较低频率的"音频"区域中有更多的噪声。

    问题在于、您基本上将音频频率上变频为更高的频率、此时噪声较高、然后再变频回音频。

    除了找到一个"低抖动"比较器之外、我认为在外部可以做的事情不多、以最大限度地降低内部比较器噪声。

    你需要比较(哈!) 不同的器件、并查看哪种器件最适合您的应用中的噪声。 我认为没有一个规格可以说是“最好的”。

    另请查看此应用手册

     测量输出抖动

    如您所见、他们使用价值20、000美元的设备来实现 measurement...no而不是简单...

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    您好 Paul

    非常感谢您的反馈(我也没有打算使用 pun! :-)这在很大程度上证实了我的怀疑; 也就是说,(a)这是一个很难测量的参数,(b)从本质上讲,非常快的比较器可能比我在音频方面所想的噪声更大。  不管怎样、我有一些 TL3016的顺序、还有稍慢的 TL3116、这是一件容易尝试的事情、因为它是引脚对引脚的。  LM360看起来也很有趣、20nsec 非常慢(但我认为足够快)、并且支持稍高的轨电压。 这些特性很有吸引力、因为较高的斜坡电压允许我降低调制器的转换增益(并在信号链中更早地将其替换为"安静"增益)。

    我还对电路做了一些改进、简单地将调制器中的 TL081集成器替换为 TI 5534A、同时大幅降低了馈送该集成器的时钟耦合电容器的值、从客户原始设计中的10uF 降低到4.7nF、 它仍然具有足够低的阻抗、能够令人满意地耦合时钟、同时显著降低积分器级的音频带噪声增益。 这一改进使比较器输出端恢复模拟信号的本底噪声测量差值很值得、但仍然很小(2-3dB)、仅在测量信号电平电路时; 但奇怪的是、在功率放大器中、差值更接近10dB;目前我不知道为什么!  但我想知道、这是否可能是由于5534A 输出端的阻抗相对于较旧且较低的 TL081大幅降低。  

    不过、比较器本底噪声仍然很明显、因此我期待尝试一些您建议的 emprical 替代方法。

    非常感谢您为定位噪声数据所做的努力(有趣的是、很少引用噪声数据)以及建设性和有用的评论。  同样、Kai、感谢您的意见。

    此致

    Mike (不确定"Joseph"在讨论中的哪个位置、但没关系!)

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    我应该补充一点、我刚刚尝试过 MAX913 -这没有很大的不同、但可以测量的是(2-3dB)、因此还是值得改进的。  期待尝试其他一些方法。 LM361看起来特别有趣、因为它允许使用15V 电源-因此斜坡电压大得多、转换增益大幅降低(因此、即使在这款速度较慢的器件进行任何改进之前、输入噪声也成比例地减少了问题。

    再次感谢您和 Kai。

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    您好、Michael、

    "Joseph"来自我。 它是来自邻居线程的人。 对此、我深表歉意。

    祝您的项目好运:-)

    Kai

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